MILJØKONSEKVENSVURDERING

Transkript

1 MILJØKONSEKVENSVURDERING UTSLIPP AV VANN FRA SNØSMELTEANLEGG, AKERSHUSKAIA, OSLO Vurdering av fortynning Utarbeidet av Jarle Molvær, Molvær Resipientanalyse, Oslo Oslo,

2 Innhold Sammendrag 3 1. Bakgrunn og formål 4 2. Beskrivelse av topografi og bunnforhold 4 3. Metodikk og data Metodikk for beregning av utslippsvannets fortynning Data 5 4. Resultater og vurderinger Generelt Resultater Vannmengde 1600 m 3 /h Vannmengde 3200 m 3 /h Vannmengde 4800 m 3 /h Litteratur 15 Vedlegg

3 Sammendrag Vinterstid drives et snøsmelteanlegg ved Akershuskaia, Oslo. Smeltingen foregår ved innpumping av salt og relativt varmt sjøvann fra 23 m dyp. Blandingen av sjøvann og smeltevann (utslippsvann) slippes på 3,5 m dyp ved anlegget, etter ulike renseprosesser i anlegget. Data om utløpenes utforming, mengde utslippsvann, utslippsdyp er gitt av NCC, andre data er innhentet fra tidligere arbeid utført i dette området. Snøen som smeltes inneholder forurensende stoffer som føres ut i fjorden med utslippsvannet. Hensikten med denne rapporten er å beregne/anslå den fortynningen som kan forventes at utslippsvannet gjennomgår, og dermed gi grunnlag for å anslå konsentrasjonene til komponenter i utslippsvannet i sjøen omkring utslippet. Det tas sikte på å beregne fortynningen innenfor siltgardinen, dvs. ut til en avstand på 10 m fra anleggets utslippspunkt. De to utløpene ligger helt inntil hverandre og i beregningene betraktes de som ett utløp. De vil i betydelig grad øker den turbulente blandingen (fortynningen) innenfor siltgardinen. Størrelsen av denne blandingen er ukjent, men er forsøkt tilpasset ved å øke modellens koeffisient for turbulent blanding. For de to utløpene under ett er gjort beregninger for utslippsmengdene 1600 m 3 /h, 3200 m 3 /h og 4800 m 3 /h. I beregningene brukes også hydrografiske data fra Overvåkingsprogrammet for Indre Oslofjord; 13 datasett fra desember og 16 datasett fra januar-februar. Utslippsvannet pumpes vertikalt mot bunnen, og varierende med sjøvannets egenvekt i 23 m dyp mengden utslippsvann (dets vertikalt rettede bevegelsesmengde) den vertikale sjiktningen mellom utslippsdyp og bunn viser beregningene store variasjoner i utslippsvannets vertikale forflytning og dets fortynning. I noen situasjoner vil utslippsvannet nå helt ned til bunnen, og antall tilfeller øker med økende vannmengde. Slike situasjoner synes å forekomme oftere i desember enn i januar-februar. Ved utslippsvannmengde 1600 m 3 /h viser beregningene at fortynningen innenfor siltgardinen er i intervallet 3-10x, noe avhengig av hvilken periode som studeres. Vanligst er 4-7x fortynning. For vannmengde 3200 m 3 /h viser beregningene at fortynningen innenfor siltgardinen oftest er i intervallet 3-5x, noe avhengig av hvilket tidsrom som studeres. At økende utslippsvannmengde gir mindre fortynning innenfor siltgardinen er som forventet. Ved vannmengde 4800 m 3 /h viser beregningene at fortynningen innenfor siltgardinen oftest er i intervallet 4-5x, noe avhengig av hvilket tidsrom som studeres. I forhold til utslipp av 3200 m 3 /h gir tørre utslippsvannmengde gir mindre fortynning innenfor siltgardinen, men på den annen side øker vannhastigheten i utløpene og dette bidrar til økt turbulent blanding og fortynning. 3

