CFD = Computational Fluid Dynamics (computerbaserede beregninger)

Transkript

1 RAPPORT vedr. Qaqortoq Lufthavn Turbulensforholdenes indvirkning på den vejrbetingede regularitet ISSORTARFIMMUT 13 P.O.BOX NUUK (+299) d sag nr Sammenfatning Der er foretaget beregninger af hvilken indflydelse vindforholdene ved en kommende lufthavn på Placering 2 nord for Storefjeld ved Qaqortoq vil have på den vejrbetingede landingsregularitet (åbningstid). Beregningerne er foretaget på grundlag af CFD beregninger 1 og foreliggende vinddata fra eksisterende målestationer i Qaqortoq by. Beregningerne viser at der må forventes risiko for kraftig turbulens i indflyvningerne til lufthavnen i et ikke ubetydeligt omfang. Således vurderes det på grundlag af beregningerne, at der i 4 5 % af tiden vil være risiko for kraftig turbulens i flyvevejene. Sammenholdt med tidligere undersøgelser af åbningstider alene baseret på vejrminima i form af sigtbarhed og skydække, så skønnes det at den samlede vejrbetingede åbningstid, hvor såvel sigt og skyhøjde som vind tages i betragtning, vil være på ca. 80 %. Dette gælder for en landingsbane, der er anlagt efter samme koncept som andre regionale lufthavne, men hvor landingshjælpemidlerne er suppleret med en localizer. Hvis landingsbanen anlægges og instrumenteres som en præcisionslandingsbane kategori I, skønnes den samlede vejrbetingede regularitet at blive ca. 83,5 %. Til brug for en nærmere belysning af vejrforholdene for beflyvningen af lufthavnen, er der i 2014 opstillet en målestation for registrering af bl.a. sigtbarhed og vind på den aktuelle lokalitet. Data fra denne station vil indgå i fremtidige analyser af vejrbetingelserne for beflyvningen. Hvis der derudover ønskes en mere præcis vurdering af turbulensforholdene, så vil det kræve et fysisk modelforsøg i vindtunnel. 2 Indledning I denne rapport vurderes den indflydelse, som vindforholdene ved en lufthavn på Placering 2 nord for Storfjeld, ventes at have på den vejrbetingede regularitet for flyvning på lufthavnen, herunder særligt den terrængenererede turbulens i flyvevejene. Vurderingen baserer sig på CFD beregninger foretaget af FORCE Technology og vindstatistikker baseret på vejrdata fra DMI. 1 CFD = Computational Fluid Dynamics (computerbaserede beregninger) A/S reg. nr FRI GA TSP SIUNNERSUINEQ PILERSAARUSIORNERLU RÅDGIVNING OG PLANLÆGNING CONSULTING AND PLANNING

2 2 Resultatet af undersøgelserne er sat i forhold til den vejrbetingede regularitet (åbningstid) for landing baseret alene på sigtbarhed og skydække, der fremgår af et tidligere udarbejdet bygherreoplæg. 3 CFD beregning af turbulensforhold Disse beregninger er udført af FORCE Technology og der henvises til afrapporteringen 2 fra disse undersøgelser. Beregningerne indeholder en numerisk analyse af turbulensforholdene ved indflyvning til lufthavnen, for vindretninger fra henholdsvis NØ, SØ, SV og NV, idet det bemærkes at landingsbanens retning ventes at blive omtrent øst vest. I rapportens Tabel 2.2, 2.3 og 2.4 er der for hver af de undersøgte vindretninger angivet grænseværdier for vindhastigheder over hvilke, der forventes risiko for kraftig turbulens i flyvevejene under landing. Vindretninger og grænseværdier for vindhastigheder er angivet for vinddata registreret på tre målestationer i Qaqortoq by. Der er endvidere i Tabel 2.5 vist tilsvarende vindretninger og grænseværdier for vindhastigheder på en målestation opstillet ved landingsbanen i Forholdet mellem retning og hastighed af den frie vind i stor højde og tilsvarende vindparametre ved terræn på de tre stationer i Qaqortoq by og stationen ved lufthavnen er vist i rapportens Tabel Vindstatistik Fra DMI er der modtaget dataserier for vejrparametre registreret i Qaqortoq by, dels ved DMI s målestation ved Telestationen og dels ved Mittarfeqarfiits målestation på heliporten. Disse data er gennemgået for deres anvendelighed til beregning af, med hvilken hyppighed der forekommer vindforhold, som medfører risiko for kraftig turbulens i flyvevejene. Gennemgangen af dataserierne er beskrevet af INUPLAN i et notat 3. Det bemærkes særligt at vinddataene er gennemgået for homogenitet og at der i konsekvens heraf er udvalgt data fra hele år, der på bedst mulig måde er repræsentative for de faktiske vindforhold fordelt over hele året på de enkelte stationer. I bilag til notatet er der indsat skemaer, der viser fordelingen af vindhyppigheder på retninger og hastigheder for målestationerne i Qaqortoq by. For nærmere oplysninger herom henvises der til notatet om vejrdata fra DMI. 5 Turbulensgivende vindes indflydelse på landingsregulariteten I det følgende forudsættes det at landing ikke gennemføres i tilfælde, hvor der i flyvevejene forekommer risiko for kraftig turbulens efter den definition, der fremgår af rapporten fra FORCE Technology 2, dvs. hvor der forekommer vindhastighedsgradienter 4 på over 8 knob pr. fløjet 100 fod. Ved at sammenholde grænseværdierne for kraftig turbulens i Tabel 2.2, 2.3 og 2.4 i FORCE s rapport 2 med fordelingen af vindhyppigheder i de bilag (krydstabeller), der er FORCE , Qaqortoq Lufthavn, CFD beregning af turbulensforhold, d. 28.nov Notat vedr. Qaqortoq Lufthavn, Vejrdata fra DMI, INUPLAN A/S d. 28. nov.2014 Vindhastighedsgradient er ændringen i vindhastigheden over en given afstand

