Cowichan Lake Weir Lake Pumping and Coldwater Release Options nhc - - PowerPoint PPT Presentation

Cowichan Lake Weir Lake Pumping and Coldwater Release Options

Barry Chilibeck PEng

nhc

Background ¡

In ¡2006, ¡NHC ¡completed ¡a ¡ conceptual ¡or ¡feasibility-­‑ level ¡study ¡examining ¡the ¡ poten@al ¡for ¡a ¡lake ¡ pumping ¡sta@on ¡located ¡ at ¡the ¡current ¡weir. ¡ ¡ A ¡link ¡to ¡a ¡digital ¡PDF ¡copy ¡ will ¡be ¡provided ¡to ¡the ¡ Board ¡for ¡distribu@on. ¡ ¡ ¡

Feasibility ¡Design ¡Op7ons ¡ 2 ¡op@ons ¡were ¡examined ¡in ¡the ¡feasibility ¡study: ¡ ¡ Op7on ¡A ¡– ¡Lake ¡pumping ¡with ¡a ¡cold ¡water ¡ supply ¡pipeline ¡ Op7on ¡B ¡– ¡Lake ¡pumping ¡with ¡a ¡surface ¡water ¡ supply ¡ Both ¡op@ons ¡were ¡constructed ¡on ¡the ¡leL ¡bank ¡

• f ¡the ¡exis@ng ¡weir. ¡

¡

Design ¡Criteria ¡ The ¡study ¡used ¡the ¡condi@ons: ¡ ¡ § Minimum ¡lake ¡eleva@on ¡ ¡161.26 ¡m ¡ § Weir ¡crest ¡eleva@on ¡ ¡162.37 ¡m ¡ § Minimum ¡flow ¡ ¡ ¡7 ¡m3/s ¡ ¡ Designed ¡to ¡operate ¡infrequently ¡– ¡every ¡3 ¡to ¡5 ¡ years ¡con@nuously ¡for ¡up ¡to ¡100 ¡days. ¡ ¡

Design ¡Criteria ¡ § Minimize ¡civil ¡works ¡and ¡off ¡site ¡impacts ¡ § Minimize ¡poten@al ¡for ¡fish ¡entrainment ¡ impacts ¡ § Safety ¡for ¡boaters ¡and ¡recrea@onal ¡use ¡ § Flexible ¡delivery ¡of ¡flows ¡using ¡up ¡to ¡5 ¡mixer-­‑ type ¡pumps ¡ § Incorpora@on ¡of ¡a ¡2.1 ¡m ¡dia. ¡deepwater ¡ supply ¡pipeline ¡and ¡surface ¡water ¡intakes ¡ § Erosion ¡protec@on ¡installed ¡downstream ¡

Data ¡Available ¡at ¡the ¡7me… ¡ § Flow ¡and ¡water ¡level ¡data ¡ § Climate ¡data ¡ § Limited ¡bathymetric ¡data ¡ § Limited ¡limnological ¡data ¡ § Limited ¡design ¡data…. ¡ Hmmmm? ¡

Feasibility ¡Study ¡Project ¡Loca7on ¡

Op7on ¡A ¡– ¡Deepwater ¡Pipeline ¡and ¡Pump ¡

Op7on ¡A ¡– ¡Deepwater ¡Pipeline ¡and ¡Pump ¡

Op7on ¡B ¡– ¡Surface ¡Water ¡Pump ¡

Op7on ¡A ¡Costs ¡

Op7on ¡B ¡Costs ¡

Opera7onal ¡Costs ¡ § Use ¡of ¡up ¡to ¡5 ¡– ¡37 ¡kW ¡600 ¡V ¡Flygt ¡mixer ¡ pumps ¡ § $500 ¡per ¡day ¡at ¡current ¡BCH ¡rates ¡ § $7,000 ¡per ¡month ¡for ¡back-­‑up ¡diesel ¡ generators ¡ § $50,000 ¡per ¡year ¡for ¡opera@ons ¡and ¡ maintenance ¡(mobiliza@on ¡– ¡removal ¡– ¡repairs ¡ – ¡storage) ¡

