n 3 f 'IL" ' «4 i te T/V *' >»wi * ivjvj\}c*r,&\ fe V ;?\«r j
N i) H S K! N s i II I' T I OR V A N N F O R * K N \ i, I. i I N ) I!<. ( ) " " 7 ( ) n ' 7 ^ <) M 7 ^ UNDERSOKELSER AV VANN OG FORURENSNINGSPROBLEMER VED KJERNEKRAFTVERK Rcsultatcr fru Oslotjordomradct tdr perioden 97 3 974 Saksbehandlcr. Cand.real. Cioifrcd Nilsen Mcdarbeidere: Card.eal. Erik Andreassen S>v in,«. Birger Bjerkeng Cand mag. Hartvig Christie Ca id real. Ivar Haugen Cand.real. Jon Knutzen Canc.rcal. Knut Kvalvignæs Fil.cand Torsten K.i!iq\ij Siv ing Morten l.aake Fil.cand. Jan Magnusson Cand.real. Jarle Molvær Cand.real. Brage Rygg Cand.real. Olav Skulberg Rapporten avsluttet: Desember 974
Untie r::, /.'..:'>.v av vanr. g f r.! :...:.::.,.; r.:.! ::/r v.i... r.\>.'.rv.'" ; r/. vanriforiirtiiiiig, d a t r r t ". i'f\<r>i:\r i / f a. ilttor 'irrf* e;.:«rr.i!iorp': v ;. : : draj.;;;..g e l ^ r t t r i r u t e t ^ v t u e r.,!' n*,:/. r»i!'t verf.'.ne, ' '. rr..r.. *', ;..! ;'.*.te program redusert, i omfang. Den forel i ggende rapport tar utgangspunkt i de ti iger^ f r' ::y..?.:.' r>*" ^ tater og bringer mater ialet: t,j: ur!'r»rr. til cktot.er..<". 'I i dl i rv r f rr resul tåtene for undersøkelser i Oslo f jordområdet rapportert frer. til desember 973 Det er oppnådd innsikt i viktige prublemer knyttet ti^. t.ruk av d'. T r kjølevannsmengder. Mens oppmerksomhet i tidligere rapport.r hovedsakelig har vært rette*, mot temperatureffekten av kjølevannsutslipp, er det nå en mer balansert vurdering av flere miljøfor.old som kan bli influert. Eksperimentelle undersøkelser har utiypet ferståelsen av biologiske virkninger knyttet til varmepåvirkning. Etua^ereiser til fcrsk:vir:gsinstitusjoner og kjernekraftanlegg i USA, Canada og Sverige har avklaret teoretiske og praktiske sider ved vurderingsgrunnlaget for lokalisering og drift; av kjernekraftverk. Underspkelsene har vært koordinert med arbeidet til Vassdrags og havnelaboratoriet ved NTH, Trondheim, og Fiskeridirektoratets havforskr.ingsinstitutt, Bergen, i sammenheng med kjernekraftsaken. Universitetet i Oslo har bidratt på flere måter med de biologiske undersøkelser. Hoved ; fagsstudenter har gjort selvstendige oppgåver på aktuelle områder av pro [ blemstillingen. Det faglige råd for de biologiske undersøkelser har ' hjulpet instituttet med veiledning og kritikk. Vi takker alle for det samarbeid som har funnet sted. Blindern, 2. desember Olav Skulberg Jon PCnutzen
_ i _ INNHOLDSFORTEGNELSE f.ammendrag 0 I. INHLEDNING 3 II III GENERELT OM BIOLOGISKE VIRKNINGER AV ET KJERNEKRAFT VERK (G. Nilsen) 7 SPESIELLE UNDERSØKELSER a. Subletale effekter av økt temperatur på oskjell, blåskjell og vanlig sjøstjerne (Modiolus modiolus, Mytilus edulis og Astevias rubens) (G. Nilsen) b. Temperaturens innvirkning på eksperimentelle rennesamfunn (G. Nilsen) I4O ^8 c. Temperaturens innvirkning på primærproduksjonen (T. Kallqvist) 62 d. Hedbrytriing i sedimenter og d>.>vann (M. Laake) T3 e. Spesielt utsatte dyrearter i Oslofjorden (B. Rygg) 03 f. Eksperimentelle undersøkelser over effekter av en temperaturøkning hos trepigget stingsild (GasterosteuF acuelatus L.) og tangloppen Gcrnnapus oaeaniaus (Segerstråle) (H. Christie) 0 g. Mulige konsekvenser for stoff og energiomsetninger (G. Nilsen) 30 IV FELTUNDERSØKELSER a. '' rsøkelse av gruntvannsflora og fauna (I. Haugen & K. Kvalvågnæs) b. Hydrokjemiske undersøkelser i Oslofjorden (E.Andreassen) 208 c. Undersøkelse av Oslofjordvannets vekstpotensial M. Kallqvist) 229 d. Hydrokjemiske undersjzfkelser ved Naverfjorden (J. Magnussen & J. Molvær) 23U e. Undersøkelser i Langangsfjorden (G. Nilsen) f. Vurdering av lokalitetene. 260
