Strømmålinger og modellering av avløpet til Fister Smolt AS, Hjelmeland kommune R A P P Fistervågen O Fister- Smolt AS R T Rådgivende Biologer AS 1216
Rådgivende Biologer AS RAPPORT TITTEL: Strømmålinger og modellering av avløpet til Fister Smolt AS, Hjelmeland kommune FORFATTERE: Bjarte Tveranger og Arne H. Staveland OPPDRAGSGIVER: Fister Smolt AS, Midtre Fister, 4139 Fister OPPDRAGET GITT: ARBEIDET UTFØRT: RAPPORT DATO: mars 2009 mars - april 2009 7. juli 2008 RAPPORT NR: ANTALL SIDER: ISBN NR: 1216 19 Ikke nummerert EMNEORD: - Avløp i sjø - Strømmåling - Modellering av avløp - Hjelmeland kommune - Rogaland fylke RÅDGIVENDE BIOLOGER AS Bredsgården, Bryggen, N-5003 Bergen Foretaksnummer 843667082-mva Internett : www.radgivende-biologer.no E-post: post@radgivende-biologer.no Telefon: 55 31 02 78 Telefax: 55 31 62 75
FORORD Rådgivende Biologer AS har på oppdrag fra Fister Smolt AS utført strømmålinger og modellering av avløpet til Fister Smolt AS i Hjelmeland kommune. Fister Smolt AS søker om en utvidelse av produksjonskapasiteten av anlegget til 5 millionar sjødyktig settefisk. Grunnet usikkerhet knyttet til tidligere utførte strømmålinger i Fistervågen, ble det utført nye strømmålinger like utenfor eksisterende avløp. Sammen med hydrografiske målinger er data fra strømmålingene benyttet til å modellere spredning og innlagring av avløpsvannet. Denne rapporten presenterer resultatene fra strømmålingene samt modellering av avløpet. Strømmålingene ble utført i perioden 24. mars - 22. april 2009. Rådgivende Biologer AS takker Fister Smolt AS v/ørjan Tveiten for oppdraget, samt Mikal Viga og Lars Frønsdal for lån av båt, og assistanse i forbindelse med utsetting og opptak av strømmålerne. Modelleringen av avløpet er utført av siv. ing. Jan Langfeldt. Bergen, 7. juli 2009 INNHOLD Forord... 2 Innhold... 2 Sammendrag... 3 Innledning... 4 Fistervågen... 5 Metode... 6 Modellering og spredning av avløpet... 9 Temperatur- og sjiktningsforhold... 10 Resultat av strømmålingene... 12 Vurdering av resultatene... 17 Referanser... 18 Om Gytre strømmålere... 19 Rådgivende Biologer AS 2
SAMMENDRAG Tveranger, B. & A. H. Staveland 2009. Strømmålinger ved avløpet til Fister Smolt AS, Hjelmeland kommune. Rådgivende Biologer AS, rapport 1216, 19 sider. Rådgivende Biologer AS har på oppdrag fra Fister Smolt AS gjennomført strømmålinger utenfor avløpet i Fistervågen i Hjelmeland kommune. Det er også utført beregninger av innlagring, spredning og fortynning av avløpsvannet. Strømmålingene ble utført i perioden 24. mars 22. april 2009 på tre dyp omtrent ved det eksisterende utslippspunktet til Fister Smolt AS, over 24 meters dyp bunn vel 200 m fra land i Fistervågen. På grunn av batterisvikt, mangler vi målinger fra 20 m dyp. Fra avløpet skrår det jevnt nedover til vel 150 m dyp i Fisterfjorden. Fisterfjorden er en ca 10 km lang og ca 0,25 2 km nordøst sørvestgående fjord som i retning nordøst fra anlegget smalner av og grunnes til en ca 250 m bred og vel 50 m dyp forbindelse til Hjelmelandsfjorden. Fra anlegget og i retning sørvest dybdes fjorden til rundt 250 m dyp og blir bredere til den ute ved Helgøya møter Årdalsfjorden fra øst og deretter videre mot sørvest går over i den over 300 dype og ca 2 km brede Fognafjorden. Utslippet går således ut i vannmasser som er forbundet med åpne og stadig dypere vannmasser i retning sørvest.. Modellering av avløpet viser at ved utslipp av maksimal (48 m³/min) og middel vannmengde (18,0 m³/min) ved midlere strømhastighet, vil avløpvannet ikke ha gjennomslag til overflaten. Toppen av skyen med avløpsvann i en vintersituasjon ved utslipp av maksimal og middel vannmengde vil kunne nå opp mot 5 m dyp, og sentrum for innlagringsdypet er beregnet til henholdsvis 11,3 og rundt 9,5 m dyp. En km fra utslippet vil avløpsvannet være fortynnet henholdsvis vel 200 og 170 ganger. Det ble målt svært svak overflatestrøm og svak spredningsstrøm. Den gjennomsnittlige strømhastigheten var 1,9 cm/s i overflatevannet på 2 meters dyp og 1,4 cm/s midt i vannsøylen på 10 meters dyp. Strømretningen på de to dybdene avspeiler i noen grad topografien i området, da vannstrømmen i hovedsak synes å renne fra målestedet og innover i Fistervågen. På 2 m dyp var det i løpet av måleperioden på 4 uker en overvekt av strøm og vanntransport innover i Fistervågen mot sørvest, men det rant også noe vann nordvestover ut av Fistervågen. På 10 m dyp var det en overvekt av vann som rant i retning sørvest innover mot Fistervågen. Utslippet fra anlegget vil således drive svakt innover i retning Fistervågen Det er likevel slik at når vannstrømmen innover i Fistervågen nærmer seg land, må den bøye av og renne ut vågen enten mot nordvest eller nordøst. Dessuten er vannmassene i Fistervågen forbundet med gode, dype og forbistrømmende friske vannmasser i Fisterfjorden der det en har daglige, kontinuerlige utvekslinger og utskiftinger med nytt, oksygenfriskt vann. Dette innebærer at avløpsvannet fra settefiskanlegget relativt raskt og effektivt fortynnes og transporteres ut av området og borttransporten og fortynningen er god, noe som også beregningene