EnviPEAK Miljøvirkninger av effektkjøring Nye funn Tor Haakon Bakken - SINTEF Energi / CEDREN med innspill fra mange kollegaer
Hva skal jeg snakke om? 1. Hva er effektkjøring og hva er miljø? 2. Biologiske virkninger, med fokus på fisk 3. Fysiske virkninger og utvikling av metoder 4. Avbøtende tiltak 5. Virkninger på rekreasjon 6. Oppsummering
Hva er effektkjøring? Uklar definisjon, men karakteristika er: Raskere start/stopp enn naturlige hydrologiske prosesser Hyppigere endringer enn naturlig Et element av periodisitet Maks-verdien er (mye) mindre enn for eks. naturlig årsflom Drivere er: Salg av kraft ved høy/gunstig pris Balansering av nettet Utbygging av ikke-regulerbar energiproduksjon
Eksempler på effektkjøringsmønstre Vannføring ut av turbiner Periode 1 Q-måling 10 km nedstrøms Periode 2
Eksempler på effektkjøringsmønstre Vannføringsstasjon: Flere start/stopp pr dag, stans i helg Vannføringsstasjon: Jevn kjøring på hverdager, stopp i helga
Skal vannkraften støtte framtidens vindproduksjon?
Effektkjøring i Lundesokna
Hva er "miljø" i regulerte vassdrag? Laks & ørret? Rekreasjon/bruk Annen fisk Temperatur og is Fish Bunndyr Hydromorfologi Biomangfold Pattedyr Fugl Habitat
Hva er "miljø" i regulerte vassdrag? Laks & ørret Rekreasjon/bruk Annen fisk Temperatur og is Fish Bunndyr Hydro- morfologi Biomangfold Pattedyr Fugl Habitat
Hva vet vi om miljøkonsekvenser? Overordnede betraktninger Miljøkonsekvensene antas minst i de største resipienter (store innsjøer / fjorder) Miljøkonsekvensene antas størst ved utslipp på elv Kraftigere og hyppigere effektkjøring gir større konsekvenser Konsekvensene er steds- og tidsspesifikke (anlegg, type resipient, økosystem, tid på døgn/år, etc)
Miljøkonsekvenser elver Stranding som problemtype Raske endringer i vannstand kan medføre stranding av fisk Reduserte senkningshastigheter reduserte risiko for stranding Høyest risiko for stranding i kaldt vann (vinter), på dagtid (natt, Puffer et al., 2012) og i elvesegment med grovt substrat Harby et. al, 2004 and other publications Risiko for stranding redusert kraftig ved endring i vannstand < 13 cm/time
Strandingsfare - tørrlegging av elvebreddene
Strandingsfare: - små pytter i elveløpet og langs bredden
Nidelva, Trondheim Strandingsforsøk Daleelva, Vaksdal Risiko for stranding redusert kraftig ved endring i vannstand < 13 cm/time Gurobekken, Trondheim
Effektkjøring og stranding Fisk kan overleve stranding Harby et. al, 2004 and other publications Forskningoppgaver i EnviPEAK Hva er forklaringene bak disse konklusjonene? Hva med andre stressfaktorer? Stranding av egg Andre arter? Hvordan redusere risiko?