FIGURFORTEGNELSE 3 i de :. Økning av biomasse på fliser utlagt 3/8973 59 2. Inntaksvannets algevekstpotensial 59 36. Resultater fra forsøkene. Gjennomsnittsverdi er og standardavvik 69 78. Resultater fra forsøkene. Gjennomsnittsverdier og standardavvik 70 9. Gjennomsnitt av forsøkene vinteren 9737^ 70 0. Hypotetisk kurve for å forklare foriøpet av fig. 9. 70. Skisse iv forsøksapparatur 93 2lU. Utskrift av oksygenmålinger som funksjon av forsøkstiden 9^96 5 Totalt oksygenopptak de første 26 timer som funksjon av temperaturen 97 6. Arrhenius diagram av oksygenopptak som funksjon av temperaturen 9o 7. Dehydrogenaseaktivitet (DHA) ved 7, 0 og 3 C 99 8. Dehydrogenaseaktivitet (DHA) inntegrert over sedimentsjztylen (05) som funksjon av temperaturen ' 00 9 Temperaturforløpet i stingsildakvariene 20 20. Totalt antall døde stingsild i forhold til tiden 20 2. Dødelighet for trepigget stingsild i ulike tidsperioder 2 22. Antall hanner med gytedrakt til ulike tidspunkt ved t C og t+ 8 C 2 23. Lengdetilvekst for 97 årsklassen av trepigget stingsild 22 2k. Lengdetilvekst for 972 årsklassen av trepigget stingsild 22 25. Lengdetilvekst for 973 årsklassen av trepigget stingsild 23 26. Lengdetilvekst i forhold til gjennomsnittstemperatur i perioden for 972 årsklassen av trepigget stingsild 23 27. Lengdetilvekst i forhold til gjennomsnittstemperatur i perioden for 973 årsklassen av trepigget stingsild I 24 28. Temperaturforløp i amphipodeakvariene
5 Figurfortegnelse fortsatt. Side: 29. Akkumulert dguelighet for Gamarua oaeanious ved t C og t + 8 6 C 25 30. Gjennomsnittsvekst for Garmavus oceaniaua ved t tt c og t + 8 C. 25 3. Gjennomsnittiig tilvekst for Gonmarus ooeaniaua ved t+8 0 26 32. Foreriklet oversikt over biologisk omsetning av stoff og energi i og mellom ulike dyp 36 33. Vorenklet oversikt over omsetning og transport av næringssalter i og mellom ulike dyp 37 'iu. Forenklet oversikt over omsetning og transport av oksygen i og mellom ulike dyp 38 35. Kombinasjon av figurene 32, 33 og 3». 39 36 Kart over Oslofjorden med stasjonsnett l60 37. Kart over Naverfjordområdet med stasjonsnett l6l 38. Kart over Langangsfjordområdet med stasjonsnett 62 3973. Vertikal mengdefordeling for fauna 6397 "Jk. Vertikalutbredelse av benthiske alger og antall arter ved nedre vegetasjonsgrense (Oslofjorden). 98 75 Vertikalutbredelse av benthiske alger og antall arter ved nedre vegetasjonsgrense (Naverfjorden) 98 76. Vertikalutbredelse arr benthiske alger og antall arter ved nedre vegetasjonsgrense (Langangsfjorden) 200 77. Antall arter fordelt på dybdeinterval 20 78. Vegetasjonen ved Steilene i Oslofjorden 2/7973 202 79. Masseforekomst av sjjzipinnsvin, Strongylocentvotus Dvoebaahieri8is som beiter på løsliggende Fuou.8 sevratue i DrjZfbaksundet 30/3973 202 80. Bilde fra 0 meters dyp på Rødtangen 30/8973, som viser mudderbunn med Asterias rubens, Pegnrus bernhardus og sjøpungene Dendrodoa grossularia sammen med råtnende plantedeler, vesentlig Zoatera marina. 203 8. Svarte slangestjerner, Ophiocomina nigra Store Færder 22/873 203
