Hydrodynamic and water quality 3D modelling of the Nam Theun 2 Reservoir (Lao PDR): predictions and results of scenarios related to reservoir management, hydrometeorology and nutrient input

Modélisation 3D de l’hydrodynamique et de la qualité d’eau du réservoir de Nam Theun 2 : prédictions et résultats de scénarios liés à la gestion du réservoir, à l’hydrométéorologie et à l’apport de nutriments

⁽¹⁾ Électricité de France, Hydro Engineering Centre, Sustainable Development Dpt, Savoie Technolac, 73373 Le Bourget du Lac, France
vincent.chanudet@edf.fr
⁽²⁾ Deltares, Marine and Coastal Systems, PO Box 177, 2600 MH Delft, The Netherlands
⁽³⁾ Deltares, Inland Water Systems, PO Box 177, 2600 MH, Delft, The Netherlands
⁽⁴⁾ Université de Toulouse, UPS (OMP), LMTG, 14 avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse, France
⁽⁵⁾ IRD, LMTG, 14 avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse, France
⁽⁶⁾ Departamento de Geoquimica, Universidade Federal Fluminense, Niteroi-RJ, Brasil
⁽⁷⁾ Laboratoire d’Aérologie, Observatoire Midi-Pyrénées, 14 avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse, France

Abstract

A 3D water quality model has been applied to predict medium term evolution of the water quality in the Nam Theun 2 Reservoir and also to quantify the effect of various scenarios. 15-year simulations show that the oxygen concentration will continue to increase in the water column although the hypolimnion will remain anoxic in some areas of the Reservoir. In parallel, the concentration of reduced compounds will decrease with time. The significance of the hydrodynamics in water quality evolution is pointed out with two scenarios in which natural or human forcings have been modified. The comparison of simulations made for years with contrasted hydrometeorological conditions shows that and duration of major hydrometeorological related events (rainfall, flood and air temperature drop) have a major influence on the seasonal evolution of water quality in the whole Reservoir. Simulations also show that the physico-chemical quality of the water released downstream of the power house would have been different if the commissioning had been carried out immediately after the impoundment. Finally, the model has been used to quantify the impact of an increase of the NO₃^- and PO₄^3- incoming flux consecutive to potential changes in the watershed land use. The fluxes have been multiplied by a factor two separately (2 scenarios) and together. While the additional load of NO₃^- has almost no impact on physico-chemistry and phytoplankton activity, the increase of PO₄^3- leads to a larger increase of chlorophyll-a close to the Intake than close to the dam.

Résumé

Un modèle numérique 3D a été utilisé pour prédire l’évolution à moyen terme de la qualité d’eau du réservoir de Nam Theun 2 et également pour quantifier l’effet de différents scénarios. Les simulations sur 15 ans montrent que la concentration en oxygène dans la colonne d’eau continuera à augmenter bien que l’hypolimnion restera anoxique dans certaines parties du réservoir. En parallèle, la concentration des composés réduits va diminuer avec le temps. L’importance de l’hydrodynamique dans l’évolution de la qualité d’eau est mise en avant dans deux scénarios dans lesquels les forçages naturel ou anthropique ont été modifiés. La comparaison de simulations réalisées pour des années présentant des conditions hydrométéorologiques contrastées a permis de mettre en évidence que la date et la durée des événements hydrométéorologiques majeurs (précipitations, crue, chute de température) ont une influence importante sur l’évolution saisonnière de la qualité d’eau dans l’ensemble du réservoir. Les simulations montrent également que la qualité physico-chimique de l’eau restituée à l’aval de l’usine aurait été différente si la mise en service avait eu lieu immédiatement après la mise en eau. Enfin, le modèle a été utilisé pour quantifier l’impact de l’augmentation des flux entrants de NO₃^- et PO₄^3- suite à d’éventuelles modifications des usages sur le bassin versant. Alors que l’augmentation de la charge en NO₃^- n’a pratiquement aucun impact sur la physico-chimie et sur l’activité phytoplanctonique, l’augmentation du flux de PO₄^3- induit une augmentation de la chlorophylle a, hausse plus marquée à proximité de la prise d’eau que près du barrage.