3 3 indsat i INUPLAN s notat 3, kan den andel af vindtilfælde, hvor der er risiko for kraftig turbulens i flyvevejene, beregnes. I vedlagte bilag er grænsefladen for vindtilfælde, hvor der er risiko for kraftig turbulens indtegnet med rød streg i krydstabellerne. En oversigt over de tilfælde, hvor landing ikke kan gennemføres, som følge af risiko for kraftig turbulens, fremgår af Tabel 1. I tabellen er det forudsat, at alle landinger ved vind fra den østlige sektor (0 180 ) sker fra vest og alle landinger ved vind fra vestlige sektor ( ) sker fra øst, mens landingsretning ved vindstille er valgfrit. Landing Beregning foretaget ud fra vindstatistik på målestation fra 04272A ved Telestationen år C ved Telestationen år 2007, 2008 og ved Heliporten år Vest 2,0 % 3,2 % 6,2 % Øst 2,0 % 1,8 % 0,5 % Samlet 4,0 % 5,0 % 6,7 % Tabel 1, Andel af vindtilfælde angivet i %, hvor landing ikke kan gennemføres, som følge af risiko for kraftig turbulens. Procenterne er angivet i forhold til samtlige registrerede vindtilfælde på den pågældende station i den oplyste periode. Som det ses i Tabel 1 er der forskelle i de vindhyppigheder, hvor der er risiko for kraftig turbulens. Ideelt set burde resultaterne præsenteret i tabellen være ens. Der kan være forskellige grunde til at resultaterne ikke er ens. En af grundene kan være, at der er tale om forskellige tidsperioder for vindregistreringerne og dermed forskellige vindforhold. En anden, at der kan være systematiske fejl på en eller flere af vindmålerne. Endelig kan det heller ikke udelukkes, at der kan være begrænsninger i fremgangsmåden ved udførelsen af CFD beregningerne. Særligt ved beregningerne af forholdet mellem retning og hastighed af den frie vind i stor højde og tilsvarende vindparametre ved terræn på målestationen ved heliporten, kan der være begrænsninger. Målestation ved heliporten ligger meget tæt på fjeldområdet Peters Varde med topkote i 214 umiddelbart øst for heliporten og referencevindmålingerne mellem fri vind og vind på målestationen er derfor kraftigt påvirket af dette fjeld, særligt ved østlige vinde. Målestationerne 04272A og 04272C er i mindre grad påvirket af de fjeldområder, der omkranser Qaqortoq by mod vest, nord og øst. Der ses også af Tabel 1 en bedre overensstemmelse mellem resultaterne baseret på data fra disse stationer end i forhold til stationen ved heliporten. Der fæstnes derfor mest lid til resultaterne fra station 04272A og 04272C, hvorfor det på baggrund af CFD beregningerne og vindstatistikkerne skønnes, at der som følge af risiko for kraftig turbulens ikke gennemføres landing i 4 5 % af tiden. Hvis der ønskes en mere præcis vurdering af turbulensforholdene vil det kræve et fysisk modelforsøg i vindtunnel. CFD beregningerne har vist så lave grænseværdier for vindhastigheder ved terræn, at der ikke ventes ydereligere bidrag til begrænsningerne i form af grænser for sidevindskomposanter.