viser. MOM B-resipientundersøkelser utenfor utslippet i 2001 og 2006 viser også at det er lite påvirkete sedimenter og gode miljøforhold rundt utslippet og utover i resipienten, noe som indikerer gode utskiftingsforhold og omsetningsforhold for organiske tilførsler (Skaar 2001 og 2006). Miljøeffektene av utslippet fra anlegget har således bare en helt lokal effekt i avløpets nærområde, mens sjøbunnen utenfor avløpet og videre utover i resipienten i liten grad påvirkes av utslippet. Selv om strømforholdene ikke er så sterke, er vannutskiftingen god og sørger for god oksygentilgang året rundt til sedimentene utenfor avløpet som er av en slik struktur (hovedsakelig fin sand) at de har høy evne til å omsette de organiske tilførslene. Dette indikerer at Fistervågen kan motta og omsette en god del organisk materiale uten at det vil påvirke miljøet negativ. Rådgivende Biologer AS 3
INNLEDNING Avløpsvann fra settefiskanlegg inneholder oppløste næringsstoffer og partikulært organisk materiale som medfører mulighet for forurensning og dermed mulig skadevirkning på økosystemet. Tilførsler av gjødselstoffene nitrogen og fosfor kan gi økt vekst av planteplankton og alger. Tilførsler av organisk materiale kan gi økt begroing, økt oksygenforbruk i stagnerende vannmasser og også endret sammensetning av bløtbunnsfauna. Tilførsler av partikulært materiale kan medføre nedslamming av bunn og strender, noe som kan være både estetisk skjemmende men også medføre skader på flora og fauna i området. Alle disse effektene vil være avhengig av utslippets størrelse, dets plassering i resipienten og ikke minst resipientens beskaffenhet/tålegrense. Et utslipp til en sjøresipient vil vanligvis bli spredt svært effektivt avhengig av stømforholdene ved utslippspunktet. Bare de største partiklene vil sedimentere lokalt ved selve utslippet, mens de mindre partiklene vil sedimentere ut etterhvert der det er mer sedimenterende forhold ettersom vannhastigheten avtar, og partikler med stadig mindre størrelse vil sedimentere ut (figur 1). TETTHET Sjøvannets tetthetsprofil Innblandingsdyp DYBDE Tetthet av fortynnet avløpsvann Omrøring Tidevann UTSLIPP Akkumulering av organisk materiale Figur 1. Prinsippskisse for primærfortynningsfasen av innblanding av et ferskvannsutslipp i en sjøresipient, uten gjennomslag til overflaten og kun lokal sedimentering av organiske tilførsler i resipientens umiddelbare nærhet til utslippspunktet. Utslippet får økt sin tetthet ettersom det lettere ferskvannet stiger opp og blandes med sjøvannet (heltrukken linje og lyseblått). Utslippene fra Fister Smolt AS sitt anlegg ligger på rundt 20 m dyp, og to MOM B-undersøkelser utenfor avløpet i 2001 og 2006 viser at det er gode miljøforhold fra like ved avløpet og utover i resipienten (Skaar 2001 og 2006). Dette indikerer at det ikke er akkumulerende forhold ved utslippet, og at resipientforholdene ser ut til å være gode i Fistervågen. Dette skyldes at ferskvannutslippet gir en upwellingseffekt ved at det lettere ferskvannet strømmer opp som en fontene mot overflaten og blandes inn til sitt innlagringsdyp (figur 1). Vannmassene fortynnes og utveksles etter hvert med de utenforliggende vannmassene i Fisterfjorden og transporteres bort fra Fistervågen ut i Fistefjorden. På grunn av de så pass dype utslippspunktene, vil det sjelden være gjennomslag til overflaten. Denne indre ferskvannsfontenen vil imidlertid medføre at de finpartikulære tilførslene vil spres effektivt vekk fra utslippstedene i vannsøylen med tidevannet. De største partiklene vil sedimentere rundt avløpene og i deres nærområde der tilførslene ser ut til å bli effektivt omsatt og nedbrutt siden det ikke ble påvist noe akkumulering rundt det ene avløpet i 2001 og 2006. Den sterke oppstigende strømmen tar med seg alle de finere partiklene som blir innlagret i vannsøylen og som etter hvert fortynnes, spres og transporteres bort fra utslippstedet fra Fistervågen ut i Fisterfjorden ved det to ganger daglige inn- og utstrømmende tidevannet. Rådgivende Biologer AS 4
FISTERVÅGEN Fister Smolt AS har to utslipp til sjø, dvs ett fra klekkeri- og startfôringsavdelingen og ett fra påvekstavdelingen, hvor strømmålingene og modelleringene er utført. Avløpene munner ut i Fistervågen på rundt 20 m dyp ca 200 m fra land. (jf. figur 2). Fra avløpene skrår det jevnt nedover til vel 150 m dyp i Fisterfjorden. Fisterfjorden er en ca 10 km lang og ca 0,25 2 km nordøst sørvestgående fjord som i retning nordøst fra anlegget smalner av og grunnes til en ca 250 m bred og vel 50 m dyp forbindelse til Hjelmelandsfjorden. Fra anlegget og i retning sørvest dybdes fjorden til rundt 250 m dyp og blir bredere til den ute ved Helgøya møter Årdalsfjorden fra øst og deretter videre mot sørvest går over i den over 300 dype og ca 2 km brede Fognafjorden. Utslippet går således ut i vannmasser som er forbundet med åpne og stadig dypere vannmasser i retning sørvest. Fisterfjorden har dybder fra rundt 150 m dyp nedenfor utslippene til over 300 m dyp sørvestover mot Fognafjorden. Det grunnes videre oppover mot rundt 200 m dyp i overgangen til Brimsefjorden/Hidlefjorden. Forbindelsen mot nord mellom Talgje og Fogn er rundt 190 m før det dybdes og grunnes videre mot vest i Talgjefjorden og videre vestover mot store dyp i Boknafjorden. De gode dybdeforholdene i resipienten utenfor anlegget og den åpne forbindelsen mot sørvest til dype vannmasser, medfører gode utskiftingsforhold og bidrar til en høy resipientkapasitet i fjorden (jf. figur 2). Anlegget har således sitt utslipp til en fjord som tåler betydelige tilførsler av organisk materiale uten å bli negativt påvirket. Figur 2. Enkelt dybdekart over indre deler av Fisterfjorden med angitt sted for anlegget (svart firkant) og utslipp og med angitte dybder. (fra http://kart.fiskeridir.no /adaptive/). Rådgivende Biologer AS 5
