RVS Ontwerp verklaring van geen bedenkingen voor realisatie van een drijvend zonnepark bijlage 8 bedekking zonnepanelen

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen

Auteur(s) Sibren Loos Annelotte van der Linden

2 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen Opdrachtgever

Rijkswaterstaat Zee en Delta

Contactpersoon Referenties Zon op water, PV-systemen, Krammersluizen, Hoog- en Laagbekken, waterkwaliteit

Trefwoorden

Documentgegevens Versie

1.0

Datum

24-11-2020

Projectnummer

11205558-002

Document ID

11205558-002-ZWS-0007

Pagina’s

51

Status

definitief

Auteurs(s) Sibren Loos Annelotte van der Linden

Doc. Versie

Auteur

Controle

Akkoord

1.0

Sibren Loos

Arno Nolte

Gerard Blom

3 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Publicatie

Samenvatting Rijkswaterstaat, Rijksvastgoedbedrijf en Rijksdienst voor Ondernemend Nederland voeren in opdracht van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat een pilotprogramma uit “hernieuwbare energie op Rijksgronden”. De twee bekkens bij het Krammersluizencomplex zijn twee van de locaties uit het programma. In het Hoogbekken en het Laagbekken wordt verkend wat de mogelijkheden en haalbare bedekking van zonnepanelen zijn vanuit perspectief waterkwaliteit. Hierbij is gekeken naar de toekomstige situatie zoals deze verwacht wordt na renovatie van het sluizencomplex. Doel van de studie is om de effecten op de waterkwaliteit (lichtklimaat, watertemperatuur, zuurstofregime, algen en waterplanten) te bepalen van zonnepanelen in het Laag- en Hoogbekken bij verschillende mate van bedekking en lichtdoorlatendheid, en duiding te geven over de toepasbaarheid van de modelresultaten in andere studies, waarin bijvoorbeeld een doorvertaling naar de ecologie wordt gemaakt. Hiervoor is gebruik gemaakt van een Delft3D instrumentarium. Allereerst is een voorspelling gesimuleerd van de waterkwaliteit in beide bekkens voor de referentiesituatie waarin geen drijvende zonnepanelen (Photo-Voltaïsch systeem of ook wel PV-systeem genoemd) aanwezig zijn. Door modelvoorspellingen te doen is vervolgens voor verschillende PV-opstellingen in kaart gebracht wat de te verwachten effecten zijn.

De modelresultaten uit deze studie leveren ook toe aan het rapport van Wortelboer en van Duren (Deltares, 2020), waarin beoordeeld wordt of de plaatsing van zonneparken op het Hoog- en Laagbekken bij de Krammersluizen acceptabel zijn voor de KRW-beoordeling van het waterlichaam Oosterschelde. Resultaten De resultaten van de berekeningen zijn weergegeven in onderstaande tabel, en tonen de te verwachten trend ten opzichte van de referentie zonder zonnepanelen. Variant

HB 1

HB 2

HB 3

LB 1

LB 2

LB 3

Bekken

Hoogbekken

Hoogbekken

Hoogbekken

Laagbekken

Laagbekken

Laagbekken

PV bedekking

38 %

50 %

50 %

30 %

46 %

46 %

Lichtdoorlatendheid

15 %

25 %

15 %

15 %

25 %

15 %

Waterplanten

afname

afname

afname

geringe afname

geringe afname

geringe afname

Temperatuur

gelijkblijvend

gelijkblijvend

gelijkblijvend

gelijkblijvend

gelijkblijvend

gelijkblijvend

Primaire productie

lichte afname

lichte afname

lichte afname

lichte afname

lichte afname

afname

Algenbiomassa

geringe afname

geringe afname

geringe afname

lichte afname

lichte afname

afname

Chlorofyl-a

geringe toename

geringe toename

geringe toename

lichte afname

lichte afname

afname

Zuurstofconcentratie

geringe toename

geringe toename

geringe toename

geringe afname

gelijkblijvend

geringe afname

Zuurstofloosheid

gelijkblijvend

gelijkblijvend

gelijkblijvend

geringe afname

geringe toename

geringe toename

Mate van bedekking. Op basis van de simulaties is te zeggen dat de mate van bedekking geen verschil laat zien in de waterkwaliteit van het Hoogbekken. De bedekking door zonnepanelen zorgt er weliswaar voor dat de lichtlimitatie in de onderste waterlagen (zie Figuur 17) wordt versterkt, maar omdat in de bovenste waterlagen nog voldoende licht overblijft voor primaire productie en nutriënten limiterend zijn, zorgt de bedekking er niet voor dat nutriëntlimitatie omslaat naar een licht gelimiteerd systeem. Dit verklaart waarom er weinig impact is van de zonnepanelen. De gemodelleerde verschuiving (in de winter bij PV-bedekking) van diatomeeën naar meer

4 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Phaeocystis en/of mariene flagellaten is minder wenselijk, omdat diatomeeën kwalitatief beter voedsel zijn voor het hogere voedselweb. Voor het Laagbekken nemen primaire productie en met name de algenbiomassa af met toenemende PV-bedekking. In het Laagbekken is jaarrond sprake van enige lichtlimitatie, door de grotere diepte. De impact van zonnepanelen bestaat uit lagere algenconcentraties en een latere start van de bloei. Ook hier is een afname van diatomeeën zichtbaar, wat op zich niet wenselijk is. De afname van Nodularia is een positief effect. Lichtdoorlatendheid. Voor het Hoogbekken is gevarieerd met een lichtdoorlatendheid van 15 en 25 %. Het model geeft aan dat het effect gelijk is (in Tabel 4 zijn nauwelijks verschillen te zien) en dat er vanuit het oogpunt van effect op waterkwaliteit geen voorkeur of beperking is. In de bovenste waterlaag van het Hoogbekken is licht niet een limiterende factor, maar wordt algengroei gestuurd door beschikbaarheid van nutriënten uit instromend water. De aanwezigheid van een PV-systeem zorgt er wel voor dat lichtlimitatie in de onderste waterlagen toeneemt. Voor het Laagbekken is de variant met een PV-bedekking van 46% en een lichtdoorlatendheid van 25% vrijwel gelijk aan de variant met een PV-bedekking van 30% en een lichtdoorlatendheid van 15%.

Alleen de kans op zuurstofloze condities aan de bodem, zij het zeer gering, is groter voor de variant met een PV-bedekking van 46%. De modelresultaten tonen daarmee aan dat de hogere lichtdoorlatendheid (+10%) voor een groot deel de hogere bedekkingsgraad (+16%) compenseert. Conclusie en toepasbaarheid. Deze studie geeft een indicatie van de te verwachten trends op het lichtregime, watertemperatuur, zuurstofregime en algenconcentraties en algensoortensamenstelling. In algemene zin kan gezegd worden dat een hogere bedekkingsgraad van PVsystemen een groter effect heeft op een verandering in de waterkwaliteit, maar dat voor de doorgerekende varianten met aanwezigheid van zonnepanelen geen grote onderlinge verschillen zijn gevonden. Een verwacht verschil ten opzichte van de referentieberekening zonder aanwezigheid van zonnepanelen is de afname van bodemoppervlak dat geschikt is voor waterplanten en een toenemende lichtlimitatie voor algengroei in de onderste waterlagen, als gevolg van een verlaagde lichthoeveelheid die de bodem kan bereiken. Het verwachte effect op het zuurstofregime lijkt zeer beperkt en geen beperkende factor voor de aanleg van zonnepanelen.

