Kystsikring ved Nørre Lyngby. Bo Sørensen, Mads Bo Kristensen og Ronni Fjordvald Søe

Transkript

1 Kystsikring ved Nørre Lyngby Bo Sørensen, Mads Bo Kristensen og Ronni Fjordvald Søe 7. januar 2011

2

3 Titel: Kystsikring ved Nørre Lyngby Tema: Naturgeografi: Kysten Projektramme: P3 15. Sep - 7. Jan, 2011 Forfattere: Bo Sørensen Mads Bo Kristensen Ronni Fjordvald Søe Vejleder: Torben Larsen. Oplagstal: 6 Sidetal: 94 Bilagsantal og art: 6 CD Afsluttet den 7. Jan Synopsis Danmark har, i forhold til sin størrelse, en relativ lang kystlinje. Derfor er landet, med sin placering i den nordlige vestenvindsbælte, særligt udsat for kysterosion. Et af de mest udsatte områder er den jyske vestkyst, da denne del af danmark, i vinterperioden, ofte bliver ramt af storme med vind kommende fra vest. Det forsøges mange steder at forhindre havets erosion med forskellige former for kystbeskyttelse. Dette er dog ikke sket ved Nørre Lyngby, som også ligger på den jyske vestkyst, hvilket har dannet grundlaget for problematikken omkring erosionen i området. Der er, med udgangspunkt i en materialetransport langs den jyske vestkyst, undersøgt, hvilken effekt bølgeenergienheden, Wave Dragon, ville have som kystsikring. Derudover ses der på effekten, som denne enhed ville have på den langsgående sedimenttransport i caseområdet Nørre Lyngby. Det er vurderet, at denne sedimenttransport anslås til ca m 3 /år pr. meter kyststrækning i nordlig retning. Det er påvist, at Wave Dragon reducerer højden på de bølger, der passerer den, hvilket medfører en mindre energi i bølgen bagved enheden, som derved bevirker en mindre energi til den langsgående sedimenttransport. Det vurderes, at denne effekt vil påvirke sedimenttransporten i området, således at der ved kysten bliver tilført mere sediment end, der fjernes. Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne.

4

5 5 Forord Rapporten er udarbejdet på geografistudiet ved Aalborg Universitet. Denne er et tredje semesters projekt, og er udarbejdet i perioden 15. september januar I projektet har Torben Larsen været tilknyttet som vejleder. Det overordnede tema for semesteret har været Naturgeografi med undertemaet Kysten. Denne rapport henvender sig primært til medstuderende, vejleder og censor tilhørende semestret. Projektet består af en hovedrapport, et appendiks, et bilag samt en CD med bilag. I forbindelse med projektarbejdet vil gruppen gerne takke: Per Sørensen, Kystteknisk chef ved Kystdirektoratet, der har bidraget med data og svaret på spørgsmål. Jørgen Harck Nørgaard, Ph.d. studerende ved Aalborg Universitet, for at lade sig interviewe og hjælpe med forståelsen af Wave Dragon. COWI og GEUS, for brug af deres kortdata.

6 6

7 Indhold 1 Introduktion Indledning Problemformulering Afgrænsning Metode Opbygning Kystmorfologi Kystlandskabet og dets geologi Kystzonen Bølger Erosionsprocessen Langsgående sedimenttransport Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby Kystprofil Sedimenttransport Langsgående sedimenttransport Delkonklusion Kystsikring Kystfodring Høfder Bølgebrydere Skråningsbeskyttelse Wave Dragon Introduktion Beskrivelse af Wave Dragon Reflektion og Absorption Vurdering af Wave Dragon som kystbeskyttelse Konlusion Diskussion Konklusion Fremtidigt arbejde

8 A Appendiks 71 A.1 Weichselistidens indflydelse på området A.2 Det globale vindsystem B Bilag 87 B.1 Beregning

9 Kapitel 1 Introduktion Dette kapitel giver en kort introduktion til projektet, og præsenterer selve problemformuleringen samt afgrænsningen. Sidst i kapitlet findes en beskrivelse af den anvendte metode og en oversigt over opbygningen af projektet. Indhold 1.1 Indledning Problemformulering Afgrænsning Metode Opbygning

10 10 Introduktion 1.1 Indledning Gennem tiden har det været attraktivt at bosætte sig langs kysten, da havet har været eksistensgrundlaget for de mennesker, der var bosat her. Havets eroderende kræfter har altid formet landskabet, hvor erosion og sedimentation af kysten har været medvirkende faktorer, der har gjort denne til det mest dynamiske landskab, der findes. I takt med de forventede klimaforandringer har udfordringerne omkring kysterosion fået større fokus. Danmark har, i forhold til sin størrelse, en relativ lang kystlinje. Derfor påvirker den erosion, havet udfører, de byer der ligger langs landets kyster. Et af de særligt udsatte steder er den jyske vestkyst. Kysten her er specielt udsat, da Danmark er placeret i det nordlige vestenvindsbælte, hvor vindene fra syd, på grund af coriollis kraften, afbøjes mod vest. Dette bevirker, at den primære vindretning er vestlig, og at de storme, der dannes over det nordlige Atlanterhav, bevæger sig mod Danmark, se Appendiks A.2 Nørre Lyngby ligger på den jyske vestkyst og er derfor påvirket af havets erosion af kysten. Særligt ved denne by er, at den ligger på en klint, der med tiden borteroderes, hvilket har alvorlige konsekvenser for husene i byen, da disse enten må flyttes eller forlades. I takt med den teknologiske udvikling er det blevet sværere at acceptere indflydelsen havet har på byer som Nørre Lyngby. Derfor forsøges det mange steder at forhindre havets erosion med forskellige former for kystbeskyttelse. Dette er dog ikke sket ved Nørre Lyngby, hvilket har dannet grundlaget for problematikken omkring erosionen i området. Beskyttelse af kysten mod erosion kan gøres på mange måder. En ny og relativ uprøvet metode er kystbeskyttelse med Wave Dragon. Her kombineres kystbeskyttelse med energiudvinding, da Wave Dragon kan udnytte bølgernes energi til strømproduktion. 1.2 Problemformulering Med udgangspunkt i den langsgående sedimenttransport langs den jyske vestkyst, undersøges det hvilken effekt bølgeenergienheden, Wave Dragon, vil have som kystsikring. Underspørgsmål: Er der en langsgående sedimenttransport i caseområdet, og hvor stor er den i bekræftende fald? Hvilke faktorer har indflydelse på den eventuelle materialetransport i området? Hvordan virker Wave Dragon som kystbeskyttelse? Hvilken effekt vil Wave Dragon have i caseområdet?

11 1.3 Afgrænsning Afgrænsning Der er i projektet fokuseret på de naturlige processes, som foregår i forbindelse med kysterosion. Dermed er der ikke taget højde for de personlige samt økonomiske konsekvenser, der opstår for befolkningen i området. Ydermere foreligger der et spørgsmål omkring ansvaret for en løsning på problemet. Dette vil der ikke blive taget stilling til i projektet. En række kystsikringsmuligheder, der kunne være aktuelle for caseområdet, er taget i betragtning. Her er der perspektiveret til Lønstrup, som på mange områder oplever de samme naturlige processer som i caseområdet. Dette har medført en afgrænsning svarende til de kystsikringsmuligheder, som ses ved Lønstrup. Yderligere afgrænsning er foretaget i forbindelse med Wave Dragon, hvor der ses på denne som et kystsikrings supplement eller alternativ til de eksisterende muligheder. Fokus omkring Wave Dragon, vil være på denne som et kystsikringsværktøj, der reducerer den bølgeenergi, som rammer kysten. Det betyder, at enhedens hovedformål, at producere elektricitet via bølger, kun vil blive omtalt kort. Der er ikke taget stilling til de økonomiske aspekter omkring, hvorvidt det er hensigtsmæssigt at implementere Wave Dragons i caseområdet. Effekten på sedimenttransporten før og efter implementeringen af Wave Dragons er afgrænset til den langsgående transport. Der er ikke taget højde for den tværgående transport i beregningerne. Beregningerne, som er foretaget i forbindelse med den langsgående sedimenttransport, er afgrænset til forholdsvis simple matematiske udregninger. Gennem projektforløbet er der foretaget en generalisering og afgrænsning af de bølgedata, som har været til rådighed. Først og fremmest er alle data om bølger, der kommer fra østlige retninger fra 22 til 202, fravalgt. Dette er gjort, da disse bølgeretninger ikke er interessante i forhold til erosionen af den valgte kyststrækning. Ved denne afgrænsning medregnes de dage med fralandsvind ikke, hvilket bevirker, at den eventuelle effekt, disse situationer har, ikke er medtaget i projektet. 1.4 Metode I metodeafsnittet beskrives de teorier og metoder til analyse, der anvendes i projektet. Der er gjort brug af feltarbejde, interviews, GIS og kvantitative data fra Kystdirektoratet. Feltarbejde Observationer er foretaget i området fra Løkken til Lønstrup, for at finde indikatorer på en sedimenttransport langs kysten. Derudover blev feltarbejdet brugt til at få en generel indsigt i området. For at kunne dokumentere observationerne blev der taget en billedserie, der er gjort brug af i rapporten. Interviews og mailkorrespondance I projektforløbet er der taget kontakt til Jørgen Harck Noergaard og Per Sørensen, med henblik på at indhente relevante informationer.