METODE I perioden 24. mars - 22. april 2009 var det utplassert tre Gytre Strømmålere (modell SD-6000 produsert av Sensordata A/S i Bergen) i posisjon N 59 10,818' / Ø 6 03,867' i en rigg rett utenfor avløpet fra anlegget, omtrent 200 m fra land (figur 3). Det ble målt overflatestrøm på 2 meters dyp, spredningsstrøm på 10 meters dyp og bunnstrøm på 20 meters dyp. Riggen var forankret til bunnen rett nedenfor et ca 4 m høyt undervannstup med to stk kjettingøyer â ca 30-35 kg. Det var festet to trålkuler av plast i tauet over den øverste og en trålkule over den nederste strømmåleren for å sikre tilstrekkelig oppdrift og stabilitet på riggen i sjøen, samt en blåse og en blink til overflaten i et slakt tau for å ta av for bølgepåvirkning. Det ble registrert strømhastighet, strømretning og temperatur hvert 30. minutt. Det var 25 meter til bunnen der strømmålerriggen stod. På grunn av batterisvikt etter to målinger på den måleren som stod på 20 m dyp, har vi ikke målinger fra dette dypet. 50 Straummåling Hydrografisk profil Dagens avløp 45 40 30 25 35 28 26 24 22 20 15 10 Fistersmolt AS Figur 3. Dybdeforhold i Fistervågen med 2 og 5 - meters dybdekoter, samt posisjoner der det ble utført strømmålinger og tatt hydrografisk profil. Kartet er hentet fra kystverket sine nettsider, www.kystverket.no, og er supplert med dybdekoter som er klippet ut fra Olex opploddingen den 24. mars 2009. Rådgivende Biologer AS 6
Resultatpresentasjon Resultatene av målinger av strømhastighet og strømretning er presentert hver for seg, og kombinert i progressiv vektoranalyse. Et progressivt vektorplott er en figurstrek som blir til ved at man tenker seg en merket vannpartikkel som er i strømmålerens posisjon ved målestart og som driver med strømmen og tegner en sti etter seg som funksjon av strømstyrke og retning. (kryssene i diagrammet viser beregnet posisjon fra hvert startpunkt ved hvert døgnskifte). Når måleperioden er slutt har man fått en lang, sammenhengende strek, der vektoren blir den rette linjen mellom start- og endepunktet på streken. Dersom man deler lengden av denne vektoren på lengden av den faktiske linjen vannet har fulgt, får man Neumann parameteren. Neumann parameteren forteller altså noe om stabiliteten til strømmen i vektorretningen. Vinkelen til vektoren ut fra origo, som er strømmåleren sin posisjon, blir kalt resultantretningen. Dersom strømmen er stabil i vektorretningen, vil figurstreken være relativt rett, og verdien av Neumann parameteren vil være høy. Er strømmen mer ustabil i denne retningen er figurstreken mer «bulkete» i forhold til vektorretningen, og Neumann parameteren får en lav verdi. Verdien av Neumann parameteren vil ligge mellom 0 og 1, og en verdi på for eksempel 0,80 vil si at strømmen i løpet av måleperioden rant med 80 % stabilitet i vektorretningen, noe som er en svært stabil strøm. Vanntransporten (relativ fluks) er også en funksjon av strømstyrke og strømretning, og her ser man hvor mye vann som renner gjennom en rute på 1 m 2 i hver 15 graders sektor i løpet av måleperioden. Når man regner ut relativ fluks tar man utgangspunkt i alle målingene for strømstyrke i hver 15 graders sektor i løpet av måleperioden. For hver måling innen en gitt sektor multipliserer man strømhastigheten med tidslengden, dvs. hvor lenge målingen var gjort innen denne sektoren. Her må man også ta hensyn til om tidsserien inneholder strømmålinger med forskjellig styrke. Summen av disse målingene i måleperioden gir relativ fluks for hver 15 graders sektor. Relativ fluks er svært informativ og forteller hvordan vannmassene blir transportert som funksjon av strømfart og retning på lokaliteten. Klassifisering av strømmålingene Tabell 1. Rådgivende Biologer AS klassifisering av ulike forhold ved strømmålingene, basert på fordeling av resultatene i et omfattende erfaringsmateriale fra Vestlandet. Strømstille perioder er definert som strøm svakere enn 2 cm/s i perioder på 2,5 timer eller mer. Tilstandsklasse I II III IV V gjennomsnittlig svært sterk sterk middels svak svært svak strømhastighet sterk Overflatestrøm (cm/s) > 10 6,6-10 4,1-6,5 2,0-4,0 < 2,0 Vannutskiftingsstrøm (cm/s) > 7 4,6-7 2,6-4,5 1,8-2,5 < 1,8 Spredningsstrøm (cm/s) > 4 2,8-4 2,1-2,7 1,4-2,0 < 1,4 Bunnstrøm (cm/s) > 3 2,6-3 1,9-2,5 1,3-1,8 < 1,3 Tilstandsklasse I II III IV V andel strømstille svært lite lite middels høy svært høy Overflatestrøm (%) < 5 5-10 10-25 25-40 > 40 Vannutskiftingsstrøm (%) < 10 10-20 20-35 35-50 > 50 Spredningsstrøm (%) < 20 20-40 40-60 60-80 > 80 Bunnstrøm (%) < 25 25-50 50-75 75-90 > 90 Tilstandsklasse I II III IV V retningsstabilitet svært stabil stabil middels stabil lite stabil svært lite stabil Alle dyp (Neumann parameter) > 0,7 0,4-0,7 0,2-0,4 0,1-0,2 <0,1 Rådgivende Biologer AS 7
