Indsigt i vandgennemstrømning og fiskepassage gennem dæmninger giver muligheder for at opfylde energi- og miljøbehov

Vandkraftdæmninger giver pålidelig vedvarende energi, men de har også en direkte indvirkning på miljøet, især fisk. Justering af mængden af ​​vand, der løber ud over en dæmning, kan hjælpe fisk med at navigere i dæmninger. Men spild af mere vand betyder, at mindre vand er tilgængeligt til at producere strøm.

At bestemme, hvornår og hvor meget vand der skal spildes for at hjælpe fisk med at passere sikkert gennem dæmninger, mens de opfylder behovene for netpålidelighed, er kritisk vigtige spørgsmål.

Forskning ved Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) fremhæver den komplekse dynamik omkring spild og fiskepassage gennem dæmninger, og finder ud af, at spild ikke altid er den største faktor i vellykket fiskepassage. Forskningen er offentliggjort i Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences .

"Vi fandt ud af, at fiskeaktivitet, svømmeevne og tidspunkt på dagen alle spiller en rolle i fiskepassage, ofte mere end spildniveauer alene," forklarede PNNL-jordforsker Ryan Harnish.

"Vores data viser, at når unge laks og steelhead er mindre aktive om foråret - som om natten eller i køligere vandtemperaturer - kan spild af mere vand gøre en stor forskel for at hjælpe flere fisk med at undgå at passere gennem kraftværket. Men under andre forhold, højere spildniveauer har ringe effekt."

Dette er værdifuld information for beslutningstagere, der har til opgave at afbalancere vandbehov for miljømæssig sundhed og energibehov. At vide, hvornår høje spildniveauer bedst understøtter fiskepassage – og hvornår de ikke gør det – giver muligheder for at afbalancere de afvejninger, der er forbundet med vandkraftproduktion og miljøpåvirkninger.

Sporing af fisk gennem en dæmning i 3D

Spild af vand kan hjælpe fisk med at svømme med succes over en dæmning i stedet for direkte gennem kraftværket - den del af dæmningen, der inkluderer turbinen. Men tidspunktet og mængden af ​​spildt vand påvirker både fiskepassage og elproduktion. For at se nærmere på, hvordan spildniveauet påvirker fiskepassage, havde forskerne brug for detaljerede sporingsoplysninger, der viser, hvornår og hvordan fisk passerede gennem en dæmning.

Standardsporingsmetoden i Columbia River Basin er at mærke individuelle fisk med passive integrerede transponder-mærker (PIT) over dæmningen, som detekteres, når fisk passerer gennem en specifik del af dæmningen kaldet juvenile bypass-systemet.

Selvom den er meget pålidelig, giver denne tilgang ikke information om de forskellige andre ruter, fisk kan rejse gennem en dæmning - information, der er nødvendig for at bestemme, hvordan spildniveauet påvirker fiskepassagen. For at få disse oplysninger blev der udført adskillige undersøgelser mellem 2008 og 2018 ved hjælp af en anden metode:akustisk telemetri.

PNNL-holdet analyserede de 10 års akustiske telemetridata, inklusive 3D-information om fiskeadfærd, fra flere dæmninger langs Snake- og Columbia-floderne. Dette gjorde det muligt for dem at identificere den rute, fiskene tog gennem dæmningen, og det præcise tidspunkt for deres dæmningspassage. Kombineret med information om fiskeadfærd og overlevelse sammen med dæmningsoperationer evaluerede de, hvilke faktorer der mest sandsynligt ville påvirke fiskepassage gennem forskellige ruter og forhold.

De så specifikt på forårslaks og steelhead smolt - unge fisk, der migrerer mod havet - for at se, hvordan spildniveauer påvirkede antallet af smolt, der passerede direkte gennem kraftværket. Antallet af smolt, der passerede gennem kraftværket, viste sig at være relateret til deres aktivitetsniveau og svømmeevne, ikke kun spild.

"Høje spildniveauer, der er beregnet til at reducere antallet af fisk, der passerer gennem kraftværket om foråret, vil sandsynligvis være mest effektive, når fiskene er mindre aktive eller har nedsat svømmeevne, såsom om natten, under høje flodstrømme eller i køligere vandtemperaturer," forklarede Harnish. "Høje spildniveauer var ikke den vigtigste enkeltfaktor i smolts passage over hele linjen."

Disse resultater peger på behovet for flere undersøgelser som denne, der kan give omfattende information om præcis, hvornår og hvordan fisk passerer gennem dæmninger. Den information kan hjælpe beslutningstagere med at bestemme, hvordan de bedst understøtter fiskepassage og opfylder energibehovene i fremtiden.

I en erklæring til PNNL sagde Bonneville Power Administration (BPA) – som markedsfører strøm fra 31 føderale dæmninger på tværs af Pacific Northwest –:"Denne publikation er endnu en brik i puslespillet med at forstå fiskepassage gennem det føderale hydrosystem. Den bør give regionens videnskabsmænd og ledere med yderligere information at overveje, når de evaluerer operationer, der opfylder de mange formål med Columbia River System."

Balanceringsbehov

Vandkraft genererer over halvdelen af ​​elektriciteten i Oregon og Washington og er en vigtig del af et pålideligt elnet. Fiskepassage er nødvendig for at støtte regionale fiskebestande, især laks, som har betydelig miljømæssig, økonomisk og kulturel betydning. At vide, hvornår og hvor meget der skal spildes – eller ej – er altafgørende for at balancere disse behov.

For eksempel, når vandstanden i floden er lav, er de maksimale spildniveauer relativt høje. Dette høje spildniveau betyder et stort fald i elproduktion – svarende til at forsyne en halv million færre hjem.

Denne undersøgelse forudsiger, at under disse flodforhold vil maksimale spildniveauer hjælpe fisk med at passere gennem kraftværket om natten, men det ville gøre ringe forskel i løbet af dagen, når energibehovet typisk er højere. Disse detaljerede oplysninger giver kritisk indsigt til beslutningstagere og dæmningsoperatører, der leder efter måder at opfylde både energi- og miljøprioriteter på.

"At evaluere afvejninger mellem energi og miljø er en udfordring, der kræver de bedste tilgængelige data for at informere beslutninger," sagde Alison Colotelo, PNNL Hydropower Program Lead. "Bedre forståelse af, hvad der påvirker fiskepassage gennem dæmninger og spilds rolle er afgørende for at støtte fiskebestande og energiproduktion."

Flere oplysninger: Ryan A. Harnish et al., Faktorer, der påvirker kraftværkets passage af springvandrende smolt ved føderalt drevne hydroelektriske dæmninger i Snake- og Columbia-floderne, Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences (2023). DOI:10.1139/cjfas-2022-0217

Leveret af Pacific Northwest National Laboratory