12 12 Introduktion Jørgen Harck Noergaard, Stud. Ph.d. Aalborg Universitet I projektet er der foretaget et eksplorativt interview med Jørgen Harck Noergaard, som på nuværende tidspunkt er i gang med en Ph.d. afhandling omkring kystsikring ved hjælp af Wave Dragon. Ligeledes har han skrevet sit masterprojekt, der omhandler samme emne. Mødet blev primært brugt til at afklare spørgsmål angående bølgernes påvirkning af Wave Dragen og hvilken bølgereducerende effekt, den vil have i caseområdet. Per Sørensen, Kystteknisk chef Mailkorrespondancen til Kystdirektoratet tog udgangspunkt i spørgsmål vedrørende kysterosionen ved Nørre Lyngby. Derudover blev der spurgt til Data omkring kysterosion og klinttilbagerykning samt bølgehøjder og middelperiode. Korrespondancen blev suppleret med et telefoninterview. GIS Programmet ARCmap er i projektet anvendt til at håndtere geografiske informationer på en måde, der muliggør en visualisering af de indhentede data. I projektet er GIS blevet brugt til at sammenholde data fra Kystdirektoratet med kort over området for på den måde at se sammenhænge, der ellers ville være svære at gennemskue. GIS er i projektet også brugt til at fremstille et kort, der viser, hvordan bølgerne refrakterer ind imod kysten i caseområdet. Efterfølgende blev kortet anvendt i vurderingen af en mulig placering af Wave Dragons udfor kysten ved Nørre Lyngby. Herudover er GIS brugt til at bestemme landskabshøjden og forskellige jordarter i Nordjylland. Visualisering af data Visualiseringen er anvendt for at kunne udvælge de data, som er udgangspunkt for analysen. Derudover er metoden brugt til at fravælge de data, som er uvedkommende for analysen. I projektet ses dette f.eks. i udvælgelsen af bølgedata til brug i analysen af sedimenttransporten i caseområdet, som er præsenteret ved en bølgerose. Analyse af data Analysen af kvantitative data og empiri foretages med det formål at finde relationer og sammenhænge mellem de enkelte dele i projektets analysedel. Derfor opsplittes helheden i mindre dele, hvorved deres relationer med andre mindre dele lettere kan undersøges. Dette giver muligheden for at opnå en forståelse af det undersøgte i sin helhed [Andersen 2009]. I projektet er programmet SPSS brugt til at analysere dataene fra Kystdirektoratet. Derefter er der brugt regneark til beregning af den energi og sedimenttransport, der er tilstede i caseområdet. For at kunne vurdere konsekvenserne for kysten, ved placering af Wave Dragons i caseområdet, analyseres den langsgående sedimenttransport i området. Dette gøres ved at nedbryde den og de konkrete forhold i caseområdet i mindre dele, for derved at gøre dem mere overskuelige. Til sidst sammenholdes det med en analyse af Wave Dragon.

13 1.5 Opbygning Opbygning Formålet med dette afsnit er, at give læseren et overblik over rapportens indhold og struktur, som præsenteres i rapportens enkelte kapitler. Efter introduktionen, hvor den generelle problemstilling omkring erosion af kysten introduceres, beskrives de generelle aspekter inden for kystmorfologi. Dette kapitel har til formål at give et overblik over de centrale elementer i kystmorfologien, som har relevans for projektet. I kapitel tre analyseres kystzonen ved Nørre Lyngby, og observationer i forbindelse med besøg i området bliver beskrevet. I kapitel fire beskrives en række kystbeskyttelsesmuligheder, som kunne være aktuelle for kyststrækningen i caseområdet. En alternativ mulighed til dette, bliver beskrevet i kapitel fem. Her sættes fokus på Wave Dragon som en mulighed for kystbeskyttelse. Kapitlet omhandler først en kort beskrivelse samt energipotientialet for denne enhed. Derefter gives en vurdering af effekten af Wave Dragons i caseområdet. Slutteligt præsenteres, i kapitlet konklusion, en diskussion af de i rapporten berørte emner, en konklusion samt et afsnit om fremtidigt arbejde. Sidst i rapporten findes appendiks med grundviden omkring det globale vindsystem og geologien i caseområdet, samt bilag anvendt i rapporten.

14

15 Kapitel 2 Kystmorfologi I dette kapitel vil kystmorforlogien blive Introduceret, og kystzonens opbygning vil blive beskrevet. Herunder vil, bølgernes opbygning indgå, og erosionsprocessen på kysten vil blive belyst. Sidst i kapitlet beskrives sedimenttransport, samt hvilke faktorer der spiller ind i denne proces. Indhold 2.1 Kystlandskabet og dets geologi Kystzonen Bølger Erosionsprocessen Langsgående sedimenttransport

16 16 Kystmorfologi 2.1 Kystlandskabet og dets geologi. Kystlandskabets udformning er en følge af samspillet mellem vand og fastland, og hvor det indre danske landskab er formet af den sidste istid og derefter ikke i større grad har ændret sig siden, så ændres kysten sig hele tiden på forskellig vis. Det sker f.eks. ved de store efterårs- og vinterstorme, hvor kysten ændrer form. Det kan også være en følge af de med årstiden varierende aflejringer af sand og sten på stranddelen af kysten. Kysten er ikke kun det specifikke punkt, hvor hav og land mødes, men hele det område, der influeres af dette møde. Klintkysten Mødet mellem havet og fastlandet kan ske på mange måder. Overordnet skelnes der mellem to former for kyst: Fladkyst og stejlkyst. Den flade kyst er for eksempel sandstrande og strandenge, den findes, hvor landskabets hældning bevirker, at der aflejres sedimenter på kysten. Da den flade kyst ikke er repræsenteret i Nørre Lyngby vil denne kystform ikke blive beskrevet yderligere. Den anden type kyst er den stejle kyst, der findes, der hvor landskabet er stejlt, og hvor havets bølger eroderer sammenhængende materialer og derved danner klintkyst eller, hvis kysten består af krystalliske bjergarter, klippekyst. [Binderup 2006] Klintfacadens vertikale udformning kan tilskrives to faktorer, den første er den intensitet, hvormed havet nedbryder klinten, og den anden er klintens evne til at hænge sammen. I områder, hvor klintkysten har en meget god sammenhængskraft, som følge af et stort indhold af ler eller kalk, vil klintfacaden kunne blive næsten lodret. Hvis klinten derimod er opbygget af sand og større sedimenter, vil klintfacadens vertikale profil være mere skrånende. De nordjyske klinter er som nævnt i A.1 sammensat af blandede aflejringer. Disse aflejringer, kan ses som synlige horisontale bånd, tidsbånd, fordelt ned gennem klinten. Den førnævnte udforming af klintfacaden skyldes erosion af klinten. Havet eroderer f.eks. kysten når det under storm, hvor havet skylder ind, får kontakt med foden af klinten. Havet fjerner dele af klintmaterialet, og underminerer klinten, hvorved store dele af klinten skrider sammen. Det der er afgørende for om der sker en større eller mindre erosion, er den energi havet afsætter i klinten. [Kruger 2006] Ud over den erosion der skabes af havet, kan grundvandet også have en effekt på klintens erosion. Grundvand fra det bagvedliggende land kan trække ud gennem klinten og kan således være med til at skabe en nedbrydning af klinten. En tredje form for erosion, der kan finde sted i klinten, er den erosion, der kommer i forbindelse med frost. Når det fryser ekspanderer det vand, der er i klintmaterialets porerum. Dette, eller gentagne optøning og nedfrysning af vandet i porerummene, kan således skabe svagheder i klinten, hvorved materialet sammenhængskraft svækkes. Når der sker en sammenstyrtning af klinten, vil materialet fra klinten efterfølgende have en beskyttende effekt på den bagvedliggende klint, da havet først skal have bortskaffet dette materiale før det på ny kan erodere selve klinten. Dette bevirker, at høje klintkyster ikke trænges hurtigere tilbage end kyster med en lavere klint, da der er mere erosionsmateriale, der skal transporteres bort af havet. [Kruger 2006]

17 2.2 Kystzonen 17 Figur 2.1: Billedet illustrerer, et abrasionsflak i profil [Binderup 2006]. Figur 2.2: Billedet illustrerer, forskellige måder at opfatte kystzoner på [Binderup 2006]. Ved den efterfølgende erosion sker der en sortering af klintmaterialet. Selv ved minimal vandhastigheden, skylles mindre sedimenter bort, opslæmmes i vandet og føres videre ud i havet. Grover sedimentmaterialet, i form af grus, store sten og betonblokke, skal have en større energi påvirkningen end mindre sedimenter, da tyngden af disse materialer er stor. Ved kraftige storme bliver bølgergien så stor, at den påvirker de mindre materialer som sten og grus. De større sedimenter kommer i suspension og danner et abrasionsflak, en plan platform med erosionmateriale og større eller mindre sten, se Figur 2.1. Et abrasionsflak kan ved aflejringer over en lang perioden blive så bredt, at det kan dæmpe den bølgeenergi, der afsættes i klinten så meget, at erosionen af klinten mindskes eller helt ophører[kruger 2006] 2.2 Kystzonen Som det ses på Figur 2.2, er der mange forskellige måder at definere kystzonen på. I dette projekt afgrænses kysten til at omhandle området, der på figuren kaldes kystzonen. Baggrunden for dette er, at det er i dette område erosionen sker, og derfor også er her, at virkningen af eventuelle kystsikringstiltag vil have effekt. Det ses

18 18 Kystmorfologi på Figur 2.2, at vandsidens ydre afgrænsning er i det område, hvor de store bølger begynder at virke på havbunden, modsat er den landværts grænse der, hvor havet ikke længere påvirker hverken landskabets udformning eller dets materialesammensætning. [Binderup 2006] Figur 2.3: Billedet illustrerer de forskellige termer, der findes i bølgezonen [Binderup 2006]. Kystzonen er en af de mest dynamiske miljøer, der findes. Processerne her forekommer i en uendelig række af gentagelser, hvor bølgerne er en del af de dynamiske processer, der nedbryder, transporterer og aflejrer sedimenter langs kystlinjen. Kystmorfologien påvirkes af de mange marine kræfter, der forekommer i og omkring kystzonen, se Figur 2.3. Opskylszone Mellem strandrevlene findes trug se Figur 2.3, som er fordybninger i havbunden. Efter det sidste trug, slutter strandplanet og opskylszonen begynder. Kystlinjens skråning bliver her stejlere, hvilket er en følge af sammenstødet mellem op- og tilbageskylzonen, som skaber en voldsom turbulens, hvilket igen manifesterer sig ved en høj koncentration af groft materiale. Bagstranden er det sidste område i kystzonen og bliver kun påvirket af bølger ved storm eller højt tidevand. Derfor kan der forekomme en sparsom vegetation i dette område. Bagstranden er en strandvold, der findes i to varianter; sandstrandvold eller en rullestenstrandvold. Førstnævnte er hovedsagligt opbygget af sand, mens en rullestenstrandvold er opbygget af grove sedimenter som ral og sten. [Nielsen & Nielsen 1978] Overføringszone Her opstår grundbrændingen, som er brænding af bølger på lavt vand se Figur 2.2. Når bølgerne bryder, bevæger de sig videre ind i overføringszonen, som er området mellem grundbrændingen og strandbrændingen. Her kaldes bølgerne overføringsbølger, vandpartiklerne i disse bølger forskydes kun i bølgeformens forplantningsretning. I overføringszonen dannes strandrevlebrændingen, hvilke er en sekundær brænding over en strandrevle. [Nielsen & Nielsen 1978] Brændingzone Lige efter opgrundingszonen kommer brændingszonen, hvor den første revlebrænding starter. Revlen vandre ind mod kysten under sin vækst. Det sker i det område, hvor bølgerne bryder, som følge af den stigende havbund, friktion og den kortere bølgelængde. Den voldsomme turbulens i brændingsøjeblikket bringer store materialemængder i suspension. De groveste partikler transporteres et lille stykke kystvært og bundfældes uden for den højturbulente zone. Brændingsrevlen