De meest opvallende verschillen zijn 1) de (beperkte) afname van areaal bodem geschikt voor waterplanten in beide bekkens, 2) de afname van algenbiomassa in het Laagbekken en 3) het afnemen van diatomeeën in beide bekkens en het verdwijnen van een Nodularia piek in het najaar in het Laagbekken bij 46% bedekking van het oppervlak met zonnepanelen. Er vinden naar verwachting kleine wijzigingen plaats in algensoortensamenstelling, met zowel minder gunstige als positieve effecten. Op basis van de huidige modelstudie, zijn de effecten op de waterkwaliteit als gevolg van de aanleg van een PV-systeem in beide bekkens, waarbij de oeverstrook ontzien wordt, beperkt. Uit de monitoring in 2018 (Verduin et al., 2018) is gebleken dat er niet tot nauwelijks waterplanten voorkomen in het Hoogbekken, bovendien is in het rapport van Wortelboer en van Duren (Deltares, 2020) beschreven dat de PV-systemen geen effect hebben op de geschiktheid voor zeegras in beide bekkens. Voor het Laagbekken is destijds geen monitoring uitgevoerd. Maar ook voor het Hoogbekken geldt dat de meetcampagne uit 2018 slechts een momentopname is en niet voldoende om een representatief beeld van het bekken uit af te kunnen leiden of het model mee te kunnen valideren.

Ondanks dat het model niet aan de situatie in het veld is gevalideerd, wordt het berekende effect (niet de absolute concentraties en waarden) van de PV-systemen op de waterkwaliteit van het Hoogbekken en het Laagbekken, dus de vergelijking tussen situatie met en zonder PV-systemen, als relatief zeker beoordeeld. In algemene zin is een modelvergelijking tussen varianten zekerder dan een voorspelling van een toekomstige situatie die substantieel afwijkt van de huidige situatie zoals vooral voor het Laagbekken het geval is. Op basis van de modelvergelijking tussen alle varianten wordt het effect van PV-systemen op beide bekkens als beperkt beoordeeld. De modelresultaten, met de voorzichtigheid dit met voorspellingen gemoeid zijn, zijn toepasbaar voor een doorvertaling naar de effecten van zonnepanelen op de ecologie zoals in het rapport van Deltares (2020) is gedaan.

5 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Inhoud Samenvatting

4

1

Inleiding

7

2 2.1 2.1.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.4.1 2.2.4.2 2.2.4.3

Methode Studiegebied Metingen Modelopzet Modelrooster en ligging PV-systeem Waterbalans Hoogbekken Laagbekken Randvoorwaarden Modelruns Verblijftijd Modelinstellingen Varianten Hoog- en Laagbekken

8 8 8 11 11 13 13 14 14 16 16 17 18

3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2

Resultaten Inleiding Hoogbekken Modelbeschrijving situatie zonder PV-systeem Verwachte verandering bij plaatsing PV-systeem Laagbekken Modelbeschrijving situatie zonder PV-systeem Verwachte verandering bij plaatsing PV-systeem

19 19 20 20 25 29 29 34

4

Conclusie en discussie

39

5

Referenties

42

A A.1 A.2 A.3 A.4

Randvoorwaarden Temperatuur Nutriënten Overige chemie Algen

44 44 45 46 47

B

Algenmodellering

49

C

Samenvatting uit rapportage ‘Beoordeling voor de KRW van resultaten Zon-op-Water van bekkens bij Krammersluizen’

50

6 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

1

Inleiding De opwekking van duurzame energie kan bijdragen aan het behalen van de Nederlandse klimaatdoelen. In dit kader verkent Rijkswaterstaat de mogelijkheden voor duurzame energieopwekking op het eigen areaal. Eén potentiële locatie voor drijvende zonnepanelen zijn de bekkens nabij de Krammersluizen, het Hoogbekken en het Laagbekken. Deltares is gevraagd een modelstudie uit te voeren naar de effecten van plaatsing van drijvende zonnevelden in het Hoog- en Laagbekken op de waterkwaliteit aan de hand van kwantitatieve ecologische indicatoren. Een soortgelijke modelstudie is in 2018 voor de Krammer- en Kreekraksluizen uitgevoerd (Deltares, 2018b) en in 2019 ook voor het Bathse Spuikanaal (Deltares, 2019). De studies maken gebruik van een toepassing van het model Delft3D-BLOOM (Gerritsen et al., 2008; Los, 2009). De toepassing is in het kader van het project Zon op Water (Deltares, 2018a) ontwikkeld om de effecten van drijvende Photo-Voltaïsche systemen (PVsystemen) in te kunnen schatten. Doel van deze studie is het verkennen van te verwachten effecten van een PV-systeem op de waterkwaliteit in de genoemde bekkens. Deze verkenning is uitgevoerd aan de hand van een reeks kwantitatieve Delft3D1 modelberekeningen, waarin gevarieerd is met de bedekkingsgraad en de lichtdoorlatendheid van de PV-systemen.

In dit rapport zijn de modelaanpak en modelresultaten vastgelegd, welke als input dienen voor verdere evaluatie door Rijkswaterstaat. In het rapport “Beoordeling voor de KRW van resultaten Zon-op-Water van bekkens bij Krammer- en Kreekraksluizen en Bathse Spuikanaal” (Deltares, 2020) is een doorvertaling op ecosysteemniveau gemaakt en is beoordeeld of een bepaalde PV-bedekking acceptabel is ten aanzien van de waterkwaliteit. De belangrijkste conclusies hieruit zijn opgenomen in de hoofdstuk 4. leeswijzer Hoofdstuk 2: Beschrijft het studiegebied en de opzet van het waterkwaliteitsmodel dat gebruikt is voor deze effectstudie. Hoofdstuk 3: Geeft een analyse van de verwachte effecten op de waterkwaliteit van drijvende PVsystemen in het Hoog- en Laagbekken, waarbij is er gekeken naar de gevoeligheid van het systeem voor verandering in de bedekkingsgraad en lichtdoorlatendheid van het PV-systeem. Hoofdstuk 4: Geeft conclusies van de onderzochte effecten van een PV-systeem ten opzichte van de referentiesituatie zonder aanwezigheid PV-systeem en discussie en aanbevelingen ten aanzien van (de interpretatie van) de modelresultaten.

—————————————— 1 Met het Delft3D model kan de waterbeweging in de ruimte en tijd worden gesimuleerd, waarbij waterkwaliteitsprocessen in

een waterlichaam voor verschillende dieptes kan worden berekend (Gerritsen et al., 2008; Los, 2009).

7 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

2

Methode

2.1

Studiegebied Rijkswaterstaat beheert een aantal sluizencomplexen in de Zuidwestelijke delta waaronder de Krammersluizen en de daarnaast gelegen Hoog- en Laagbekkens, zie Figuur 1. In het Laagbekken is een zwemstrand aanwezig in de zuidoosthoek. De bekkens zijn via een rioolstelsel zowel verbonden met het sluizencomplex als met het Slaak.

Figuur 1 Satellietbeeld (zonder zonnepanelen) van het studiegebied.

Om de zoutindringing vanuit de Oosterschelde naar het Volkerak-Zoommeer (VZM) te beperken, heeft Rijkswaterstaat (RWS) momenteel aanpassingen aan de constructie en bediening van de Krammersluizen in voorbereiding. De voorziene renovatie van het Krammersluizencomplex moet leiden tot het nieuwe innovatieve zoet-zout scheidingssysteem (IZZS) en brengt voor het Laagbekken een groter transport van zoet(er) water vanuit het VZM met zich mee (Deltares, 2016a). In deze studie is uitgegaan van de toekomstige situatie na de renovatie2, omdat indien er een PV-systeem zal worden geplaatst in een van de bekkens dit zal plaatsvinden in de nieuwe situatie, welke nader wordt toegelicht in paragraaf 2.2.2. 2.1.1

Metingen Parallel aan een eerdere studie voor het Hoogbekken (Deltares, 2018b) is een meetcampagne door Eurofins uitgevoerd in het Hoogbekken (Verduin et al., 2018), zie Figuur 2. Deze meetcampagne betreft een eenmalige meting en is hooguit indicatief, maar onvoldoende om een representatief beeld van het bekken uit af te kunnen leiden. Naast de chemische metingen zijn er ook macrozoöbenthosmetingen uitgevoerd door Eurofins. Voor het Hoogbekken zit er op 1 locatie vooral Japanse oesters ~9 gAFDW/monster en op een andere locatie muiltjes (3,4 gAFDW/monster). Deze slak (dus geen schelpdier) eet met name plankton. Op de derde locatie is niets noemenswaardigs waargenomen. Aannemende dat het bemonsterd oppervlak van de gebruikte ‘Van Veen happer’ 0.048 m2 is (dit staat niet duidelijk in het rapport beschreven), kom je gemiddeld genomen over de drie locaties uit op ~86 gAFDW/m2. Er zijn dus grazers aanwezig in het Hoogbekken en de grootte orde komt redelijk overeen met de waarde voor Oosterschelde (80 gAFDW/m2) zoals toegepast in het deltamodel (Meijers en Groot, 2007).