6 Figurfortegnelse fortsatt, 82. Rødalgune Chondrue arispus og Corallina offiinul:. \,;% Bramholmen 83. Nakensneglen Dendronotua fronriosus QU. Den syvannete sjøstjernen Luidia oiliaris på Fugløy 20/0973. v 85. Blandet assosiasjon av Metridium senile og Ciona intevstinalis 86. Bilde fra Brudeskjær i Langangsfjorden 23/072. 87. Dybdekart over Oslofjorden i 88. Total nitrogen på stasjon 02 (Steilene...:" 89. Total fosfor på stasjon 02 (Steilene),lf. 90. Oksygeninnhold på stasjon 02 (Steilene)(VHL) 29 9. Total nitrogen på stasjon 0i* (Filtvedt) 2cL 92. Total fosfor på stasjon Ok (Filtvedt) dll 93. Oksygeninnhold på stasjon 0U (Filtvedt) (VHL)?.2Z 9k. Total nitrogen på, stasjon 3 (Breiangen) 22 3 95 Total fosfor på stasjon 3 (Breiangen) l:2k 96. Oksygeninnhold på stasjon 3 (Breiangen)(VHL) 225 97 Total nitrogen på stasjon 09' (Rauer) 2lb 98. Total fosfor på stasjon 09 (Rauer) 227 99. Oksygeninnhold på stasjon 09 (Rauer) 228 00. Sesongvariasjon i vannets vekstpotensial i ulike deler av Oslofjorden (juni 972 juni 97 *). 23 0. Vannets vekstpotensial i ulike deler av Oslofjorden jevnført med innholdet &v ortofosfat, løst nitrogen og organisk karbon (Middelverier juni 972 juni 97M 232 02. Vekstforsøk i bl&ndinger av overflatevann (02 m) og dypvann (henholdsvis 30 m og 50 m)(filtvedt, juni 97*0 233 03. Lengdesnitt i Naverfjordområdet, S 0/00 (2728/8973). 239
7 Figurfortegnelse fortsatt. 0*. Lengdesnitt i Naverfjordområder, S o/oo (2/5~97 O 05. Vertikalsnitt på stasjon N8 (2/597M Side: 2ii0 2lil 06. Variasjoner i en del parametre (stasjon l) 07. Variasjoner i en del parametre (stasjon 3) 08. Variasjoner i en del parametre (stasjon k) 09. Variasjoner i en del parametre (stasjon 5) 0. Variasjoner i en del parametre (stasjon 6). Variasjoner i en del parametre (stasjon 7) ' 2. Overflatevannets innhold av nitrat som funksjon av saliniteten 253 3. Overflatevannets innhold av ortofosfat som funksjon av saliniteten i*. Overflatevannets totale innhold av oppløste nitrogenforbindelser som funksjon av saliniteten 5 Salinitetens variasjon med tiden i overflatenn på stasjon, 3 og 5 25 * 6. Overflatevannets vekstpotensial som funksjon av ortofosfatmengden 255 7. Vertikalsnitt på stasjon 5 (8/397 *) 256 8. Vertikalsnitt på stasjon 5 (2U/697U) 257 9. Vertikalsnitt for TotN og TotP på stasjon 5, 8/397*» 258 20. Vertikalsnitt for TotN og TotP på stasjon 5, 2U/697U 259
8 TABELLFORTEGNELSE I a I b Blåskjellenes gjennomsnittlige produksjon av byssustråder pr. døgn gjennom ulike perioder etter forsøkets start (28/2) Oskjellenes gjennomsnittlige produksjon av byssustråder pr. døgn gjennom ulike perioder etter forsøkets start (28/2) Side: U3 L3 I c Sjøstjernenes vendehastighet. Gjennomsnittlig antall vendinger pr 000 s. (startet 28/2) U3 II a II b Antall blåskjell med redusert (*) eller helt manglende reaksjon (D) på berøring av kapperanden. Totalt 5 dyr. UL Antall Oskjell med redusert ( = ) eller helt manglende reaksjon (D) på berøring av kapperanden. Totalt 5 dyr. kk II c Antall sjøstjerner som har sterict nedsatt bevegelsesevne (T) eller er døde (D). Totalt 6 dyr. U5 III a III b IV De vanligste algene i uoppvarmet (a) og oppvarmet (b) renne Flisene ble sått ut den 3/8 og samlet inn til angitte tider. 50 De vanligste algene i uoppvarmet (a) og oppvarmet (b) renne. Flisene ble samlet inn den 0/0 etter å være sai/t ut til angitte tider. 5 2 Biomasse som mg organisk stoff pr. 00 CJI på fliser som ble kontrollert 0/0 etter å være sått ut til angitte tider. 5U V Makroskopiske dyr i rennene 56 VT Dato, temperatur og klorofyll a 65 VII Beregninger av oksygenforbruk ved aktuelle temperaturer. 75 VIII Hydrofysiske forhold ved de valgte stasjoner. "j 9 IX Gjennomsnittlig oksygenforbruk med standardavvik (o) og beregnede temperaturkoeffisienter på sedimentoverflåten. 8l X Oksygenmetning i bunnvannet etter 36 timer (forsøk 2) ved de ulike temperaturer. 8 XI Beregnet energi frigitt som varme ved aerob og anaerob metabolisme. 8^ XII Resultater av biologiske analyser på sedimenter og bunnvann. 85 XIII Resultater av kjemiske analyser på bunnvann og interstitialvann. 88
