Waterkrachtcentrale Borgharen

Effecten op zuurstofhuishouding

Werkdocument 92.136x 1

Aan: Repro Van: Bibliotheek

n S.v.p. X- keer kopieeren

ENKELZIJDIG ZDUB^EI^ZHDIG

Voorkant/achterkant dp DIK, WIT / ... papier

daarna NIETEN / FNBlN&EN

2iCu:

Bij voorbaat dank

™ ^ t Minis l r r ic vim Verkeer en W.ilcrsl.nil

Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat

Afdeling : Rivieren

RijIaHins.i.uiil voor Irit.-^i.•;•! Zoclmiterbchcer en Afmlwalerbf h a n d d i n g RIZA Lelystad

ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat

riza rijksinstituut voor integraal zoetwaterbeheer cn afvalwaterbehandeling Id. 085-688911, fax. 085-688678 (loorkicsnummer 70747

Waterkrachtcentrale Borgharen Effecten op de zuurstofhuishouding

Werkdocument 92.136x auteur(s) ing. R.M.A. Breukel datum 21 September 1992

Inhoud.

1. Inleiding.

2. Bc'i'iivlucding van hel zuuiNlufgehalte. 2.1 Normen en doelstellingen. 2.2 Onderzoek zuurstofinbreng stuw Borgharen. 2.3 Onderzoek zuurstofinbreng waterkrachtcentrale Linne. 2.4 Conclusies zuurstofinbreng.

3. Vissterfte. 3.1 Literatuuronderzoek 3.2 Gegevens waterkrachtcentrale Linne 3.3 Conclusies vissterfte.

4. Conclusies en advies.

5. Literatuur.

riza C

1. Inleiding.

Tussen Rijkswaterstaat. directie Limburg en de MEGA-Limburg is/wordt overleg gevoerd over de eventuele aanleg van een electriciteitscentrale bij de stuw van Borgharen. Een dergelijke waterkrachtcentrale (wkc) kan nadelige gevolgen hebben voor de waterkwaliteit (zuurstof) en de visstand. Naar aanleiding van een aantal, tijdens dit overleg gerezen vragen, is het RIZA hierbij betrokken en gevraagd een advies uit te brengen over de consequenties van een waterkrachtcentrale bij de stuw Borgharen in het licht van de doelstellingen uit de Derde Nota.

De vragen spitsen zich toe op de volgende aspecten: 1: bei'nvloeding van de zuurstofhuishouding van de Grensmaas. 2: vissterfte door beschadiging tijdens passage door de centrale.

Ten behoeve hiervan is door het RIZA onderzoek uitgevoerd, zowel literatuur- als veldonderzoek. Over de resultaten hiervan is in eerdere notities en memo's (deels) al bericht, zie ook de literatuurlijst. Deze notitie vat de onderzoeksresultaten samen en omschrijft de effecten van een waterkrachtcentrale. Hierbij is overigens niet ingegaan in de mogelijkheden om via maatregelen in de bedrijfsvoering de effecten te verminderen.

riza

2. Bei'nvloeding van het zuurstofgehalte.

In de huidige situatie wordt door de stuw bij Borgharen grote hoeveelheden zuurstof in het overstromendc Maaswater gebracht Door de bouw van een waterkrachtcentrale zou dit effect, bij een in bedrijf zijnde centrale, (deels) wegvallen. De Grensmaas kent toch al een vrij slechte zuurstofhuishouding (door vooral de ongezuiverde lozingen bovenstrooms), bovendien is aan dit watersysteem de functie: "viswater voor zalmachti-gen" toegekend zodat het zuurstofgehalte hier van groot belang is. Om genoemde invloeden te kunnen kwantificeren is bij de stuw Borgharen, op de Grensmaas en bij de waterkrachtcentrale bij de stuw Linne onderzoek uitgevoerd.