Data ¡Gaps ¡Iden7fied ¡

§ Temperature ¡monitoring ¡and ¡assessment ¡of ¡the ¡ lake ¡outlet ¡and ¡upper ¡Cowichan ¡River ¡ § Addi@onal ¡bathymetric ¡surveys ¡upstream ¡and ¡ downstream ¡of ¡the ¡weir ¡ § Limnological ¡monitoring ¡and ¡depth-­‑integrated ¡ sampling ¡in ¡Cowichan ¡Lake ¡ ¡ § Assess ¡poten@al ¡fish ¡entrainment ¡and ¡mi@ga@on ¡ § Assess ¡geotechnical ¡condi@ons ¡and ¡preliminary ¡ design ¡requirements ¡

Preliminary ¡Design ¡Ques7ons ¡

§ Is ¡20 ¡m ¡depth ¡enough ¡for ¡10°C ¡water? ¡ § Value ¡engineering ¡and ¡design ¡to ¡avoid ¡a ¡large ¡ costly ¡sump? ¡ § New ¡low ¡head ¡pumping ¡technology? ¡ § Cost-­‑benefit ¡of ¡pipeline ¡length ¡rela@ve ¡to ¡depth ¡ and ¡ambient ¡hypolimne@c ¡temperature? ¡ § What ¡downstream ¡aqua@c ¡benefits ¡can ¡be ¡ realized ¡from ¡a ¡cold ¡water ¡supply ¡on ¡Cowichan ¡ Lake? ¡

Limnology ¡

Mixer ¡Pump ¡Design ¡Curves ¡

Downstream ¡ ¡Aqua7c ¡Benefits ¡-­‑ ¡Example ¡ § Effects ¡of ¡poten@al ¡climate ¡change ¡adapta@on ¡ infrastructure ¡on ¡Sproat ¡and ¡Great ¡Central ¡ Lake ¡ § Effects ¡of ¡high ¡water ¡temperatures ¡on ¡ Sockeye ¡salmon ¡migra@on ¡delay ¡and ¡mortality ¡ § Conducted ¡temperature ¡modelling ¡and ¡ conceptual ¡design ¡of ¡CCA ¡Infrastructure ¡to ¡ cool ¡lower ¡Somass, ¡Sproat ¡and ¡Stamp ¡Rivers ¡

Conceptual ¡Op7ons ¡ Need ¡to ¡supply ¡between ¡2 ¡to ¡10 ¡m3/s ¡of ¡water ¡ from ¡depth ¡out ¡of ¡Stamp ¡and ¡Sproat ¡Lakes: ¡

• 1. “Push” ¡cold ¡water ¡out ¡of ¡lake ¡with ¡dam ¡
• 2. Pump ¡cold ¡water ¡from ¡lake ¡bohom ¡
• 3. Epilimne@c ¡Curtain ¡system ¡
• 4. Hypolimne@c ¡Air-­‑LiL ¡Pump ¡
• 5. Low ¡head ¡pump ¡system ¡– ¡mixer ¡or ¡screw ¡

pump ¡

Thermal ¡Curtain ¡Op7on ¡

Thermal ¡Curtain ¡Op7on ¡

Gravity ¡Pipeline ¡Op7on ¡ § U@lize ¡exis@ng ¡dams ¡and ¡weirs ¡to ¡provide ¡ “energy” ¡to ¡drive ¡water ¡through ¡deep ¡water ¡ pipelines ¡ § Require ¡significant ¡capital ¡investment ¡ § No ¡change ¡to ¡water ¡levels ¡during ¡summer ¡ § Known ¡technology ¡and ¡materials ¡ § Need ¡enough ¡energy ¡– ¡water ¡eleva@on ¡or ¡ head ¡– ¡to ¡overcome ¡energy ¡losses ¡and ¡ velocity ¡head ¡

