Efficiency of the Nam Theun 2 hydraulic structures on water aeration and methane degassing

Efficacité des structures hydrauliques de Nam Theun 2 sur l’aération de l’eau et le dégazage du méthane

⁽¹⁾ EDF, Hydro Engineering Centre, Sustainable Development Department, Savoie-Technolac, 73373 Le Bourget-du-Lac, France
stephane.descloux@edf.fr
⁽²⁾ Nam Theun 2 Power Company Limited (NTPC), Environment & Social Division – Water Quality and Biodiversity Dept.– Gnommalath Office, PO Box 5862, Vientiane, Lao PDR
⁽³⁾ Laboratoire d’Aérologie, Observatoire Midi-Pyrénées, 14 Av. Édouard Belin, 31400 Toulouse, France
⁽⁴⁾ Université de Toulouse, UPS (OMP), LMTG, 14 Av. Édouard Belin, 31400 Toulouse, France
⁽⁵⁾ IRD, LMTG, 14 Av. Édouard Belin, 31400 Toulouse, France

Abstract

Release of hypolimnetic water from man-made reservoirs can be a problem for downstream rivers. These effects can be significant mainly during the first years after the reservoir impoundment, especially in thermally stratified reservoirs favouring the release of anoxic methane-rich water. In tropical areas, higher temperatures decrease the oxygen solubility and enhance chemical processes responsible for the rise of reduced compounds. The Nam Theun 2 Reservoir was first filled in 2008. It experienced hypolimnetic deoxygenation and significant methane concentrations during the first 2 years. Dedicated structures to oxygenate water and degas methane were designed during the study phase. The overall aerating and degassing effects of these hydraulics structures varied from very good to moderate. Results depend on the continuous water quality improvement with time as well as on the limited range of upstream oxygen and methane concentrations tested. The hollow jet valve and the concrete tooth shaped structure were very efficient together with downstream natural turbulence in aerating/degassing compared to the staggered baffle blocks. Contrary to other structures, the efficiency of the baffle blocks structure is reduced with high discharges. The aeration weir showed a moderate efficiency in supplying oxygen to the water due to the high upstream oxygen saturations (close to 100%). However, it was very efficient for methane degassing even at low concentrations. Hydraulics structures of the Nam Theun 2 project are an efficient, reliable and low maintenance way to improve oxygen content and to degas methane.

Résumé

La délivrance d’eau provenant de l’hypolimnion des réservoirs artificiels peut être un problème pour la qualité de l’eau des rivières en aval. Ces effets peuvent être importants pendant les premières années après la mise en eau d’un réservoir et plus particulièrement dans les réservoirs stratifiés favorisant la délivrance d’une eau anoxique et riche en méthane. Dans les régions tropicales, les températures plus élevées diminuent la solubilité de l'oxygène et favorisent les processus chimiques responsables de l’augmentation des concentrations en composés réduits. Le réservoir de Nam Theun 2 a été mis en eau en 2008. Il a présenté une désoxygénation de la couche hypolimnique et des concentrations significatives de méthane au cours des 2 premières années. Des structures dédiées à l’aération et au dégazage du méthane ont été étudiées et mises en œuvre sur le site. L'efficacité globale de l’aération et du dégazage des différentes structures hydrauliques a été de très bonne à modérée. Les résultats sont évalués en tenant compte de l’amélioration continue de la qualité de l’eau et de la faible gamme de variation de concentrations d’oxygène dissous et de méthane dissous amont. La vanne à jet creux et la structure en forme de dent en béton ont été très efficaces avec la turbulence naturelle aval pour l’aération et le dégazage comparativement aux blocs de dissipation. Contrairement à d'autres structures, l'efficacité de la structure en blocs de dissipation est réduite à fort débit. Le seuil aérateur a été modérément efficace pour l'apport d’oxygène compte tenu des hautes saturations amont (près de 100 %) mais il a été très efficace pour le dégazage du méthane, même à de faibles concentrations. Les structures hydrauliques du projet Nam Theun 2 s’avèrent efficaces pour aérer et dégazer le méthane. Elles sont fiables et nécessitent une faible maintenance.