Upp í vindinn - 01.05.2005, Blaðsíða 34

...upp í vindinn
Straumfræðilegt líkan af yfir-
falli við Kárahnjúkastíflu
Yfirfall Hálslóns við Kárahnjúkastíflu er flókið
straumfræðilegt mannvirki. Slík mannvirki eru
yfirleitt hönnuð samkvæmt straumfræðilegum
útreikningum og síðan er byggt líkan af mann-
virkinu í smækkuðum kvarða til að sannreyna
hegðun streymisins. Líkanið er einnig notað til
að Ijúka straumfræðilegri hönnun mannvirkis-
ins, þar sem ekki er hægt að reikna fræðilega
öll atriðin í hegðun streymisins. Þetta á sér-
staklega við þar sem streymið er óhefðbundið
eins og við útfærslu stökks bununnar niður í
gljúfrið. Líkanið af yfirfalli Kárahnjúkastíflu er
eitt af nokkrum straumfræðilegum líkönum
sem gerð hafa verið í tengslum við hönnun
Kárahnjúkavirkjunar. Önnur líkön, sem þegar
hafa verið byggð eða verið er að vinna við, eru
tvö líkön af streymi um Jökulsárgöng, líkan af
botnrás Kárahnjúkastíflu og líkan af inntaks-
mannvirkjum við Ufsarlón (inntak í Jökulsár-
göng). í þessari grein er stuttlega lýst líkani yf-
irfalls Kárahnjúkastíflu og hvernig líkangerðin
nýtist við hönnun mannvirkisins.
Inngangur
Landsvirkjun vinnur nú að byggingu Kára-
hnjúkavirkjunar sem sjá mun álveri Fjarðaráls á
Reyðarfirði fyrir orku. Hönnun virkjunarinnar er
að mestu leyti í höndum KEJV, hóps fimm verk-
fræðifyrirtækja, íslenskra og erlendra, sem VST
leiðir. Straumfræðileg hönnun yfirfalls við Kára-
hnjúkastíflu er í höndum sérfræðinga VST í
samvinnu við Electrowatt í Sviss.
í upphaflegri hönnun Kárahnjúkavirkjunar
BSigurður M.
Garðarsson er
Háskóla íslands.
Gunnar Guðni
Tómasson er
byggingarverk-
fræðingur og
abstoðarfram-
kvæmdasfjóri VST.
var gert ráð fyrir að yfirfall Hálslóns yrði á eystri
hliðarstíflu lónsins, Desjarárstíflu. Vatnið hefði
þá verið leitt niður Desjarárdal og sameinast
núverandi farvegi Jökulsár á Dal neðan við
Hafrahvammagljúfur. Þessi útfærsla er tiltölu-
lega einföld tæknilega séð og þar með ódýr.
Gallinn við hana voru hlutfallslega mikil um-
hverfisáhrif þar sem vatninu hefði verið veitt
niður dalinn með tilheyrandi áhrifum á núver-
andi farveg Desjarár og á gróður umhverfis ána.
Eitt af skilyrðum umhverfisráðherra, þegar úr-
skurði Skipulagsstofnunar um mat á umhverfis-
áhrifum virkjunarinnar var breytt, var að yfirfall-
ið skyldi flutt yfir á Kárahnjúkastíflu og vatnið
leitt í Hafrahvammagljúfur neðan Kárahnjúka-
stíflu.
Straumfræðistöð
Tækniháskólans í
Ziirich í Sviss (ETH)
annast líkangerðina
samkvæmt samningi
við Landsvirkjun eftir
útboð og fóru sér-
fræðingar straum-
fræðistöðvarinnar yfir
hönnun yfirfallsins
áður en það var
byggt. Við ETH hefur
verið gerður fjöldinn
allur af straumfræði-
legum líkönum í
tengslum við fjöl-
margar vatnsaflsvirkj-
anir sem reistar voru í
Sviss á síðustu öld, auk virkjana annars staðar í
heiminum. Líkanið er byggt í mælikvarðanum
1:45, sem þýðir að í tilraunastofunni er hæð
líkansins frá gljúfurbotni upp að vatnsborði
Hálslóns rúmlega 4 m og lengd líkansins frá
hliðarskurði niður að gljúfrinu um 15 m. Því er
um talsvert mannvirki að ræða. Líkanið er
kvarðað samkvæmt Froude tölu, sem þýðir t.d.
að rennsli í líkaninu er háð sambandinu, Qm =
(l/45)5/2QP, þar sem m vísar til rennslis í líkan-
inu og p vísar til raunrennslis. Til að líkja eftir
hönnunarflóði (1350 m3/s) renna því um 100
l/s af vatni um líkanið í tilraunastofunni og til
að líkja eftir mesta mögulega rennsli (2250
m3/s) um 170 l/s.
Almennt um yfirföll lóna
Miðlunarlón eru mynduð sem hluti af vatnsafls-
virkjun þegar rennsli til virkjunarinnar er ekki
jafnt og miðla þarf vatni milli tímabila, t.d. inn-
an árs. Þegar jökulár eru virkjaðar er megintil-
gangur lónsins að miðla vatni frá sumri, þegar
mesta rennsli er vegna jökulbráðar, yfir á vetur-
inn þegar rennsli er mun minna. Lónin jafna
einnig styttri sveiflur, t.d. dægursveiflur rennslis
í jökulám sem geta verið umtalsverðar. Lónið
er því notað til að geyma vatn frá einum tíma
til annars, sem jafngildir geymslu á rafmagni,
og er í raun eina leiðin til að geyma verulegt
magn af rafmagni.
Yfirföll eru nauðsynleg til að verja þær stífl-
ur sem mynda lónið. Þegar lónið er fullt af
vatni getur innrennsli í lónið hæglega orðið
mun meira en rennsli til virkjunarinnar, t.d.
vegna stórs úrkomuatburðar eða mikillar jökul-
bráðar á vatnasviðinu. Við þær aðstæður mun
hækka enn í lóninu og ef ekki væri til staðar yf-
irfall til að hleypa þessu auka vatni úr lóninu
myndi vatnsborðið hækka uns renna færi yfir
stíflurnar sem þá gætu hugsanlega rofnað með
ófyrirsjáanlegum afleiðingum. Afkastageta yfir-
falla ræðst því af eiginleikum vatnasviðsins,
stærð hugsanlegra úrkomuatburða og hversu
mikil miðlun er fólgin í lóninu en hún ræðst af
flatarmáli lónsins við yfirfallshæðina.
Straumfræðileg hegðun yfirfalls Háls-
lóns
Yfirfall Hálslóns skiptist í grófum dráttum í þrjá
hluta, hliðarrennu, yfirfallsrennu og bunu eins
og sýnt er á mynd 1. Mynd 2 sýnir síðan hvern-
ig þessir hlutir voru byggðir í líkaninu en inn á
Mynd 1: Yfirlitsmynd af yfirfallsmannvirkjum Hálslóns við Kára-
hnjúkastíflu.
34