HidroEkološko utemeljenO delovanje pretočnih REčnih akumulacij za učinkovito upravljanje Sedimentov in proizvodnjo električne energije (HEORES)

Opis:

Voda je nepogrešljiva in eden najpomembnejših virov za človeka. Z naraščanjem prebivalstva in s tem povezanimi večjimi potrebami po vodi za urbani, gospodarski in industrijski razvoj, ter zaradi podnebnih sprememb postaja pomanjkanje vode vse večji svetovni problem. Podnebne spremembe se kažejo v postopnem zviševanju temperatur, kar ima za posledico daljša sušna obdobja, ki jim pogosto sledijo intenzivne padavine, ki povzročajo poplave in erozijo. Spreminjajoči hidrološki pogoji zahtevajo prilagoditev upravljanja z vodami. Gradnja zadrževalnikov za vodo, ki se uporablja za proizvodnjo električne energije v hidroelektrarnah (HE), ponuja možnost prilagajanja upravljanja z vodo in njene uporabe za različne namene. Pri tem je treba upoštevati, da hidroenergetski zadrževalniki HE spreminjajo dinamiko prenosa sedimenta in lahko negativno vplivajo na vodno okolje in žive organizme. Na spodnji Savi v Sloveniji je bilo med letoma 1993 in 2017 zgrajenih 5 pregrad HE v kaskadnem sistemu. V hidroenergetskih zadrževalnikih so se nakopičile velike količine sedimenta, ki jih bo potrebno odstraniti. Odlaganje sedimenta v akumulacijskih bazenih in potreba po odstranjevanju potencialno onesnaženih sedimentov iz zadrževalnikov, predstavlja veliko težavo tako v Sloveniji kot tudi drugje v svetu. Upravljanje sedimentov ob spreminjajočih hidroloških pogojih je izziv svetovnih razsežnosti. Obstoječe prakse ravnanja s sedimenti v vodnih zadrževalnikih po svetu so večinoma slabe in vodijo do izgube večnamenske vloge takšnih objektov. Zaradi nalaganja sedimentov se volumen vode v zadrževalnikih in s tem razpoložljivost vode za uporabo v različne name zmanjšuje, poslabšajo pa se tudi življenjski pogoji za vodne organizme in samočistilna sposobnost vodnega telesa. Dodatno težavo predstavlja onesnažen sediment. Napredna, celostna strategija upravljanja sedimentov, ki vključuje vse elemente naravnega cikla premeščanja/odlaganja in okoljske vidike povezane s potencialnim onesnaževanjem sedimentov iz točkovnih in netočkovnih virov, ponuja trajnostne rešitve upravljanja s sedimenti. V predlaganem projektu bomo razvili novo, aktivno strategijo upravljanja rečnih sedimentov v zadrževalnikih HE na spodnji Savi ob upoštevanju spreminjajočih hidroloških pogojev. Strategija bo v največji možni meri usmerjena v zagotavljanje naravne dinamike premeščanja sedimentov ob upoštevanju njihove okoljske sprejemljivosti. Uporabili bomo celostni pristop, ki vključuje podrobno analizo hidravličnih razmer v hidroenergetskih zadrževalnikov in s tem povezane procese usedanja, pa tudi analizo in identifikacijo izvorov onesnažil, ujetih v nanosih sedimentov. Simulacije transporta/odlaganja sedimenta bomo opravili na osnovi pridobljenih podatkov o velikosti sedimenta z meritvami batimetrije dna hidroenergetskih zadrževalnikov, ter z uporabo različnih simulacijskih orodij (2D in 3D), vključno z ustreznimi podatki o onesnaženju sedimenta. Na podlagi zbranih podatkov o prisotnosti nevarnih snovi ter identifikacije in kvantifikacije virov onesnaževanja z naprednimi metodami masne spektrometrije bo mogoče določiti možne ukrepe, kako odstraniti sedimente oziroma jih ponovno uporabiti. Razvit načrt upravljanja sedimentov za verigo HE na spodnji Savi bo prispeval k ponovni vzpostavitvi zveznega pretoka (kontinuitete) sedimenta v reki in izboljšanju pogojev za vodne organizme ter ekološkega stanja reke Save. Kljub globalnim problemom upravljanja s sedimenti v zadrževalnikih, tak celovit, inovativen pristop, ki interdisciplinarno upošteva procese premeščanja/usedanja sedimentov, karakterizacijo in identifikacijo virov onesnaževanja ter modeliranje hidroloških in hidravličnih procesov ob podpori okoljskih podatkov, kolikor nam je znano, do sedaj še ni bil razvit in aplikativno uporabljen. Razvita strategija ravnanja s sedimenti se lahko uporabi tudi za druge hidroenergetske zadrževalnike HE na rekah s hudourniškim značajem, tako v Sloveniji kot drugje po svetu.