9 XIV Side: Data fra tidligere undersøkelser over teraperaturens effekt på oksygenforbruket i sedimenter. 90 XV Eggutviklingens varighet hos Gamarua oceanicus ved forskjellige temperaturer (fra Steele & Steele, 973). 0U XVI XVII XVIII XIX XX Konsentrasjoner av Zn, Cu, Cd og Pb i stingsild (Gasterosteus aauleatus) og tangloppen Gcamarus oceanicus fra akvarier med inntaksvann og oppvarraet vann, og fra inntaksvannet til akvariene 8 Antall Garmarus oceanicus fra 7 akvarier med inntaksvann og 7 akvarier med oppvarraet vann i fors)jjksperioden 5/67/273 9 Vertikalutbredelse og arter ved nedre vegetasjonsgrense, (Oslofjorden) 57 Vertikalutbredelse og arter ved nedre vegetasjonsgrense, (Naverfjorden) 59 Vertikalutbredelse og arter ved nedre vegetasjonsgrense, (Langangsfjrrden) I59 XXI Krysstabell for lokalisering av inntak og utslipp 25 XXII Overflatesaltholdighet i Naverfjordområdet under de hydrokjemiske toktene 235 XXIII Vindretning og vindstyrke under de hydrokjemiske toktene 25 XXIV Stasjon N8. Øvre grenser for kystvann, Skagerakvann og Atlanterhavsvann under fem tokt 236 XXV Oksygenkonsentrasjon i standarddyp 8/3 7U
0 SAMMENDRAG. Undersøkelser av vann og forurensningsproblemer ved kjernekraftverk er ført videre i 97 *. Resultatene for Oslofjordområdet er fremlagt i denne rapport. 2. Litteraturstudier og studiereiser til USA, Canada og Sverige har dannet basis for en oversikt over generelle reslpientpåvirkniriger i forbindelse med bruk av store kjølevannsmengder. Observasjoner ved igangværende kraftverk er behandlet. Miljøpåvirkningen ved bruk av store kjølevannsmengder er knyttet til temperaturøkningen som kan påvirke en rekke biologiske prosesser i resipienten, transport av organismer gjennom kjølevannsystemet der de utsettes for store påkjenninger og, ved dypinntak, pumping av vann som er rikt på næringssalter, til overflaten der det kan gi opphav til økt planteproduksjon. Undersøkelser omkring varmekraftverk i drift konkluderer i en del tilfelle med at det ikke er påvist forandringer i biologiske forhold i resipienten. I andre tilfelle er klare virkninger påvist. Det synes å være muligheter for i spesielle tilfelle å utnytte energien i kjølevannet til forbedring av forholdene i forurensede lokaliteter. Dette må imidlertid gjøres til gjenstand for grundige undersøkelser i hvert enkelt tilfelle. 3. En rekke eksperimentelle undersøkelser og teoretiske arbeider over spesielle problemstillinger er utført. a. Blåskjell og sjøstjerner viste ved forsøk utført om våren, redusert aktivitet og økt dødelighet ved forholdsvis lave temperaturer sammenlignet med hva organismene tåler i den varmeste årstid. Oskjell viste seg mer tolerante. b. Undersøkelse av begroing i renner, der en sammenlignet normal temperatur og normaltemperatur pluss k C, viste at algebegroingen økte med økende temperatur, og det var en tendens til økt dominans av grønnalger og blågrønnalger ved økende temperatur. c. Undersøkelse av primærproduksjon i naturlige planteplanktonprøver ved ulike temperaturer viste at i korttidseksperimenter øker produksjonen
stort sett med økende temperatur. Om vinteren var resultatene avvikende idet produksjonen økte ved overteraperatur på 2 og 6 C i forhold til naturlig temperatur, men var uforandret ved k C temperaturfflming. d. Tetnperaturens innflytelse på oksygenforbruk i sedi^enter f ra Oslofjorden er studert i laboratoriet. Oksygenforbruket Øker med økende temperatur og er av sanne størrelsesorden som det som er rapportert fra andre undersøkelser. Oksygenfrie forhold i bunnvannet leder til frigjøring av fosfatreserver fra sedimentene. e. Det er innledet arbeid med sikte på å få oversikt over viktige erter i