Mols-Linien A/S Kølvandsbølger fra ny hurtigfærge KatExpress 3 NOTAT Rekvirent Rådgiver Underrådgiver Projektnummer 362150280 Att. Thomas Bisgaard Jensen Deputy Technical Director and ISM designated person Mols-Linien A/S Hveensgade 4 DK-8000 Aarhus C Orbicon A/S Ringstedvej 20 4000 Roskilde TT-Hydraulics Lindholmsvej 21 DK -9400 Nørresundby Projektleder Kvalitetssikring Udarbejdet af Birgitte Nielsen Birgitte Nielsen Prof. Torben Larsen og lektor Thomas Ruby Bentzen Revisionsnr. 02 Godkendt af LESC Udgivet 15-09-2016
INDHOLDSFORTEGNELSE 1. Forord... 3 2. Indledning... 3 3. KatExpress 3 versus KatExpress 2... 3 4. Effekter af kølvandsbølger... 3 5. Kølvandsbølger fra færgerne... 4 6. Sammenfatning... 7 7. Referencer... 7
1. FORORD I forbindelse med godkendelse af sejlads med en ny hurtigfærge (KatExpress 3) på Kattegatruten, ønsker Mols-Linien A/S en vurdering af indflydelsen på omgivelserne af kølvandsbølgerne fra den nye hurtigfærge KatExpress 3. Teoretisk bølgeanalyse og praktisk efterprøvning med fuldskalaforsøg er udført af TT- Hydraulics APS ved Professor Torben Larsen og Lektor Thomas Ruby Bentzen, begge ansat ved Institut for Byggeri og Anlæg, Aalborg Universitet. 2. INDLEDNING Udgangspunktet for nærværende vurdering af kølvandsbølgerne fra KatExpress 3 er, at denne hurtigfærge med hensyn til alle væsentlige forhold i relation til de forventede kølvandsbølger kun afviger ganske lidt fra bølgerne fra færgerne KatExpress 1 og 2, som i dag betjener Mols-Liniens Kattegatruter. Derfor bygger nærværende notat på de omfattende undersøgelser, der tidligere er blevet udført af DHI i forbindelse med indsættelse af KatExpress 1 og 2 plus de nye CFD modelleringer, der er udført af OSK- ShipTech (2015) til sammenligning af KatExpress 2 og KatExpress 3. 3. KATEXPRESS 3 VERSUS KATEXPRESS 2 I forhold til den grundlæggende funktion, at transportere biler og passagerer over Kattegat inklusiv benyttelse af ramper og færgelejer, er færgerne ens. Den tekniske udvikling har indebåret, at blandt andet vægten er reduceret, og at fremdriften af den ny færge er ca. 10 % mere energieffektiv end den tidligere. Der er således opstået nogle små forskelle mellem de to færger, som det fremgår af følgende Tabel 3-1. Tabel 3-1 Data for KatExpress 2 og KatExpress 3. KatExpress 2 KatExpress 3 Loa, totallængde [m] 112,6 109,4 Lwl, længde i vandlinien [m] 105,6 103,2 Bredde [m] 30,5 30,5 Dybgang [m] 3,5 3,5 Deplacement, total [tons] 2.103 2.015 Servicefart [knob] 35 40 35 40 Effekt til fremdrift [kw] 6.600 7.514 6.032 6.549 De angivne data vil i praksis variere i mindre grad efter lastens størrelse og placering, bølge- og vindforhold osv., hvilket i en meget svag grad vil give variationer i de kølvandbølger færgerne aktuelt genererer. 4. EFFEKTER AF KØLVANDSBØLGER Kølvandsbølger skaber ud over de åbenbare variationer af vandoverfladens niveau også variationer i strømhastigheden og variationer i trykket under overfladen og ved 3 / 7
havbunden. Omfattende undersøgelser, der har været udført af DHI de seneste omkring 5 år, har fokuseret på følgende effekter på havmiljøet: Fysiske effekter af kølvandsbølger Forøgelse af variationerne af tryk- og strømningshastigheder Gener for publikum og badende ved kysterne. Resuspension af sedimenter på havbunden Forøgelse af langsgående sedimenttransport på kyster Forøgelse af tværgående sedimenttransport i kystprofilet Forøgelse af erosion af skrænter og klitter Forøgelse af hastigheden af kystmorfologiske ændringer. Af de aktuelle effekter skal særligt nævnes gener for badende, som kommer til udtryk ved kravet om, at kølvandsbølgerne, når de når ind på en vanddybde på 3 m nær kysten højest, må have en højde på maksimalt 35 cm. Hvilket har medført, at særlige procedurer er fastlagt af myndighederne for færgernes afgang og ankomst til havnene. Overholdelsen af dette krav er dokumenteret ved en detaljeret modellering (DHIa, 2012). Biologiske effekter De biologiske effekter vil være afledte effekter af de ovenstående fysiske effekter på en række lokaliteter på færgernes ruter over Kattegat og skal ikke oplistes her. Der henvises til screeningsrapporten fra DHI (DHIb, 2012). Dokumentation for at disse effekter holdes inden for acceptable rammer er sket ved vurderinger og simuleringer rapporteret af DHI (DHIa, 2012). Med hensyn til de kumulative effekter (både fysiske og biologiske) er disse afhængige af hyppigheden af, hvor tit lokaliteten passeres af en færge. Alt efter trafikintensiteten kan disse vokse eller aftage. 