Rådgivende Biologer AS har utarbeidet et klassifiseringssystem for overflatestrøm, vannutskiftingsstrøm, spredningsstrøm og bunnstrøm med hensyn på de tre parametrene gjennomsnittlig strømhastighet, retningsstabilitet og innslag av strømstille perioder (tabell 1). Klassifiseringssystemet er utarbeidet på grunnlag av resultater fra strømmålinger med Gytre Strømmåler (modell SD-6000) på ca 60 lokaliteter for overflatestrøm, 150 lokaliteter for vannutskiftingsstrøm og 70 lokaliteter for spredningsstrøm og bunnstrøm. I denne sammenheng blir strømmen målt på 2 m dyp klassifisert og vurdert som overflatestrøm, mens strømmen målt på 10 m dyp blir klassifisert og vurdert som spredningsstrøm. Beregning av innlagringsdyp Avløpsvannet har i praksis samme egenvekt som ferskvann og er dermed lettere enn sjøvann. Når avløpsvannet slippes ut gjennom en ledning på dypt vann, vil det derfor begynne å stige opp mot overflaten samtidig som det blander seg med det omkringliggende sjøvannet. Hvis sjøvannet har en stabil sjiktning (egenvekten øker mot dypet) fører dette til at egenvekten til blandingen av avløpsvann og sjøvann øker samtidig som egenvekten til det omkringliggende sjøvannet avtar på vei oppover, og i et gitt dyp kan dermed blandingsvannmassen få samme egenvekt som sjøvannet omkring. Da har ikke lenger blandingsvannmassen noen "positiv oppdrift", men har fortsatt vertikal bevegelsesenergi og vil vanligvis stige noe forbi dette "likevektsdypet" for så å synke tilbake og innlagres (jf. figur 1). Dersom slike tilførsler når overflatevannet, vil effektene kunne måles ved vannprøvetaking ved utslippet. For beregning av innlagringsdypet og spredning med fortynning etter innlagring, bruker vi den numeriske modellen Visual PLUMES utviklet av U.S. EPA (Frick et al. 2001). Nødvendige opplysninger for modellsimuleringene er vannmengde, utslippsdyp, diameter for utslippsrøret, vertikalprofiler for temperatur og saltholdighet - samt strømhastigheten i resipienten. Vi bruker en typisk "vinterprofil" og en typisk "sommerprofil", men en bør være oppmerksom på at det sannsynligvis utelater store variasjoner innenfor hver periode. Ved stor diameter i avløpsledningen og liten vannmengde er det sannsynlig at avløpsvannet ikke alltid fyller opp rørledningen. Utstrømningen blir da konsentrert i øvre del av tverrsnittet, og det blir sjøvannsinntrengning i tverrsnittets nedre del. Det blir en viss medrivning og blanding mellom avløpsvann og sjøvann i det siste stykket av ledningen, og den strålen som forlater ledningen vil derfor bestå av avløpsvann og en mindre andel sjøvann. Dersom det ikke er noen vesentlig medrivning av sjøvann inne i røret, kan vannet i nedre del av tverrsnittet dynamisk sett betraktes som stillestående. Tverrsnittsarealet for utstrømning er da gitt av at det såkalte densimetriske Froude-tallet (F) har verdien 1. F er definert som: F = g Der: U = strømhastighet, g = gravitasjonskontanten (9.81 m³/s), ρ/ρ = relativ tetthetsforskjell mellom ferskvann og omgivende sjøvann, og H = tykkelse av utstrømmende lag. Betingelsen F = 1 uttrykker at det er balanse mellom kinetisk energi og potensiell energi knyttet til trykket. Hvis F 1 vil utstrømningen fylle hele røret. Når F < 1 vil ikke det utstrømmende avløpsvannet kunne fylle hele røret og det blir sjøvannsinntrengning. U ρ ρ H Rådgivende Biologer AS 8
MODELLERING OG SPREDNING AV AVLØPET Innlagringsdyp og fortynning av avløpet til Fister Smolt AS er beregnet ut fra middel strømhastighet i måleperioden om vinteren og temperatur og saltinnhold i vannsøylen like ved avløpet i Fistervågen 24. mars 2009. Da avløpsvannet om vinteren vil bestå av en blanding av ferskvann og saltvann, er tettheten på avløpet satt til 1016 kg/m³, og temperaturen i avløpsvannet lik 7 C om vinteren. Avløpsvannet ledes ut fra påvekstavdelingen til smoltanlegget gjennom en ca 200 m lang avløpsledning med en dimensjon på 560 mm PEH i et åpent sjøområde med god vannutskifting. Beregning av innblandingsdyp for et utslippsdyp på 21 m dyp for en vintersituasjon er vist i figur 4. Figur 4. Fistervågen. Innlagringsdyp og fortynning ved utslipp på 21 m dyp for en planlagt maksimal vannmengde på 800 l/s (blå linje) og for en planlagt middel vannmengde på 300 l/s (rød linje) for en typisk vintersituasjon. Figuren viser strålebanene for de to vannmengdene ved midlere strømhastighet. Med utslipp av maksimal vannmengde (48 m³/min) ved midlere strømhastighet, vil toppen av skyen med avløpsvann i en vintersituasjon kunne nå opp mot 5 m dyp. Sentrum for innlagringsdypet er beregnet til 11,3 m dyp. Avløpsvannet vil være fortynnet vel 20 ganger når det når sitt innlagringsdyp, og en km fra utslippet vil avløpsvannet være fortynnet vel 200 ganger (figur 4). Med utslipp av middel vannmengde (18,0 m³/min) ved midlere strømhastighet, vil toppen av skyen med avløpsvann i en vintersituasjon kunne nå opp mot 5 m dyp. Sentrum for innlagringsdypet er beregnet til rundt 9,5 m dyp. Avløpsvannet vil være fortynnet ca 27 ganger når det når sitt innlagringsdyp, og en km fra utslippet vil avløpsvannet være fortynnet vel 170 ganger. Fortynningen av utslippene er normalt størst vinterstid fordi temperatursjiktningen da er brutt ned. Man må imidlertid regne med relativt store variasjoner omkring slike "gjennomsnittssituasjoner", og ved kombinasjon av minimal/ingen vertikal sjiktning vinterstid eller med strømstille i hele vannsøylen, er det ikke utelukket at avløpsvannet kan stige nærmere overflata i situasjoner med de største vannmengdene, og dersom det periodevis bare benyttes ferskvann, vil en kunne få gjennomslag til overflaten vinterstid, men fortynningen vil være betydelig når vannet når overflaten. Med relativt god vannutskifting i overfaltelaget om vinteren vil det bli raskt fortynnet. Rådgivende Biologer AS 9
TEMPERATUR- OG SJIKTNINGSFORHOLD TEMPERATUR Målingene er gjort i overgangen mellom sein vinter og tidlig vår og med økende dagtemperaturer, noe som vises gjennom en tenperaturstigning i hele måleperioden på begge dyp. Temperaturen var naturlig nok lavest i overflaten på 2 m dyp ved målestart, men steg jevnt utover i måleperioden. Den siste uken steg temperaturen kraftig i overflaten på 2 m dyp etter en godværsperiode med relativt høye lufttemperaturer, mens dette ikke var tilfelle på 10 m dyp i like stor grad. Overflatelaget varmes først opp før temperaturen senere også stiger nedover i vannsøylen. På 2 m dyp var temperaturen 4,7 C ved målestart og steg jevnt utover i måleperioden til rundt 6 C den 6. april. Denne temperaturen holdt seg fram til 17. april før temperaturen steg kraftig de siste fem dagene av måleperioden, til 9,5 C den 22. april (figur 5). Døgnvariasjonen i temperatur varierte mellom 0,3 og 3,0 C på 2 m dyp i måleperioden (ikke vedlagt rapporten). På 10 m dyp var temperaturutviklingen litt mer variabel med en temperaturstigning fra 5,8 C ved målestart til 6,2 C den 26. mars. Deretter falt temperaturen til 5,1 C den 30. mars før en mer eller mindre sammenhengende temperaturstigning i resten av måleperioden bidro til at temperaturen økte til 7,2 C den 22. april. (figur 5). Døgnvariasjonen i temperatur varierte mellom 0,2 og 1,2 C i måleperioden. 12 Fister, ved avløp Temperatur (oc) 10 8 6 4,!!! 10 meter,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2 meter!!,,!, 2 25 Mar 30 Mar 5 Apr 10 Apr 15 Apr 20 Apr Figur 5. Døgnmidler for temperatur målt på 2 m dyp (rød strek) og 10 m dyp (grønn strek) ved avløpet til Fister Smolt AS i perioden 24.mars 22. april 2009. Rådgivende Biologer AS 10
SJIKTNINGSFORHOLD Den 24. mars 2009 ca kl 11.00 ble temperatur, oksygen- og saltinnhold målt i vannsøylen utenfor avløpet til Fister Smolt AS i Fistervågen (figur 3). En benyttet en SAIV STD/CTD modell SD204 nedsenkbar sonde. Temperaturen var relativt normal for årstiden, med 4,2 C i overflaten. Fra overflaten og ned til 20 m dyp steg temperaturen gradvis, men varierte noe. På 20 m dyp var temperaturen 7,3 C, og videre nedover til bunnen på 26 m dyp steg temperaturen svakt til 7,7 C (figur 6). Saltinnholdet var forholdsvis lavt i overflaten, med 25,8, men økte jevnt nedover til ca 20 meters dyp, der saltinnholdet var 33,3. Fra vel 20 meters dyp og ned mot bunnen var saltinnholdet mer stabilt, og steg gradvis til 33,9 på 26 meters dyp. Oksygeninnholdet var høyt i hele vassøylen ned til bunnen. I overflaten var oksygeninnholdet 10,8 mg O/l, noe som tilsvarer en oksygenmetning på ca 101 %. Fra overflaten og ned til bunnen var oksygeninnholdet jevnt avtakende, og ble målt til 8,9 mg O/l (96 % metning) på 26 m dyp. 0 Dyp (meter) 5 10 15 20 25 Temperatur Oksygen Saltholdighet Fister, ved avløp 24.03.2009 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatur (oc), oksygen (mg O/l), saltholdighet (o/oo) Figur 6. Måling av temperatur ( C), saltinnhold og oksygeninnhold (mg O/l) i vannsøylen ved avløpet til Fister Smolt AS den 24. mars 2009. Rådgivende Biologer AS 11
RESULTAT AV STRØMMÅLINGENE Strømbildet på lokaliteten såg ut til å være tidevannsdrevet, med 2-4 strømtopper i døgnet og korte perioder med svakere strøm innimellom strømtoppene ved tidevannskifte, men utslagene var periodevis små, særlig på 10 m dyp. Det var sterkere strøm enn ellers i måleperioden på begge dyp rundt nymåne 26. mars og fullmåne 9. april (figur 8). Overflatestrømmen på 2 meters dyp ved utløpet til Fister Smolt AS var svært svak og hadde en gjennomsnittlig hastighet på 1,9 cm/s. Målingene av strømstyrke viste da også flest målinger av strøm i intervallet mellom 1-3 cm/s (ca 53 %), og det var ellers relativt få målinger av strøm i intervallene mellom 3 og 8 cm/s. Vel 33 % av målingene viste helt strømstille forhold (strøm på 1 cm/s eller mindre, figur 7). Den maksimale strømhastigheten ble målt til 10,6 cm/s (figur 8). Det ble målt svak strøm på 10 m dyp, med en gjennomsnittlig strømhastighet på 1,4 cm/s. Målingene av strømstyrke viste flest målinger av strøm i intervallet mellom 1 og 3 cm/s (51 %), men utover dette var det bare relativt få målinger av strøm i intervallene mellom 3 og 8 cm/s. figur 7). Ca 45 % av målingene viste helt strømstille forhold. Den maksimale strømhastigheten ble målt til 7,4 cm/s (figur 8). Frekvens (%) Frekvens (%) 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 '>1 '>1 1-3 1-3 3-4 4-5 5-6 6-8 8-10 10-15 15-25 25-50 50-100 Strømhastighet (cm/s) Fister 2 meter Fister 10 meter 3-4 4-5 5-6 6-8 8-10 10-15 15-25 25-50 50-100 Strømhastighet (cm/s) Figur 7. Fordeling av strømhastighet inne i Fistervågen på 2 og 10 m dyp i perioden 24. mars - 22. april 2009. Rådgivende Biologer AS 12