—————————————— 2 in het Hoogbekken kan een zonnepark worden gerealiseerd in 2022-2024 of na 2027 (voor of na ombouw IZZS) en in het

Laagbekken een zonnepark in 2023-2024 of na 2027 (na oeverbekleding en voor ombouw IZZS of na IZZS).

8 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Voor het Laagbekken zijn meetgegevens beschikbaar voor watertemperatuur en saliniteit. Daarnaast zijn voor het Laagbekken berekende chlorideconcentraties beschikbaar voor de toekomstige situatie na renovatie, afkomstig uit een studie waarbij het Wanda-locks3 model is toegepast (Deltares, 2016). Behalve deze metingen in de bekkens, zijn er metingen beschikbaar van nabijgelegen meetstations, het Zijpe dat in verbinding staat met de Oosterschelde en Steenbergen in het Volkerak-Zoommeer (Figuur 3). Deze zijn gebruikt om de randvoorwaarden voor het Hoog- en Laagbekken te bepalen, zie paragraaf 2.2.3.

—————————————— 3 met WANDA-locks kunnen o.a. de effecten van scheepvaart en bellenschermen buiten de sluishoofden worden

gemodelleerd alsook resulterende zoutgehalten a.g.v. zoutindringing (Deltares, 2016b).

9 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 2 Bemonsterde locaties (boven) en bijbehorende veldmetingen en chemische bepalingen (onder) in het Hoogbekken uitgevoerd in september 2018 (bron: tabel 4-2 uit het Eurofins rapport).

10 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 3 Monitoringslocaties Zijpe en Steenbergen.

2.2

Modelopzet

2.2.1

Modelrooster en ligging PV-systeem In deze studie is gebruik gemaakt van het Delft3D-BLOOM instrumentarium dat is opgezet voor Zon op Water toepassingen (Deltares, 2018a), dat in staat is om o.a. watertemperatuur, zuurstof, lichtklimaat en algenconcentraties te berekenen in een waterlichaam. Hierbij worden 9 algensoorten/groepen meegenomen (zie bijlage A.4), en binnen elke algensoort/groep wordt onderscheid gemaakt in 3 types voor het modelleren van fenotypische adaptaties (bijlage B). In Figuur 4 is het diepteprofiel voor het Hoog- en Laagbekken weergegeven. Het Laagbekken is gemiddeld dieper (tot circa NAP -8 m) dan het Hoogbekken, dat op de meeste plekken maximaal circa NAP -5.5 m diep is. Het modelrooster is bovenop het diepteprofiel weergegeven in lichtgrijze blokken. Een rekencel is 20m bij 20m, dat betekent dat als een oeverzone van 50 meter moet worden vrijgehouden er gemiddeld twee tot drie cellen onbedekt moet blijven, zie Figuur 5 en Figuur 6.

11 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 4 Het modelrooster (20x20m, grijs geblokte roosters) en diepteprofiel (RWS, 2017) van het Hoogbekken (links) en Laagbekken (rechts). De in- en uitstroompunten zijn aangegeven met een oranje pijl, ook kan er bij hoogwater instroom vanuit het Slaak het Hoogbekken instromen via de overtoppingslocatie (lichtblauwe pijlen). In de Delft3D berekeningen is modeluitvoer onder andere gepresenteerd in een lijngrafiek en een dwarsprofiel. Daarvoor is de monitoringslocatie (zwarte cirkel) gebruikt voor de lijngrafiek en de rode (horizontale) lijn voor het dwarsprofiel.

Figuur 5 Ligging PV-systeem (rood gearceerde vlak) in het Laagbekken; ~30% bedekking (links) en ~46% bedekking (rechts).

12 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 6 Ligging PV-systeem (rood gearceerde vlak) in het Hoogbekken; 38.5% bedekking (boven) en 50% bedekking (onder).

2.2.2

Waterbalans Op basis van de door RWS aangeleverde informatie in combinatie met modelgegevens uit eerdere Deltares studies (Deltares, 2016a; Deltares, 2016b) is de waterbalans voor de situatie na de renovatie opgesteld voor beide bekkens van de Krammersluizen.

2.2.2.1

Hoogbekken Het streefpeil (gemiddeld peil) van het Hoogbekken is NAP +0,75 m; rondom dit streefpeil is 10 cm getij. Er is een dagelijkse in- en uitstroom van water via het kokercomplex van en naar het Hoogbekken. Daarnaast vindt er tijdens hoogwater overtopping plaats over de kruin over een lengte van 300 m, hierdoor stijgt de waterstand (tot ±15 keer per jaar) naar NAP +1,85 m. Het water wordt vervolgens weer afgevoerd via het riool (1 koker) en hierbij wordt aangenomen dat de overtopping in een tijdsbestek van 3 uur plaatsvindt. In Figuur 7 is de (voorspelde) waterstand te zien die het overgrote deel van de tijd rond het streefpeil schommelt en incidenteel een waterstand van NAP +1,85 m bereikt.

13 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 7 (Voorspelde) waterstand in de situatie na renovatie voor het Hoogbekken (boven: jaarreeks; onder: detail begin oktober).

2.2.2.2

Laagbekken De waterbalans voor het Laagbekken is overgenomen uit de planstudie Krammersluizen berekend met het Wanda-Locks model (Deltares, 2016b). Wanda-Locks berekent (o.a.) het transport van water en zout door de Krammersluizen bij gebruik van Innovatieve Zoet-Zout Scheiding (IZZS). Inen uitgaande debieten (Figuur 8 toont de resulterende waterstand) en instromend zoutgehalte (Figuur 10) zijn overgenomen als tijdserie uit Wanda-Locks berekeningen.

Figuur 8 (Voorspelde) waterstand in de situatie na renovatie voor het Laagbekken.

2.2.3

Randvoorwaarden Meteorologie Voor de luchttemperatuur, windsnelheid en -richting, zoninstraling, bewolkingsgraad en relatieve luchtvochtigheid is gebruik gemaakt van KNMI historische uurgegevens (http://projects.knmi.nl/klimatologie/uurgegevens/selectie.cgi) voor meetstation Vlissingen (KNMI locatie 310) en het jaar 2018. Vlissingen is het dichtstbijzijnde station waarvoor alle genoemde variabelen beschikbaar zijn. Er is gekozen voor een recent jaar, 2018, dat een relatieve warme zomer kende. Waterkwaliteit Het water in het Hoogbekken wordt gevoed met water vanuit de Oosterschelde. Aangenomen wordt dat de waterkwaliteit van het instromende water gelijk is aan dat van het Zijpe. In Figuur 9 is de saliniteit van het Zijpe getoond, deze schommelt rond de 30 psu. In de toekomstige situatie met IZZS wordt een kleine verandering van de waterkwaliteit in het Slaak verwacht, doordat meer zoet water op het Slaak geloosd zal worden dan in de huidige situatie. Het effect op de waterkwaliteit wordt als dermate klein ingeschat dat het niet van invloed is op de verkennende modelstudie in dit rapport. In bijlage A zijn de meetgegevens van Zijpe voor de watertemperatuur, nutriënten, overige chemie en algen getoond.

14 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Het water in het Laagbekken wordt (in de toekomstige situatie na renovatie van de Krammersluizen) gevoed door water afkomstig uit zowel het Volkerak-Zoommeer als de Oosterschelde. De waterkwaliteit van het instromend water in het Laagbekken is in feite een menging van de waterkwaliteit zoals gemeten bij locatie Zijpe en Steenbergen. Op basis van de saliniteitsreeksen voor het Zijpe en Steenbergen (Figuur 9) en de saliniteit van het instromend debiet (Figuur 10), kan afgeleid worden welk deel van het instromend water in het Laagbekken afkomstig is vanuit de Oosterschelde (zout) en het Volkerak (zoet). Op basis van deze verdeling (per tijdstap) zijn voor het Laagbekken randvoorwaarden afgeleid.