Dramatiske endringer i vannføringsmønstre kan også gi langtidseffekter på fisk/habitat Hurtig endring av vannføring gir hurtig endring av habitat
Hva skjer med fisk eksponert for effektkjøring? Foreløpige resultater vintereksperiment Ims Kilde: Puffer, Berg, Forseth og flere (under utarbeidelse)
Masse fett [g] Gjentatte vinterforsøk i Paltamo, Finland Gode nyheter! Forbruket av fett marginalt større for fisk utsatt for effektkjøring Forskjellene noe større om sommeren Kilde: Puffer, Berg, Vehanen med flere (under utarbeidelse)
Habitat preferences of juvenile Atlantic salmon Experimental setup: Fish density 1 fish/m 2 vs. 3 fish/m 2 Intercohort competition large fish present vs. absent Time of day daytime vs. nighttime Season of the year summer, autumn, winter & spring
Sannsynlighet fisk i dype områder Habitatbruk ungfisk eksperimenter Ims Oppsett eksperiment: Fisketetthet Intern konkurranse (tilstedeværelse/fravær stor fisk) Tidspunkt på døgnet (dag/natt) Sesong Lengde fisk [mm]
Habitatbruk ungfisk eksperimenter Ims
Funn - Habitatbruk ungfisk Høyest sannsynlighet for å finne fisk på grunne områder: Vår Høsten på natta Effektkjøring mest problematisk på disse tider! Kilde: Puffer, Berg med flere (under utarbeidelse)
Gytestudier i Daleelva, Vaksdal GYTESTUDIO Foto: UNI Research
Foto: UNI Research
Foto: UNI Research
Foto: UNI Research
Foto: UNI Research
Foto: UNI Research Foto: UNI Research
Average number of sea trout 0 2 4 6 8 10 12 Observed spawning behavior 0 1 2 3 4 5 Average number of sea trout 0 2 4 6 8 10 12 Average number of sea trout 0 2 4 6 8 10 12 Fra data til konklusjon (a) (b) Utdrag biologiske data Daleelva: Sammenstilling tilstedeværelse/ gyteklar fisk og vannføring 0 20 40 60 80 100 (c) Percent over median discharge 0 5 10 15 20 25 30 35 (d) Range in water discharge y09 y10 0 2 4 6 8 10 12 Kilde: Vollset med flere (under utarbeidelse) Year Average number of sea trout
Laks - gyteadferd Modellert lys 0.0 1.0 2.0 3.00 100 200 300 400 Vannføring m 3 /s 10 20 30 40 Gyting ved effektkjøring Daleelva 2009 Gyting 9 15 21 3 8 14 20 2 7 13 19 1 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 Tid (timer)
Laks - gyteadferd Modellert lys 0.0 1.0 2.0 3.00 100 200 300 400 Vannføring m 3 /s 10 20 30 40 Gyting ved effektkjøring Daleelva 2009 Take home message : observert gyting i løpet av en time etter store endringer Gyting 9 15 21 3 8 14 20 2 7 13 19 1 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 Kilde: Vollset med flere (under utarbeidelse) Tid (timer)
Gyting Daleelva foreløpige funn For lave vannføringer hindrer tilgang til gyteområder For høye vannføringer kan senere gi tørrlegging av egg Gyting foregår ofte rett etter at vannføring er gått markant opp (oppstart kraftverk) Tilstrekkelig lang periode med passe høy vannføring må sikres Fortsatt suksessrik gyting etter 2 år med effektkjøring Kilde: Vollset med flere (under utarbeidelse)
Effektkjøring og fugl Kartlegging fuglearter og aktiviteter ved forskjellige kjøringsmønstre (Lundesokna, Nidelva og Surna) For hver elv: Generelt brukes alle deler med åpen vann langs elva av alle arter Små forskjeller mellom ulike deler av elva Fossekall særlig tallrik nedstrøms kraftverk om vinteren Mellom elver: Lundesokna: færre fuglearter og lave antall Surna: flere arter og mer fugl
Oter Kartlegging av oteraktivitetene (Lundesokna, Surna, Nidelva, Fora (kontroll) og Sona (Kontroll) vises optimum kurve: Nedstrøms fra kraftverksutløpene (Surna, Lundesokna) Nidelva ikke inkludert Foreløpige resultater
Elvemusling Eksperimenter på Ims Truet art, nært samspill med laks/ørret Hypotese: hurtige vannstandsendringer påvirker ikke utbredelsen til de voksne muslingene, så lenge minstevannføringen er tilfredsstillende.