4 MolværResipientanalyse Rapport Bakgrunn og formål Vinterstiddriveset snøsmelteanleggvedakershuskaia.smeltingenforegårvedinnpumpingavsaltog relativt varmtsjøvannfra 23 m dyp. Blandingenav sjøvannog smeltevann(utslippsvann)slippespå 3,5 m dyp vedanlegget. Snøensomsmeltesinneholderforurensendestoffersomføresut i fjordenmedsmeltevannet. Hensiktenmeddennerapportener å beregne/anslådenfortynningensomkanforventesat utslippsvannetgjennomgår,og dermedgi grunnlagfor å anslåkonsentrasjonene til komponenter i utslippsvanneti sjøenomkringutslippet. 2. Beskrivelseav topografi og bunnforhold Figur 1 viserkart overoslohavn. Detteer et relativt åpentog grunthavneområdehvor enoftest finner et brakkvannslagover underliggendesjøvann. Figur 1. Kart overoslohavnog områdetutenfor.nærliggendemålestasjonerfor hydrografier vist medblå kvadrater(bjerkeng,2013). 4

5 3. Metodikk og data 3.1 Metodikk for beregning av utslippsvannets fortynning Utslippsvannet er i hovedsak sjøvann som hentes fra ca. 23 m dyp utenfor Akershuskaia. Dette blandes med snø som smelter og smeltevannet/utslippsvannet har dermed både lavere temperatur og lavere saltholdighet (dvs. lavere egenvekt) enn sjøvannet i 23 m dyp. I Oslofjorden, utenfor Akershuskaia, er det vanligvis en tydelig vertikal sjiktning i sjøvannet, og når utslippsvannet pumpes ut vertikalt i retning bunnen vil strålen gå et stykke nedover i vannmassene før den snur i retning mot overflata. Strålebane og fortynning for utslippsvannet beregnes med den numeriske modellen Visual Plumes (VP) utviklet av U.S. EPA (Frick et al., 2001). Nødvendige opplysninger er vannmengde, utslippsdyp, diameter for utslippsrør, strømhastigheten i resipienten og et representativt antall vertikalprofiler for temperatur og saltholdighet. Den beregnede fortynningen vil variere med størrelsen av koeffisienten for turbulent blanding som varierer fra sted til sted og med tiden. For rolige innelukkede farvann anbefaler U.S. EPA 0,0003 m 2/3 /s 2, som et konservativt estimat av fortynningen, dvs lav fortynning. Vi skal beregne fortynningen av utslippsvannet innenfor siltgardinen som ligger i ca. 10 m avstand fra utløpene. Det er all grunn til å anta at de to utløpene skaper stor turbulent blanding innenfor siltgardinen. Størrelsen av blandingen er ikke kjent og den vil sannsynligvis også øke med økende vannmengde, men vi velger å bruke koeffisienten 0,003 m 2/3 /s 2. NCC oppgir (epost av ) at utslippsvannet inneholder mye små partikler med diameter opp til 60 µm. Sedimentering av partikler vil derfor bidra til å redusere konsentrasjonen av miljøskadelige stoffer, men innenfor en avstand på 10 m og i et turbulent vannmiljø kan en anta at sedimenteringen har relativt liten betydning i forhold til fortynning. Sedimentering av partikler er dermed ikke inkludert i beregningene. 3.2 Data Utslippsvann Sjøvannet pumpes opp fra 23 m dyp. Anlegget har to utløp med dimensjon 0,2 m x 1,8 m som ligger side om side og begge munner ut på 3,5 m dyp. Utløpene er rettet vertikalt mot bunnen (kilde: NCC). Vi velger å betrakte dette som ett utslippsarrangement med bredde 3,6 m. NCC oppgir at høyden varierer med vannmengden, fra 0,2 m ved vannmengde 1600 m 3 /h og økende til 0,4 m ved ca m 3 /h. Tabell 1 viser vannmengder som benyttes ved beregningene av utslippsvannets spredning og fortynning. Smeltevannet (ferskvann) utgjør 7,5 % av utslippet. Modellen Visual Plumes er beregnet for bruk på utslipp gjennom røråpninger og i dette tilfelle approksimerer vi utslippsarrangementet ved å betrakte dette som utslipp gjennom en diffusor bestående av 18 hull med diameter 0,22 m og innbyrdes avstand 5 cm. Dette gir et litt bredere utslippsarrangement, men viktigst: vannets hastighet er nær det samme som i de rektangulære utslippsarrangementene. Strålene med utslippsvann er rettet nær vertikalt mot bunnen (88 grader). Utslippsvannets egenvekt er bestemt av saltholdighet og temperatur, hvorav saltholdighetens betydning er 2-3x større enn temperaturen. Saltholdighet og temperatur i inntaksvannet er kjent for hver av de 29 vertikalprofilene (jfr. Tabell 2). Smeltevannet er ferskvann og utslippsvannets saltholdighet kan dermed beregnes for hver profil. NCC oppgir at utslippsvannets temperatur oftest er ca. 2 o C. Sammenligner vi med statistikken i Vedlegg 1 betyr dette at utslippsvannets temperatur oftest er 5-6 o C lavere enn temperaturen i sjøvannet som pumpes inn. Siden saltholdigheten er viktigst i våre 5