Figuur 9 Gemeten saliniteit (maandgemiddeld) in het Zijpe (grijze lijn) en Steenbergen (oranje lijn) in 2018. Zijpe is gebruikt als randvoorwaarde voor het Hoogbekken. Voor het Laagbekken is de gedetailleerde tijdreeks weergegeven in Figuur 10 gebruikt als randvoorwaarde; deze waarden liggen tussen de meetwaarden voor Steenbergen en Zijpe in.

Figuur 10 Opgelegde saliniteit randvoorwaarde voor het Laagbekken.

Figuur 11 toont de berekende saliniteit in het Laagbekken zoals voorspeld met het Wanda-locks en Delft3D-flow model. Het instromend zoutgehalte varieert tussen de ~0 en ~20 psu, de saliniteit in het Laagbekken varieert tussen de ~7 en ~13 psu. Delft3D en Wanda-locks geven vergelijkbare resultaten, en toont aan dat de beoogde waterbalans correct is overgenomen in het Delft3D model dat voor deze studie is gebruikt.

15 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 11 Gesimuleerde saliniteit in het Laagbekken zoals berekend met Wanda-locks (blauw) en Delft3Dflow (oranje).

2.2.4

Modelruns

2.2.4.1

Verblijftijd De toekomstige waterbalans voor de bekkens Krammersluizen (paragraaf 2.2.2) resulteert in de relatief korte verblijftijden in het Laagbekken en relatief lange verblijftijden in het Hoogbekken (Tabel 1). Na ca. 3 weken is het grootste deel van het Laagbekken ververst, voor het Hoogbekken is dit na ca. 5 maanden het geval. Tabel 1 Indicatie van verblijftijd in de Krammerbekkens. % watervolume ververst na:

Laagbekken

Hoogbekken

1 week (zie Figuur 12)

~75%

~20%

2 weken

~90%

3 weken

>95%

1 maand

>98%

~55%

3 maanden

~85%

5 maanden

~95%

Figuur 12 toont welk aandeel van het water (in percentage) na 1 week ververst is vanuit het instroompunt. De overtopping in het Hoogbekken, dat een aantal keer per jaar optreedt en waarbij de waterstand van NAP +0,75 m naar NAP +1,85 m stijgt, zorgt voor ~12% verversing van het water per keer.

16 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 12 Verversingspercentage van het water na 1 week (boven=Hoogbekken; onder=Laagbekken).

2.2.4.2

Modelinstellingen Naast het opleggen van randvoorwaarden zoals beschreven in paragraaf 2.2.3 zijn er modelinstellingen voor waterkwaliteitsprocessen die van belang zijn voor de modelresultaten. De aanpak en belangrijkste instellingen worden hier kort besproken. Initiële condities Om de initiële modelcondities zo goed mogelijk te bepalen, is er gekozen om voor de referentieberekening (geen PV-systeem aanwezig) een inspeeljaar te draaien en de resulterende waterkwaliteitscondities aan het einde van de simulatie te gebruiken voor alle varianten (paragraaf 2.2.4.3). Eutrofiëringsgraad en extinctie Een onderdeel van het waterkwaliteitsmodel is hoeveel nutriënten er het systeem in komen. Dit komt enerzijds via aanvoer van buitenaf (Oosterschelde en/of Volkerak-Zoommeer), maar kan ook van interne nalevering komen zoals het geval is voor fosfaat. De fosfaatnalevering is ingeschat op basis van andere studies (Deltares, 2018a). Extinctie zorgt voor lichtuitdoving in de waterkolom en wordt bepaald door zowel de kleur van het water (met name humuszuren) en de aanwezigheid van zwevend materiaal, waaronder algen.

17 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

De achtergrondextinctie (“ExtVLBak”) voor beide bekkens is op 0,08 gezet conform de MER VZM zoet/zout (Deltares, 2006). Voor het Laagbekken is aanvullend de parameter “ExtVLSal0” (zoutafhankelijke extinctie) op 0,97 gezet, zoals gebruikt voor zoute wateren conform Noordzee en Grevelingen (Deltares, 2010, 2017). Met deze parameter wordt de zoete humus ondervangen, in de berekening zal de zoutafhankelijke extinctie waarde variëren tussen 0 (volledig zoute condities) en waarde 0,97 (volledig zoete condities). Bijbehorende formulering is: Extinctie = ExtVLBak + ExtVLSal0 * ‘factor zoet/zout’ + extinctie a.g.v. dynamische processen (algen, detritus, zwevend stof) Grazers Uit de metingen uitgevoerd door Eurofins blijkt dat er in het Hoogbekken grazers aanwezig zijn. Omdat grazers van invloed zijn op de algenconcentraties is graas onderdeel van het Delft3DBLOOM model. Dit wordt impliciet meegenomen in de “mortality rate” van algen (hoe snel sterven algen af). Zoutafhankelijke sterfte Voor het Laagbekken is aanvullend een zoutafhankelijke sterfte toegevoegd omdat de zoutconcentraties hier sterk variëren over de tijd, en om er voor te zorgen dat zoute algen afsterven in zoet water als gevolg van “zoutstress” en vice versa voor zoete algen. 2.2.4.3

Varianten Hoog- en Laagbekken Het model Delft3D is gedraaid voor een aantal varianten (zie Tabel 2). Voor beide bekkens is de referentiesituatie (huidig zonder aanwezigheid PV-systeem) doorgerekend evenals de situatie met aanwezigheid van een zonnepark voor verschillende bedekkingsgraden en lichtdoorlatendheden. De lichtdoorlatendheid wordt gerealiseerd door ruimte tussen de panelen, waardoor licht het oppervlaktewater kan bereiken. Uit andere onderzoeken in het kader van de verkenning blijkt de wenselijkheid om een oeverstrook van 50 meter vrij te houden en ook geen PV-systeem te plaatsen nabij de in- en uitstroompunten vanwege veiligheidsoverwegingen. Daarnaast is er voor het Hoogbekken gekozen om de westelijke hoek vrij te houden, omdat dit als een potentiele landingsplaats voor vogels kan dienen gelegen nabij de Oosterschelde. Voor het Hoogbekken is gerekend met een bedekkingsgraad van 38,5% in combinatie met een lichtdoorlatendheid van 15% (variant 1) en een grotere bedekkingsgraad van 50% in combinatie met een lichtdoorlatendheid van 15% (variant 3) of 25% (variant 2). In variant 3 is de bedekking met zonnepanelen het grootst (groot oppervlak en een geringe lichtdoorlatendheid).

Voor het Laagbekken is gerekend met een bedekkingsgraad van 30% in combinatie met een lichtdoorlatendheid van 15% (variant 1) en met een bedekkingsgraad van 46% in combinatie met een lichtdoorlatendheid van 25% (variant 2) en 15% (variant 3). In variant 1 wordt de huidige zwemlocatie vrijgehouden en de zone rondom het in- en uitstroompunt vanwege veiligheidsoverwegingen. In variant 2 wordt alleen de zone rondom het in- en uitstroompunt vrijgehouden. Tabel 2 Uitgevoerde modelberekeningen voor de Krammerbekkens. Model

18 van 51

Variant

Bedekkingsgraad [%]

Bedekt oppervlak [Ha]

Lichtdoorlatendheid [%]

Hoogbekken

0

geen PV aanwezig

0

n.v.t.

Hoogbekken

1

38.5

16.3

15

Hoogbekken

2

50.0

21.2

25

Hoogbekken

3

50.0

21.2

15

Laagbekken

0

geen PV aanwezig

0

n.v.t.