Effects of hydropeaking (temporal changes) Koksvik & Reinertsen 2008 Increased primary production reflecting reduced ice formation Reduced abundance/biomass of stoneflies Increased abundance/biomass of mayflies and chironomids Harby et al., 2004 (Arnekleiv) Frequent changes water level (dewatering) caused substantial reduction in biomass in dewatered zones
Effects of hydropeaking (cont.) Saltveit unpublished Vertical migration Avoiding stranding Avoiding drying Facilitating survival
Effects of hydropeaking (cont.) Fjellheim & Raddum 1996, Raddum & Fjellheim 1993, Boon 1993, Poff & Ward 1991 Larger proportion of lotic organisms, fast life cycles, small larvae and predators vs. filterers Raddum et al. 2008 Delayed development
Fysiske versus biologiske studier Foto: UNI Research
Foto: SINTEF Fysiske versus biologiske studier
Hvorfor studere fysiske forhold? Fysisk miljø bestemmer i stor grad biologien Fysiske forhold kan være enklere og billigere å måle Vi har gode fysiske modeller for scenarie-analyse Avbøtende tiltakene ofte fysiske
Hvilken biologisk effekt gir de fysiske tiltakene? Hvor mye vann er nok?
Datafangst Effektivitet og presisjon Båt m/ekkolodd Helikopter m/kamera Differensiell GPS Laser-scanner
Depth (m) Northing Velocity (m/s) 3D simulering av Lundesokna Vannkant Hastighet Dyp 7003445 7003440 7003435 Simulated Observed 1.4 1.2 Simulated Observed 2 1.8 1.6 Simulated Observed 7003430 1 1.4 7003425 0.8 1.2 1 7003420 0.6 0.8 7003415 0.4 0.6 7003410 0.4 7003405 0.2 0.2 7003400 565100 565120 565140 565160 565180 565200 565220 565240 565260 Easting 0 0 5 10 15 20 25 Distance from LB (m) 0 0 5 10 15 20 25 Distance from LB (m)
Dynamisk kartlegging av strandingsrisiko Kilder: Biossy, Casas-Mulet, Alfredsen, med flere (under utarbeidelse)
Dynamisk kartlegging av strandingsrisiko Kilder: Biossy, Casas-Mulet, Alfredsen, med flere (under utarbeidelse)
Stage (m) Temp (C) Vanntemperatur - modellresultater 15 Vannstand Temperatur 14 13 12 11 10 9 8 7 33.2 33.0 32.8 32.6 32.4 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 Jun2010 Jul2010 CS43 SUMMER TEMP CS29 SUMMER TEMP CS5 SUMMER TEMP CS43 MODELED SUMMER STAGE Kilder: Bakken, King, Alfredsen
Hydrologi Kobling av modellsimuleringer Produksjonsimulering Habitatkvalitet Hydraulikk
Hydrologi Scenarie: endring i produksjon Produksjonsimulering Habitatkvalitet Hydraulikk
Tonstadregulering simulert pumping Skjematisk kart Kart med overordnet grid Detaljert grid Sirdalsvatn
Pumping i Tonstad-reguleringen simulert scenarie Homstølsvatn Sirdalsvatn Resultater Døgnvariasjon i Homstølsvatn: 3,5 meter Døgnvariasjon i Sirdalsvatn: 0,75 meter Økt sirkulasjon Økt vertikal sirkulasjon, særlig ved høstsirkulasjon Gir kaldere i overflaten, varmere i dypet Mindre is (i tid og i rom), oppbrytning av is langs strand
52 Konfliktreduserende tiltak Administrative tiltak Utvelgelse av anlegg dedikert til effektkjøring Kompensasjonsordninger Habitatrestaurering andre steder Samlet plan for effektkjøring Operasjonelle tiltak Tiltak på det enkelte kraftverk Start/stopp hastigheter Når på året/døgnet kjøres effekt Fysiske/biologiske tiltak i vassdraget Dempningsmagasin Habitatrestaurering, terskler, leding av vann Utsetting av rogn/fisk