19 2.3 Bølger 19 er en kystparallel sandryg i brændingzonen. Antallet af revler afhænger primært af havbundens hældning tæt ved kysten. [Nielsen & Nielsen 1978] Opgrundingszone Længst fra kysten starter opgrundingszonen, her påvirkes bølgerne for første gang af havbunden. Denne zone er meget dynamisk, da bølgernes størrelse kan variere. 2.3 Bølger Denne sektion beskæftiger sig med bølgernes opbygning, hvilke faktorer der spiller ind. Bølgelængde er den horisontale længde mellem to toppe eller to dale. Bølgen flytter sig i en retning forover, hvor en bølgeperiode er tiden i sekunder, det tager en top eller dal at passere samme sted. For at kunne definere en bølge er der nogle parametre, der skal beskrives først: højden, længden, hastigheden, perioden og bølgens stejlhed se Figur 2.4. Derudover er vanddybden vigtig for udformningen af en bølge. Figur 2.4: Billedet illustrerer de forskellige parameter i en bølgedannelse [Binderup 2006]. Bølgehøjden H (I meter) Den dobbelte amplitude som måles vertikalt fra bølgedal til bølgetop. Bølgelængden L (I meter) Afstanden mellem to successive bølgetoppe. Bølgehastigheden C ( I meter per sek) Bølgeformens forplantningshastighed også kaldet fasehastigheden. Bølgens periode T (I sek) Den tid, det tager to successive bølgetoppe at passere en fast genstand. Bølgeperioden (T) kan måles direkte, ved at måle tidsforskellen mellem to bølgepassager i forhold til en fast genstand. Bølgens hastighed (C) er mere vanskelig at måle, men kan f.eks. registreres ved, at måle den tid det tager en bølge at løbe fra forstavn til agterstavn på et skib. Hvis T og C er kendte, kan bølgelængden (L) beregnes ved anvendelse af grundligningen for periodiske bølger. [Nielsen & Nielsen 1978]. L = C T

20 20 Kystmorfologi Bølgedannelse Bølgedannelsen sker ved, at der blæser vind hen over stillestående vand. Her vil en del af vindens energi og friktion med vandfladen skabe turbulens i vandoverfladen som følge af deres forskellige hastigheder, se Figur 2.5. Det nedereste luftlag bliver bremset hårdt op mens luftlag oppeover ikke bremses så hårdt, denne proces forsætter op efter se Figur 2.5. Det udløser et tryk på forsiden og et sug på bagsiden af bølgen se Figur 2.6. Som følge af trykket på vandoverfladen vil der opstå små kapillarbølger 2.3. Når havoverfladen udsættes for kortvarig vindpåvirkning, vil energi der bliver overført til bølgerne være lille, og bølgeformationen vil derfor ophøre umiddelbart efter, at vinden har lagt sig. Hvis vinden øges eller forbliver konstant, vil vinden fortsætte med, at virke på havoverfladen. Overtryk på bølgernes bagside og undertryk på bølgernes forside vil tvinge bølgeformen i vindens retning. Samtidig tiltager friktionen over bølgetoppen, fordi strømlinjerne her sammenpresses og bevirker en tiltagende bølgehøjde. [Nielsen & Nielsen 1978] Figur 2.5: Billedet illustrerer friktion mellem vind og vandoverflade [Nielsen & Nielsen 1978]. Figur 2.6: Billedet illustrerer tryk og sug på en bølge. Kapillar og Vindbølger Alt efter vindens hastighed opstår der forskellige typer af bølger. Kapillarbølger Disse er ganske små og meget uregelmæssige bølger, der opstår på stillestående vandoverflader. Bølgelængden er kun få cm lange og energiniveauet er relativt lavt, hvilket bevirker, at de hurtig dør ud, når vinden har lagt sig. Vindbølger Vindens varighed Dannelsen af vindbølger er betinget af:

21 2.3 Bølger 21 Vindens hastighed Det frie stræk Vanddybden Vinden overfører energi til bølgerne, som vokser med hensyn til højde og længde. Efter et vist tidsinterval opstår der en ligevægt, og bølgen vokser ikke yderligere. Den indre friktion bølgen har og den energi, der går til ved brydning, opvejes af den vindenergi, der tilføres. Figur 2.7: Billedet illustrerer Vandpartiklernes bane på dybt og lavt vand [Nielsen & Nielsen 1978]. Vindskabte bølger eksisterer både på dybt og lavt vand, men bølgerne bevæger sig forskelligt i de to miljøer. På lavt vand vil bølgerne få vandpartikler til at lave ellipseformede baner ved hver passage af bølgelængden. I bølgeteorien, er den naturlige bølgeform af en vandpartikel, en bevægelse i en enkel cirkelbane. Dette illustreres på Figur 2.7. Cirkelbanens diameter på vandoverfladen vil være lig med bølgens højde. En vandpartikels bevægelse i vandoverfladen ses ved at følge pilene i cirkelbanerne fra højre mod venstre på Figur 2.7. De enkelte vandpartikler bevæger sig således i en cirkel, og ender efter bølgepassagen tæt på udgangspositionen. Cirkelbevægelsens diameter aftager proportional fra havoverfladen ned mod havbunden. Når dybden svarer til en halv bølgelængde vil vandpartiklens cirkelbane ikke have den store effekt på det marine miljø.[nielsen & Nielsen 1978]. Partikelhastigheden i bølgedalen mindskes på grund af havbundsfriktion, mens hastigheden i bølgetoppen øges. Bølgen forandres dermed til en asymmetrisk bølge, hvor vandpartiklernes hastighed i bølgetoppen bliver kortvarig, kraftig og kystværts (retning mod land), mens den i bølgedalen bliver længerevarende, svag og søværts. Uden denne dynamik ville strandene ikke eksistere, da der ikke ville være nogle mekanismer, der kunne transportere sand og grus til kysten [Nielsen & Nielsen 1978]. Bølgens kraft, er afhængig af størrelsen og stejlheden, hvor bølger med stor bevægelse kan skylle store mængder af vand mod stranden. Denne proces skaber højere

22 22 Kystmorfologi vandstande lokalt og frembringer et tilbageløb af vand tilbage i havet. Når bølgen brydes, skabes en kraftig strøm, der forårsager en bevægelse af sand og grus ind mod land. Når denne kraft har skyllet vandet mod hældningen på stranden, vil en tilbagestrømning trække sand og grus med sig ud i havet og starte erosionsprocessen langs kystlinjen. Kraften af flere tons havvand, der bevæger sig op og ned ad stranden, er i stand til at flytte enorme mængder sedimenter fra kystlinjen. Således skabes der en erosion, hvor kystlinjen trækker sig tilbage mod land, og under disse forhold er det typisk for en kyst, at der dannes en stejl skråning under havoverfladen. Vindstuvning Under storm påvirkes havoverfladen af vindens tryk se Figur 2.5. Derfor vil langvarig vindpåvirkning, med konstant vindhastighed og - retning, få vandet stiger ved kyster der vender mod vindretningen se Figur 2.8. Bølgernes vedvarende massetransport ind mod kysten bevirker, at den udadgående bundstrøm, skal kompenserer for dette. Dette bevirker, at vandspejlet stiger ved kysten indtil der er opnået en ligevægt. Et meteorologisk lavtryk har, i sig selv, sjældent den store påvirkning på vandstandsændringen, og et fald på 1 millibar, vil forårsage en stigning i havoverfladen på ca. 1 cm. Imidlertid opstår de stærkste vinde næsten altid i forbindelse med et lavtryk, hvilke vil bevirker en betydlig vandstandsstigningen. [Nielsen & Nielsen 1978] Figur 2.8: Billedet illustrerer vindstuvningens effekt på havoverfladen Bølgeenergi Fra fysik, især Newtons love, kendes teorien om, at partikler der er i bevægelse, er i besiddelse af energi. Denne viden ligger til grund for indsigten i og beregningen af bølgeenergien. Kigger man på en bølge fra siden, vil man kunne tegne en linje således, at der vil være et ligeså stort areal over denne linje som under. Denne linje vil kunne betragtes som den linje vandoverfladen vil antage i hvile. Deraf kan afledes, at den del af bølgen der ikke ligger i denne imaginære linje, vil være i besiddelse af en potentiel energi, og de partikler der bevæger sig i cirkulære- eller ovale baner er i besiddelse af kinetisk energi. Den samlede mængde energi, en bølge indeholder, er således summen af den kinetiske og den potentielle energi [Nielsen & Nielsen 1978].

