Forskeren forteller: Å beregne tidevannet

Ved hjelp at matematiske modeller og simuleringer kan man nå med ganske stor sikkerhet si hvordan strømforholdene i et norsk sund er. Dette betyr større sikkerhet for skipsfarten. Karina Hjelmervik forteller her om sin forskning.

Publisert
Cruiseskipet M/S Funchal på veg gjennom Tjeldsundet.Bildet er tatt mot sør fra broen ved Steinsland. Sundet er her omkring 1 km. Bredt med svake strømmer (
Cruiseskipet M/S Funchal på veg gjennom Tjeldsundet.Bildet er tatt mot sør fra broen ved Steinsland. Sundet er her omkring 1 km. Bredt med svake strømmer (

Om forskeren

Førsteamanuensis Karina Hjelmervik har en doktorgrad i hydrodynamikk. Hun arbeider nå delvis ved Grenland Group, delvis ved Høgskolen i Vestfold.

I sin avhandling analyserer hun blant annet sammenhengen mellom grunnforhold og strøm.

Under arbeidet med doktorgraden i hydrodynamikk simulerte jeg tidevannet i Tjeldsundet og Ramsundet på oppdrag fra Forsvarets Forskningsinstitutt.

Tjeldsundet og Ramsundet er viktige transportårer mellom Narvik og Harstad. Mange lasteskip passerer, og i sommermånedene går også store cruiseskip gjennom Tjeldsundet.

I Tjeldsundet har et utall skip gått på grunn de siste årene. Sundet er trangt og vanndybden liten. Strømmen i sundene er kjent for å være sterk med et komplisert virvelmønster.

Professor Bjørn Gjevik ved Universitetet i Oslo har i mange år arbeidet med å utvikle en tidevannsmodell og har laget modeller for tidevannsstrømmer blant annet i Trondheimsfjorden, i Lofoten og Vesterålen.

Bunnen deles opp

Når det lages modellsimuleringer av strømforhold, deles sundene opp i bokser fra overflaten og til bunnen. I Tjeldsundet var boksene på stort sett på 50x50 meter, men også 25x25 meter ble brukt. Sjøkartverket kartla bunnforholdene. Modellen tar hensyn til månens og solens posisjon på aktuelt tidspunkt.

Jeg videreutviklet denne modellen. For å gi et realistisk bilde av den kompliserte strømmen i Tjeldsundet, måtte flere ledd tas med i ligningen. Deretter måtte modellen verifiseres.

Bunnfriksjon, skjærfriksjon (det vil si horisontal friksjon mellom vannlagene), corioliseffekten som skyldes at jorden snurrer rundt, og trykkledd var også med i modellen. I tillegg la jeg inn såkalte ikke-lineære ledd som beskriver at bølgene vekselvirker seg i mellom.

Strømmen ble målt av Forsvarets Forskningsinstitutt med måleutstyr nede i sjøen. Sjøkartverket har faste stasjoner som måler vannstanden. I tillegg ble flere midlertidige stasjoner satt ut. Også disse målte vannstanden.

Plott av modellsimuleringer av tidevannsstrømmen gjennom Tjeldsundet ved Ballstad. Man kan enten se på strømfeltet ved et tidspunkt som her. Eller man kan velge seg punkt og se på tidsserier i et bestemt punkt. Det siste har Hjelmervik gjort i punktene merket med rødt.
Plott av modellsimuleringer av tidevannsstrømmen gjennom Tjeldsundet ved Ballstad. Man kan enten se på strømfeltet ved et tidspunkt som her. Eller man kan velge seg punkt og se på tidsserier i et bestemt punkt. Det siste har Hjelmervik gjort i punktene merket med rødt.

Modellene stemte

Den målte vannstanden var forbløffende lik den modellerte. Og de samme flotte strømvirvlene oppstod i modellsimuleringene som i virkeligheten.

Ved å prediktere strømmen kan man gi sikrere båttrafikk. Resultater fra modellen gjør at kapteinen til enhver tid kan ha full oversikt over strømmene i seilingsleden, og man vil ha muligheten til å analysere når det er trygt å passere et farvann.

I samarbeid med Sjøkartverket, er predikteringene forsøksvis implementert i elektroniske kart som viser strømbildet i samtid. Dette er vi først ut med på verdensbasis.

Predikteringene er allerede brukt under flere militære øvelser. Å kjenne strømforholdene på forhånd er et nyttig verktøy i planleggingen av en øvelse. At strømforholdene er kartlagt kan dessuten brukes til planlegging av tidevannskraftverk, opprydding etter oljesøl og leting etter vrakrester. 

Hvorfor dette fagfeltet?

Jeg har alltid likt realfagene. På grunnskolen var det litt flaut å ha matematikk som favorittfag. På videregående mente jeg at matematikk kun er et verktøy for andre fag.

Nå har jeg skjønt at matematikk er et utrolig spennende fag i seg selv. Som en bonus, har det dessuten svært mange anvendelsesområder i andre fag.

Siden havet fascinerer meg, tok jeg hovedfag i oseanografi ved Universitetet i Bergen. Doktorgraden er i matematikk ved Universitetet i Oslo.

Doktorgraden min inneholder to problemstillinger: simulering av tidevann (som jeg skriver om her) og samspillet mellom bølger og strøm (som forskning.no har skrevet om tidligere).

Kilde:

Karina Hjelmervik: Wave-current interactions in coastal tidal currents. Doktoravhandling, Universitetet i Oslo 2009