53 Avbøtende tiltak - Barduelva Senkningshastigheter Effekt på toppen av høy basisvannføring
54 Avbøtende tiltak Tørrlegging av gytegroper reduseres betraktelig ved heving av minstevannføring Before works, 32 m³/s Fysisk tiltak: Heving av vann-nivå og fjerning av "lommer" med strandingsfare After works, 32 m³/s
55 Avbøtende tiltak Fysiske tiltak: Reduksjon av strandet fisk i avsnørte pytter/dammer Before works From ECOGEA 2009, Etude de l impact ecologique des eclusees After works
Tiltak elver Stranding som problemtype Raske endringer i vannstand kan medføre stranding av fisk Reduserte senkningshastigheter reduserte risiko for stranding Høyest risiko for stranding i kaldt vann (vinter), på dagtid (natt, Puffer et al.) og i elvesegment med grovt substrat Harby et. al, 2004 and other publications Risiko for stranding redusert kraftig ved endring i vannstand < 13 cm/time
57 Tiltak magasin Utvelgelse av "de riktige" magasinene til effektkjøring (Brodtkorp) Store magasin/stort volum mindre vannstandsendringer Grovt materiale mindre erosjon Allerede kraftig regulert tilpasset økosystem Re-vegetering/mild gjødsling av reguleringssone (Rørslett, Johansen, 1996) Utsetting av fisk (mange) +++++++
Det store spørsmålet; Populasjonsendringer grunnet effektkjøring? Medfører effektkjøring at populasjonen av laks (ørret) endres negativt over tid? Er stressfaktorer fra effektkjøring flaskehalser i økosystemet? Vi utvikler ISalmon med med effektkjøringsmodul
Testet ut på Nausta (uregulert) Observert vekst Modellert vekst
Testet ut på Nausta (uregulert) Observert smoltalder Modellert smoltalder
Dempningsmagasin Seitenspeicher Bozenau 150 000 m 3 (Østerrike)
Muligheter Bregenzerach Utvidelse av dempningsmagasin Low flow to peak ratio Reservoir volume Costs 1 : 5 350 000 m 3 10 mio. 1 : 3 588 000 m 3 16 mio. 1 : 1 1 520 000 m 3 too high
Oversikt over tiltak Kilde: Charmasson & Zinke, 2011 (SINTEF / CEDREN-rapport)
Rekreasjon studie Nidelva
Foreløpige funn Nidelva Fiskerne vet hva effektkjøring er og har erfart dette Effektkjøring vurderes i hovedsak negativt: Reduserer mulighetene for fangst (fisken mindre bitevillig) Påvirker planlagte turer uten forvarsel ( elva blir plutselig ikke fiskbar, tur blir kansellert) Kan oppstå farlige situasjoner Mangel på informasjon er et stort problem Brukerne forstår det kan være begrensninger i hvilken informasjon som kan gis, men generell og veiledende informasjon burde kunne gjøres tilgjengelig for planlegging av fisketur
Rapporter ferdige eller "på vei" Harby et al., 2011: "Skrivebordstudier" av effektkjøring og miljøkonsekvenser på Mauranger, Tonstad, Straumsmo/Barduelva Jiska van Dijk, 2012: Pilotstudie om merking av oter
Rapporter ferdige eller "på vei", forts. Case-studie Tonstad Litteraturstudie avbøtende tiltak Tidsserieanalyse effekt-kjøring www.cedren.no All publications
Oppsummert Fisk: mindre fysiologisk stress av effektkjøring enn forventet Fisk: fisk kan gyte i effektkjørte elver, tilpasning behøves Fisk: stranding potensielt stort problem Avbøtende tiltak finnes Bedre verktøy for datafangst og modellering tilgjengelig Mange publikasjoner innen mange tema klare, enda flere på vei Mange av resultatene er foreløpige, må behandles statistisk og kvalitetskontrolleres av andre fagpersoner ('peer-review')
www.cedren.no 69