23 2.3 Bølger 23 For at kunne beregne den energi der er tilstede i en bølge skal følgende formel bruges: E = 1 8 ρ g H2 Det ses, at bølgens energi kun er afhængig af to variabler, Bølgehøjden og densiteten [Nielsen & Nielsen 1978]. Havvandets densitet Vandets densitet er vigtig for bestemmelsen af bølgeenergi, og da den ikke er ens i alle farvande, skal den beregnes. At densiteten er forskellig fra havområde til havområde, skyldes at saltindholdet de to steder ikke altid er ens. Derudover er densiteten også afhængig af vandets temperatur. Når man kender disse faktorer, kan den aktuelle densitet bestemmes. I projektet er der taget udgangspunkt i at saltindholdet i Nordsøen er 35% og en temperatur på 10 c det medføre, at densitet der regnes med i projektet er 1027 kg/m 3 se diagram Figur 2.9 [Nielsen & Nielsen 1978]. Figur 2.9: T-S diagram. Havets massefylde er vist som funktion af temperatur c og salinitet [Nielsen & Nielsen 1978]. Bølgeenergi flux (energitransporten) Er afhængig af bølgegruppen og dennes hastighed. En bølgegruppe er den bølgeformation, der opstår som resultat af den interferens der sker når to bølgetog mødes. Det er her en forudsætning, at de to bølgetog bevæger sig samme vej, og at det ene bølgetog har en bølgelængde, der er en smule længere end den andens. Da bølgerne, der interfererer, ikke har samme bølgelængde, opstår der en situation, hvor bølgegruppen har en hastighed, der er mindre, end de to oprindelige bølgetogs hastighed [Nielsen & Nielsen 1978]. Resultatet er, at bølgegruppens hastighed kan udtrykkes med formlen: C g = C 2, hvor C 2 = L g 2 π

24 24 Kystmorfologi Bølgegruppens hastighed ændres på lavt vand. Således gælder det her, at bølgegruppens hastighed ikke længere er afhængig af Bølgelængden, men kun af tyngdeaccelerationen og dybden til havbunden [Nielsen & Nielsen 1978]. Dette kan udtrykkes ved formlen: C = g d Da bølgens energi er kendt fra før, kan vi nu udregne energifluxen for en bølgegruppe. Dette kan gøres med formlen: Refraktion P = E C g Bølgens hastighed afhænger af vanddybden i området, den bevæger sig hen over. En konsekvens heraf er, at bølgelængden bliver kortere proportionalt med vanddybden. I det tilfælde hvor bølgen ikke løber ortogonalt på kystzonen, varierer dens hastighed langs bølgefronten. Det vil sige, at den del af bølgen, der løber over dybere vand, har en større hastighed end den del, der er på lavere vand. Dette medfører, at den bøjer imod en tilstand, hvor bølgefronten løber ortogonalt på stranden og de foranliggende konturer. Denne effekt betegnes som refraktion og kendes også fra andre bølgetyper som lys- og lydbølger, se Figur 2.10 [(U.S.) 1975a]. Figur 2.10: Billedet illustrerer refraktion langs en lige strand med parallelle konturer [(U.S.) 1975b]. 2.4 Erosionsprocessen Erosionen omfatter alle de geologiske processer, hvor der sker en nedbrydning, eller en bortslibning af jordoverfladen. De geologiske kræfter, som forårsager erodering er: rendende vand, vandløb, bølgeslag, vind eller gletsjere. Den største erosion forekommer ved kysten, idet denne er under konstant påvirkning af vand og vind. Erosionsprocessen ved kysten, skyldes en ubalance i importen og eksporten af løs materiale fra bestemte kystprofiler. Langs kysten foregår der en afslibning af materiale, når bølgerne slår ind over kysten og river dette med tilbage i havet. Kysterosion findes mange steder, men hovedsageligt hvor vinden er stærk, bølgerne høje, højt tidevand og kraftige strømforhold.

25 2.4 Erosionsprocessen 25 Sedimentpartiklerne i de glaciale og glaciofluvialer aflejringer sættes i bevægelse når vandstrømmen skaber friktion med bunden. Graden af friktion er afhængig af bundens ruhedsgrad og sedimenternes kornstørrelse. Der sker en forskydningsspænding, mellem havstrømmen og havbunden, hvorved de enkelte sandkorn påvirkes. Hvis forskydningsspændingen overstiger de kræfter, der holder sandkornene på plads, vil sandkornene sættes i bevægelse og erosionsprocessen er i gang. For at sandskornene kan sættes i bevægelse, skal strømhastigheden overstige den kritiske erosionshastighed, denne hastighed varierer med kornstørrelsen. [Nielsen & Nielsen 1978] Figur 2.11: Billedet illustrerer en skematisk fremstilling af materialets igangsættelse under stigende strømhastigheder [Nielsen & Nielsen 1978]. sedimenttransport i forbindelse med erosion Sedimentmaterialets bevægelsemønster er forskellige alt efter strømhastighederne [Nielsen & Nielsen 1978] På Figur 2.11(a) ses det at sedimenterne rulle henover havbunden, i et tilfældigt mønster. I denne tilstand er strømhastigheden svag. På Figur 2.11 (b) er strømhastigheden øget, kornene blive løftet lidt op fra bunden, ført med strømmen et stykke i dens forplantningsretning, for der efter falder til bundes. De udfører en springende bevægelise, der kaldes saltation. Figur 2.11 (c) I grænseområdet mellem strømmen og bunden opstår trykforskelle, der danner de hvirvler, som er forudsætningen for den turbulente

26 26 Kystmorfologi strøm. Den turbulente strøm medfører formdannelsen af bundtransportens ripper. Materialet føres op ad vindsiden, der har en mindre hældning og ruller ned ad læsiden, der har fået en stejl skråning. Figur 2.11 (d) Øges hastigheden, kan enkelte korn bringes så højt op i vandet, at de kan svæve i længer tid og derved blive bragt i suspension. Forudsætningen for, at større mængder materiale transporteres i suspension, er, at den turbulente strøm overstiger faldhastighed på det enkelte korn 2.5 Langsgående sedimenttransport Denne transport kan have stor effekt på både kystens morfologi og kystlinjens udvikling og udseende, da der kan transporteres store mængder af sediment. Sedimenter inddeles i forskellige kornstørrelser: Sten, ral, grus, sand, silt og ler. Studier viser, at der er en sammenhæng mellem vandets energiindhold og kornstørrelserne. Vandets energiindhold omfatter i denne sammenhæng både den hastighed, vandet strømmer med, samt overfladebølger, der påvirker havbunden i mere lavvandede områder. Ved at foretage en kornstørrelsesanalyse, er det muligt at afgøre vandets energiindhold, når sedimentet aflejres. Et højt energiindhold i vandet er i stand til at bevæge grovere sedimenter, da det finkornede materiale, silt og ler, føres bort af strømmen, mens lavt energiindhold giver finkornede sedimentaflejringer. En kornstørrelsesanalyse viser også, om området er udsat for erosion eller sedimentation. I en prøve, hvor grove sedimenter dominerer, kan dette karakteriseres som et område under erosion. Viser en prøve dominans af finkornede sedimenter, kan dette karakteriseres som et område med sedimentation. [Nielsen & Nielsen 1978] Sedimenttransport i overføringszonen Overføringszonen er det sted, hvor materialetransporten sker ved det indre strandplan. En kombinationen af ensrettede bølgestrømme og skiftende bevægelser af vandpartiklerne forårsager transporten. Bølgerne energi bringer sedimenterne i suspension i den turbulente overføringsbølge, se Figur 2.4. Sedimenterne falder mod bunden, og bliver flyttet søværts, samtidig føres de i bølgestrømmens retning. Nogle sedimenter når ikke at bundfældes, inden de flyttes kystværst igen. Dette gør, at de finere sedimenter flyttes i spiralformede baner langs kysten. De grovere sedimenter, derimod kommer ikke i suspension,og vil derfor rulle langs kysten i zigzag. Når bølgen brydes i overføringszonen, se Figur 2.3 omdannes bølgeenergien til havstrømme langs kysten, hvorved sedimenttransporten igangsætte. Strømmene nær kysten er i stand til at transportere store mængder sedimenter. Derudover foregår der en transport parallelt med kysten i overføringszonen. Ansvarlig for denne transport er bølgestrømmene som dannes, når en bølge nærmer sig kystlinjen med en vinkel forskellig fra 90, se Figur Bølgestrømmenes intensitet er afhængig af energiniveauet i bølgen og vinklen, som bølgen rammer med. Ofte sker denne kystparallelle sedimenttransport i opskylszonen eller brændingszonen ved den indre strandplan, det ses på Figur 2.13, at materialetransporten hovedsaglig sker, omkring den inderste revle ved lavere vindhastigheder og, at den flyttes til den ydre ved større vindhastigheder. [Nielsen & Nielsen 1978]

27 2.5 Langsgående sedimenttransport 27 Figur 2.12: Billedet illustrerer bølgens indfaldsvinkel, når den nærmer sig kysten [Strahler & Strahler 2006]. Figur 2.13: Billedet illustrerer materialetransporten på det indre strandplan [Nielsen & Nielsen 1978]. Sedimenttransport i opskylszonen Sedimenttransporten i opskylszonen sker, hvor bølgerne slår skævt ind på kysten. Sedimenterne følger bølgen op på stranden, hvor det, derpå føres tilbage i havet med tilbageskyllet. Da bølgens indfaldsvinkel ikke er vinkelret på kysten, vil der ske en forskydning af sedimenterne så de ikke føres tilbage til deres udgangspunkt, men et punkt længere oppe langs kysten, se Figur I forbindelse med tilbageskyllet bringes sedimenterne i suspension, dette sker i den turbulens der dannes når tilbageskyllet møder det efterfølgende opskyl, [Nielsen & Nielsen 1978].

28 28 Kystmorfologi Figur 2.14: Billedet illustrerer bevægelsen af sedimenter langs kysten med bølgestrømmen og med strandriften [Strahler & Strahler 2006]. Neutrallinjen Kornstørrelsens neutrallinje opstår når sedimentpartiklerne bevæger sige lige meget kystværts som søværts, hvorved der skabes en ligevægt. Asymmetrien i bølgen kan fortælle, hvor neutrallinjen befinder sig - jo mere asymmetrisk bølgen er jo tætter på kysten ligger neutrallinjen. Sandkorn, der ligger kystværts for sin neutrallinje, bliver transporteret ind mod land, som følge af den øgende bølgeasymmetri. Modsat vil sandkornet, der ligger søværts for neutrallinjen, transporteres væk fra land. [Nielsen & Nielsen 1978] Den teoretiske ligevægtsprofil Teorien om neutrallinjen har dannet grundlag for en forenklet, teoretisk ligevægtsprofil. Følgende forudsætninger skal opfyldes for, at ligevægtsprofil kan opstå: Bølgepåvirkning skal være ensrettet og konstant med hensyn til bølgehøjde, længde og periode Forplantningsretningen af bølgen skal være vinkelret på kysten hensyn til H, L og T jvf. 2.3 Strandplanet skal have en konstant hældning Samme kornstørrelse, der ikke bringes i suspension i hele profilet Der må ikke forekomme brænding på strandplanet Konstant vandstand Den teoretiske ligevægtsprofil forekommer ikke naturligt, da alle forudsætningerne aldrig kan opfyldes i naturen. Figur 2.15 illustrerer nogle af strandplanets hældningsprofiler. Som det ses, ligger størstedelen af profilerne under vand, vektorene viser sedimentpartiklernes bevægelsesretning.