2.1 Normen en doelstellingen. In de Derde Nota Waterhuishouding is o.a. het Nederlandse waterkwaliteitsbeleid weergegeven. Hieruit blijkt dat voor de Grensmaas twee doelstellingen van belang zijn waarbij het zuurstofgehalte een rol speelt. De Algemene Milieukwaliteit ( 0 2 > 5 mg/l) en de doelstelling viswater voor zalmachtigen (0 2 > 7 mg/l). Deze laatste doelstelling zou in 1995 gerealiseerd moeten zijn. Een ander uitgangspunt in het waterkwaliteitsbeleid is het zogenaamde "stand-still" beginsel hetgeen inhoudt dat een bestaande situatie niet mag verslechteren. Tenslotte wordt ook in het internationale overleg gewerkt met de in EG-kader opge-stelde functie "viswater voor karper- en/of zalmachtigen" en de in Nederland toegeken­de functie "zalmachtigen".

2.2 Onderzoek zuurstofinbreng stuw Borgharen. Het onderzoek bij Borgharen had de doelstelling om inzicht te verkrijgen in: 1. de relaties tussen zuurstofgehalten en -verzadigingspercentages beneden- en boven­

strooms van de stuw. 2. de afstand waarover het zuurstofgehalte en-verzadigingspercentage van de Grens­

maas wordt bei'nvloed door de stuw Borgharen. Het onderzoek is nader omschreven in Breukel et al, 1992 (lit. 6) en de resultaten zijn beschreven in Silva, 1992 (lit. 9).

ad 1): In het kort zijn de meetresultaten in onderstaande tabel samengevat. De toename is het sterkst bij lage gehalten bovenstrooms. Deze gegevens komen redelijk overeen met eerder onderzoek zoals beschreven in Koops, 1991 (lit. 4).

%o, %o, O, (mg/l) boven stuw toename toename

> 75% < 20% < 1,7 75-65% 20-24% 1,7-2,1 65-55% 24-28% 2,1-2,6 < 55% 28-38% 2,6-3,3

In het zomerhalfjaar (mei-oktober) is het verzadigingspercentage bij Borgharen

riza

gemiddeld tussen 65 en 70% (1988-1991: 62% - 69% - 65% - 72%). Derhalve kan gesteld worden dat in de zomerperiode een verhoging van het zuurstofgehalte optreedt van ± 2 mg/l en van het verzadigingspercentage van ± 22% ten gevolge van de zuurstotmbreng door de stuw Borgharen.

ad 2) Op een zestal dagen zijn langs het profiel van de Grensmaas metingen uitge­voerd. Hieruit valt de voorzichtige conclusie te trekken dat de positieve invloed van de stuw ongeveer 50 kilometer stroomafwaarts (gehele Grensmaas) nog zichtbaar is in de vorm van een hoger zuurstofgehalte dan stroomopwaarts van Borgharen. Hierna daalt het gehalte (door afbraak van organische belasting) tot onder het aanvangsgehalte danwel krijgen reaeratieprocessen de overhand.

Simulatieberekeningen met het model MODQUAL bevestigen bovengenoemde, in het veld gemeten, effecten. Door de positieve invloed van de stuw Borgharen op nui te stellen (daarmee een wkc simulerend) bleek een negatief effect van 1-2 mg/l te onstaan dat over een afstand van 50 kilometer merkbaar is.

2.3 Onderzoek zuurstofinbreng waterkrachtcentrale Linne. De doelstelling van het onderzoek bij Linne betrof: inzicht te verkrijgen in de relaties tussen zuurstofgehalten en -verzadigingspercentages beneden- en bovenstrooms van de waterkrachtcentrale. Het onderzoek is nader omschreven in Breukel et al, 1992 (lit. 6) en de resultaten zijn beschreven in Silva, 1992 (lit. 9).

Bij de wkc van Linne zijn metingen uitgevoerd boven en onder de stuw. Een deel van de metingen is later herhaald. Bij deze metingen is een klein zuurstofverhogend effect vastgesteld (ongeveer 5%) bij lage gehalten en verzadigingspercentages bovenstrooms (± 60%). Bij hogere verzadigingspercentages (> 75%) werd echter een zuurstofverla-ging van ongeveer 10% (verzadigingspercentage) en 1 mg/l (gehalte) waargenomen. Dit betekent dat er bij de zomers normale verzadigingspercentages van 65-70% geen structured zuurstofverhogend effect optreedt ten gevolge van de waterkrachtcentrale.