2 m 10 m Figur 8. Strømhastighet inne i Fistervågen på 2 og 10 m dyp i perioden 24. mars - 22. april 2009. STRØMSTILLE PERIODER På 2 m dyp var det svært høyt innslag av strømstille perioder i løpet av måleperioden. Til sammen ble det registrert 406,5 timer av totalt 701 timer med tilnærmet strømstille (under 2 cm/s) i perioder på 2,5 timer eller mer (58 %). Ser en på enkeltmålingene gitt i tabell 2, ble det i løpet av måleperioden registrert til sammen 49 perioder på 2,5 timer med strømstille, og de to lengste periodene var på henholdsvis 40,5 og 21 timer. Tabell 2. Beskrivelse av strømstille inne i Fistervågen oppgitt som antall observerte perioder av en gitt lengde med strømhastighet mindre enn 2 cm/s. Lengste strømstille periode er også oppgitt. Måleintervallet er 30 min på 2 og 10 meters dyp, og målingene er utført i perioden 24. mars - 22. april 2009. Dyp 0,5-2 t 2,5-6 t 6,5-12 t 12,5-24 t 24,5-36 t 36,5-48 t 48,5-60t 60,5-72t > 72 t Maks 2 m 66 24 16 8 0 1 40,5 t 10 m 31 20 5 8 3 3 1 50,5 t Rådgivende Biologer AS 13
På 10 m dyp var det høyt innslag av strømstille perioder i løpet av måleperioden. Til sammen ble det registrert 547 timer av totalt 701 timer med tilnærmet strømstille (under 2 cm/s) i perioder på 2,5 timer eller mer (78 %). Ser en på enkeltmålingene gitt i tabell 2, ble det i løpet av måleperioden registrert til sammen 40 perioder på 2,5 timer med strømstille, og de to lengste periodene var på henholdsvis 50,5 og 47 timer. STRØMRETNING På 2 meters dyp ved utløpet til Fister Smolt AS ble det målt strøm i de fleste retninger, men med en overvekt av overflatestrøm i sørvestlig retning og en mindre men tydelig komponent av strøm i nordvestlig retning. Strømmen i overflaten vekslet således mellom å renne mest innover mot Fistervågen i sør-sørvestlig retning og noe ut av Fistervågen i nordvestlig retning (figur 9). Neumannparameteren, dvs. stabiliteten til strømmen i sørvestlig resultantretning (231 ) var 0.342, dvs at strømmen var middels stabil i denne retningen (tabell 3). Strømmen rant altså i løpet av måleperioden med vel 34 % stabilitet i sørvestlig retning. Det progressive vektorplottet viser da også en strøm som på 2 m dyp rant mest mot sør-sørsørvest de første ukene av måleperioden og deretter mot vest i siste del av måleperioden (figur 10). Frekvens (%) Frekvens (%) 25 20 15 10 5 0 25 20 15 10 30 aust sør vest nord 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Strømretning (grader) Fister 2 meter Fister 10 meter aust sør vest nord På 10 m dyp var det en tydelig dominans av strøm i retningsområdet sør-vest, dvs strøm som rant mest innover mot Fistervågen (figur 9). Neumannparameteren, dvs. stabiliteten til strømmen i sørvestlig resultantretning (221 ) var 0,348, dvs at strømmen var middels stabil i denne retningen (tabell 3). Strømmen rant altså i løpet av måleperioden med ca 35 % stabilitet i sørvestlig retning. Det progressive vektorplottet viser da også en strøm som på 10 m dyp noe uregelmessig rant i retning sørvest innover mot Fistervågen (figur 10). 5 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Strømretning (grader) Figur 9. Fordeling av strømretning inne i Fistervågen på 2 og 10 m dyp i perioden 24. mars - 22. april 2009. 270 300 330 360 Tabell 3. Beskrivelse av hastighet, varians, stabilitet, og retning til strømmen inne i Fistervågen på 2 og 10 m dyp i perioden 24. mars - 22. april 2009. Måledyp Middel hastighet (cm/s) Varians (cm/s)2 Neumannparameter Resultant retning 2 meter 1,9 1,547 0,342 231º = SV 10 meter 1,4 0,507 0,348 221º = SV Rådgivende Biologer AS 14
10 m 2 m Figur 10. Progressivt vektorplott for målingene på 2 m dyp (venstre) og 10 m dyp (høyre) inne i Fistervågen i perioden 24. mars - 22. april 2009. VANNTRANSPORT Vanntransporten på de ulike dypene er en funksjon av strømhastighet og strømretning og er framstilt i figur 11. Figur 12 viser sammenfattende strømroser av største registrerte, samt middel strømhastighet, vanntransport og antall målinger pr retningsenhet. På 2 m dyp var det en dominans av vanntransport i retning sørvest og en noe mindre komponent av vanntransport i retning nordvest. Dette bidrar til at det totalt sett for måleperioden rant mest vann sørvestover i Fistervågen og noe mindre vann nordvest ut Fistervågen. Den sterkeste strømmen (10,6 cm/s) ble målt i sørlig retning, mens den sterkeste gjennomsnittsstrømmen (ca 2,5 cm/s) ble målt mot sørøst (figur 11 og 12). Siden