29 2.5 Langsgående sedimenttransport 29 Figur 2.15: Billedet illustrerer ændringer af den teoretisk kystprofil. Profilet går fra at være en initialhældning, til en ligevægtsprofil [Nielsen & Nielsen 1978]. Den stiplede linje, skal forestille strandplanet og initialhældningen. På Figur 2.15 (a)viser vektorene over havbunden størrelsen og retningen af partikelbevægelsen på bunden. Vektorene på bunden angiver forskellen, og dermed den resulterede partikelbevægelse. Midt på figuren ses der to vektorer, hvor den resulterende partikelbevægelse er nul. Dette punkt falder sammen med neutrallinjen. Til venstre for nulpunktet bevæger sedimenterne sig mod dybere vand, da bølgernes indadgående kinetiske energi er mindre end den udadgående potentielle energi. Når den udadgående vandpartikelhastighed falder under kornstørrelsens igangsættelseshastighed vil sedimenterne bundfældes. Til højre for punktet øges vandpartikelhastigheden og dette medfører en sedimenttransport væk fra nulpunktet mod kysten På 2.15 (b) ses profilet efter et stykke tid, hvor sedimenter er transporteret i den retning, hvor bevægelseshastigheden er størst. Denne erosion i strandplanet forårsager en ændring i hældningsgradienten. Til venstre for nulpunktet er hældningen blevet større og dermed bliver den udadgående materialetransport større på grund af den øgede tyngdepåvirkning. Dette medfører en ændring af hældningen i nulpunktet, og betyder en forskydning af balancen mellem den frem- og tilbagegående bevægelse. Til venstre for det oprindelige nulpunkt aflejres der sedimenter og strandplanets hældning formindskes, indtil der opstår et nyt nulpunkt. Det oprindelige nulpunkt er rykket tættere på kysten og derved dannes et strandplan med faldende gradient fra kystlinjen ud til dybere vand ( L 2 ), hvor bølgeeffekten er uden betydning se Figur 2.15 (c). Ligevægtsprofilet vil altid udformes uanset initialhældningen. Hvis gradienten er stejl, vil neutralpunktet ligge tæt på land. Resultatet vil være en tilbagerykning af kystlinje. Er gradienten flad, ligger det oprindelige neutralpunkt langt fra kystlinjen, og resultatet vil være som Figur 2.15 (b), fra neutralpunktet til land. [Nielsen & Nielsen 1978]

30

31 Kapitel 3 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby I dette kapitel vil caseområdet ved Nørre Lyngby blive introduceret, og den langsgående sedimenttransport i caseområdet vil blive beskrevet. Herudover vil der indgå, egne beregninger af sedimenttransporten, baseret på data fra kystdirektoratet. Sidst i kapitlet, beskrives bølgernes refraktion, og den mængde materiale der årligt forsvinder fra caseområdet. Indhold 3.1 Kystprofil Observationer i forbindelse med feltundersøgelse Sedimenttransport Langsgående sedimenttransport Formler for sedimenttransport Beregning af den langsgående sedimenttransport Resultat af beregning af sedimenttransporten Bølgerefraktion ved Nørre Lyngby Beregning af klinterosionen Delkonklusion

32 32 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby 3.1 Kystprofil I følgende sektion fortages en analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby. Her indgår observationer foretaget i forbindelse med besøg i området, kortstudier ved hjælp af GIS, ligesom data fra kystdirektoratet er inddraget. Formålet er at skabe et billede af kystzonens profil, for derigennem at kunne påpege områder af særlig interesse. Sektionen vil være opbygget så beskrivelsen bevæger sig fra klinten over stranden og afsluttes med en beskrivelse af havbundsprofilen Observationer i forbindelse med feltundersøgelse I forbindelse med besøget ved kysten nedenfor Nørre Lyngby, blev det observeret, at stranden landværts blev afgrænset af en høj klint. Ved undersøgelse af klinten blev det observeret at, det øverste lag fortrinsvis bestod af sand, hvorimod de nederste lag hovedsagligt bestod af et mere lerholdigt materiale. Herudover blev det observeret, at der flere steder langs klintfacaden trængte grundvand ud af klinten, hvorefter det løb over stranden, hvor det til sidst endte i havet, se Figur 3.1. Klinten betragtes som bagstranden, da denne er den øvre grænse for vandets fremtrængen. Forstranden strækker sig fra klinten, og ud til havstokken ved lavvande. Som det fremgår af Figur 3.2 er stranden ved Nørre Lyngby flad, og der er ikke dannet en markeret opskylsryg, som afgrænser overskylssiden fra opskylssiden. Hele stranden fra klint til havstokken betragtes som opskylszonen. Da det af praktiske såvel som tidsmæssige hensyn ikke har været muligt at foretage en nivellering af det indre strandplan, bruges data fra kystdirektoratet sammenholdt med ortofoto af området, som baggrund for beskrivelsen af kystzonen fra havstokken og søværts. Det ses af Figur 3.3, at der er to brændinger ved kysten. Den yderste brændingszone indikerer, at der her ligger en revle, hvorpå der sker en grundbrænding. Den inderste brændingszone indikerer, at der her er en strandrevle, hvorpå der ligeledes sker en brænding. Sammenholdes dette med kystprofilen i Figur 3.4, ses det, at der er to punkter ud for kysten hvor havbunden er højere end omgivelserne. Punkterne er plottet ind på ortofotoet Figur 3.8 hvorefter det ses at der er en god overensstemmelse med brændingen og de høje punkter på profilen. Årsagen til at der ikke er et fuldstændigt sammenfald, formodes at kunne tillægges årstidsvariationen, da profilmålingen og ortofotoet ikke er lavet på samme tid. Dette vil resultere i en variation, da revlerne "vandrer"mod kysten som beskrevet i sektion 2.3. Fra brændingsrevlen og søværts ses det på profilen i Figur 3.4, at havbunden falder stødt til en dybde af omkring 17 m, hvorefter bunden flader ud med kun få variationer. 3.2 Sedimenttransport Under feltundersøgelsen af området omkring Nørre Lyngby, blev der ikke observeret en langsgående sedimenttransport. Ligesom der ikke i det nærmeste område kunne findes nogen kystanlæg, der kunne indikere, hvorvidt der foregik en transport af materiale langs kysten. Da undersøgelsesområdet herefter blev udvidet, så byerne Løkken og Lønstrup blev medtaget, blev det muligt at påvise en langsgående sedimenttransport i området. Ved Løkken, der er den nærmeste by sydpå, blev det

33 3.2 Sedimenttransport 33 Figur 3.1: Billedet viser klintprofilens lag. observeret, at der på den sydvendte side af molen var sket en akkumulering af sand. Dette bevirker at stranden på den sydlige side af molen udbygges og derved virker som en stødpude mod erosion. På den nordlige side af molen sker der derimod en øget erosion, da der på denne side er et materialeunderskud. Denne øget erosion bevirker, at stranden her bliver smallere, se billede på Figur 3.6. Ved Lønstrup, der er Nørre Lyngbys nærmeste nordlige nabo, blev der, som ved Løkken, ligeledes observeret tegn på en langsgående sedimenttransport, da der her er opført bølgebrydere, se billede på Figur 3.7. Det ses på Figur 3.7, at der ved bølgebryderne er dannet tomboloer. Disse dannes når sedimenttransporten på læsiden af bølgebryderen nedsættes, hvorved der sker en akkumulering af sedimenter, se sektion 4.3.

34 34 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby Figur 3.2: Billedet viser stranden ved Nørre Lyngby. Figur 3.3: Billedet viser Brændingerne langs kysten ved Nørre Lyngby. Ved studie af ortofoto, ses der antydning af opslemmede sedimenter, der bevæger sig nordpå, se Figur 3.8. Det fremgår af kystdirektoratets rapport om sedimentbudgetet for vestkysten, at der er en langsgående sedimenttransport ved kysten ud for Nørre Lyngby. Det ses på Figur 3.9, at der ved Løkken er en nordgående materialevandring på m 3 /år, og at der ved Hirtshals er en nordgående sedimenttransport på m 3 /år.

35 3.3 Langsgående sedimenttransport 35 Figur 3.4: Billedet illustrerer kystprofilen for kysten ved Nørre Lyngby baseret på data fra Kystdirektoratet. Figur 3.5: Billedet viser kysten ved Nørre Lyngby. 3.3 Langsgående sedimenttransport Det er, på baggrund af ovenstående undersøgelse, blevet klart, at der langs kysten ved Nørre Lyngby, eksisterer en langsgående sedimenttransport. I følgende sektion undersøges størrelsen af materialetransporten, specielt for den udvalgte kyststrækning, se Figur 3.12.