Oslofjorden som vil være spesielt ømfintlige for en twnperaturøkning. f. Forsøk med trepigget stmgsild og tangloppen Gammarua oceonious viste økt dødelighet, og da særlig for G. oceanicu8 ved 8 C overtemperatur i forhold til naturlig temperatur. Stingsildene ble kjønnsmodne tidligere i det oppvarmede vannet. Fiskens tilvekst økte med Økende temperatur i intervallet 6 lu C (Ogruppen), roen minsket ved tempetaturer over 8 C {gruppen). G. oeeonicus fikk sterk nedsatt vekst ved oppvarming og akkumulerte også mer tungtnetaller enn kontrolldyrene. g. Biologisk stoff og energiomsetning i et fjordsystem blir beskrevet, og det diskuteres hvordan bruk av store kjølevannsmengder kan influere disse prosessene. Forholdene er meget komplekse, og virkningene kan til dels være motstridende (f.eks. kan primærproduksjon tenkes hemmet på grunn av dødelighet i kjølevannsystemet, men stimulert på grunn av transport av næringssalter til overflaten eller temperaturøkning). h. Feltundersøkelsene i aktuelle områder for lokalisering av kjernekraftverk er fortsatt i 9lh. a. Gruntvannsflora og fauna er undersøkt ved hjelp av dykking. Dybdegrensene for fastsittende alger i Oslofjorden har kommet høyere opp sammenlignet med eldre undersøkelser. Dette er tolket som økende eutrofivirkninger. b. Det er utført omfattende hydrokjemiske undersøkelser i Oslofjorden. I denne rapport er det gitt et kortfattet sammendrag av arbeidet, som vil bli behandlet fyldigere i en egen rapport. Pumping fra dypt vann og utslipp av kjølevann i overflaten kan gi tildels store virkninger på primærproduks j onen.
2 c. Oslofjordvannets vekstpotensial er undersøkt som tidligere. Vekstpotensialet er høyere ved Brenntangen enn ved Vardeåsen og Hurum. Tilblanding av dypvann til overflatevannet økte vekstpotensialet om sommeren. d. Det er utført fem hydrokjemiske tokt til Naverfjorden i 973 og 9TU. Programmet er ikke avsluttet, men presenteres her som foreløpig rapport. e. Undersøkelsene i Langangsfjorden viser at fjordområdet er sterkt påvirket av tilførsler av brakkvann og forurensning fra Frierfjorden. Dette gir høyt algevekstpotensial. I dypet kan oksygenforholdene va;re meget dårlige. f. Grunnlaget for en resipientmessig vurdering av lokalitetene blir presentert, og de enkelte lokalitetene (Emmerstad (tidligere Brenntangen), Skjøttelvik (tidligere Hurum), Vardeåsen, Naverfjorden og Langangsfjorden, Saga) blir beskrevet med dette utgangspunkt.
3 INNLEDNING I 97U er arbeidet ført videre med bakgrunn i tidligere utredninger og undsrsøkelser. Følgende rapporter og publikasjoner fra Norsk institutt for vannforskning gir informasjoner om de utførte underspkelser og sammenhengen i arbeidet: Rapporter: Notat om undersøkelse av vann og forurensningsprobleraer ved atomkraftverk. Blindern, 0. mars 97, ved J. Rueness. 2. Referat fra besøk i Sverige 8/3 9/3 97, ved J. Rueness og. Dahl. 3. Notat: Undersøkelse av vann og forurensningsproblemer ved kj ernekraftverk. Blindern, juli 97. F.E. Dahl, H. Kristiansen, P. Liseth, J. Rueness, 0. Skulberg. k. Forslag til eksperimentelle biologiske undersøkelser for vurdering av temperaturpåvirkning av resipienter til kjernekraftverk. Problemstilling. Fremgangsmåter. Gjennomføring og finansiering. Blindern, 6. august 97. E. Dahl, J. Rueness, 0. Skulberg. 5. Referat fra besøk i Uppsala 26/0 29/0 97, ved E. Dahl. Blindern, 3. november 97. 6. Undersøkelse av kjølevannsforhold for termiske kraftverk. Oslofjorden og Langesundsfjorden. Blindern, 5. november 97. H. Kristiansen. 7. Undersøkelse av kjølevannsforhold for termiske kraftverk. Bunnefjorden. Blindern, 7. november 97. H. Kristiansen.