2.4 Conclusies zuurstofinbreng. 1. In het internationale overleg is de functie viswater voor karperachtigen en zalmach­

tigen onderwerp van gesprek. 2. In Nederland gelden voor de Grensmaas de grenzen van de AMK (5 mg/l) en

viswater voor zalmachtigen (7 mg/l). 3. Het "stand-still" beginsel staat geen verslechtering van bestaande situaties toe. 4. De stuw veroorzaakt ruwweg een verhoging van het zuurstofgehalte van 1 tot 3 mg/l

en van het verzadigingspercentage van 10 tot 40%. In het zomerhalfjaar (verzadi­gingspercentage van 65-70%) komt dit neer op een zuurstofverhoging van ± 2 mg/l en van het verzadigingspercentage van ± 22%.

5. De zuurstof-input van de stuw is tot ± 50 kilometer stroomafwaarts merkbaar. 6. Simulatieberekeningen met MODQUAL bevestigen genoemde conclusies 4 en 5. 7. De wkc bij Linne heeft geen zuurstofverhogend effect bij de verzadigingspercenta­

ges van ± 65-70% bovenstrooms, die in de zomer normaal zijn.

riza

3. Vissterfte.

3.1 Literatuuronderzoek. Tijdens de passage van waterkrachtcentrales raakt een deel van de vis beschadigd en zal ten gevolge hiervan, direct of later, sterven. De beschadiging treedt op door: a) mechanische beschadiging (geraakt door bladen of kleppen) of b) drukverschillen in de turbine (gescheurde zwemblaas, uitgedrukte ogen).

Over deze vissterfte is het een en ander gepubliceert; vooral Hadderingh van de KEMA heeft veel literatuur- en praktijkonderzoek verricht. Uit deze (grotendeels buitenlandse) gegevens blijkt dat de beschadiging afhankelijk is van een aantal factoren waaronder:

Vissoort: bestand zijn tegen drukverschillen. Type turbine, klepstanden en afvoer: logischerwijs is de grootte van de opening tussen de schroetbladen of kleppen van belang. Vislengte: hoe langer de vis, hoe groter kans geraakt te worden en dus beschadigt te raken.

Uit de literatuur blijkt dat sterftepercentages van 20-50% veelvuldig voorkomen met uitschieters naar beiden kanten (zie bijlage 1 en KEMA, 1985 (lit.8)). Overigens handelt het zich hier dikwijls om verticaal geplaatste (Kaplan) turbines terwijl in Nederland horizontale turbines worden gebruikt die minder schade geven.

Een bijkomend negatief effect van een waterkrachtcentrale is dat de waterstroom uit de turbine (mits in bedrijf) groter zal zijn dan die van een eventueel aanwezige vistrap zodat de turbinestroom als "lokstroom" zal fungeren. Hierdoor wordt de effectiviteit van de vistrap gereduceerd.

Uit de literatuur blijkt verder dat nog geen practisch haalbare, goed werkende manier is gevonden om bovenstrooms de stuw, vis voor de turbine af te leiden naar een eventuele vistrap. De enige methode die nog enig resultaat lijkt te hebben is met licht en dan nog vooral voor paling (Hadderingh, 1985 en 1988 (lit. 8 en 11)).

3.2 Gegevens waterkrachtcentrale Linne. Door het betrokken energiebedrijf is ook zelf onderzoek verricht bij de waterkracht­centrale in Linne (Bakker et al, 1992 (Lit. 12)). Het hierbij gemeten schadepercentage hangt af van de visgrootte en is derhalve het hoogst in het najaar (grotere vis). Bij een debiet < 100 m3/s (in deze periode normaal) varieert het percentage vis met zichtbare schade tussen 10 en 25; gemiddeld ongeveer 15%. Van de ogenschijnlijk onbeschadigde vis sterft een percentage < 15% binnen 5 weken.

Als rekening wordt gehouden met een "na-sterfte" van 10% komt het totale percenta­ge sterfte in de droge zomerperiode op 25%.

riza

3.3 Conclusies vissterfte. 1. Uit de literatuur blijkt dat sterftepercentages van 20-50% veelvuldig voorkomen

met uitschieters naar beiden kanten. 2. Doeltreffende maatregelen ter voorkoming hiervan (visgeleidingssysteinen) zijn

(nog) niet voorhanden. 3. De waterstroom uit de turbine (mits in bedrijf) zal groter zijn dan die van een

eventueel aanwezige vistrap zodat de turbinestroom als "lokstroom" zal fungeren. Hierdoor wordt de effectiviteit van de vistrap gereduceerd.

