Samspillet vannkraft og miljø: Hva vet vi og hvilken kunnskapsutvikling foregår 1 1. Hvilken kunnskap og metoder har vi? 2. Forskning i CEDREN og EnviPEAK Tor Haakon Bakken, SINTEF Energi
Hvordan forutsi hva som skjer her? 2
Eller nedi her? 3
Areal [m2] 2 3 Alternativer 4 Sammenligne med andre Gjette Ekspertvurderinger 2500 2000 ugunstig 1500 1000 nøytralt gunstig Modellere 500 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Vannføring [m3/s]
Vannføring og miljøforhold 9 miljøforhold vannføring
10
Vannføring og miljøforhold 11 miljøforhold vannføring vannføring
Vannføring og miljøforhold 12 miljøforhold vannføring
01.09.1985 01.05.1985 01.01.1985 01.09.1984 01.05.1984 01.01.1984 01.09.1983 01.05.1983 01.01.1983 01.09.1982 01.05.1982 01.01.1982 01.09.1981 01.05.1981 01.01.1981 13 Variasjon viktig! 900,00 800,00 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 vannføring Orkla discharge vårflom 0,00 stabil lav om vinteren
1. jan. 1. feb. 1. mar. 1. apr. 1. mai. 1. jun. 1. jul. 1. aug. 1. sep. 1. okt. 1. nov. 1. des. Smolt migration Maintain geomorphology Attract spawners Byggeklosser building block method 14 180 160 140 Natural Regulated Flow (m3/s) 120 100 80 60 40 20 0 egg survival, winter habitat fry displacement? Habitat Spawning
01.09.1985 01.05.1985 01.01.1985 01.09.1984 01.05.1984 01.01.1984 01.09.1983 01.05.1983 01.01.1983 01.09.1982 01.05.1982 01.01.1982 01.09.1981 01.05.1981 01.01.1981 15 Hydrologiske variasjonsindekser 900,00 800,00 700,00 600,00 Orkla discharge 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 Karakterisere vannføring med økologisk relevante parametere Hurtig evaluering før/etter en god start på et prosjekt Brukt i over 50 land bør pålegges ved inngrep også i Norge
Biologiske og økologiske modeller i rennende vann 16 Korrelasjoner Funksjonelle sammenhenger Habitatmodeller Populasjonsmodeller
Antall ørret per 100 m² Korrelasjoner 17 16 14 12 10 8 6 4 2 Korrelativ sammenheng mellom biologisk variabel og miljøvariabel Smoltutvandring og vannføring/vanntemp. Årsklassestyrke eller smoltproduksjon og vintervannføring Smoltoverlevelse og tidspunkt/sjøtemperatur...mange andre 0 0 100 200 300 Høyeste flomvannføring (m 3 /s) Eksempel: Årsklassestyrke og flom Vanskelig å overføre data!
Vekt (g) 18 Funksjonelle sammenhenger 20 15 10 5 Sammenheng mellom biologisk variabel og miljøvariabel Eggutvikling og vanntemperatur Vekst hos laksefisk og vanntemperatur 0 11.5.93 27.11.93 15.6.94 1.1.95 20.7.95 5.2.96 23.8.96 Eksempel: Vekst av laks og vanntemperatur
Habitatmodeller 19 Sammenheng mellom habitatbruk av fisk og bunndyr og flere fysiske variable I beste fall en god sammenheng mellom godt habitat og populasjon - flaskehals Eksempel: Habitat for ørret og vannføring
20 Populasjonsmodeller Egg Swim-up Parr 0+ Parr 1+ Parr 2+ Fecundity (based on BM) Stock-recruitment Growth (Ratkowsky) Density dependence Mortality (annual) Temperature Kobler fysiske og biologiske forhold både empirisk og deterministisk Parr 3+ Smolt 1+ Smolt 2+ Smolt 3+ Post Smolt Ocean P (smolt)- based on length Size selective survival Marine growth Mortality (annual) Discharge Utvikling av NORSALMOD går framover Ret 1SW Ret 2SW Ret 3SW Ret 4SW P (return)- fixed parametres Spawning F Eksempel: NORSALMOD
21 CEDREN Centre for Environmental Design of Renewable Energy
22 Forskningspartnere SINTEF Energy Research NINA NTNU LFI Oslo NIVA UNI Research Internasjonale partnere fra 10 land
23 Industripartnere og forvaltning Statkraft Agder Energi Sira-Kvina kraftselskap E-CO Hydro Eidsiva energi BKK Trønderenergi Statnett Energi Norge NVE DN
CEDREN-prosjekter Miljøvennlige løsninger for fornybar energiproduksjon 24 BirdWind OptiPol GOVREP HydroPEAK EnviPEAK EnviDORR
Temperatur Overlevelse (%). Eksempler fra forskningen 25 Overlever og vokser fisk som klekkes i kaldt vann? Tidspunkt for klekking/swim-up Overlevelse ved ulik tidspunkt og tetthet 20 15 10 Tidlig Middel Sen 35 30 25 20 187 170 118 99 Tidlig Middel Sen 5 15 10 70 71 0 Dato 14-3- 21-3- 28-3- 4-4- 11-4- 18-4- 25-4- 2-5- 9-5- 16-5- 23-5- 30-5- 6-6- 13-6- 20-6- 27-6- 4-7- 5 0 Lav tetthet Høy tetthet
Eksempler fra forskningen 26 Tiltak for å lede utvandrende smolt utenom turbin og inn i minstevannføringsløp i Mandalselva Q+Krage Q+Krage + Strobelys Ingen tiltak
EnviPEAK Konsekvenser på fysiske og biologiske prosesser i rennende vann 27 Erosjon og sedimenttransport Temperatur og is Elvemusling Benthos Fish Fisk Pattedyr Fugl
Hvor skal vi forske? 28 Canada Holandsfjorden Barduelva Finland Orkla Daleelva Aurland Ims Surna Stjørdalselva Nidelva Lundesokna Gaula Mandalselva Sirdalsvannet Østerrike Frankrike
14:00:00 14:04:00 14:08:00 14:12:00 14:16:00 14:20:00 14:24:00 14:28:00 14:32:00 14:36:00 14:40:00 14:44:00 14:48:00 14:52:00 14:56:00 15:00:00 15:04:00 15:08:00 15:12:00 15:16:00 15:20:00 15:24:00 15:28:00 15:32:00 15:36:00 15:40:00 15:44:00 15:48:00 15:52:00 15:56:00 16:00:00 16:04:00 16:08:00 16:12:00 16:16:00 16:20:00 16:24:00 16:28:00 16:32:00 Vannstand (cm) Vannføring gjennom kraftverk (m3/s) A1: Studie av hydro-dynamiske prosesser 29 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2 1 4 Nedstrøms Oppstrøms Campingplass Produksjon kraftverk - glattet 1 2 3 4 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Tidspunkt Hvor raskt forplanter en bølge seg (opp/ned) i vassdraget? Hvordan dempes den? Finnes det måter å redusere nedtappingshastigheter?