6 beregninger velger vi for hver beregning/profil litt skjematisk å sette utslippsvannets temperatur 5,5-6 o C lavere enn sjøvannstemperaturen, men ikke la utslippsvannets temperatur bli lavere enn -1 o C. Tabell 1. Beskrivelse av vannmengdene (data fra NCC). Sjøvann, m 3 /h Smeltevann m 3 /h Utslipp m 3 /h Hydrografiske data Data finnes fra overvåkningsstasjonene Aq2 sør for Bjørvika og Ap2 i vestre del av Oslo havn (Overvåkingsprogram for Indre Oslofjord, Figur 1). Stasjon Aq2, som ligger nærmest det aktuelle plasseringsområde for sjøvannsinntak og utslipp, er bare inkludert i måleprogrammet i januar og i de ukentlige sommertoktene i juni-august. Det klart beste datasettet finnes derfor fra stasjon Ap2 som ligger 1,8-2 km fra st. Aq2. Mellom disse to stasjonene er det åpen forbindelse ned til ca m dyp og av den grunn kan forventes at i dypere vannlag er temperaturen på disse stasjonene tilnærmet lik. En statistisk analyse av data i 18 m dyp bekrefter dette: for egenvekt er korrelasjonen r=0,9776 (Figur 2). Vedlegg 1 viser statistikk for stasjon Ap2. I VP-modellen bruker vi data fra Ap2 fra årene , for kvartalene 1 og 4 (Tabell 2). Tabellen gir oversikt over data fra Ap2 det finnes ikke data fra mars og november. Data fra oktober brukes ikke fordi snøsmeltingen da antas ikke å være i bruk. I alt gjøres beregninger for 29 vertikalprofiler (Figur 3) Aq2Sigma Ap2Sigma:Aq2Sigma: y = 0, ,9871*x; r = 0,9775; p = ; r 2 = 0,9555 Ap2Sigma Figur 2. Sammenligning av sjøvannets tetthet 1 i 18 m dyp på stasjonene Aq2 og Ap2. Data for tidsrommet Korrelasjoner er vist i en ramme nederst. 1 Sjøvannets tetthet (egenvekt) beregnes på grunnlag av målingene av temperatur og saltholdighet. Her er tettheten beskrevet ved størrelsen sigma-t=(egenvekten -1000), der egenvekten er oppgitt med enheten kg/m 3. 6

7 Strømforhold Det er ikke utført strømmålinger i dette området, men det finnes noen målinger fra 4,5 m dyp i Bjørvika i 2001 (Christie et al. 2006). De viste en gjennomsnittlig hastighet på 1,6 cm/s. Området utenfor Akershus er ikke så innelukket og en kan forvente noe høyere strømhastighet. På den annen side ligger en siltgardin i 10 m avstand fra utslippene, og denne kan redusere hastigheten noe. Imidlertid vurderer vi i første rekke fortynningen som drives av energien i selve utslippsvannet (primærfortynningen) og relativt langsomme bevegelser i sjøvannet har da mindre betydning. I beregningene bruker vi 2 cm/s. Figur 3. Vertikale egenvektsprofiler målt på stasjon Ap2 i månedene desember, januar og februar. For en del tidspunkt er det svak vertikal sjiktning mellom 3,5 m og 20 m dyp. Egenvekten er beskrevet ved størrelsen sigma-t=(egenvekten -1000), der egenvekten er oppgitt med enheten kg/m 3. Tabell 2. Datoer for vertikalprofiler som brukes i beregningene. I første kvartal mangler data for mars og i 4de kvartal mangler data fra oktober og november (dataene stammer fra Overvåkingsprogrammet for indre Oslofjord, er mottatt fra NIVA og brukes med tillatelse fra Fagrådet for Indre Oslofjord). Januar-februar Desember Januar 2006 Desember 2001 Januar 2010 Desember 2002 Januar 2011 Desember 2003 Januar 2012 Desember 2004 Januar 2013 Desember 2005 Februar 2002 Desember 2006 Februar 2003 Desember 2007 Februar 2004 Desember 2008 Februar 2005 Desember 2009 Februar 2006 Desember 2010 Februar 2007 Desember 2011 Februar 2008 Desember 2012 Februar 2009 Desember 2013 Februar 2010 Februar 2012 Februar