4. Uit het door KEMA uitgevoerde onderzoek bij Linne blijkt bij debieten < 100 m3/s een directe sterfte van ± 15% en een "na-sterfte" van ± 10%. In totaal dus ± 25% sterfte.

riza

4. Conclusies en advies.

Conclusies. 1. In het Internationale Overli functie viswater voor karperachtigen en

zalmachtigen onderwerp van gesprek. 2. In Nederland gelden voor de Grensmaas de grenzen van de AMK (5 mg/l) en

viswater voor zalmachtigen (7 mg/l). 3. Het stand-still beginsel staat geen verslechtering van bestaande situaties toe. 4. De stuw Borgharen veroorzaakt ruwweg een verhoging van het zuurstofgehalte

van 1 tot 3 mg/l en van het verzadigingspercentage van 10 tot 40%. In het zomerhalfjaar (verzadigingspercentage van 65-70%) komt dit neer op een verhoging van het zuurstofgehalte van ± 2 mg/l en van het verzadigingspercentage van ± 22%.

5. De zuurstof-input van de stuw is tot ± 50 kilometer stroomafwaarts merkbaar. 6. Simulatieberekeningen met MODQUAL bevestigen de conclusies 4 en 5. 7. De wkc bij Linne heeft geen zuurstofverhogend effect bij de verzadigingsper­

centages van ± 65-70% bovenstrooms. Deze waarden zijn in de zomer normaal.

8. Uit de literatuur blijkt dat sterftepercentages van 20-50% veelvuldig voorko­men met uitschieters naar beiden kanten. Overigens worden in de Maas andere typen turbines gebruikt dan die welke in de literatuur beschreven zijn.

9. Doeltreffende maatregelen ter voorkoming van visschade (visge-leidingssystemen) zijn niet voorhanden.

10. De waterstroom uit de turbine (mits in bedrijf) zal groter zijn dan die van een eventueel aanwezige vistrap zodat de turbinestroom als "lokstroom" zal fungeren. Hierdoor wordt de effectiviteit van de vistrap gereduceerd.

11. Uit het door de KEMA uitgevoerde onderzoek bij Linne blijkt bij debieten < 100 m3/s een directe sterfte van ± 15% en een "na-sterfte" van ± 10%. In totaal ± 2 5 % sterfte.

Advies. - De zuurstofmetingen bij Borgharen, op de Grensmaas en bij Linne geven aan dat de bouw van een waterkrachtcentrale bij Borgharen in de zomerperiode een verlaging introduceren van het zuurstofgehalte van ± 2 mg/l en van het verzadigingspercentage van ± 22% hetgeen over vrijwel de hele lengte van de Grensmaas van invloed zal zijn. - De verwachte vissterfte is, vooral in de droge periode, volgens eigen onderzoek van de MEGA 15% direct en 10% indirect (binnen 5 weken). Overigens moet voor dit fenomeen het cummulatieve effect worden bezien van meerdere wkc's in de Maas.

Zowel de zuurstofverlaging als de vissterfte staan op gespannen voet staat met de functietoekenning voor zalmachtigen en de plannen voor natuurontwikkeling voor de benedenstrooms liggende Grensmaas. Ook in het internationale overleg kan dit vragen opwerpen. Daarbij is een dergelijk duidelijke zuurstofverlaging in strijd met het "stand­still" beginsel.

8

riza

5. Literatuur.

1. Hadderingh K. 11. (KEMA); Voorstel visgelcidingssysteem bovenstrooms van waterkrachtcentrale! in de Maas M O B 86-1414. 29-5-1986.

2. Nieuwenhuijzen, M. E., S.L.M. Janssen (RWS-Limburg); Compensatie van zuurstofinbreng stuw bij WKC Borgharen. ANWANWV 91-53, Maastricht, 7 november 1991.

