Luchtgeluid voortplanting van heien op zee

Timothy Van Renterghem, Universiteit Gent, 3 maart 2014

Het heien van masten van windturbines in de zeebodem is een vaak gebruikte techniek bij het bouwen van windmolenparken op zee. Dit heien blijkt uit verschillende studies schadelijk voor marine zoogdieren. Vooral het effect op bruinvissen werd onderzocht. Mogelijke milderende maatregelen voor onderwatergeluid zijn het gebruik van een luchtbellengordijn rond de heiplaats, of het uitsturen van specifieke geluidssignalen onder water om zeezoogdieren (preventief) weg te jagen.

luchtgeluid

Maar wat de impact is van luchtgeluid tijdens heien werd tot nu toe nauwelijks onderzocht. Metingen uitgevoerd in het kader van deze studie gaven piekvermogenniveaus van 145 dBA (luchtgeluid) voor een 6 MW windturbine, geheid in een zandbank in de Noordzee. Alhoewel een windmolenpark vaak ver verwijderd is van de kustlijn, spelen een aantal factoren die toch nog voor aanzienlijke geluidsdrukniveaus kunnen zorgen.

Enerzijds kan een wateroppervlak als een akoestisch hard materiaal beschouwd worden voor luchtgeluid. We krijgen dus perfecte reflectie en constructieve interferentie bij propagatie over grote afstanden. Ook windafwaartse voortplanting van geluid kan leiden tot hoge niveaus. Anderzijds kan de aanwezigheid van golfjes en golven op het wateroppervlak ervoor zorgen dat geluid verstrooid wordt, wat dan weer leidt tot geluidsreductie bij lange-afstandspropagatie.

Om in te schatten wat dit nu precies betekent in de praktijk werden numerieke simulaties uitgevoerd. In een eerste stap werd de verstrooiing van geluidsgolven door het zee-oppervlak bij verschillende windsnelheden in detail berekend, en vervolgens benaderd door het oppervlak (virtueel) akoestisch zachter te maken. Dit verstrooiingsmodel werd dan gebruikt in een lange-afstandspropagatiemodel waarbij afbuiging door wind in de atmosfeer in detail in rekening werd gebracht. Op basis van deze simulaties blijkt dat de ruwheid van een zee-oppervlak (= verzwakkend effect) belangrijker is dan neerwaartse afbuiging bij aanlandige wind (= versterkend effect). Aflandige wind vormt nooit een probleem, aangezien een ruw zee-oppervlak dan samen voor komt met een akoestische schaduwzone; beiden zijn verzwakkende effecten.


"Momentopnamen" van de propagatie van geluidpulsen bij een volledig vlak zeeoppervlak (sea state 0) en bij ruwere oppervlakken (sea states 2, 3 en 4). Deze berekeningen illustreren het scattering proces. Een arbitraire logaritmische schaal is gebruikt.

praktisch advies

Een praktisch advies is dus om te heien wanneer er enige wind is, zelfs bij aanlandige wind. Een volledig vlakke zee (windstilte) zou de hoogste geluidsbelasting geven: voor deze specifieke hei-operatie werden op 5 km afstand piekniveaus tot 50 dBA voorspeld, bij gebruik van het equivalente bronvermogen gedurende de volledige heioperatie reduceert dit tot 40 dBA. In geval van aflandige wind liggen deze waarden 10 dBA tot 15 dBA lager (afhankelijk van de atmosfeerstabiliteit); dergelijke lage geluidsdrukniveaus (in wind) zijn bijgevolg niet meer relevant.

Bron: Het volledige artikel: J. Acoust. Soc. Am. 135, 599 (2014)