8 4.1 Generelt 4. Resultater og vurderinger Det er gjort beregninger av utslippsvannets innlagring og fortynning med sjøvannsinntak i 23 m dyp, med følgende hoved variable (se også kapittel 3): 1. Utslippsdyp 3,5 m 2. Strålen med utslippsvann rettet nær vertikalt mot bunnen 3. Vertikalprofiler for januar, februar og desember (jfr. Tabell 2) 4. Vannmengdene 800, 1600 og 2400 m 3 /h på hvert utløp, dvs. 1600, 3200 og 4800 m 3 /h som samlet utslipp 5. Ved vannmengdene 3200 m 3 /h og 4800 m 3 /h er utløpenes bredde satt til 0,4 m (info fra NCC). Utslippsvannets saltholdighet beregnes for hver dato/vertikalprofil. Fortynningen for utslipp i 3,5 m dyp vises som beregninger for hvert kvartal. I figurene er resultatene vist med en kurve for hver dato/vertikalprofil. 4.2 Resultater Vannmengde 1600 m 3 /h Kurver som viser strålebaner for et vertikalt rettet utslipp av vannmengde 1600 m 3 /h i 3,5 m dyp er vist i Figur 4. Innblandingen av smeltevann (ferskvann) gir utslippsvannet oftest mindre egenvekt enn sjøvannet i 3,5 m dyp, men vannet bevegelsesenergi fører til at det beveger seg ganske langt nedover i dypet før bevegelsesenergien er oppbrukt og vannet tar veien mot overflata. Avhengig av sjøvannets egenvekt i 23 m dyp og den vertikale sjiktning fra 3,5 m dyp og videre ned mot bunnen viser strålebanene stor variasjon. Avhengig av bunndypet der snøsmelteanlegget ligger, kan utslippsvannet sannsynligvis iblant nå helt ned til bunnen og da fungerer modellen mindre godt den er beregnet for å beskrive innblanding og fortynning i de frie vannmassene. Fortynningen for utslipp av vannmengde 1600 m 3 /h i 3,5 m dyp er vist i Figur 5. Merk at figuren viser fortynningen til 20 m avstand, mens det her er relevant å studere fortynningen innenfor siltgardinen, dvs. ut til ca. 10 m. Fortynningen varierer i hovedsak med samme variable for strålebanene, men gjentas at størrelsen av koeffisienten som beskriver den turbulente blandingen er valgt etter skjønn. Beregningene viser at fortynningen innenfor siltgardinen er i intervallet 3-10x, noe avhengig av hvilken periode som studeres. Vanligst er 4-7x fortynning. 8

9 Januar- Februar Desember Figur 4. Beregning av strålebaner for et vertikalt rettet utslipp av vannmengde 1600 m 3 /h i 3,5 m dyp 9

10 Januar- Februar Desember Figur 5. Utslipp av 1600 m 3 /h. Beregning av fortynning 10

11 4.2.2 Vannmengde 3200 m 3 /h Kurver som viser strålebaner for et vertikalt rettet utslipp av vannmengde 3200 m 3 /h i 3,5 m dyp er vist i Figur 6. Merk at bredden av utløpene nå er økt til 0,4 m. Der er markerte likheter med kurvene for utslipp av 1600 m 3 /h, men en større utslippsvannmengde har større bevegelsesenergi og trenger dypere i sjøvannet før den vender i retning overflata. Der vil være flere tilfeller da utslippsvannet trenger helt ned til bunnen. Fortynningen for utslipp av vannmengde 1600 m 3 /h i 3,5 m dyp er vist i Figur 7. Merk at figuren viser fortynningen til 20 m avstand, mens det her er relevant å studere fortynningen innenfor siltgardinen, dvs. ut til ca. 10 m. Beregningene viser at fortynningen innenfor siltgardinen er i intervallet 3-5x, noe avhengig av hvilket tidsrom som studeres. At større utslippsvannmengde gir mindre fortynning innenfor siltgardinen er som forventet. Januar- Februar Desember Figur 6. Beregning av strålebaner for et vertikalt rettet utslipp av vannmengde 3200 m 3 /h i 3,5 m dyp 11