3. Silva, W, R. van der Veen (RIZA); MEMO MAA*25 (reactie op ANW­ANWV 91-53). Arnhem, 21 november 1991.

4. Koops, F.B.J. (KEMA); notitie 00319-MOZ 91-1888. Roermond, 17 december 1991.

5. Nieuwenhuijzen, M. (RWS-Limburg); Verslag bespreking MEGA-RWS d.d. 10 januari 1992. Maastricht, januari 1992.

6. Breukel, R.M.A., W. Silva (RIZA); MEMO ADV*92-11(L). Arnhem, 26 februari 1992.

7. Breukel, R.M.A. (RIZA); MEMO: Vissterfte bij waterkrachtcentrales. Lely­stad, 7 april 1992.

8. Hadderingh, R.H. (KEMA); Pompaccumulatiecentrale in het IJsselmeer. KEMA: 7768-85 MOB. Arnhem, 19-8-1985.

9. Silva, W. (RIZA); MEMO MAA*92-25(L). Arnhem, 3 juli 1992.

10. Nakasone, H.; Study of aeration at weirs and cascades. Journal of Environ­mental Engineering, Vol. 113, no. 1, februari 1987.

11. Hadderingh, R.H., F.B.J. Koops & J.W. van der Stoep (KEMA); Research on fish protection at Dutch thermal and hydropower stations. Kema Scientific & Technical Reports, Vol. 6, nr. 2. Arnhem, 1988.

12. Bakker, H.D., J.J.Gerritsen (KEMA); Schade aan vis als gevolg van passage door waterkrachtcentrale in de Maas bij Linne (deel 1: Aal). 98263-MOB 92-3653. Arnhem, 1 juli 1992.

riza

98263-MOB 92-3653

Bijlage 1.

Uit buitenlands onderzoek is gebleken dat waterkrachtcen-trales aanzienlijke schade kunnen veroorzaken aan vis die de turbines passeert. Afhankelijk van de vissoort en de dimensies van de turbines zijn sterftes gevonden van 1 tot 100% (zie tabel 1).

Tabel 1 Visschade bij waterkrachtcentrales met Kaplan turbines. Een overzicht van de gemiddelde sterftes gevonden in diverse onderzoeken.

AUTEUR PLAATS TYPE VISSOORT LENGTE STERFTE TURBINE (cm) (%)

Otterstrom, 1936, Silkeborg, Den. Kaplan vert. aal 35-61 57

1942 blankvoom 17-23 16 regenboogforel 10-24 11

Butschek & Kleinwallstadt, Did. Kaplan vert. aal 47-78 14 Hofbauer, 1956

Von Raben, 1957 Obernau. Did. Kaplan vert. aal 40-85 20

div. schubvis 8-21 1

Berg, 1986 Neckarzimmern, Did. Kaplan vert. aal 25-82 38

Monten, 1985 div. centrales, Zwe. Kaplan vert. salmoniden 15 1-45 aal 57,74 40-100

Travade et al.. 1987 Tuilieres, Fra. Kaplan vert. salmoniden 15-23 13

Larinier & Lailhacar, Fra. Kaplan vert. forel 15, 19 8

Dartiguelongue. 1989

Holmes, 1952 Bonneville. USA Kaplan vert. salmoniden 8-12 13

MacEachern, 1961 Tobique Narrows, Kaplan vert. zalm 11 17

USA 18 23

Smith, 1961 Tusket. USA Kaplan vert. Alosa spec. . 50

salmoniden 13-23 17

Oligher & Donaldson, Big CW. USA Kaplan vert. salmoniden 8-10 9

1966

Massey, 1967 Sullivan, USA Kaplan vert. salmoniden - 10

Bell & Bruya. 1981 Foster, USA Kaplan vert. salmoniden 12 11

Stiers. 1982 Holyoke. USA Kaplan vert. salmoniden 21-36 13

Bell. 1982 Holyoke, USA Kaplan vert. Alosa spec 45-60 50

Bell&Kynard. 1985 Holyoke, USA Kaplan vert. Alosa spec. - 22

Knigth & Kuzmeskus, Essex. USA Bulb. hohz. salmoniden 23-35 2 1982

Olson and Kacrynzki. Rock Island. USA Bulb horiz salmoniden 12 7 1980 17 3

10