Temperature ¡Modelling ¡ § Using ¡2 ¡years ¡of ¡data, ¡a ¡hydraulic ¡temperature ¡ model ¡of ¡the ¡system ¡was ¡constructed ¡for ¡the ¡ en@re ¡system ¡ § The ¡model ¡uses ¡flow ¡and ¡meteorological ¡data ¡ to ¡es@mate ¡river ¡temperatures ¡at ¡ downstream ¡loca@ons ¡on ¡an ¡hourly ¡@me ¡step ¡ § Preliminary ¡Sockeye ¡migra@on ¡data ¡indicted ¡a ¡ high ¡correla@on ¡to ¡@me-­‑of-­‑day ¡and ¡water ¡ temperature ¡changes ¡

Data ¡– ¡lots ¡of ¡it! ¡

• 100

200 300 400 500 600 700 800 900 01/01/00 01/01/01 01/01/02 01/01/03 01/01/04 01/01/05 01/01/06 01/01/07 01/01/08

Flow (m3/s)

0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 Jul 28, '08 Aug 27, '08 Sep 26, '08 Oct 26, '08 Nov 25, '08 Dec 25, '08 Jan 24, '09 Feb 23, '09 Mar 25, '09

Stage (m)

• 20.00
• 10.00

0.00 10.00 20.00 30.00

Temperature (°C)

Water Level Water Temperature Air Temperature (Baro at Ash) 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 Sep 2, '08 Oct 2, '08 Nov 1, '08 Dec 1, '08 Dec 31, '08 Jan 30, '09 Mar 1, '09

Stage (m)

• 20.00
• 15.00
• 10.00
• 5.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

Temperature (°C)

Water Level Water Temperature Air Temperature (Baro at Ash)

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 14-May-08 03-Jun-08 23-Jun-08 13-Jul-08 02-Aug-08 22-Aug-08 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 SiteName GCL Dam Sum of NetCounts Date Hour

Data ¡Results ¡– ¡Temperatures ¡ § Data ¡indicates ¡that ¡air ¡temperatures ¡dictate ¡ daily ¡and ¡seasonal ¡water ¡temperatures ¡ § Water ¡temperatures ¡vary ¡greatly ¡over ¡a ¡24 ¡h ¡ period ¡ § Shallow ¡water ¡outlets ¡and ¡stra@fied ¡lake ¡ condi@ons ¡lead ¡to ¡increased ¡temperatures ¡

Temperature ¡Modelling ¡

Sproat River Water Temperatures near Stamp Hourly Values - 13AUG2008 to 21AUG2008

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 01-Aug-08 31-Aug-08 30-Sep-08 Water Temperature (

• C)

1 - Existing Conditions Observed Data (NHC)

River ¡Temperature ¡Mi7ga7on ¡

A ¡total ¡of ¡4 ¡test ¡condi@ons ¡were ¡examined ¡against ¡the ¡ base ¡case ¡model: ¡ ¡ 1. Coldwater ¡release ¡from ¡Sproat ¡Outlet ¡ 2. 5 ¡m3/s ¡coldwater ¡releases ¡from ¡GCL ¡Dam ¡ 3. 10 ¡m3/s ¡coldwater ¡releases ¡from ¡GCL ¡Dam ¡ ¡ 4. Flow ¡control ¡and ¡coldwater ¡release ¡from ¡both ¡ Sproat ¡and ¡GCL ¡(coldwater ¡only) ¡

Status ¡Quo ¡

Full ¡Implementa7on ¡of ¡CCAI ¡

Scenario ¡Results ¡– ¡HoSest ¡Day ¡

Stamp Somass System HEC-RAS Water Temperature Modelling Longitudinal Profile for 17AUG2008 17:00

10 12 14 16 18 20 22 24 26 5 10 15 20 25 30

Thousands

Temperature (oC)