Ključni cilji:

Cilji raziskav predlaganega projekta:
·         Analizirati časovno dinamiko polnjenja hidroenergetskih zadrževalnikov HE s plavinami z meritvami batimetrije dna.
·         Opraviti detajlno analizo hidravličnih razmer (razpon pretočnih hitrosti in njihovih smeri) in procesov premeščanja/odlaganja plavin v hidroenergetskih zadrževalnikih HE vzdolž obravnavanega odseka reke Save v obdobjih spremenljivih hidroloških razmer, ob tem pa preučiti tudi transport onesnažil vezanih na sedimente.
·         Opraviti simulacije procesov premeščanja in odlaganja plavin z uporabo detajlnih podatkov o batimetriji dna hidroenergetskih zadrževalnikov in podatkov o zrnavostni sestavi plavin, uporabiti različne 2D in 3D hidrodinamične modele ter pri tem upoštevati tudi podatke o onesnaženosti sedimentov.
·         Pridobiti pregled nevarnih snovi in ostalih parametrov kakovosti vode in sedimentov, ki so odloženi v hidroenergetskih zadrževalnikih na spodnji Savi.
·         Prepoznati in ovrednotiti možne vire onesnaženja s kovinami, hranili in organskimi spojinami na podlagi izotopskih tehnik z uporabo masne spektrometrije.
·         Razvoj trajnostnega načrta upravljanja s sediment za verigo HE na spodnji Savi, ki bo pripomogel k obnovitvi povezanosti procesov premeščanja plavin na obravnavanem odseku in izboljšanju ekološke/habitatne vloge rečne struge.

Ti cilji so v celoti v skladu s pozivom ARRS, ki kot prednostne raziskave opredeljuje družbene izzive EU, vključno s tematiko vode in podnebnih sprememb. Predvidene raziskave bodo prispevale k naslednjim ciljem Agende za trajnostni razvoj 2030 – SDG 3: Dobro zdravje in dobro počutje ljudi (podpiranje ciljev, povezanih z preprečevanje nevarnih kemikalij in onesnaževanja zraka in vode, tal in tal), SDG 6: Čista voda in oskrba z vodo (zagotovitev razpoložljivosti vode in trajnostnega upravljanja z vodo ter oskrba z vodo za vse), SDG 7: Dostopna in čista energija (zagotoviti dostop do zanesljive, trajnostne in energije pridobljene s sodobnimi viri za vse) ter s strategijo Mednarodne komisije za povodje reke Save (ISRBC, 2008) za Vzpostavitev trajnostnega upravljanja z vodo reke Save (voda v zadostni količini in ustrezne kakovosti za ohranitev, zaščito in izboljšanje vodnih ekosistemov za vse vrste namenske rabe) in Izvajanje ukrepov za preprečevanje ali omejitev nevarnosti, kot so poplave in suše.

Delovni sklopi:

Za dosego ciljev projekta bo projekt, ki bo trajal 36 mesecev (M), organiziran v 8 delovnih paketov (DP), ki jih sestavljajo ustrezne naloge (N)

DP1 – Analiza hidravličnih razmer in procesov premeščanja/odlaganja plavin
·         N1.1 Podrobne meritve batimetrije dna
·         N1.2 Meritve hidravličnih razmer v hidroenergetskih zadrževalnikih
·         N1.3 Točkovne in profilne zvezne meritve koncentracij suspendiranih plavin, fizikalnih in kemijskih parametrov vode
·         N1.4 Analiza zrnavostne sestave vzorcev plavin

DP2 – Pregled nevarnih snovi
·         N2.1 Identifikacija onesnažil
·         N2.2 Popis nevarnih snovi
·         N2.3 Prednostna razvrstitev onesnaževal

DP3 – Nevarne snovi in ​​njihovo sproščanje v spremenjenih hidroloških pogojih
·         N3.1 Analiza onesnažil v vodi, sedimentu in SPM
·         N3.2 Ocena pojavnosti strupenih snovi ob spreminjajočih hidroloških pogojih

DP4 – Identifikacija primarnih virov onesnaževanja
·         N4.1 Viri onesnaženja s hranili, strupenimi elementi in organskimi spojinami
·         N4.2 Določitev vira hranil, strupenih elementov in nevarnih snovi v vodi in SPM

DP5 – Modeliranje
·         N5.1 Razvoj konceptualnega modela premeščanja plavin
·         N5.2 Zasnova 1D/2D hidravličnega modela

DP6 – Priporočila za trajnostno gospodarjenje s sedimenti v hidroenergetskih zadrževalnikih HE na spodnji Savi
·         N6.1 Izdaja priporočil

DP7 – Širjenje rezultatov, komunikacija in širitev informacij
·         N7.1 Izdelava spletne strani projekta
·         N7.2 Širitev rezultatov med upravičenimi institucijami, organi in lokalno skupnostjo (M6-M36)
·         N7.3 Širitev znanstvenih rezultatov
·         N7.4 Prenos znanja

DP8 – Koordinacija
·         N8.1 Koordinacijske dejavnosti
·         N8.2 Srečanja s sofinancerjem

DP7 – Širjenje rezultatov, komunikacija in širitev informacij
·         N7.1 Izdelava spletne strani projekta
·         N7.2 Širitev rezultatov med upravičenimi institucijami, organi in lokalno skupnostjo (M6-M36)
·         N7.3 Širitev znanstvenih rezultatov
·         N7.4 Prenos znanja

DP8 – Koordinacija
·         N8.1 Koordinacijske dejavnosti
·         N8.2 Srečanja s sofinancerjem