36 36 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby Figur 3.6: Billedet viser hvordan sandet akkumuleres på den sydvendte side af høfden ved Løkken. Figur 3.7: Billedet viser bølgebrydere langs Lønstrups kyst. Hvor foregår den langsgående sedimenttransport På baggrund af viden sektion 2.5 skønnes det, at den langsgående sedimenttransport ved Nørre Lyngby foregår på det indre strandplan fra grundbrændingszonen og indefter, se Figur 3.3 og Figur Formler for sedimenttransport For at kunne beregne den langsgående sedimenttransport er der i rapporten brugt en beregningsmetode hentet fra Shoreprotection Manual [(U.S.) 1975b]. Beregningerne tager udgangspunkt i formlen 18,3 H O (cos(α O ) 1/4 sin(2 α O ) [(U.S.) 1975b] (1) Der bruges til beregning af den energi, der er til rådighed for den langsgående sedimenttransport, under bestemte forudsætninger, se sektion Herefter omskrives formlen, så den medregner frekvensen af bølgerne, der er opdelt i fem retninger, ligesom den også medtager forholdet mellem bølgeenergien og den dertilhørende sedimenttransport. 18,3 (7, ) f H O 5/2 cos(α O ) 1/4 sin(2 α O )=Q αo,h O (2), hvor Q ao,h O er den volumen, der transporteres i kubik yards (cu.yd.) for hele observationsperioden. f er frekvensen af bølger af en vis størrelse foredelt på indfaldsretninger. H O er siknifikantbølgeøjden målt i fod. α O er bølgernes retning på dybt vand. [(U.S.) 1975b]

37 3.3 Langsgående sedimenttransport 37 Figur 3.8: Billedet viser kystlinjen ved Nørre Lyngby. Det ses på billedet, at der er antydninger af en langsgående sedimenttransport. Resultatet bliver en materialemængde for hver bølgehøjde og retning, og herudfra kan den langsgående sedimenttransport udledes. Som beskrevet i sektion 2.5, består den langsgående sedimenttransport(q) af to dele: 1. Den del der bevæger sig fra venstre mod højre (Q rt ) 2. Den del der bevæger sig fra højre mod venstre(q lt ) Summen af disse mængder (Q g ) er brutto sedimenttransporten, og differencen mellem de to, er netto sedimenttransporten (Q n ). Omregning Da den valgte metode baserer sig på imperiske måleenheder, er dataene, for bølgerne i Nordsøen, omregnet til imperiske enheder, således at der i beregningerne er brugt fod som mål for bølgehøjde og kubik yards som mål for sedimentvolumen. Afslutningsvis er resultaterne omregnet til metriske enheder.

38 38 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby Figur 3.9: Billedet illustrerer den årlige sedimenttransport der er langs den jyskevestkyst [Kystdirektoratet 2001]. Valg af beregningsmetode Beregningsmetoden er primært valgt på grund af sin simplicitet og den forhåndenværende grunddata. I bogen Shoreprotection Manual er der præsenteret fire forskellige måder til at beregne den langsgående sedimenttransport, hvoraf der er der valgt den tredje. Dette skyldes at de to første metoder krævede et gennemgående kendskab til forholdene i det valgte område, samt en mængde data der ikke var til rådighed, ligesom det ikke var muligt af skaffe den inden for den afsatte tid. Den fjerde metode blev fravalgt, da denne krævede data om bølgerne i brændingszonen, hvilket ikke stod til rådighed, og ikke var muligt at skaffe.

39 3.3 Langsgående sedimenttransport 39 Antagelser og forudsætninger Under behandligen af rå-dataene er der set bort fra de bølger, der kommer fra østlige retninger, set i forhold til kysten. Dette er gjort ud fra den betragtning, at bølger der har de fravalgte retninger, næppe har nogen eroderende effekt på kystlinjen i caseområdet. Det antages, at der ikke er nogen begrænsning i forhold til den mængde materiale, der føder den langsgående sedimenttransport. Det vurderes at have den effekt, at resultatet af beregningerne er større end den egentlige sedimenttransport, da denne er hæmmet af den hastighed, hvormed klinten, der leverer materialet, eroderes. Det antages, at det materiale der flyttes langs stranden er sand og derfor betragtes den ler der er tilstede ikke. [(U.S.) 1975b] I forbindelse med beregningen af den langsgående sedimenttransport forudsættes følgende. Alle konturer på havbunden ud for kysten er parallelle med kystlinjen. Forudsætningerne for brugen af formlen 1 i sektion er som beskrevet i [(U.S.) 1975b], accepteres som værende gældende for det valgte område. At den sammenhæng, mellem den langsgående energi flux faktor og den årlige sedimenttransport, der er beskrevet i Tabel 4-37 i [(U.S.) 1975b],er gældende for situationen ved Nørre Lyngby. Figur 3.10: Billedet illustrerer en bølgerose lavet på baggrund af data fra Kystdirektoratet. Farverne angiver antal bølger gange Følgende parametere skal være kendt for at kunne benytte beregningsmetoden:

40 40 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby Siknifikantbølgehøjde (H O ) på dybt vand Vinklen (α O ), bølgefronten danner med kysten, på dybt vand Beregning af den langsgående sedimenttransport Da den benyttet data bestod af knap observationer, krævede det en sortering af data, Således, at kun data om bølger i spektret fra 202 (SSV) til 22 (NNØ) blev medtaget, svarende til godt observationer. Derefter blev den tilbageværende data opdelt i fem mindre sektorer: , ,5-269, ,5-314, ,5-359, ,5-22 Hvorefter denne data blev organiesret i en bølgerose, der illustrativt fremstiller dataene på en overskuelig måde, se Figur Efterfølgende inddeles bølgerne efter højde, så alle bølgehøjder ikke vægtes ens, se Tabel i Bilag B.1 Det ses tydeligt at bølgerne primært kommer fra vest og sydvest. Dette skyldes Danmarks placering i det nordlige vestenvindsbælte, hvor vinden hovedsagligt kommer fra vest, hvilket medføre at bølgerne ligeledes primært kommer fra vest, se appendix A.2, og sektion 2.3. Efterfølgende beregnes sedimenttransporten ved brug af formel 2 sektion 3.3.1, og resultatet indsættes i Tabel 2 i Bilag B.1 I forbindelse med beregningerne bruges den gennemsnitlige retning, dette skyldes at den hver sector dækker over et span på 45. Dette har den fordel, at retningen nul (292 ) kan bruges, da denne her bliver et gennemsnit af +/- 22,5. Derefter opsummeres sedimenttransport, inden for de respektive sektorer, og resultatet kan bruges i den efterfølgende beregning af netto sedimenttransporten. Dette gøres ved at materialemængden fra de sydvendte sektorer, plus halvdelen af den vestvendte sektor, summeres. Herfra fratrækkes den akkumulerede mængde af sedimenter fra de nordvendte sektorer, plus halvdelen af materialet fra den estvendte sektor. Se Tabel 3 i Bilag B Resultat af beregning af sedimenttransporten Q rt cu.yd m 3 Q lt cu.yd m 3 Q n cu.yd m 3 Q g cu.yd m 3 Tabel 3.1: Sedimentbudgetet gælder for perioden Aug til Dec Som det ses på Tabel 3.1, er der en transport af sediment mod højre (Q rt ), det vil sige mod nord, på godt 1,77 mio m 3, og en transport af materiale mod venstre (Q lt ) på godt 0,94 mio m 3. Dette giver en nordgående netto sedimenttransport (Q n ), ved

41 3.3 Langsgående sedimenttransport 41 Q rt Q lt Q rt Q rt m 3 /år m 3 /år m 3 /år m 3 /år Tabel 3.2: Gennemsnitelig sedimentbudgetet for perioden Aug til Dec Nørre Lyngby, på godt 0,83 mio m 3. Da ovennævnte tal gælder for hele observationsperioden, er tallene omregnet så de repræsenterer den årlige sedimenttransport, se Tabel 3.2. Det ses, at der er en materialevandring mod nord, da Q rt er størst. Dette passer med de observationer under feltarbejdet, se sektion Bølgerefraktion ved Nørre Lyngby Når bølgerne nærmer sig kysten ved Nørre Lyngby, sker der en refraktion, fordi havbunden, hvor bølgerne bevæger sig hen over, hæver sig, jo tættere bølgen kommer på kysten. Da bølgernes hastighed er afhængig af dybden, ændres denne. Således vil den del af bølgen, der er på lavest vand, bevæger sig langsomst. Derfor vil bølgefronten langsomt drejes ind i mod kyste, se sektion 2.3. Med udgangspunkt i bogen Shoreprotection manual [(U.S.) 1975b]og kystmorfologibogen [Nielsen & Nielsen 1978] er bølgernes refraktion beregnet for bølgeretningen 270. Denne retning er valgt, da størstedelen af bølgerne kommer fra denne retning, se Figur Det antages, at der sker en ændring af bølgeretningen tre steder, se Figur 3.11: 1. Ved passage til 10 m dybde 2. Ved passage til 5 m dybde 3. Ved passage til 2,5 m dybde Det antages at disse konturer, bølgerne passerer, er parallelle med kysten, og giver en ens refraktion i hele området. Figur 3.11: Billedet viser bølgeortogonalernes ændring ind imod kystlinjen. Disse linjer viser også hvor bølgernes energi afleveres på stranden.

42 42 Analyse af kystzonen ved Nørre Lyngby Figur 3.12: Billedet viser den del af kysten, hvor kysttilbagerykningen er beregnet Beregning af klinterosionen For at kunne beregne, hvor meget klint der forsvundet, opdeles klinten i to dele. Den første del er den, der kan beregnes som en kasse ved formlen Q jord = Højde x Brede x Længde. Hvor højden er målt i GIS, og er afstanden fra klintfoden til klintkanten. bredden er den afstanden klinten er rykket tilbage i perioden fra 1980 til 2008, ligeledes målt i GIS på baggrund af data fra kystdirektoratet. Længden er den, der er markeret i Figur 3.12 Det er blevet målt, at der fra klintfoden til klinttoppen er 14m, fra kote 2 til kote 16. Derudover er det målt at klinten i perioden er rykket tilbage med en afstand på 17,3 m. Heraf er det beregnet, at den årlige tilbagerykning er 0,62 m. Ligeledes er det blevet opmålt, at længden af strækningen er 2.847,5 m. Q jord1 er beregnet til m 3 for hele perioden, og m 3 /år Den anden del af beregningen er tilføjet, da det er observeret, at klinten ikke har en lodret klintfacade, men at denne skråner udad fra toppen til foden. Det volumen der ligger i denne del af klinten, vil ikke komme med i den første beregning, da denne antager klintens form som en kasse. Ved Hjælp af GIS og regneark er det muligt at opstille følgende integrale der beskriver arealet af den skrå del af klinten set fra siden. Q jord2 = ,0233 x 2 + 0,352 x + 1,7369 dx