Laagbekken

1

29.8

13.9

15

Laagbekken

2

45.6

21.3

25

Laagbekken

3

45.6

21.3

15

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

3

Resultaten

3.1

Inleiding In dit hoofdstuk is beschreven wat de verwachte effecten zijn van een PV-systeem op de waterkwaliteit. Deze effecten worden beschreven aan de hand van indicatoren die opgedeeld kunnen worden in lichtregime (en gerelateerde waterplantenbedekking), watertemperatuurregime, zuurstofregime (zuurstofgehalte en zuurstofloosheid) en algenconcentraties (Tabel 3). Hierbij is gekeken naar verschillende dieptes, bepaalde periodes in het jaar (bijv. het zomerhalfjaar), en onder of buiten het PV-systeem of naar het gehele waterlichaam. Tabel 3 Overzicht van de berekende (waterkwaliteits)indicatoren (Deltares, 2018a) [1voor het Laagbekken en Hoogbekken zijn er respectievelijk 8 en 9 waterlagen elk 1m dik, waarbij van bovenaf bezien laag1 = oppervlaktelaag, laag4/5 = middelste laag, en alle rekencellen die een bodem bevatten vormen samen de bodemlaag; 2de onderste 4 waterlagen. 3er is gerekend met een zuurstofconcentratie van 6, 5, of 3 mg/l als grens waaronder zuurstofloosheid wordt verondersteld; 4intensiteit = fractie areaal bodem * gemiddelde duur (in fractie tijd v/d zomerperiode) waarover zuurstofloosheid optreedt].

19 van 51

Indicator

Omschrijving

waterplanten, bodemopp.

Fractie oppervlakte bodem geschikt voor waterplanten [-]

lichtintensiteit gem.

Gemiddelde lichtintensiteit onder het PV-systeem [W/m2]

watertemperatuur gem., opp.

Gemiddelde watertemperatuur in zomerhalfjaar (apr-sep) (oppervlaktelaag1) [°C]

watertemperatuur gem., midden

Gemiddelde watertemperatuur in zomerhalfjaar (apr-sep) (middelste laag1) [°C]

watertemperatuur gem., bodem

Gemiddelde watertemperatuur in zomerhalfjaar (apr-sep) (bodemlaag1) [°C]

watertemperatuur max.

Maximum watertemperatuur in zomerhalfjaar (apr-sep) (oppervlaktelaag) [°C]

zuurstofgehalte gem., opp.

Gemiddelde zuurstofgehalte in het water op verschillende dieptes (oppervlaktelaag) [mg/l]

zuurstofgehalte gem., midden

Gemiddelde zuurstofgehalte in het water op verschillende dieptes (middelste laag) [mg/l]

zuurstofgehalte gem., bodem

Gemiddelde zuurstofgehalte in het water op verschillende dieptes (bodemlaag) [mg/l]

zuurstof < X mg/l, areaal

Fractie areaal bodem in onderste waterlagen2 waarover zuurstofloosheid3 optreedt [-]

zuurstof < X mg/l, intensiteit

Intensiteit4 in de onderste waterlagen2 waarover zuurstofloosheid3 optreedt [-]

chlorofyl-a, opp.laag, totaal

Chlorofyl-a concentratie in zomerhalfjaar, oppervlaktelaag, totaal [ug/l]

chlorofyl-a, opp.laag, buiten PV

Chlorofyl-a concentratie in zomerhalfjaar, oppervlaktelaag, buiten PV [ug/l]

chlorofyl-a, opp.laag, onder PV

Chlorofyl-a concentratie in zomerhalfjaar, oppervlaktelaag, onder PV [ug/l]

primaire productie, opp.laag, totaal

Primaire productie in zomerhalfjaar, oppervlaktelaag, totaal [gC/m2/d]

primaire productie, opp.laag, buiten PV

Primaire productie in zomerhalfjaar, oppervlaktelaag, buiten PV [gC/m2/d]

primaire productie, opp.laag, onder PV

Primaire productie in zomerhalfjaar, oppervlaktelaag, onder PV [gC/m2/d]

chlorofyl-a, totaal

Chlorofyl-a concentratie in hele waterkolom jaargemiddeld, totaal [ug/l]

chlorofyl-a, buiten PV

Chlorofyl-a concentratie in hele waterkolom jaargemiddeld, buiten PV [ug/l]

chlorofyl-a, onder PV

Chlorofyl-a concentratie in hele waterkolom jaargemiddeld, onder PV [ug/l]

primaire productie, totaal

Primaire productie in hele waterkolom jaargemiddeld, totaal [gC/m2/d]

primaire productie, buiten PV

Primaire productie in hele waterkolom jaargemiddeld, buiten PV [gC/m2/d]

primaire productie, onder PV

Primaire productie in hele waterkolom jaargemiddeld, onder PV [gC/m2/d]

fytoplankton biomassa, totaal

Fytoplankton biomassa in hele waterkolom jaargemiddeld, totaal [mgC/l]

fytoplankton biomassa, buiten PV

Fytoplankton biomassa in hele waterkolom jaargemiddeld, buiten PV [mgC/l]

fytoplankton biomassa, onder PV

Fytoplankton biomassa in hele waterkolom jaargemiddeld, onder PV [mgC/l]

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

3.2

Hoogbekken

3.2.1

Modelbeschrijving situatie zonder PV-systeem De lijngrafieken en dwarsprofielen in dit hoofdstuk geven de resultaten weer voor de locaties zoals getoond in Figuur 4 (zie paragraaf 2.2.1). Lichtregime Figuur 13 toont de uitdoving van het inkomende licht aan het oppervlak voor het ‘observatiepunt’ in het midden van het bekken. Als gevolg van toenemende biomassa in het zomerhalfjaar is de extinctie hoger in de zomermaanden (Figuur 14) en daalt de hoeveelheid licht die de bodem kan bereiken. De piek in week 10 is het gevolg van een ‘dip’ in fytoplankton biomassa en afname in Phaeocystis (Figuur 25), volgend op een lagere primaire productie (Figuur 18) wat veroorzaakt wordt door een lage watertemperatuur (< 2°C) waaronder de primaire productie in het model stopt.

Figuur 13 Relatieve lichtintensiteit (% van het invallend licht aan het oppervlak) voor het Hoogbekken door het jaar heen (x-as tijd in week nummers). Lijnen tonen de lichtintensiteit voor de verschillende dieptes (genummerd 0 t/m 8; 0 is oppervlaktelaag, 7 is bodemlaag, laag 8 is niet aanwezig in het gekozen observatiepunt in het midden van het bekken).

Figuur 14 Maandelijkse weergave van een dwarsdoorsnede van het Hoogbekken voor de referentiesituatie. De dwarsdoorsnede (x-as: van west naar oost, y-as: diepte) toont de extinctie coëfficiënt [1/m] die groter is naarmate er meer zwevend materiaal voor lichtuitdoving zorgt.

20 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Watertemperatuur De berekende watertemperatuur in het Hoogbekken toont een natuurlijk verloop, met geen noemenswaardige verschillen in temperatuur tussen de bovenste en onderste lagen (Figuur 15).

Figuur 15 Een natuurlijk verloop van de watertemperatuur in het Hoogbekken door het jaar heen (kleurschaal in graden Celsius). Dwarsdoorsnede (x-as: van west naar oost, y-as: diepte) van het bekken weergegeven per maand.

Nutriënten In Figuur 16 worden de gesimuleerde fosfaat-, nitraat-, totaal fosfaat- en totaal stikstofconcentraties getoond door het jaar heen voor verschillende dieptes. Wat opvalt is de piek in week 10 (door de eerder beschreven ‘dip’ in primaire productie worden er veel minder nutriënten geconsumeerd, terwijl er wel aanvoer is vanuit de instroomlocatie) en dat de hoogste fosfaatconcentraties in de zomermaanden voorkomen door nalevering vanuit de bodem en dat nitraat vrijwel het gehele jaar laag is als gevolg van consumptie door algen.

21 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 16 Nutriëntconcentraties voor het Hoogbekken door het jaar heen (x-as tijd in week nummers). Lijnen tonen de concentraties (in mgP/l of mgN/l; linksboven=fosfaat, linksonder=totaal fosfaat, rechtsboven=nitraat, rechtsonder=totaal stikstof) voor de verschillende dieptes (genummerd 0 t/m 8; 0 is oppervlaktelaag, 7 is bodemlaag, laag 8 is niet aanwezig in het gekozen observatiepunt in het midden van het bekken).