Ill 8. Biologiske momenter av betydning ved valg av lokalitet for kjern«luraftverk. Generelle vurderinger for en grovpriorit^»«iti(r ttv byggesteder. Blindern, 7. februar 9T2. J. Runess, 0. Skulberg. 9. Fremdriftsrapport om eksperimentelle biologiske undersøkelser. Blindern, 3. mai 972. I. Haugen, 0. Skulberg 0. Undersøkelse av kjølvwins forhold for termiske kraftverk. Oslofjorden og Langesundfjorden. Blindern, ;'8. juni 972. H. Kristiansen.. Undersøkelser av begroingsproblemer i kjernekraftverk. Blindern, 3. oktober 972. 0. Skulberg. 2. Rapport ira reise til Storbritannia 22/9 2/0 972. Blindern, 26. oktober 972.. Haugen, G. Nilsen. 3. Kjernekraftverk i Oslofjordområdet. Byggestedsomridene Brenntangen, Vardeåsen og Hurum. Resipientvurderinger, Trondheim/Oslo, 25. januar 973. Fellesrapport HIVA/VKL. lu. Undersøkelser av vann og forurensningsproblemer ved kjernekraftverk. Resultater fra Oslofjordområdet for perioden 97972. Blindern, juni 973. I. Haugen, G. Nilsen.. 3. Vann og forurensningsproblemer ved kjernekraftverk. Foreløpig rapport for undersøkelser i 973. Blindern,. desember 973. J. Knutzen. 0. Skulberg. l6. Utslipp av radioaktive stoffer fra kjernekraftverk. Rapport nr.. Bakgrunnsdata for elementer i oceanisk vann, og vann, organismer og sedimenter i Oslofjorden. Blindern, 3. januar 97 *. B. Rygg. 7 Tiltak for å redusere negative følger ved bruk av kjølevann. Notat. Blindern, 22. januar 97^ I. Haugen.
5 8. Foreløpig karakteristikk av Naverfjordområdet 30m resipient for kjølevann fra et kjernekraftverk. Blindern, 28. februar 97 **. G. Nilsen. 9. Langangs fjorden som resipient for kjølevann fra kjernekraftverk. Foreløpig rapport. Blindern, 28. februar 97 *. G. Nilsen. 20. Heiserapport fra deltakelse i NATOWORKSHOP: Waste heat and Nutrient Loaded Effluents in Aquaeulture, Blindern,. mars 97** I. Haugen, S.T. KSllqvist. 2. Referat fra reise til USA for å besøke institusjoner som arbeider med biologiske problemer i forbindelse med kjernekraftverk. Blindern, 5. juni 97**. I. Haugen, G. Nilsen. 22. Vann og forurensningsproblemer ved kjernekraftverk. Problemer knyttet til blokkering av kjølevannsinntaket forårsaket av organismer i sjøen. Blindern, 28. mai 97 k. I. Haugen. 23. Vann og forurensningsproblemer ved kjernekraftverk. Begroingsproblemer i sjøvannsledninger. Blindern, november 97 *. K. Kvalvågnæs. Publikasjonen SKULBERG, Olav M. : Biologiske virkninger av kjølevann sut slipp fra kjernekraftverk. Teknisk Ukeblad 20/97 *. NILSEN, G. & Thermal effects on marine biota in experimental K5LLQVTST, T. systems. International Atomic Energy Agency SM ls"j/2k HAUGEN, I.: Guidelines for recipient evaluation and biological field surveys in connection with the siting of the first nuclear power plant in Norway. International Atomic Energy Agency SM 8T/28.
6 Følgende lokaliseringsalternativer for kjernekraftverk or v^rd^rt i denne rapporten: i. Emmerstad. Vardeåsen ni. Skjøttelvik IV. Naverfjorden v. Langangsfjorden, Saga (med kjølevannsinntak i Langangsfjorden og utslipp i Naverfjordområde";}. Emmerstad er i tidligere rapporter benevnt Erenntangen, mens Skjøttelvik er kalt Hurum. Forutsetningen for undersøkelsene er at kraftverket ved full utbyscing vil være på I4OOO MWe eller 2000 MWe. Temperaturendringen av kjølevannet (= A T) er sått til 0 C med mulighet for økning til 5 C. Siden A T x kjølevannsvolum = konstant, vil økning av A T medføre reduksjon av kjølevannsvolumet, som ved A T = 0 C og *000 MWe, vil bli på 200 m 3 /s. Det er i 973/97^ påbegynt feltundersøkelser omkring de to siste alternat i vene, og det er utført supplerende undersøkelser i de øvrige områdene. Teoretiske studier og laboratorieforsøk er fortsatt med basis i tidligere undersøkelser. Undersøkelsene er foretatt i samarbeid med Havforskningsinstituttet og Vassdrags og havnelaboratoriet vedkth. De tre institusjonenes arbeid skal legges t i l grunn for en fellesrapport der de enkelte alternativenes egnethet vil bli vurdert.