43 3.4 Delkonklusion 43 Resultatet af integralet er herefter ganget med længden af den beregnede kyststrækning, hvilket giver et volumen på Q jord2 = m 3. Således bliver Q jord = Q jord1 + Q jord2 = 1,07 mio m 3 for hele perioden og den årlige tilbagerykning dækker over et volumen på m 3 /år. Fejl og antagelser i forbindelse med beregningerne. Klintfacadens hældning er kun målt ét sted, og det er derefter antaget at resultatet er gældende for hele strækningen, hvilket ikke er tilfældet. Det er herudover også antaget, at klinten i hele perioden har haft en klintfacade med den målte hældning. Herudover antages det, at den målte klintfacade kan beskrives med et polynomium, som vist i Bilag i Ark 2 i regnearket på billags CD en. Disse fejl og antagelser gør, at resultet kun er en approximation af volumet. En anden metode burde have været benyttet, for at få et mere nøjagtigt resultat, en sådan anden metode kunne have været at bruge GIS til volumenbestemmelse. 3.4 Delkonklusion Det er i gennem dette kapitel påvist at der langs kysten ved Nørre Lyngby eksisterer en langsgående sedimenttransport. Det skønnes at denne transport foregår i området landværts for den yderste brænding. Derudover er denne bestemt for området, gennem beregninger af den langsgående komponent af bølgeenergifluxfaktoren. Resultatet anslår den langsgående sedimenttransport til at være godt m 3 om året pr. meter kyststrækning. Det fremgår herudover også at sedimenttransporten mod nord er dominerende i området. Det er også vist at der sker en refraktion af bølgerne under deres fremfærd mod kysten, således at der er en lille vinkel mellem bølgerykken og kystlinjen. Derudover er det anslået at der i perioden fra 1980 til 2008 er forsvundet 1,07 mio m 3 materiale fra klinten ved Nørre Lyngby. Der er således et aktuelt problem med erosion og fjernelse af sediment fra kysten ved Nørre Lyngby. Dette problem er delt i to; dels er der en erosion af klinten, og dels en langsgående sedimenttransport ved kysten, der føre mere sediment bort fra kysten, end der tilføres. Dette bevirker at der til stadighed sker en tilbagerykning af klinten ved Nørre Lyngby.

44

45 Kapitel 4 Kystsikring I følgende kapitel vil en række kystsikringsmuligheder, aktuelt for området ved Nørre Lyngby, bliver beskrevet. Her er taget udgangspunkt i de kystsikringsløsninger, som primært er brugt ved Lønstrup, da dette område på mange måder minder om Nørre Lyngby. Indhold 4.1 Kystfodring Strandfodring Strandnær fodring Revlefodring Høfder Bølgebrydere Skråningsbeskyttelse

46 46 Kystsikring 4.1 Kystfodring Kystfodring er kunstig tilførsel af sand eller ral (sten i størrelse fra 30 til 80 millimeter) til erosionskyster. Denne metode har vist sig som en god form for kystsikring og anvendes i stigende grad, da det er den løsning, der mindst påvirker kystens naturlige udseende. Ved den jyske vestkyst er det primært kystdirektoratet, som står for kystbeskyttelsen, og her anvender de kystfodring som den primære kystbeskyttelse. Ved kystfodring pumpes der sand fra et skib, ind på enten stranden eller det lave vand foran stranden, hvor det erstatter det sand som havet har fjernet. På denne måde kan erosionen af kysten nedsættes eller helt fjernes. Sediment texturen er et vigtig element for at opnå succes med strandfodring. Her skal sandet der transporteres ind til kysten, være forenelig med sandet ved erosionsområdet. Hvis ikke dette er tilfældet, vil sandet eroderes bort langt hurtigere end normalt. Sandet suges op fra havbunden af en sandpumper, der er et specialskib, som transporterer sandet i lastrummet ind til kysten. Sandet til kystfodring af den jyske vestkyst hentes i Nordsøen ca km fra land i særligt udvalgte områder på meters vanddybde. Kystfodring er en forholdsvis ny metode i Danmark, og i 1975 blev det første sand til kystbeskyttelse indpumpet på land ved Thyborøn havn, og kørt med lastbiler ud til høfder foran Thyborøn by. I starten blev sandet pumpet på land gennem rørsystemer, hvorefter at blive kørt til erosionsområdet med lastbiler. Men efterhånden blev teknikken og sandpumperne så avancerede, at det blev muligt at pumpe sandet direkte ind på stranden. Denne metode kaldes strandfodring. I samme periode blev der, som forsøg, pumpet sand ud på havbunden i 4-5 meters vanddybde foran Thyborøn by. Det viste sig, at sandet forblev i området og dermed havde en gavnlig effekt. Denne metoden kan udføres på to måder, som revlefodring og som strandnær fodring. Disse to metoder samt strandfodring bliver idag brugt som kystbeskyttelse flere steder langs den jyske vestkyst, og vil her blive beskrevet nedenfor. [kystdirektoratet 2010a, Burcharth 2010b] Strandfodring Ved strandfodring bliver sandet pumpet direkte fra sandpumperen, gennem en rørledning der ligger på havbunden, og ind på stranden, se Figur 4.1. Ombord på skibet bliver sandet blandet med vand, inden det pumpes ind på stranden gennem rørledningen. Når blandingen af sand og vand rammer stranden, bliver sandet liggende og vandet løber tilbage i havet. På stranden forlænges rørledningen med korte rørstykker, således at sandet kan pumpes ud på stranden op til en kilometer på hver side af rørledningen. Rørledningen pumpes herefter op med luft, til den bliver flydende, hvorefter den med slæbebåd flyttes et par kilometer længere langs kysten og igen lægges på havbunden. Processen fortsætter her på den nye strækning af kysten, og på denne måde kan flere kilometers kyst strandfodres på relativt kort tid. Der bliver ved strandfodring typisk indpumpet m 3 pr. løbende meter sand. [kystdirektoratet 2010a] Strandnær fodring Ved denne metode bliver sandet pumpet fra skibet og ud på havbunden ved omkring 4 meters dybde foran kysten. Udfordringen ved denne metode er, at når sandpumperne har fyldt lastrummet med sand, kræves der en større vanddybde for ikke

47 4.1 Kystfodring 47 Figur 4.1: Strandfodring [kystdirektoratet 2010a]. at støde på havbunden. Der må derfor anvendes alternative metoder for at kunne levere sandet på så lavt vand. Enten lægges en flydende rørledning ud på havet, som sandpumperen pumper sandet igennem, eller pumpes sandet med stor kraft ud foran skibet i en kraftig stråle. Den sidst nævnte metode benævnes "rainbow metoden"og har den fordel, at den er fleksibel, da den ikke kræver en rørledning, der skal flyttes med slæbebåd, efterhånden som arbejdet skrider frem. Metoden er afhængig af roligt vejr uden bølger. Ved rainbow metoden sejler sandpumperen så langt ind mod kysten, at den rører havbunden, inden den begynder at pumpe sandet ud over stævnen, se Figur 4.2 [kystdirektoratet 2010a]. Figur 4.2: Strandnær fodring [kystdirektoratet 2010a] Revlefodring Ved denne metode placeres sandet på revlen ved 5 meters vanddybde, hvilket medfører at denne enten bliver større, eller kunstigt opbygget. Ved metoden anvendes et særligt skib, der kan dele sig i to på langs, hvorved sandet i lastrummet falder ned på havbunden, se Figur 4.3. Den specielle sandpumper er opbygget af to skroghalvdele, som er hængslet i stævnen og agter. Sandfodringen foregår på den måde, at skibet sejler ind til kysten, til det ligger lige over 5 meter dybdekurven, hvor sandet skal placeres. Da sandet skal ligge meget præcist, skal skibet manøvrerer sig ved hjælp af satellitnavigation, så positionen bliver med få meters nøjagtighed. Herefter presses skroghalvdelene fra hinanden og sandet glider ud af lastrummet, hvor det lægger sig på havbunden direkte under skibet, se Figur 4.4. Herefter lukkes skibet igen og kan sejle ud efter mere sand [kystdirektoratet 2010a].

48 48 Kystsikring Figur 4.3: Revlefodring [kystdirektoratet 2010a]. Figur 4.4: Revlefodring [kystdirektoratet 2010a]. 4.2 Høfder En høfde er en konstruktion, der normalt placeres vinkelret på kysten. Den går normalt fra skræntfoden til et stykke uden for kystlinien, hvor de enten ses enkelvis eller i høfdegrupper. Der findes en del måder at konstruere høfder på, men den mest almindelige langs den jyske vestkyst, er en konstruktion, hvor de opbygges af markeller brudsten, og hvor der under dette ligger et lag af mindre sten udlagt på et filterdug, se Figur 4.5. Konstruktionerne virker som en forhindring for det sand, som bølgerne transporterer på langs af kysten. Derved aflejres en del af det sand, som transporteres på langs af kysten, på opstrømssiden af høfden. Ved opbygning af høfder, ses en positiv effekt på tilbagerykningshastigheden for den indre del af profilet, og en bredere strand på opstrøms siden opnåes. Dette modsvares dog af en forøget erosion på læsiden af høfden, og stanser ikke skrænterosionen, se Figur 4.6 [Burcharth 2010a, kystdirektoratet 2010c]. 4.3 Bølgebrydere Bølgebrydere er konstruktioner, som er placeret parallelt med kysten. De er opbygget på samme måde som en høfdekonstruktion, hvilket vil sige af mark- eller brudsten, hvor der under disse ligger et lag af mindre sten placeret på en filterdug, se Figur 4.5. Til bølgebrydere på stor vanddybde anvendes også formstøbte betonelementer. Formålet med konstruktionen er dels i sin længde, at absorbere og reflektere bølgeenergi, og dels at udvide stranden, da der i det roligere vandområde, mellem bølgebrydrene og land, bundfældes sedimenter. Sidstnævnte for-

