Interaksjon mellom elva Gausa og lokalt grunnvann under flomhendelser og mulig effekt av plassering og utforming av flomvoll

Abstract

Etter flommene i Gudbrandsdalen i 2011 og 2013 ble det bestemt at det skulle utarbeides en ny regionalplan for Innlandet Fylke. Den heter Lågenplanen og kvalifiserte fylket for å være med i Horizont2020s PHUSICOS-prosjekt. Prosjektet setter søkelys på naturbaserte løsninger (NBS) mot naturfarer som flom og skred. I Lågenplanen ble det etterlyst mer kunnskap om strømningsforholdene hvis tiltak mot flom iverksettes langs Gausa. Fokuset i oppgaven er derfor på endringer i erosjonspotensiale i Gausa hvis en ny, tilbaketrukket flomvoll bygges langs elva. I tillegg sees det på responsen i grunnvannssonen som følger av endret strømningsmønster med tilbaketrukket flomvoll. Det diskuteres også i hvilken grad tiltakene er å regne som naturbaserte løsninger. Tilnærmingen til oppgaven gikk ut på å kartlegge geologiske og hydrogeologiske forhold langs Gausa. Blant annet ble sedimentprøver samlet inn langs Gausa, i flomskogen og på den dyrkede marken sør for elva for å fastslå hydraulisk ledningsevne i overflaten. Det ble gjennomført slug-test for å finne hydraulisk ledningsevne dypere ned i grunnen. Modified Philip Dunne-metoden ble gjennomført for å analysere infiltrasjonsevnen på overflaten. Det ble installert 3 grunnvannsbrønner for å registrere fluktuasjoner i grunnvannet gjennom våren, sommeren og ut på høsten. Georadar ble brukt for å kartlegge grunnvannsnivået, og validert ved å sammenlikne data fra grunnvannsbrønnene. Data som ble samlet inn la grunnlag for å lage to hydrauliske modeller i henholdsvis HEC-RAS 6.0.0 og MODFLOW-2005. I disse modellene kan virkningene av tilbaketrukket flomvoll beregnes. Resultatene viser at det er god kontakt mellom grunnvann og elv. Hydraulisk ledningsevne i sedimentene stemmer bra med det som antas å være fluviale og glasifluviale avsetninger på lokaliteten. Grove beregninger viser at grunnvannet er en begrenset bidragsyter til vannføringen i Gausa. Tilbaketrukket flomvoll fører til høyere vannstand i elva, ifølge beregninger i HEC-RAS. Skjærspenning og hastighet synker som følger av tiltaket. Dette reduserer erosjonspotensialet langs øvre deler av strekket. Sammenliknet med flomvoll langs elvebredden, viser tilbaketrukket flomvoll raskere grunnvannsrespons i bak flomverk under kulminasjonsvannføring. Grunnvannstrykket øker, men viser ikke verdier som kan føre til overflatevann bak flomverk. Grunnvannsmodellen som er laget i MODFLOW kan ved hjelp av mer informasjon om grunnen utbedres og bli mer presis. En morfologisk analyse av elvebunnen kan si mer om erosjonspotensialet når skjærspenning synker som følger av tilbaketrukket flomvoll. Det er også interessant å undersøke konsekvensene av tilbaketrukket flomverk for utløpet av Gausa, der den møter Lågen. Her er det avsatt store mengder masser. Hvordan et endret strømningsmønster lengre opp i Gausa påvirker disse avsetningene burde derfor undersøkes nærmere.

After the floods of 2011 and 2013, Innlandet County decided to prepare a new regional plan that evaluates flood hazards and possible knowledge gaps. Innlandet County participates in the Horizont2020-project PHUSICOS. The project focuses on nature-based solutions (NBS) to mitigate and prevent future natural hazards. Among them floods are the hazard the Gudbrandsdal area is most prone of. The regional plan, Lågenplanen, highlighted some key areas where more knowledge about flow conditions is needed. The river Gausa is one of these places. It is suggested to build a new secluded flood embankment to refurbish the old flood plains alongside the river. Also, it is suggested that this measure will lower the velocity of the river Gausa and decrease the potential of erosion in this part of the river. The focus of this project is to evaluate the effects of a new, secluded flood embankment on the shear stress in the river. Shear stress is the most important driver of erosion. Also, the response in groundwater-head values will be evaluated.

Several field surveys were initiated to get an understanding of the area’s hydraulic conductivity and general geological properties. Among them were the use of Ground Penetrating Radars, and several tests to evaluate infiltration rates and hydraulic conductivity. Sediment samples were collected and evaluated through a grain distribution analysis. Three groundwater wells were installed to measure groundwater fluctuations through spring, summer, and early autumn. Groundwater contribution to Gausa was measured through simple calculations. The sampled field data were used to create hydraulic models in the software programs HEC-RAS 6.0.0 and MODFLOW-2005.

Results indicated good communication between the river Gausa and the groundwater. Increased water flow in Gausa was followed by increased head-values in the wells. The groundwater contribution to Gausa was insignificant, but there are reservations regarding the calculations. A new secluded flood embankment showed lower velocity and shear stress higher up in the river. Meaning less erosion is expected. Also, higher water levels will occur by moving the dike further away from the river. The groundwaters response in the aquifer behind the new embankment was rapid. Higher head-values are expected, but not enough to cause standing surface water behind the dike. It is uncertain if the groundwater aquifer does function as a flood absorber with the new secluded flood embankment. More data should be collected from the field area. More information can make the MODFLOWmodel more sophisticated and realistic. It is also interesting to evaluate the riverbed to calculate more accurately the potential of sediment transport. There is a substantial amount of deposited sediments where Gausa enters the river Lågen. It should be evaluated what happens with these sediments when a new flood embankment is built.