30 A1: Studie av hydro-dynamiske prosesser Hvordan påvirker geometrisk representasjon presisjon i resultater? Hvilken modelltilnærming (1D, 2D, 3D) bør man velge - gitt problemstilling, datatilgang, ressurser, etc?
A2: Hydromorfologiske endringer 31
32 A2: Hydromorfologiske endringer Økologi/habitatkvalitet Hulrom Andre hydromorfologiske variable, for eks. kornfordeling Langtidsvirkning på substratkvalitet av effektkjøring
30.04.2006 14.05.2006 28.05.2006 11.06.2006 25.06.2006 09.07.2006 23.07.2006 06.08.2006 20.08.2006 03.09.2006 17.09.2006 01.10.2006 15.10.2006 29.10.2006 12.11.2006 Temp (deg C) 33 A3: Vanntemperatur Dokumentere endringer i vanntemperatur forårsaket av hurtige vannføringsendringer Modellere observerte data Teste ut effekt-scenarier Produksjon/lufttemperatur versus vanntemperatur Produksjon Vann-temp Luft temp 14,0 2006: Vanntemperatur-profil Vassbygdvatn 12,0 50 40 30 20 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 1 m 5 m 10 m 15 m 20 m 30 m 10 6,0 4,0 0,0 2,0 0 15-05-2006 29-05-2006 12-06-2006 26-06-2006 10-07-2006 24-07-2006 07-08-2006 Dato 0,0 Dato
34 A4: Islegging og isgang Hvordan endres isproduksjon ved effektkjøring? Bunnis Sarr Fast is Endring i hyppighet i isganger Tekniske konsekvenser Økologiske konsekvenser
35 A4: Islegging og isgang Supplert med: - Produksjonsdata - Vanntemperatur - Meteorologidata - Andre isparametre - Vannføring/vannstand Ufullstendige data
Eksempel Lundesokna Oppbygging av is gir dramatisk redusert kapasitet og mulig økologisk konsekvens 36 19. februar 2010 23. februar 2010
Vannstand Eksempel Lundesokna Oppbygging av is gir dramatisk redusert kapasitet 37 Vannstand i Lundesokna ved noe varierende driftsvannføring 200 175 150 125 100 75 50 25 0 18. feb - 00:00 18. feb - 06:00 18. feb - 12:00 18. feb - 18:00 19. feb - 00:00 19. feb - 06:00 19. feb - 12:00 19. feb - 18:00 20. feb - 00:00 20. feb - 06:00 Lundesokna 18. - 23. februar 2010 20. feb - 12:00 20. feb - 18:00 21. feb - 00:00 21. feb - 06:00 Dato/tid 21. feb - 11:59 21. feb - 17:59 21. feb - 23:59 22. feb - 05:59 22. feb - 11:59 22. feb - 17:59 22. feb - 23:59 23. feb - 05:59 23. feb - 11:59 23. feb - 17:59 Downstream Upstream Camping Site
Mulige bidrag til forvaltningen av regulerte vassdrag 38 Gjennomføringen av EUs Vanndirektiv (VRD) Økosystembasert minstevannføring Styring av variable drift Disposisjon av vannvolum Avbøtende tiltak som virker (operasjonelle og fysiske) Migrasjonsbarrierer
Mulige bidrag til forvaltningen av regulerte vassdrag 39 Fastsettelse av revisjonsvilkår Annen vassdragsforvaltning Laksevassdrag, biomangfold, etc En storstilt og langsiktig satsning på FoU og utdanning Kunnskapsutvikling Utdanning av spisskompetanse og bredde Kunnskapsoverføring
Hvordan blir kunnskapen gjort tilgjengelig? 40 Vitenskapelig publisering Forvaltningsrettet publisering ( faktaark ) Web-side/nyhetsbrev Deltagelse i referansegruppemøter Åpne work shops/konferanser i EnviPEAK/CEDRENs regi Deltagelse på forvaltningens seminarer Kunnskap tilgjengelig gjennom kjøp av tid (rådgivning) Dyrking av mulighetene rundt hospitering?