det var flest målinger av strøm i retning sørvest, var vanntransporten høyest i denne retningen På 10 m dyp var det en dominans av vanntransport i retning sør-vest. Dette bidrar til at det rant mest vann innover mot Fistervågen. Den sterkeste strømmen (7,4 cm/s) ble målt mot vestsørvest, mens den sterkeste gjennomsnittsstrømmen (like under 2,0cm/s) ble målt mot vestnordvest (figur 11 og 12). Vasstransport (1000 m3/m2) Vasstransport (1000 m3/m2) 20 15 10 5 0 20 15 10 5 0 30 30 60 60 aust 90 aust 90 120 120 150 sør 180 210 240 Strømretning (grader) 150 sør 180 210 Fister 2 meter 240 Strømretning (grader) vest 270 vest 270 300 300 330 Fister 10 meter 330 nord 360 nord Figur 11. Vanntransport (total fluks) inne i Fistervågen på 2 og 10 m dyp i perioden 24. mars - 22. april 2009. 360 Rådgivende Biologer AS 15
Figur 12. Sammenfattende strømroser for måleresultatene inne i Fistervågen på 2 og 10 m dyp i perioden 24. mars - 22. april 2009. Resultatene fra 2 meter (øverst) og 10 meter (nederst). De fire ulike rosene viser fordelingen for hver 15 grad, fra venstre: Største registrerte, samt middel strømhastighet, vanntransport og antall målinger. Rådgivende Biologer AS 16
VURDERING AV RESULTATENE INNLAGRING, SPREDNING OG FORTYNNING. Utslippet vil ikke ha gjennomslag til overflaten vinterstid. Det er da beregnet ut fra middel og maksimal vannføring i avløpet og middel strømhastighet for en måneds måleperiode som vinteren. Toppen av skyen vil nå opp mot 5 m dyp ved middel og maksimal vannføring i avløpet, og avløpsvannet vil innlagres på henholdsvis rundt 9,5 og 11,3 m dyp og være fortynnet 170 og 200 ganger. På dager med strømstille forhold i hele vannsøylen, eller når det periodevis bare benyttes ferskvann, vil avløpet kunne ha gjennomslag til overflaten vinterstid. Vannkvaliteten blir imidlertid ikke påvirket på noe annet vis enn at næringssaltnivået øker noe i overflaten siden avløpsvannet allerede vil være betydelig fortynnet når det når overflaten. Eventuelle partikler som følger med i strålebanen opp mot overflaten vil drive bort med vannstrømmen, spredes og sedimenterer til bunns fra avløpets nærområde og videre utover i resipienten. Anlegget sitt planlagte vannforbruk vil om vinteren i perioden desember mars normalt ligge mellom 17 og 19,5 m³/min, og vil således ligge langt under det maksimale vannforbruket om sommeren på 48 m³/min, som det også er modellert for i en vintersituasjon. Beregningene viser da også at med en middel og maksimal vannmengde på henholdsvis 18 og 48 m³/min i avløpet, vil utslippet uansett ikke ha gjennomslag til overflaten vinterstid, og dette vil naturlig nok også gjelde for en sommersituasjon da vannsøylen er sjiktet med hensyn på temperatur og saltinnhold. STRØMMÅLINGER Strømmålingene viste at det var relativt moderate strømforhold i Fistervågen like utenfor avløpet fra settsfiskanlegget. Strømmen var henholdsvis svært svak og svak på 2 og 10 m dyp med en gjennomsnittlig hastighet på 1,9 og 1,4 cm/s. Disse målingene viste noe sterkere strøm enn målingene som ble utført i 2001 (Anon 2001). Fra målepunktet nordnordvest for utslippet var det i perioden 4. 19. september 2001 en middelstrøm inn i Fistervågen i retning sør-øst på 1,1 cm/s på 5 m dyp og 1,2 cm/s på 40 m dyp i retning sørøst. Våre strømmålinger viste en overvekt av overflatestrøm i sørvestlig retning innover mot Fistervågen og noe mindre strøm i nordvestlig retning ut av Fistervågen. På 10 m dyp var det en tydelig dominans av strøm i retningsområdet sør-vest, dvs strøm som rant mest innover mot Fistervågen. Det rant således mest vann sørvestover i Fistervågen og noe mindre vann nordvest ut Fistervågen i overflaten, mes det på 10 m dyr rant mest vann i sør sørvestlig retning inn mot Fistervågen. Strømmens retning og fart på målestedet i Fistervågen ca 200 m ut fra land er nokså representativt for strømmens egenskaper inne på en vik, våg eller bukt. De topografiske forholdene tilsier mer moderate strømforhold her enn ute i den åpne fjorden, og det er også typisk at en i slike våger har bakevjestrøm i forhold til strømmens hovedretning ute i fjorden. F. eks så er det ikke unaturlig å tenke seg at strøm innover Fisterfjorden mot nordøst som passerer Fisterhammeren nordvest for Fistervågen bøyer av mot sørøst som en delstrøm innover mot Fistervågen og fortsetter som en sørvestlig strøm forbi målestedet i retning Fistervågen. Dette kan kanskje tolkes dit hen at vannutskiftingen i Fistervågen rundt utslippet periodevis ikke er så god. Det er likevel slik at når vannstrømmen innover i Fistervågen nærmer seg land, må den bøye av og renne ut vågen enten mot nordvest eller nordøst. Dessuten er vannmassene i Fistervågen forbundet med gode, dype og forbistrømmende friske vannmasser i Fisterfjorden der det en har daglige, kontinuerlige utvekslinger og utskiftinger med nytt, oksygenfriskt vann. Dette innebærer at avløpsvannet fra settefiskanlegget relativt raskt og effektivt fortynnes og transporteres ut av området, og borttransporten og fortynningen er god, noe som også beregningene viser. MOM B-resipientundersøkelser utenfor utslippet i 2001 og 2006 viser også at det er lite påvirkete sedimenter og gode miljøforhold rundt utslippet og utover i resipienten, noe som indikerer gode utskiftingsforhold og omsetningsforhold for organiske tilførsler (Skaar 2001 og 2006). Rådgivende Biologer AS 17