Limitatie voor algengroei Zoals uit Figuur 17 af te lezen is, zijn er door het jaar heen verschillende limiterende factoren voor de groei van algen. In het model is per tijdstap (dag) de waarde 0 of 1 berekend voor elke limiterende factor (o.a. licht, fosfor, stikstof), maar bij middeling over de hele maand, zoals getoond in Figuur 17, wordt dit omgerekend naar een percentage van de tijd waarvoor betreffende factor limiterend is. In het begin van het jaar is fosfaat de limiterende factor en in mindere mate stikstof. In maart zijn er voldoende nutriënten aanwezig, maar is er nog onvoldoende licht, en is dit de beperkende factor voor algengroei. In het voorjaar is fosfaat de grootste limiterende factor, gevolgd door stikstof later in het voorjaar en de rest van het jaar. Licht is in de zomerperiode alleen limiterend in de onderste waterlagen. De algengroei wordt dus grotendeels gestuurd door de aanwezigheid van stikstof en fosfaat in het systeem.

22 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 17 Maandelijkse weergave van een dwarsdoorsnede van het Hoogbekken voor de referentiesituatie. De dwarsdoorsnede (x-as: van west naar oost, y-as: diepte) toont de limiterende factor (fosfor-limitatie (linksboven), stikstof-limitatie (rechtsboven), licht-limitatie (onder)) voor algengroei. De schaal loopt van 0 (blauw, geen limitatie) tot 1 (roodbruin, volledige limitatie).

Primaire productie, chlorofyl-a en algenbiomassa De primaire productie, chlorofyl-a en algenbiomassa tonen allen een piek in het zomerhalfjaar (Figuur 18). De chlorofyl-a concentraties zijn normaal voor een zoutwater systeem. De algensoortensamenstelling (Figuur 25) toont ook een plausibel verloop door het jaar heen. Er is een dip in fytoplanktonbiomassa zichtbaar in maart. In deze periode neemt zwevend stof, die wordt aangevoerd vanuit het Zijpe (Figuur 45), sterk toe. Door de toename in zwevend stof treedt er lichtlimitatie op en neemt de groei van de algen af.

23 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 18 Fytoplankton biomassa (in mgC/l; linksboven), Chlorofyl-a concentratie (in ug/l; rechtsboven) en Primaire productie (in mgC/l/dag; linksonder) in het Hoogbekken door het jaar heen (x-as tijd in week nummers). Lijnen tonen de verschillende dieptes (genummerd 0 t/m 8; 0 is oppervlaktelaag, 7 is bodemlaag, laag 8 is niet aanwezig in het gekozen observatiepunt in het midden van het bekken). De gesimuleerde verandering in primaire productie is gelijk voor alle waterlagen, hierdoor vallen de lijnen over elkaar en is er maar 1 lijn zichtbaar.

Zuurstofregime De zuurstofconcentraties tonen volgens de modelberekeningen (Figuur 19) een duidelijk jaarlijkse trend met hogere concentraties in de wintermaanden (~13 mg/l) en de laagste concentraties in de zomerperiode (gemiddeld ~8mg/l). In de onderste waterlagen kan de zuurstofconcentratie dalen tot onder de 6 mg/l, maar dit treedt maar kort op in de diepste delen van het bekken.

Figuur 19 Maandelijkse weergave van een dwarsdoorsnede van het Hoogbekken voor de referentiesituatie. De dwarsdoorsnede (x-as: van west naar oost, y-as: diepte) toont de zuurstofconcentratie [mg/l].

Een vergelijking tussen de metingen uitgevoerd door Eurofins (Figuur 2) en de opgelegde randvoorwaarden (bijlage A), ook al betreft het een momentopname, toont goede overeenkomsten. Dit suggereert dat de randen (instroom van buitenaf) een grote invloed hebben op de waterkwaliteit in het Hoogbekken. De metingen vallen binnen de range van uitkomsten die zijn gesimuleerd voor de referentiesituatie zonder PV-systeem.

24 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

3.2.2

Verwachte verandering bij plaatsing PV-systeem In dit hoofdstuk worden de verwachte veranderingen bij plaatsing van een PV-systeem beschreven. Overzicht Tabel 4 toont een overzicht van de berekende effecten van de plaatsing van een PV-systeem in een deel van het Hoogbekken (zie Figuur 6) ten opzichte van de referentiesituatie (zonder aanwezigheid van een PV-systeem). Bij de berekende effecten is gekeken naar de invloed op het gehele waterlichaam (of alleen onder of buiten het PV-systeem), bepaalde lagen (opp. laag of bodem), en bepaalde periodes in het jaar (bijv. het zomerhalfjaar), zie hiervoor Tabel 3. De verandering van de verschillende waterkwaliteitsindicatoren is weergegeven als percentage (toename > 1%: groene driehoek; afname < -1%: rode driehoek, ongeveer gelijk: gele balk). Tabel 4 Verwacht effect bij plaatsing PV-systeem in het Hoogbekken voor verschillende PV-configuraties (PVbedekking van 38% (PV38), of 50% (PV50) met een lichtdoorlatendheid van 15% (LDH15) of 25% (LDH25). Waarden van de indicatoren ten opzichte van de referentiesituatie. Voor de zuurstofloosheidsindicatoren zijn de %-afwijkingen (kolommen ∆(%)) weggelaten, omdat de dit een vertekend beeld kan geven: absolute afwijkingen t.o.v. PV0 (eenheid is fractie) zijn verwaarloosbaar, maar vanwege de kleine getallen kan dit toch hoge verschilpercentages opleveren.

25 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Als gevolg van de plaatsing van een drijvende zonnepanelen zijn, op basis van de modelberekeningen, de volgende trends zichtbaar: • de geschiktheid voor waterplanten neemt af met >25%; let op, hier is gekeken naar geschiktheid en niet naar de echte aanwezigheid van waterplanten in het bekken zelf. • de zuurstofconcentratie neemt in de meeste varianten iets toe; • er is geen indicatie voor een (significante) toename (tijdsduur en areaal) van zuurstofconcentraties minder dan 6mg/l; • de algenbiomassa neemt licht af; • de chlorofyl-a concentraties nemen licht toe; • de primaire productie neemt gemiddeld genomen af, maar neemt toe in het onbedekte deel van het bekken. De reden dat de chlorofyl-a concentraties toenemen terwijl de fytoplankton biomassa afneemt is te verklaren door een berekende fysiologische respons van de alg op lichtlimitatie. In een situatie waarin zonnepanelen een deel van het bekken bedekken is er iets meer lichtlimitatie en iets minder nutriëntlimitatie. Licht gelimiteerde algen hebben meer chlorofyl per gram C. Dus terwijl de biomassa iets afneemt, is cumulatief de chlorofylconcentratie iets hoger. Het verschil is echter beperkt. Lichtregime Bij een toenemende PV-bedekking neemt de lichtintensiteit onder water af en neemt het aandeel bodem dat geschikt is voor waterplanten af (Figuur 20).

In Figuur 20 is de geschiktheid weergegeven, hierbij wordt geen rekening gehouden met de situatie in het veld. Omdat er geen planten zijn aangetroffen in de diepere delen van het Hoogbekken zullen de zonnepanelen daar geen direct effect hebben op de aanwezigheid van waterplanten. De verschillen in lichtdoorlatendheid op de lichtintensiteit vertalen zich niet naar een verschil in geschiktheid voor waterplanten, omdat het PV-systeem boven het diepste deel van het bekken is geplaatst (waar geen waterplanten voorkomen) in de doorgerekende varianten.

Figuur 20 Verwacht effect van plaatsing PV-systeem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 38 of 50%; lichtdoorlatendheid: oranje=15%, rood=25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘Gemiddelde lichtintensiteit onder het PV-systeem’ (links) en ‘Fractie oppervlakte bodem geschikt voor waterplanten’ (rechts).