1 - Existing Conditions 2 - Sproat deep water pipeline 5m³/s @ 10oC 3 - Sproat dwp + Stamp dwp 5m³/s @ 6oC 4 - Sproat dwp + Stamp dwp 10m³/s @ 6oC 5 - Sproat dwp + Stamp dwp 20m³/s @ 6oC

Sproat Ash Somass Stamp GCL

Coldwater ¡in ¡Sproat ¡Lake ¡and ¡GCL ¡

§ Cold ¡isothermal ¡water ¡ lies ¡below ¡the ¡ thermocline ¡in ¡GCL ¡and ¡ Sproat ¡Lakes ¡ § Stra@fica@on ¡occurs ¡ May ¡through ¡late ¡ October ¡every ¡year ¡

10 20 30 40 50 60 5 10 15 20 25 Va r i a b l e DO Temp ¡C

10 20 30 40 50 60 5 10 15 20 25 Variable Depth (m)

DO Temp C

Proposed ¡CWRF ¡Infrastructure ¡ Great ¡Central ¡Lake ¡CWRF: ¡ § 2 ¡-­‑ ¡1000 ¡m ¡long ¡1.6 ¡m ¡dia. ¡HPDE ¡pipelines ¡ § 30 ¡m ¡depth ¡to ¡6°C ¡lake ¡water ¡ § Use ¡exis@ng ¡dam ¡to ¡provide ¡4 ¡m ¡head ¡to ¡drive ¡ 11 ¡m3/s ¡ § Use ¡exis@ng ¡fishway ¡for ¡returning ¡adult ¡ salmon ¡at ¡weir ¡ § Class ¡D ¡costs: ¡$5.0M ¡-­‑ ¡$5.5M ¡

GCL ¡Outlet ¡Weir ¡and ¡Pipeline ¡

Install outlet at GCL dam through Bay 1 1000 m twin 1.6 m dia. HDPE pipeline to intake

Proposed ¡Pilot ¡CWRF ¡Infrastructure ¡ Sproat ¡Lake ¡CWRF: ¡ § 5 ¡m3/s ¡Hypolimne@c ¡air ¡liL ¡pump ¡ § 25 ¡m ¡depth ¡to ¡6°C ¡lake ¡water ¡ § 700 ¡m ¡floa@ng ¡pipeline ¡ § No ¡change ¡in ¡exis@ng ¡lake ¡levels ¡ § No ¡modifica@ons ¡to ¡lake ¡outlet ¡ § Class ¡D ¡costs: ¡$0.8M ¡– ¡$1.2M ¡

Sproat ¡Lake ¡Air ¡LiT ¡Pipeline ¡

2 – Air-lift pumps powered by compressed air Single 700 m floating pipeline to outlet

One of these was installed in Medical Lake, near Spokane, until it ruptured

Air ¡LiT ¡Pump ¡Technology ¡

Sproat ¡Lake ¡CWRF ¡– ¡Conceptual ¡Costs ¡

Summary ¡ § A ¡coldwater ¡release ¡facility ¡(CWRF) ¡is ¡ conceptually ¡viable ¡at ¡both ¡Sproat ¡Lake ¡and ¡ GCL ¡ § Exis@ng ¡infrastructure ¡and ¡access ¡are ¡posi@ve ¡ aspects ¡ § Detailed ¡engineering ¡and ¡analysis ¡of ¡op@ons ¡ would ¡be ¡required ¡to ¡prove ¡concept ¡to ¡ detailed ¡levels ¡

Ques7ons? ¡ Thanks ¡for ¡the ¡opportunity ¡to ¡speak ¡with ¡you ¡ this ¡morning. ¡ ¡If ¡you ¡have ¡any ¡ques@ons ¡later, ¡ please ¡feel ¡free ¡to ¡contact ¡me: ¡ ¡ Barry ¡Chilibeck ¡ Northwest ¡Hydraulic ¡Consultants ¡ (604) ¡980-­‑6011 ¡ bchilibeck@nhcweb.com ¡