7 II GENERELTOM BIOLOGISKE VIRKNINGEF AV ET KJERNEKRAFTVERK a) Innledning Det dobbelte av den elektriske energien som produseres i et kjernekraftverk må fjernes ved hjelp av kjølevannet. Dette innebærer transport av så store vannmengder og tilførsel av så store energimengder til vannet at det vil kunne medføre endringer i de biologiske forhold i kjølevannsresipienten. De ventede virkningene vil knytte seg til endringer av temperaturen, transport av store vannmengder gjennom kjølevannssystemet, tilsetning av begroingshindrende midler i kjølevannet, økt tilblanding av næringsrikt vann til overflaten (ved dypinntak) og tilførsel av radioaktive stoffer til resipienten. I det følgende blir disse problemene behandlet, bortsett fra tilførsel av radioaktive stoffer som har fått en særskilt behandling annensteds (NYE, 97 *). De problemer som skal behandles i det følgende, vil gjelde varmekraftverk generelt. Olje og gassfyrte kraftverk har imidlertid mindre kjølevannsbehov pr. elektrisk energienhet produsert enn kjernekraftverk. b) Effekt av endret temperatur i resipienten Temperaturen er en av de miljøfaktorer det er arbeidet mest med i biologisk forskning, og det finnes derfor en omfattende litteratur både når det gjelder biologisk virkning generelt (Kinne, 970) og når det gjelder temperaturvirkninger fra varmekraftverk (eks. Naylor, 965; Coutant, 969; 970; 97; Coutant og Goodyear, 972 og Coutant og Pfuderer, 973). Teisperatiiren som miljøfaktor er også behandlet tidligere i denne rapportserien (NIVÅ,973). Temperaturens generelle virkning på fysiologiske prosesser er kjent. Det normale er at deres hastighet øker med økende temperatur til et maksimum, hvorfra økt temperatur ofte fører til en kraftig aktivitetsnedgang. En dobling av aktivitet for hver 0 C temperaturøkning er normal. Imidlertid er det et utbredt prinsipp i naturen at et system reagerer på ytre påvirkninger slik at effekten av påvirkningen notvirkes. Dette gjelder også for levende organismer. Det finnes regulerings
8 systemer som svarer på en temperaturendring, slik at den opprir.nelige aktiviteten gjenopprettes helt eller delvis etter en tid. Denne akklimatiseringen er tidsavhengig, og dens effekt vil derfor være avnengig av hvor raske temperaturendringene er og hvor ofte temperaturen varierer (Kinne,970). Noen organismer, de euryterme, har et bredt temperaturintervall der de kan opprettholde normale aktiviteter. De kan derfor finnes i områder med vekslende temperatur, som overflaten i våre kystfarvann eller i forskjellige geografiske områder som er temperaturmessig ulike. Andre, de stenoterme artene, er knyttet til et begrenset temperaturområde og stabile temperaturer, f.eks. dypet av fjordene våre (Ekman, 935}. Man kan merke seg at temperaturtoleransen er forsk.jellig i forskjellige perioder, og f.eks. varierer med årstidene (Kinne, 970). Mange arter som er euryterme i store deler av sin livssyklus, er stenoterme i forbindelse med forplantningen. Det er de stenoterme arter som vil påvirkes mest av temperaturendringer; små temperaturendrinper kan gjtfre forholdene ulevelige for noen av de artene som nå lever i området. Spesielt vil dette gjelde hvis det skulle bli temperaturøkning i dypet av en fjord, hvor de normale temperaturfluktuasjonene er meget små og det finnes stenoterme kaldtvannsarter (kap. III e). Litorale organismer må i våre farvann være forholdsvis tenperaturtolerante fordi temperaturforholdene er så variable. Imidlertid vil også litorale organismer kunne reagere på temperaturer som overstiger normale maksimumstemperaturer. I august og september 959 ble bestanden av Laminapia digitata (fingertare) på sjetéen i Drøbaksundet ødelagt på grunn av høye sensommertemperaturer (2223 C i juliaugust) (Sundene, 96U). Det må også bemerkes at en temperaturøkning vil føre til at varmtvannsarter får bedre forhold. Nyetablering av varmekjære arter kan forekomme i områder som mottar kjølevann (Naylor, I965). Temperaturen er en vesentlig faktor i forbindelse med tidspunktet for forplantningen for en rekke arter (Kap. III f), og det kan være neget små temperaturgradienter som er avgjørende her. En endring av den normale temperatur i et område kan medføre at gytingen kommer på en tid da adekvat næring for larvene ikke finnes fordi oppblomstring av f.eks. planteplankton er mer lys enn temperaturkorrelert (Barnett & Hardy, 968).