5. KØLVANDSBØLGER FRA FÆRGERNE Selve ordet kølvandsbølger er egentlig knyttet til konventionelle skibe, hvor bølgerne skabes, fordi skibsskroget (kølen) med subkritisk fart fortrænger det omgivende vand. For hurtigfærger, som sejler med superkritisk hastighed, er de fysiske love for bestemmelse af konventionelle skibes kølvandsbølger ikke gældende, og selve ordet kølvandsbølger er mindre dækkende for fysikken for den bølgedannelse, der finder sted. Fra et simpelt teoretisk synspunkt (Froudes modellov) skulle det forventes, at kølvandsbølgerne fra et skib, som sejler superkritisk på dybt vand, skulle aftage med stigende hastighed og med aftagende skibslængde (dvs. aftage med stigende såkaldt skibslængde Froude-tal), således, at forventningen ville være, at den kortere vandlinielængde af KatExpres 3 vil føre til en svagt mindre kølvandsbølger på dybt vand. 4 / 7
Dette er imidlertid ikke umiddelbart gældende i det aktuelle tilfælde, fordi vanddybden også spiller væsentligt ind samt, at der ikke er fuldt geometrisk og dynamisk ligedannethed mellem de to situationer. Derfor benyttes en CFD-simulering svarende til fuld skala, som korrekt medtager alle de relevante fysiske forhold. Denne modellering er udført og rapporteret af OSK-ShipTech (2015). Figur 5-1 Bølgemønster KatExpress 2 35 knob. Figur fra OSK-ShipTech (2015). Figur 5-2 Bølgemønster KatExpress 3 35 knob. Figur fra OSK-ShipTech (2015). 5 / 7
Figur 5-3 Bølgemønster KatExpress 2 40 knob. Figur fra OSK-ShipTech (2015). Figur 5-4 Bølgemønster KatExpress 3 40 knob. Figur fra OSK-ShipTech (2015). På Figur 5-1 til Figur 5-4, som er fra OSK-ShipTech (2015), er grafisk vist de variationer af vandoverfladens beliggenhed, der skabes af både KatExpress 2 og KatExpress 3, når der sejles med en fart af henholdsvis 35 og 40 knob. Der opstår således variationer af størrelsesorden fra 1 m til + 1 m, og graferne viser utvetydigt, at de største variationer opstår omkring KatExpress 2 i overensstemmelse med, at den samlede effekt (energiforbrug pr. sekund), der beregningsmæssig er nødvendig for færgernes fremdrift, er ca. 10 % større for KatExpress 2 i forhold til KatExpress 3. På baggrund af disse grafer må det (ligeledes utvetydigt) konkluderes, at kølvandsbølgerne fra den kommende færge vil være svagt mindre end, hvad de er for de to nuværende (KatExpress 1 og 2). 6 / 7
6. SAMMENFATNING Den nye KatExpress 3 har samme funktionsmæssige kapacitet som tvillinge-færgerne KatExpress 1 og 2, men både længden, deplacementet (vægten) og den nødvendig maskineffekt er marginalt mindre. I overensstemmelse hermed bekræfter CFD-simuleringer fra OSK-ShipTech A/S det forventelige, at de kølvandbølger, der genereres af KatExpress 3, er marginalt mindre end, hvad der kommer fra KatExpress 2 under samme konditioner. I praksis vil forskellen næppe være mærkbar, og det må forventes, at kravene i Bekendtgørelse om sejladssikkerhedsmæssig godkendelse af hurtigfærger (bek. nr. 307 af 1. maj 1997) er opfyldt. Derfor kan det konkluderes, at de umiddelbare fysiske og biologiske effekter, der kan forventes fra kølvandbølger fra den nye færge ligeledes vil være en anelse mindre. I forhold til de kumulative effekter vil disse forsat være afhængige af trafikkens intensitet, men i praksis stort set være uafhængig af hvilken af de tre færger (dvs. KatExpress 1, 2 og 3), der benyttes. 7. REFERENCER DHI (2012a). Assessment of Wake Wash Height along the Routes Ebeltoft-Sj. Odde and Aarhus-Sj. Odde caused by HSC Incat 112 Hull #066 Ferry. Report to Mols-Linien A/S. March 2012. DHI (2012b). Natura 2000 Foreløbig vurdering. Hurtigfærgen KatExpress1, HSCruterne Sjællands Odde-Århus og Sjællands Odde-Ebeltoft. Potentielle effekter på Natura 2000-områder. Rapport til Mols-Linien. August 2012. (Screenings-rapport). Orbicon A/S (2015). Kumulative effekter af KatExpress 2 på Nature 2000 områder. Notat til Mols-Linien. OSK-ShipTech (2015). CFD Simulation af KatExpress 3, Mols-Linien A/S, Rapport: OSK-ShipTech 150720.0159.04, (dateret 04.11.2015.) 7 / 7