4 4 6 Den samlede landingsregulariteten (åbningstid) I et bygherreoplæg 5 udarbejdet i 2013 er der beregnet vejrbetingede åbningstider for landing. Ved undersøgelserne i 2013 blev der alene set på vejrparametrene sigtbarhed og skydække registreret i Qaqortoq by. Resultatet af undersøgelserne viste vejrbetingede åbningstider på mellem 81,8 88,5 % afhængig af banens instrumentering og landingsretning. Landingsbane efter banekoncept NONP 500 suppleret med localizer til begge baneender Senere er der i et brev 6 fra INUPLAN til Grønlands Selvstyre redegjort for, at der med et banekoncept med non precision landing og beslutningshøjde på mindst 500 fod, svarende til andre regionale lufthavne i Grønland og suppleret med localizer (LOC) til begge baneender kan opnås en åbningstid på 83,2 84,4 %, hvor der alene ses på sigtbarhed og skyhøjde. Der forventes en vis samtidighed mellem tilfælde, hvor der ikke kan landes som følge af sigtbarhed/skydække på den ene side og vind på den anden side. Med ovennævnte beregnede lukketid som følge af vinden alene på 4 5 % af tiden i kombination med lukketiden som følge af sigt og skydække skønnes det, at den tidligere beregnede åbningstid på 83,2 84,4 % må reduceres med 3 4 % points til ca. 80 %. Landingsbane efter banekoncept PA I 200 Hvis landingsbanen i stedet anlægges og instrumenteres med landingshjælpemidler, som en præcisionslandingsbane kategori I med en beslutningshøjde på mindst 200, så er åbningstiden baseret alene på sigtbarhed og skydække i bygherreoplægget beregnet til 86,6 88,5 % afhængig af landingsretning. Med ovennævnte beregnede lukketid som følge af vinden på 4 5 % af tiden i kombination med lukketiden som følge af sigt og skydække skønnes det, at den tidligere beregnede åbningstid på 86,6 88,5 % må reduceres med ca. 4 % points til ca. 83,5 %. Vejrforholdene på lokaliteten Regularitetsberegningerne er udført på grundlag af vejrregistreringer på målestationer i Qaqortoq by. Det optimale ville være om beregningerne kunne udføres på grundlag af registreringer på den aktuelle lokalitet for lufthavnen. DMi har i en flyvemeteorologisk kvalitativ analyse af vejrforholdene omkring Qaqortoq 7 skønnet at tågehyppigheden på lokaliteten (Placering 2) ikke vil være så stor som ved klimastation i Qaqortoq. Endvidere at skyhøjden over terræn i kote 140 på Placering 2 ofte vil være højere end ved station 04272, som ligger i kote 57. For at give et indtryk af hvilken indflydelse skyhøjden har på regulariteten, så kan det oplyses, at hvis skyhøjden øges med 83 m ( m), så vil regulariteten forbedres med 2 3 % points. Der er i juni 2014 opstillet en målestation på lokaliteten og registreringerne herfra vil efterfølgende indgå i vurderingen af åbningstider. Desværre har det ikke været muligt at Lufthavn ved Qaqortoq, Bygherreoplæg, INUPLAN A/S d. 1. dec Brev af d fra INUPLAN til Grønlands Selvstyre, Dept. for Sundhed og Infrastruktur Analyse af vejrforholdene ved forskellige placeringer af en lufthavn ved Qaqortoq DMI d. 3. juni 12

5 5 opstille en automatisk skyhøjdemåler på lokaliteten, så det vil især være parametrene sigtbarhed og vind, der vil indgå i de fremtidige beregninger tillige med skønnet skyhøjde. Arne Michelsen INUPLAN A/S Vedlagt: Krydstabeller for vindretning/ hastighed fra tre målestationer i Qaqortoq by med indtegnet grænseværdi for kraftig turbulens

6 Qaqortoq ved Tele, vindanalyse , station nr A Fordeling pro registreringer: Vindhastigheder (meter/sek.) Vind 0,1 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 retning Stille 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 9,9 10,9 11,9 12,9 13,9 14,9 15,9 16,9 17,9 18,9 19,9 20,9 21,9 22,9 23,9 24,9 + Total Stille 3295 I 3295 o E 203 " " " " " " " 20 Wi f.j.::<b ~ ~9 1: 5 - ' 3 - '- 16.L 3 ~. 34 ": I =--~= ~6 l I I 3 t H _8_ [ ~ ~ _ L B ' 14 8 J6~ I I ~3 I 1 I '6'---,. 1 --' 4---'' ' I :; 7=== I I , r ~ 6! ~ , 0 1 I I 1, 447 Total

7 Qaqortoq ved Tele, vindanalyse 2007, 2008, 2010, station nr C Fordeling pro registreringer: Vindhastigheder (meter/sek.) Vind 0,1 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 retning Stille 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 9,9 10,9 11,9 12,9 13,9 14,9 15,9 16,9 17,9 18,9 19,9 20,9 21,9 22,9 23,9 24,9 + Total Stille, 140 I I ' -to 1 ~i ~ ~ ; ~= !'i ~26 16 _E I 789 I I 443 ~ d= 5 16 '1(i " ! ~ =t 565 r (. 43 4~ r O ~ ' 16 I 9 ' i---' I I ~ 1, 12 I Total

8 Qaqortoq Heliport, vindanalyse , station nr Fordeling pro registreringer: Vindhastigheder (meter/sek.) Vind 0,1 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 retning Stille o Stille 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 9,9 10,9 11,9 12,9 13,9 14,9 15,9 16,9 17,9 18,9 19,9 20,9 21,9 22,9 23,9 24,9 +.~ I..l I I 1, L 3 [ J. 0 ±:=:-ri-- '-:--;...~:..:===:;===~=;:=~===~ ' 4 i C 'ill "6 iss '12 ~ ti' [ ::S3 39. "~,, 15 ' !=~ I ~ [ 5 I 2...::; I I _ l--J 4 I Total Total