9 "trredeise og forekomst. av en rekke forskjellige arter vil være avhengig av temperaturen. Varmt var.r.s art er vil reagere positivt., kaldtvannsarter negativt på?kende leir.peratur (jfr. Neumann, 97 M. rei knytt er seg særlig interesse til temperaturens virkning på primærproduksjon (Kap. Ill b og c). I havet ser det imidleitid ikke ut til at hoy produksjonsintensitet er knyttet til høy temperatur. Høyproduktive områder fir.nes både i kalde og varme farvann (Raymont, I963). I korttidseksperimenter er påvist at'produksjonen øker med økende temperatur til et maksimum ett^rfulgt av en nedgang ved høyere temperaturer (Kap. III c). Mye tyder imidlertid på at algene kan kompensere for temperaturendringer, antakelig ved endret enzyminnhold, slik at produksjonen gjenopprettes en tid etter temperaturøkningen (Steeman Nielsen og Jørger.c<?n, 968 og Jørgensen, I968). Den dårlige korrelasjon mellom primærproduksjon og temperatur i havet kan skyldes at andre faktorer, som lys og næringstilgang, er mer avgjøreude for produksjonen, slik at en eventuell temperatureffekt ikke kommer til uttrykk (Eppeley, 972). I de tilfeller da andre forhold ikke er begrensende, skulle man derfor kunne vente en økning av primærproduksjonen med økende temperatur (se også kap. Ill b og c), Ved den årlige våroppblomstringen er det overskudd av plantenæringsstoffer og nok lys i den produktive sone. Primærproduksjonen skulle da kunne øke med økende temperatur, men fordi dette medfører raskere forbruk av næringssalter vil vekstbegrensning også kunne inntre tidligere, slik at den totale produksjon i denne perioden ikke endres. Ved lavt næringssaltnivå i den produktive sonen er resyklering av næringssalter viktig. Ved nedbrytning av organisk stoff og ekskresjon i overflaten kan de frigjcrte næringssaltene gi opphav til ny produksjon. Denne resyklering må ventes å øke med økende temperatur (se også kap. III g). En temperaturøkning vil påvirke oksygenkrevende prosesser (Kap. III d). Generelt må man vente en økning til et maksimum der fortsatt temperaturøkning medfører nedgang. Respirasjonen vil imidlertid også være gjenstand for adapsjon over tid til de forhold individet lever under (Kinne, 970). Temperaturøkning i dypvannet kan i terskelfjorder føre til at den begrensede oksygentilgang brukes opp raskere enn før. Fonselius og Rattanasen (970) beskriver et tilfelle der innstrømning av forholdsvis varmt vann til Gotlanddypet i Østersjøen førte til raskt forbruk av 0 2 ~ressursene med resulterende HpSutvikling (jfr. kap. III d).
20 Produksjon av fisk og andre dyr er bl.a. avhengig av primærproduksjon og av algebestandens sammensetning. Den er også avhengig av temperaturen, og det er ulike temperaturoptima for ulike arter ( Brett et al., 969). Vj.dere er produksjonen avhengig av forholdet mellom dyrenes vekst og modning. Med økende temperatur dker ofte veksten, men modningen kan også inntre tidligere (kap. III f). Etter modningen blir veksten nedsatt fordi mye energi går til oppbygging av kjønnsprodukter, slik at maksimal størrelse nedsettes, Temperaturoptimum for vekst er også avhengig av næringstilgangen, og optimum finnes ved lave temperaturer når næringstilgangen er dårlig, ved høye temperaturer når næringstilgangen er god (Brett et al., 969). I våre farvann, der næringstilgangen er dårlig om vinteren for arter som er avhengige av planteplankton som næring, vil optimal veksttemperatur være lav. Økning utover optimal temperatur vil medføre suit og nedsatt vekst. Temperaturen er en faktor som virker sammen med andre faktorer, som saltholdighet, oksygenmetning, lys, forurensnlig osv. Ger^relt synes det å være slik at stress fra en eller flere slike andre faktorer reduserer en organismes evne til å tåle ugunstige temperaturer (McLeese, 956). På den annen side kan det anføres at de organismer som lever i områder der stresset er stort, nettopp er slike som tåler store påkjenninger. Temperatur virker ofte synergistisk med giftstoffer. F.eks. fant Hoss et al. (97*0 at kombinasjon av temperatursjokk og klorering ga større dødelighet enn summen av dødelighet ved bare temperatursjokk og bare klorering. De enkelte artene i et biologisk samfunn reagerer ulikt på en temperaturendring. En art som lever ved temperaturer stort sett under de optimale vil stimuleres, andre som lever over sitt optimum med hensyn til temperatur, vil hemmes av temperaturøkningen. Dette vil kunne føre til endringer i samfunnenes sammensetning. At artssammensetningen er helt forskjellig ved forskjellige +emperaturer, er vel kjent. Organismesamfunnene i havet kan grupperes i samfunn med utbredelse som samsvarer med temperaturgrenser (Ekman, 935).