Watertemperatuur De modelberekeningen tonen een zeer gering, maar niet significant, verschil in watertemperatuur bij een toenemende PV-bedekking (Figuur 21).

26 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 21 Verwacht effect van plaatsing PV-systeem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 38 of 50%; lichtdoorlatendheid: oranje=15%, rood=25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘watertemperatuur gemiddeld, middelste waterlaag’.

Productiviteit De primaire productie neemt licht af bij een PV-bedekking, en wordt gedeeltelijk gecompenseerd als de lichtdoorlatendheid van het PV-systeem wordt verhoogd (Figuur 22). Voor fytoplankton zien we een zelfde trend, maar de chlorofyl-a concentraties nemen juist toe met een hogere PVbedekking, als gevolg van een verschuiving van binnen de algensoort, naar e-typen (zie bijlage B) die minder licht nodig hebben (Figuur 23).

Figuur 22 Verwacht effect van plaatsing PVsysteem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 38 of 50%; lichtdoorlatendheid: oranje=15%, rood=25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘Primaire productie in hele waterkolom jaargemiddeld’.

Figuur 23 Verwacht effect van plaatsing PV-systeem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 38 of 50%; lichtdoorlatendheid: oranje: 15%, rood: 25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘Fytoplankton biomassa in hele waterkolom jaargemiddeld’ (links) en ‘Chlorofyl-a concentratie in hele waterkolom jaargemiddeld’ (rechts).

Zuurstofregime De zuurstofconcentraties nemen licht toe met toenemende PV-bedekking, maar de verschillen zijn zeer gering. De modelsimulaties voorspellen een grotere kans op zuurstofconcentraties kleiner dan 6 mg/l, maar de kans blijft ook met een PV-bedekking zeer gering (Figuur 24).

27 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 24 Verwacht effect van plaatsing PV-systeem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 38 of 50%; lichtdoorlatendheid: oranje=15%, rood=25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘zuurstofgehalte gemiddeld in het water direct boven de bodem (die door de vorm van het bekken niet overal op dezelfde diepte ligt) in de zomerperiode’ (links) en ‘Intensiteit (fractie areaal x fractie tijdsduur) in de onderste waterlagen waarover zuurstofloosheid ( >6 mg/l) optreedt’ (rechts).

Algensoortensamenstelling De modelresultaten van het Hoogbekken laten zien dat het gehele jaar algen groeien (Figuur 25). In het voorjaar betreffen het vooral mariene flagellaten (MFLAGELA) en in de zomer dinoflagellaten (DINOFLAG). Na bedekking met zonnepanelen nemen de concentraties over het algemeen af, behalve voor mariene flagellaten die bij 50% bedekking met zonnepanelen hogere concentraties tonen in de winter. De soortensamenstelling in de zomer blijft gelijk, in de rest van het jaar vinden wel kleine veranderingen plaats. De meest significante verandering is het verdwijnen van de Phaeocystis (PHAEOCYS) bloei in de maanden november/december en het plaats maken voor mariene flagellaten.

Figuur 25 De algensoorten samenstelling voor het Hoogbekken bij verschillende PV bedekkingen (pv#) en lichtdoorlatendheid (ldh#).

28 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Het Hoogbekken toont een standaard seizoenspatroon uitgerekt over het hele jaar, met de aanwezigheid van diatomeeën en Phaeocystis in de winter. Doordat het Hoogbekken relatief ondiep is, treedt relatief weinig tot geen lichtlimitatie op, zelfs niet in de winter. Dit verklaart waarom er weinig impact is van de zonnepanelen. De verschuiving (in de winter bij PV-bedekking) van diatomeeën naar meer Phaeocystis en/of mariene flagellaten is niet wenselijk, omdat diatomeeën kwalitatief beter voedsel zijn voor de hogere trofische niveaus in het voedselweb.

3.3

Laagbekken

3.3.1

Modelbeschrijving situatie zonder PV-systeem De lijngrafieken en dwarsprofielen in dit hoofdstuk geven de resultaten weer voor de locaties zoals getoond in Figuur 4 (zie paragraaf 2.2.1.). Lichtregime Figuur 26 toont de uitdoving van het inkomende licht aan het oppervlak voor het ‘observatiepunt’ in het midden van het bekken. In Figuur 27 is te zien dat de extinctiecoëfficiënt een waarde van 2 bereikt in de zomer. Daarmee is het Laagbekken ‘troebeler’ dan het Hoogbekken wat zorgt voor meer uitdoving van licht in de waterkolom. Omdat de algenbiomassa gedurende de zomermaanden in de toplagen iets hoger is dan in de diepere lagen is de extinctie ook hoger in de oppervlaktelaag.

Figuur 26 Relatieve lichtintensiteit (% van het invallend licht aan het oppervlak) voor het Laagbekken door het jaar heen (x-as tijd in week nummers). Lijnen tonen de lichtintensiteit voor de verschillende dieptes (genummerd 0 t/m 7; 0 is oppervlaktelaag, 6 is bodemlaag, laag 7 is niet aanwezig in het gekozen observatiepunt in het midden van het bekken).

29 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 27 Maandelijkse weergave van een dwarsdoorsnede van het Laagbekken voor de referentiesituatie. De dwarsdoorsnede (x-as: van noordwest naar zuidoost, y-as: diepte) toont de extinctie coëfficiënt [1/m] die groter is naarmate er meer zwevend materiaal voor lichtuitdoving zorgt.

Watertemperatuur De berekende watertemperatuur in het Laagbekken toont een natuurlijk verloop, met geen noemenswaardige verschillen in temperatuur tussen de bovenste en onderste lagen (Figuur 28). Er is geen indicatie dat er stratificatie kan optreden (het Laagbekken tot circa NAP -8 m diep, het Hoogbekken is op de meeste plekken maximaal NAP -5.5 m diep), als gevolg van de korte verblijftijd en het regelmatig doorspoelen is dat ook niet te verwachten.

Figuur 28 Een natuurlijk verloop van de watertemperatuur in het Laagbekken door het jaar heen (kleurschaal in graden Celsius). Dwarsdoorsnede (x-as: van west naar oost, y-as: diepte) van het bekken weergegeven per maand.

Nutriënten De gesimuleerde totaal fosfor en totaal stikstof tonen grote gelijkenis met wat er als randvoorwaarde op het instroompunt is opgelegd (zie bijlage A.2). Dit is het gevolg van de korte verblijftijd van enkele weken. Zoals te zien in Figuur 29 bestaat totaal fosfor in de wintermaanden grotendeels uit fosfaat; hetzelfde geldt voor totaal stikstof en nitraat.

30 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 29 Nutriëntconcentraties voor het Laagbekken door het jaar heen (x-as tijd in week nummers). Lijnen tonen de concentraties (in mgP/l of mgN/l; linksboven=fosfaat, linksonder=totaal fosfor, rechtsboven=nitraat, rechtsonder=totaal stikstof) voor de verschillende dieptes (genummerd 0 t/m 7; 0 is oppervlaktelaag, 6 is bodemlaag, laag 7 is niet aanwezig in het gekozen observatiepunt in het midden van het bekken).

Limitatie voor algengroei We zien in Figuur 30 dat er gedurende het gehele jaar in meer of mindere mate lichtlimitatie op kan treden, met name in de diepere waterlagen. Daarnaast zien we in het voorjaar en een groot deel van de zomer een duidelijk limitatie van algen als gevolg van een tekort aan fosfaat. In het najaar vindt er ook in de oppervlakte lagen een tijdelijke limitatie van stikstof plaats. De lage fosfaat- en nitraatconcentraties voor genoemde periodes zien we ook terug in Figuur 29. De modelberekeningen suggereren dat fosfaat dus de voornaamste limiterende factor is. Daarnaast speelt lichtlimitatie een beperkte rol, met name in de diepere delen van het bekken.

31 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 30 Maandelijkse weergave van een dwarsdoorsnede van het Laagbekken voor de referentiesituatie. De dwarsdoorsnede (x-as: van noordwest naar zuidoost, y-as: diepte) toont de limiterende factor (fosforlimitatie (linksboven), stikstof-limitatie (rechtsboven), licht-limitatie (onder)) voor algengroei. De schaal loopt van 0 (geen limitatie) tot 1 (volledige limitatie).