49 4.4 Skråningsbeskyttelse 49 Figur 4.5: Opbygning af en bølgebryder [Burcharth 2010b]. Figur 4.6: Læside erosion [of environment & natural resources 2010]. udsætter, at der er materialevandring langs kysten. Hvis afstanden fra land til bølgebryderen er kortere end bølgebryderens længde, vil stranden ved tombolodannelse blive landfast med bølgebryderen, se Figur 4.7. Denne dannelse medfører, at den langsgående materialetransport delvis afskæres, hvorved der nedstrøms for disse bølgebryderanlæg kan opstå læsideerosion, som også ses ved høfder. Dette kan delvis afhjælpes ved at afkorte bølgebrydernes længde i forhold til deres afstand til stranden. Herved mindskes strandopbygningen, således at materiale kan passere ved kraftig bølgeaktivitet. Bølgebrydere er i dag hyppigt anvendte, idet de anses for at være en bedre løsning end høfder, men lokale forhold kan kræve en kombination af to eller flere former for kystbeskyttelse. Dette kan som et eksempel ses ved Lønstrup på den jyske vestkyst, hvor en kombination af skråningsbeskyttelse, bølgebrydere, høfder og sandfodring er anvendt til beskyttese af kysten, se Figur 4.8 [Burcharth 2010b, kystdirektoratet 2010b]. 4.4 Skråningsbeskyttelse Skråningsbeskyttelse er en konstruktion, der placeres lige foran skræntfoden og et stykke op ad skrænten. De udføres for at forhindre, at bølger ved højvande eroderer direkte i den nederste del af skråninger og skrænter. Skråningsbeskyttelse kan konstrueres på mange forskellige måder, og den konkrete udformning må afpasses efter vandstands- og bølgeforholdene på den pågældende lokalitet. Den foretrukne løsning er en stenskråning af relativt store sten, opbygget med et filterlag, for at forhindre at bølgerne udvasker skrænt- og fyldmateriale igennem dækstenene. Her føres skråningsbeskyttelsen så højt op, at opskyl ikke kan bagskære sikringen. Ligeledes føres foden af sikringen så dybt ned i stranden, at der selv ved erosion, ikke

50 50 Kystsikring Figur 4.7: Bølgebrydere ved den nordsjællandske kyst [kystdirektoratet 2010b]. Figur 4.8: Kombineret kystbeskyttelse ved Lønstrup [kystdirektoratet 2010b]. sker underskæring, som medfører sammenbrud af stenskråningen, se figur 4.9. Som alternative løsninger, kan dæklag af betonblokke og asfaltbelægning som overfladelag også anvendes som skråningsbeskyttelse. Den sidstnævnte har dog den ulempe, at de glatte overflader giver, for samme skråningshældning, et højere opskyl, samt et nedskyl der lettere eroderer stranden. Steder hvor skråningsbeskyttelse ikke er muligt på grund af pladsmangel, som eksempelvis ved veje og promenader der er bygget langt ud på den naturlige strandbred, anvendes lodrette vægge. Problemet ved denne løsning er at bølgerne reflekteres så kraftigt på de lodrette vægge, at det i mange tilfælde medfører en kraftig erosion af stranden. Fordelen ved skråningsbeskyttelse er at konstruktionen beskytter den bagvedliggende skrænt mod erosion. Ulempen er, at den ikke forhindrer erosion af den resterende del af kystprofilet, som derfor gradvis bliver stejlere. Herved øges vanddybden, hvilket giver adgang for større bølger, som dermed øger de eroderende kræfter. Et andet problem er, at

51 4.4 Skråningsbeskyttelse 51 konstruktionen vil standse tilførslen af materiale fra skrænten til den sandtransport langs kysten som bølgerne forårsager, hvilket vil medfører en forøget erosion i nedstrømsretningen [Burcharth 2010b, Kystdirektoratet 2010d]. Figur 4.9: Skråningsbeskyttelse [Burcharth 2010b].

52

53 Kapitel 5 Wave Dragon I dette kapitel, vil bølgeenergianlægget Wave Dragon, blive introduceret som en alternativ form for kystsikring. Energipotientialet i Nordsøen, samt de tekniske detaljer, omkring enheden, vil blive beskrevet. Sidst i kapitlet, beskrives Wave Dragon s bølgehøjdereducerende effekt, og der gives en vurdering af denne som en kystbeskyttelsesmulighed i caseområdet. Indhold 5.1 Introduktion Potientialet for udnyttelse af bølgeenergi i Danmark Beskrivelse af Wave Dragon Overskylnings princippet Bølgereflektorer Wave Dragon Turbine Prototype Reflektion og Absorption Vurdering af Wave Dragon som kystbeskyttelse

54 54 Wave Dragon 5.1 Introduktion Et stort antal forskellige koncepter til anvendelse af bølgeenergi, også kaldet WEC (Wave Energy Converter), bliver på nuværende tidspunkt undersøgt af firmaer og forskningsgrupper. På trods af at en del af disse koncepter er blevet udviklet og afprøvet i laboratorier, er det de færreste, der har avanceret til afprøvning på havet. Inden for de sidste tre årtier, er en del koncepter inden for bølgeenergi anvendelse blevet opfundet. Dette har resulteret i mere end 1000 patenter over de sidste par år, hvor kun 15 har nået et så højt stadie, at de er blevet testet på åbent vand. Generelt er to fundamentale WEC er fremtrædende. Turbine konceptet, som var det første der fik opmærksomhed fra forskningsmiljøet, og bøje-konceptet, der har modtaget en stigende interesse indenfor de senere år. De to koncepter er forskellige fra hinanden baseret på deres beliggenhed og funktionalitet. De mest prominente turbine-koncepter er oscillerende vandkolonne (OWC) og overskylnings WEC, mens det mest fremstående bøje-koncept er punkt absorption, se Figur 5.1. [Vining 2005, Waveplam 2009]. I denne sektion vil fokus ligger på overskyldnings WEC. Figur 5.1: Illustrering af koncepterne: oscillerende vandkolonne (a), overskylnings WEC (b) og punkt absorption (c) [Vining 2005]. Overskylnings WEC Denne type fungerer på mange måder som et vandkraftværk, hvor bølger ruller ind i en opfanger, der kanaliserer vandet gennem en hydroturbine, se Figur 5.1 (b). Placeringen af disse kan enten foregå på kystlinien eller længere ude på havet. Blandt sådanne WEC er findes Wave Dragon, der har været under udvikling siden Overskylningsanordningen på Wave Dragon fører havbølgerne til et reservoir, der ligger over havoverfladen, hvorfra vandet ledes gennem et antal turbiner, der

55 5.1 Introduktion 55 dermed producerer elektricitet, se Figur 5.1 (b). [Dragon 2010] Potientialet for udnyttelse af bølgeenergi i Danmark I forhold til de europæiske Atlanterhavs kyststrækninger, er potentialet for udnyttelsen af bølgeenergi i Danmark relativt begrænset. I lande som Storbritannien, Irland, Norge, Frankrig, Portugal mv. har kyststrækningerne op mod 5 gange større bølgeenergiflux end i Danmark, se Figur 5.2. Dette indikerer dog, at hvis Danmark opnår succes med udviklingen af en industri omkring bølgekraft, vil eksportpotentialet til ovennævnte lande være stort [ Kofoed 2009]. Figur 5.2: Viser bølgeenergipotentialet langs Europas kyster. Talværdierne angiver middel bølgeenergiflux (den gennemsnitlige effekt der passerer en lodret vandsøjle i kw/m.) [Eriksen et al. 2006]. Potentialet i bølger er langt højere end i vind, da energien er mere stabil, men kræfterne er derimod langt sværere at indfange og omsætte til elektricitet. Der er dog gode forventninger til effektiviteten af bølgeenergianlæg, og en udbygning med bølgeenergi ville kunne komplementere vindenergien, idet denne energiform varer længere og er tidsforskudt til vindenergien [Eriksen et al. 2006]. Potentialet for udnyttelsen af bølgeenergi til elproduktion i Danmark ligger stort set udelukkende i den danske del af Nordsøen. Her ligger potentialet (bølgeenergiflux)

56 56 Wave Dragon på omkring 15 KW/m, fra 24 i den fjerneste del, til ca. 7 KW/m i den tætteste del af Nordsøen. De indre danske farvande er ikke interessante i denne sammenhæng, da potientialet her kun ligger på omkring 1 KW/m eller derunder, se Figur 5.3 [ Kofoed 2009]. Ifølge Ingeniørforeningens Energiplan 2030 opereres der med et delmål for udbygning med bølgekraft på 500 MW i 2030, hvilket svarer til ca. 5 % af Danmarks samlede elforbrug. Det vurderes, at for at opnå dette resultat, skal der lægges beslag på en strækning svarende til 133 km i Nordsøen, hvilket anses for at være et realiserbart mål, uden der her er taget stilling til hvilken type anlæg, der vælges [Eriksen et al. 2006]. Figur 5.3: Potentiale for udnyttelse af bølgeenergi i danske farvande. Talværdierne angiver middel bølgeenergiflux (den gennemsnitlige effekt der passerer en lodret vandsøjle i kw/m.) [ Kofoed 2009]. 5.2 Beskrivelse af Wave Dragon Ifølge eksperter, er Wave Dragon et af de mest fremtrædende teknologier inden for bølgeenergi feltet. I modsætning til de fleste andre anordninger svinger Wave Dragon ikke med bølgerne, men opsamler derimod bølgeenergien passivt ved at udnytte overskylningsprincippet, se sektion Fronten på Wave Dragon er udstyret med en buet rampe, der sørger for at bølgerne kan skylle over den. Bagved toppen af denne rampe ligger et reservoir, som har til formål at opsamle det overskyllede vand. hvilket nu betyder at dette har en større potentiel energi end det omkringliggende vand. Effekten bliver forstærket af to lange reflektorer, der fanger bølgerne og fører dem mod overskylningsrampen. Energien bliver udvundet ved, at vandet drænes tilbage i havet gennem en række turbiner, der er placeret i reservoiret, se Figur 5.4. Wave Dragon er designet som en flydende enhed, der skal placeres på vanddybder over 20 m, hvilket er der hvor den største energiudnyttelse i bølger finder sted [Tedd 2007, Kofoed & Petersen 2004]. Opfinderen af Wave Dragon, Erik Friis-Madsen, påbegyndte udviklingen af denne i I de første år udviklede han principperne omkring Wave Dragon, og i 1994 blev der søgt patent på enheden. I perioden 1995 til 1999 blev der foretaget en del studier omkring strukturel layout, overskylning af en virtuel model, reflektorer effektivitet, financielle aspekter, optimal valg af turbine og bevægelser af Wave Dragon. Ved brug