OGFs medlemsmøte torsdag 26. April 2018 på NGI
Last ned foredraget her
Et merkelig fenomen ble for alvor oppdaget for ca. 10 år siden av beboere på Nesodden. Tsunamilignende bølger forårsaket sterke inn- og utstrømninger med undergraving av brygger, veier, hus og marinaer langs fjorden. Marebakken er blitt flyttet pga. bølgene, bunnen har vokst, og der man før bare kunne stupe uti må man tenke seg om før man hiver seg ut i vannet. Slikt skjer ikke med «vanlige» baug- og hekkbølger etter skip. Årsaken syntes å være knyttet til Color Lines’ nye store skip, Magic og Fantasy, verdens største cruiseferger (som tar biler). Lignende fenomen er rapportert fra New Zealand, Østersjøen og Venezia. Flaggruten Stavanger-Haugesund med 1 prosent av Color Lines’ deplasement dannet slike bølger i Boknafjorden og forsinket et broprosjektet der i 1989.
Professor i hydrodynamikk, John Grue (UiO), fattet interesse for fenomenet. Det viste seg at ingen hadde forsket på dette før. Man merket seg at bølgene kommer lenge før skipet og kan ha en amplitude på ca. 1 m og en periode på typisk 30-60 sekunder. Ut fra teorien for bølger på grunt vann kan bølgelengden beregnes til 500-1000 meter for Indre Oslofjord, avhengig av vanndypet. Gruntvanns-bølgefarten kan uttrykkes som √gH der H= vanndypet. 40 m dyp gir således en bølgefart på ca. 20 m/s. Skipene på sin side går typisk med 8-10 m/s (15-20kts).
Det ligger en grunne sørvest av Ildjernsflu fyr. Her passerer skipet, og da dannes bølger som går til begge sider av fjorden. Bølgene går altså med gruntvannsfarten og kommer før båten. Men hvor kommer bølgene fra?
Det viser seg at bølgene dannes i form av en slags støt-impuls når store nok skip passerer over store nok bunnendringer, i stor nok fart. Selve bunnendringen er ca. like stor som middeldypet på disse stedene. Ved konstant dyp oppstår ikke disse spesielle bølgene. Størrelsen og farten til skipet er viktige parametere. F.eks. blir bølgene stadig dannet av Color Lines’ store skip, mens de noe mindre skipene til DFDS danner kun minimale slike bølger.
Hva har så disse bølgene til felles med tsunamiene som dannes ute på de store hav? De sistnevnte, de såkalt tektoniske tsunamier, oppstår der havbunnen på et bestemt sted forskyver seg brått. Skips-tsunamiene derimot genereres ved at store, flatbunnete fartøyer i bevegelse møter en brå dybdeendring på grunt vann, typisk 1% av havdypene på flere tusen meter. Stor forskjell i skala, men likevel en viss analogi. Derfor uttrykket mini-tsunami.
Skipsbaugen presser vann ned mot bunnen og der bunnen endrer seg (skarp gradient) oppstår en slags vekselvirkning mellom skip og bunn der vann presses opp mot skipsbaugen. Det motsatte skjer når akterenden passerer dybdeendringen (gir nedadgående vannstrøm). Vertikalbevegelsene gjør at vannspeilet heves ved baugen og senkes ved akterenden. De resulterende bølgetogene brer seg framover og til sidene med nesten gruntvannsfarten, dvs. raskere enn skipets egen fart. Beregning viser at bølgehøyden vokser med mellom 3,5 og 4. potens av skipets fart, mest nær land og minst foran skipet. Erosjonen øker med 2. potens av bølgehøyden igjen. Mao. 10 % fartsøkning dobler erosjonen, mens en 10 % fartsreduksjon halverer erosjonen.
Før gikk cruisefergene med over 20 knops fart i Indre Oslofjord. Etter at fenomenet er vitenskapelig beskrevet og dokumentert har fergeselskapet – om enn noe motvillig - gått med på å redusere farten under innseilingen, nå er 18-19 knop vanlig. Dette utgjør en stor forskjell med hensyn til skadepotensialet langs fjorden.
John Grue er professor i hydrodynamikk ved Matematisk institutt, Universitetet i Oslo.
Noen referanser:
NRK’s populærvitenskapelige radioprogram Ekko fra juni 2017: https://radio.nrk.no/serie/ekko/MDSP25013017/30-06-2017
NRK-dokumentar: https://www.nrk.no/dokumentar/xl/tsunamien-i-oslofjorden-1.13633198
Vitenskapelig artikkel: J. Grue, Ship generated mini-tsunamis, Journal of Fluid Mechanics, 2017, vol 816.
Videosnutt fra Askholmene i Drøbaksundet: https://www.youtube.com/watch?v=42Ctdk9kpyg