Primaire productie, chlorofyl-a en algenbiomassa Er is een duidelijke seizoenstrend zichtbaar, de primaire productie vindt vrijwel alleen plaats in de zomermaanden en fytoplankton biomassa is voornamelijk in deze maanden aanwezig in het bekken (Figuur 31). De totale biomassa is hoger aan de oppervlakte dan in de diepere waterlagen als gevolg van lichtbeschikbaarheid. De chlorofyl-a concentratie volgt dezelfde trend, maar onderscheidt zich in het feit dat de concentratie in het voorjaar beduidend lager ligt dan in het najaar. Dit komt door de veranderende algensoortensamenstelling die verandert van dominantie door flagellaten naar een mix van flagellaten, diatomeeën en Nodularia (zie Figuur 38).

32 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Figuur 31 Chlorofyl-a concentratie (in ug/l; linksboven), Fytoplankton biomassa (in mgC/l; rechtsboven) en Primaire productie (in mgC/l/dag; linksonder) in het Laagbekken door het jaar heen (x-as tijd in week nummers). Lijnen tonen de verschillende dieptes (genummerd 0 t/m 7; 0 is oppervlaktelaag, 6 is bodemlaag, laag 7 is niet aanwezig in het gekozen observatiepunt in het midden van het bekken). De gesimuleerde verandering in primaire productie is gelijk voor alle waterlagen, hierdoor vallen de lijnen over elkaar en is er maar 1 lijn zichtbaar.

Zuurstofregime De zuurstofconcentraties variëren van tussen de ~6 en ~13 mg/l (Figuur 32) en volgen daarmee grofweg de seizoenstrend van het instromend water (Figuur 44). Het instromend water is gezien de hoge verversingsgraad (zie paragraaf 2.2.4.1) een dominante factor voor de zuurstofconcentraties in het bekken. In de onderste waterlagen komen in de zomermaanden lage concentraties voor, terwijl de concentraties aan de oppervlakte aanzienlijk hoger liggen. Dit wordt veroorzaakt door de hogere primaire productie in de bovenste lagen en daarmee ook een grotere zuurstofproductie, in combinatie met een zuurstofvraag aan de bodem als gevolg van afstervend organisch materiaal.

Figuur 32 Maandelijkse weergave van een dwarsdoorsnede van het Laagbekken voor de referentiesituatie. De dwarsdoorsnede (x-as: van noordwest naar zuidoost, y-as: diepte) toont de zuurstofconcentratie [mg/l].

Een vergelijking met metingen is voor het Laagbekken niet mogelijk omdat de toekomstige situatie (een brakwater systeem) erg verschilt van de huidige situatie (zoute condities).

33 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

3.3.2

Verwachte verandering bij plaatsing PV-systeem In dit hoofdstuk worden de verwachte veranderingen bij plaatsing van een PV-systeem beschreven. Overzicht Tabel 5 toont een overzicht van de berekende effecten van de plaatsing van een PV-systeem in een deel van het Laagbekken (zie Figuur 5) ten opzichte van de referentiesituatie (zonder aanwezigheid van een PV-systeem). Bij de berekende effecten is gekeken naar de invloed op het gehele waterlichaam (of alleen onder of buiten het PV-systeem), bepaalde lagen (opp. laag of bodem), en bepaalde periodes in het jaar (bijv. het zomerhalfjaar), zie hiervoor Tabel 3. De verandering van de verschillende waterkwaliteitsindicatoren is weergegeven als percentage (toename: groene driehoek; afname: rode driehoek; Let op: soms is het percentage groot, maar is het absolute verschil (bij lage concentraties) zeer beperkt). Het model geeft een verwachte richting aan (toename, afname of gelijkblijvend), maar bij kleine absolute verschillen zal de modelonzekerheid groter zijn dan het gesimuleerde verschil). Tabel 5 Verwacht effect bij plaatsing PV-systeem in het Laagbekken voor verschillende PV-configuraties (PVbedekking van 30% (PV30), of 46% (PV46) met een lichtdoorlatendheid van 15% (LDH15). Waarden van de indicatoren ten opzichte van de referentiesituatie.

Voor de zuurstofloosheidsindicatoren zijn de %-afwijkingen (kolommen ∆(%)) weggelaten, omdat de dit een vertekend beeld kan geven: absolute afwijkingen t.o.v. PV0 (eenheid is fractie) zijn verwaarloosbaar, maar vanwege de kleine getallen kan dit toch hoge verschilpercentages opleveren.

34 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Als gevolg van de plaatsing van een drijvende zonnepanelen zijn, op basis van de modelberekeningen, de volgende trends zichtbaar: • de geschiktheid voor waterplanten neemt af met >14%; let op, hier is gekeken naar geschiktheid en niet naar de echte aanwezigheid van waterplanten in het bekken zelf. • de zuurstofconcentratie neemt in de meeste varianten iets af, al zijn het geringe verschillen; • er is geen indicatie dat de kans op perioden met zuurstofconcentraties < 6mg/l significant toeof afnemen; • de algenbiomassa neemt af, in toenemende mate met een hogere PV-bedekkingsgraad; • de chlorofyl-a concentraties nemen in gelijke mate af; • de primaire productie neemt sterk af onder het met PV-systemen bedekte deel; gemiddeld genomen neemt de primaire productie af, maar deze neemt toe in het onbedekte deel van het bekken. Lichtregime Bij de aanwezigheid van een PV-systeem neemt de lichtintensiteit onder water af. Er is nauwelijks verschil tussen de mate van bedekking, een hogere PV-bedekking wordt gecompenseerd door een afname in algenbiomassa waardoor de lichtuitdoving nagenoeg vergelijkbaar is. Ook het aandeel bodem dat geschikt is voor waterplanten neemt af met toenemende PV-bedekking (Figuur 33).

Als we voor de berekeningen met een PV-bedekking van 46% de twee varianten voor lichtdoorlatendheid met elkaar vergelijken is het effect op de (potentie aanwezigheid van) waterplanten verwaarloosbaar. De 10% extra licht is dus nog onvoldoende om de hoeveelheid licht op de bodem onder het PV boven de 4% te doen uitkomen.

Figuur 33 Verwacht effect van plaatsing PV-systeem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 30 of 46%; lichtdoorlatendheid: oranje=15%, rood=25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘Gemiddelde lichtintensiteit onder het PV-systeem’ (links) en ‘Fractie oppervlakte bodem geschikt voor waterplanten’ (rechts).

Watertemperatuur De modelberekeningen tonen een zeer gering, maar op het oog niet significante, afname van de watertemperatuur bij een toenemende PV-bedekking (Figuur 34).

Figuur 34 Verwacht effect van plaatsing PV-systeem (x-as: PV bedekkingspercentage 0, 30 of 46%; lichtdoorlatendheid: oranje=15%, rood=25%) ten opzichte van de referentiesituatie (groen) voor indicator ‘watertemperatuur gemiddeld, middelste waterlaag’.

35 van 51

Haalbare bedekking zonnepanelen vanuit perspectief waterkwaliteit voor Bekkens Krammersluizen 11205558-002-ZWS-0007, Versie 1.0, 24 november 2020

Productiviteit De primaire productie neemt duidelijk af bij een toenemende PV-bedekking, als gevolg van een lagere lichtbeschikbaarheid onder de zonnepanelen (Figuur 35). Voor fytoplankton en chlorofyl-a concentraties zien we een zelfde afnemende trend (Figuur 36). Als we voor de berekeningen met een PV-bedekking van 46% de twee varianten voor lichtdoorlatendheid met elkaar vergelijken neemt de primaire productie, fytoplankton biomassa en chlf-a concentratie iets toe en daarmee vrijwel gelijk aan de variant met een PV-bedekking van 30% en een lichtdoorlatendheid van 15%. De hogere lichtdoorlatendheid (+10%) compenseert dus voor een groot deel de hogere bedekkingsgraad (+16%).