12 Januar- Februar Desember Figur 7. Utslipp av 3200 m 3 /h. Beregning av fortynning 12

13 4.2.3 Vannmengde 4800 m 3 /h Kurver som viser strålebaner for et vertikalt rettet utslipp av vannmengde 4800 m 3 /h i 3,5 m dyp er vist i Figur 8. Bredden av utløpene er 0,4 m. Der er markerte likheter med kurvene for utslipp av m 3 /h, men en større utslippsvannmengde har større bevegelsesenergi og trenger dermed dypere ned i sjøvannet før den vender i retning overflata. I forhold til utslipp av m 3 /h vil det være flere tilfeller da utslippsvannet trenger helt ned til bunnen (avhengig av bunndypet på stedet). Fortynningen for utslipp av vannmengde 4800 m 3 /h i 3,5 m dyp er vist i Figur 9. Sammenlignet med utslipp av 3200 m 3 /h er vannmengden 33% større, og vannets hastighet i utløpene har økt tilsvarende. Økt hastighet gir økt fortynning og kan i noen grad kompensere for at større vannmengde gir mindre fortynning innen for siltgardinen. Merk at figuren viser fortynningen til 20 m avstand, mens det her er relevant å studere fortynningen innenfor siltgardinen, dvs. ut til ca. 10 m. Beregningene viser at fortynningen innenfor siltgardinen er i intervallet 4-5x, noe avhengig av hvilket tidsrom som studeres. Januar- Februar Desember Figur 8. Beregning av strålebaner for et vertikalt rettet utslipp av vannmengde 4800 m 3 /h i 3,5 m dyp. 13

14 Januar- Februar Desember Figur 9. Utslipp av 4800 m 3 /h. Beregning av fortynning 14

15 5. Litteratur Bjerkeng, B., Miljømessige forhold ved kjøleløsning med rør-coil i Oslofjorden for nye Deichmanske hovedbibliotek. Enkel vurdering av temperaturendringer og virkning på næringssalttransport. NIVA-rapport sider Christie, H., Fredriksen, S., Magnusson, J. og Rueness, J., Marinbiologiske forbedringer i Akershuskaia/Bispevika. Vurdering av muligheter. NIVA-rapport sider. Frick, W.E., Roberts, P.J.W., Davis, L.R., Keyes, J, Baumgartner, D.J. and George, K.P., Dilution Models for Effluent Discharges, 4 th Edition (Visual Plumes). Environmental Research Division, U.S. Environmental Protection Agency, Athens Georgia, USA. 15

16 Vedlegg 1. Statistikk for temperatur og saltholdighet på stasjon Ap2 for Gjelder månedene desember, januar og februar. Breakdown Table of Descriptive Statistics (Hydrografi og hydrokjemi samlet in Ap2 hydrokjemidata st N=262 (No missing data in dep. var. list) Include condition: v5=1 or v5=2 or v5=12 Exclude condition: v4<2001 Dyp meter Temperatur Means Antall Temperatur Minimum Temperatur Maximum Saltholdighet Means Saltholdighet Minimum Saltholdighet Maximum 0 3, ,18 7,31 25,56 3,30 31,47 1 2,02 5 0,64 4,31 26,30 24,43 28,53 2 2,38 6 0,84 4,34 26,64 24,52 28,72 3 2,98 6 0,96 4,87 27,08 25,01 28,93 4 4, ,90 8,67 27,93 20,57 32,32 5 4,20 6 1,39 7,60 27,81 25,99 29,52 6 4,75 6 1,63 8,15 28,31 26,35 30,00 7 5,13 6 1,85 8,09 28,73 26,73 30,41 8 5, ,48 9,49 28,99 21,38 32,36 9 5,94 6 2,30 8,56 29,56 27,57 31, ,22 6 2,57 9,07 29,83 27,80 32, ,34 6 2,58 9,22 30,03 28,00 32, , ,06 9,75 29,93 22,36 32, ,48 6 2,31 9,18 30,33 28,68 32, ,55 6 2,33 9,15 30,49 29,24 32, ,68 6 2,65 9,11 30,59 29,49 32, , ,29 10,01 30,64 23,62 32, ,98 6 3,44 8,99 30,75 29,68 32, ,07 6 3,58 8,95 30,83 29,73 32, ,24 6 3,95 8,93 30,94 29,80 32, , ,33 10,16 31,24 28,26 32, ,47 5 5,35 8,90 31,12 30,14 32, ,45 4 5,75 9,07 30,79 30,27 31, ,80 3 6,19 9,26 31,04 30,43 31, ,90 4 6,44 9,25 31,05 30,54 31, ,24 4 6,70 9,04 31,13 30,60 32,39 16