REFERANSER ANON 2001 Fister Smolt. Strømmålinger på 5 og 40 m dyp Figurer og vedgleggstabeller FRICK, W.E., ROBERTS, P.J.W., DAVIS, L.R., KEYES, J, BAUMGARTNER, D.J. AND GEORGE, K.P., 2001. Dilution Models for Effluent Discharges, 4th Edition (Visual Plumes). Environmental Research Division, U.S. Environmental Protection Agency, Athens Georgia. GOLMEN, L. G. & E. NYGAARD 1997. Strømforhold på oppdrettslokalitetar i relasjon til topografi og miljø. NIVA-rapport 3709, 58 sider, ISBN 82-577-3275-3 GOLMEN, L. G. & A. SUNDFJORD 1999. Strøm på havbrukslokalitetar. NIVA-rapport 4133, 33 sider, ISBN 82-577-3743-7 SKAAR, A. 2001. Miljøundersøkelse etter MOM-konseptet av utslippspunkt til Fister Smolt A/S. Bio Consult AS. Rapport nr 5, 23 sider SKAAR, A. 2006. Miljøundersøkelse etter MOM-konseptet av resipienten til Fister Smolt A/S. Bio Consult AS. Rapport nr 42, 29 sider Rådgivende Biologer AS 18
OM GYTRE STRØMMÅLERE Strømmåleren som er benyttet (en Gytre måler, SD 6000) har en rotor med en treghet som krever en viss strømfart for at rotoren skal gå rundt. Ved lav strømfart vil Gytre måleren derfor i mange tilfeller vise noe mindre strøm enn det som er reelt, fordi den svakeste strømmen i perioder ikke blir fanget tilstrekkelig opp av måleren. På lokalitetene er en god del av strømmålingene på alle dyp lavere enn 3-4 cm/s, og derfor kan man ikke utelukke at lokalitetene på disse dybdene faktisk er noe mer strømsterke enn målingene viser for de periodene man har målt lav strøm. I de periodene måleren viser tilnærmet strømstille kan strømmen periodevis egentlig være 1 2 cm/s sterkere. Målingene på alle dyp er således minimumsstrøm all den tid man har indikasjoner på at Gytre strømmålerne måler mindre strøm enn sann strøm ved lav strømhastighet. Man må i denne sammenhengen gjøre oppmerksom på at strømmålerne brukt på denne lokaliteten registrerer en verdi på 1,0 cm/s når rotoren ikke har gått rundt i løpet av målentervallet (30 min). Terskelverdien er satt til 1,0 cm/s for å kompensere for at rotoren krever en viss strømfart for å drive den rundt. Ved de tilfellene der måleren viser verdier under 1,0 cm/s, skyldes dette at rotoren ikke har gått rundt i løpet av målentervallet, men at det likevel har vært nok strøm til at måleren har skiftet retning i løpet av målentervallet. Strømvektoren for målentervallet blir da regnet ut til å bli lavere enn 1 cm/s. En instrumenttest der en Gytre måler (SD 6000) og en Aanderaa måler (RCM7 strømmåler) ble sammenlignet, ble utført av NIVA i 1996. Aanderå-måleren har en rotor med litt annen design enn SD 6000. Testen viste at RCM 7 strømmåleren ga 19 % høyere middelstrømfart enn Gytre måleren (Golmen & Nygård 1997). På lave strømverdier viste Gytre måleren mellom 1 og 2 cm/s under Aanderaa måleren, dvs at når Gytre måleren viste 1-2 cm/s, så viste Aanderaa måleren 2 3 cm/s. Dette kan som nevnt forklares ut fra vannmotstanden i rotorburet til en Gytre måler, samt at det er en viss treghet i en rotor der rotoren må ha en gitt strømstyrke for å gå rundt. Ved lave strømstyrker går større del av energien med til å drive rundt rotoren på en Gytre måler enn på en Aanderaa måler. Det ble i 1999 utført en ny instrumenttest av samme typer strømmålere som ble testet i 1996 (Golmen & Sundfjord 1999). Testen ble utført på en lokalitet på 3 m dyp i 9 dager i januar 1999. I tillegg til Anderaa- og SD 6000-målerne stod det en NORTEK 500 khz ADP (Acoustic Doppler Profiler) strømmåler på bunnen. Denne måler strøm ved at det fra måleren sine hydrofoner blir sendt ut en akustisk lydpuls med en gitt frekvens (f.eks. 500 khz) der deler av signalet blir reflektert tilbake til instrumentet av små partikler i vannet. ADP strømmåleren har flere celler/kanaler og kan måle strøm i flere forskjellige dybdesjikt, f.eks. hver meter i en vannøyle på 50 m. Ved å sammenligne strømmålingene på 3 m dyp (Aanderaa- og Gytremåleren) med NORTEK ADP (celle 31, ca 4 m dyp) fant en at NORTEK ADP målte en snittstrøm på 5,1 cm/s, Andreaa RCM 7 en snittstrøm på 2,7 cm/s, og SD 6000 en snittstrøm på 2,0 cm/s. Man ser at i denne instrumenttesten ligger begge rotormålerne langt under ADP måleren når det gjelder strømstyrke. Selv om man ikke kan trekke bastante konklusjoner ut fra et enkeltforsøk, ser man at rotormålere generelt måler mindre strøm enn «sann strøm» ved lav strømhastighet. Det må nevnes at etter at denne instrumenttesten ble utført, har det blitt utviklet et nytt og mer robust rotorbur i syrefast stål på Gytre målerne, som på en bedre måte registrerer strømmen ved lav strømfart. Dette rotorburet ble brukt i alle tre strømmålerne på denne lokaliteten. Det står igjen å utføre en instrumenttest med dette rotorburet, men det er grunn til å tro at denne typen rotorbur ikke i like stor grad som det gamle rotorburet måler mindre strøm enn sann strøm ved lav strømfart. Rådgivende Biologer AS 19