Environmental Impacts Caused by Tidal Power Extraction in the Upper Bay of Fundy

ABSTRACT

Environmental impacts, including tidal regimes and sediment transport in the Minas Basin, caused by tidal power extraction in the Minas Passage have been investigated using a three-dimensional hydrodynamic model in which tidal power extraction is represented using an arbitrary method that adds a friction term to the standard momentum equations. Using the model results, changes in tidal processes and sediment transport in the Minas Basin are examined by comparing model results with and without power extraction. With the presence of power extraction, the tidal level decreases by 0.5–1.5% and the tidal phase increases by 1.2–1.8°. Tidal currents decrease by 15–35% at the western head of the Minas Basin and increase by a comparable magnitude at the Southern Bight. The presence of power extraction could move the location of the tidal residual gyre in the western head of the Minas Basin south by about 2 km. Model results also show that less sediment would move into the central area of the Minas Basin but more sediment would be deposited into the Southern Bight at a rate of 8–12 mm y⁻¹. The effect of the deposition rate might be negligible in the northern part of the Bight where the water is deep but could be important in the intertidal areas.

RÉSUMÉ

[Traduit par la rédaction] Nous avons étudié les impacts environnementaux, notamment sur les régimes de marée et sur le transport de sédiments dans le bassin Minas, de l'extraction d’énergie marémotrice dans le passage Minas à l'aide d'un modèle hydrodynamique tridimensionnel dans lequel l'extraction d’énergie marémotrice est représentée au moyen d'une méthode arbitraire qui ajoute un terme de frottement aux équations standards de quantité de mouvement. En nous servant des résultats du modèle, nous examinons les changements dans les processus de marée et le transport de sédiments dans le bassin Minas en comparant les résultats du modèle avec et sans extraction d’énergie. En présence d'extraction d’énergie, le niveau de la marée diminue de 0,5 à 1,5% et la phase de la marée augmente de 1,2 à 1,8°. Les courants de marée diminuent de 15 à 35% à l'entrée ouest du bassin Minas et augmente dans les mêmes proportions dans la Southern Bight. La présence d'extraction d’énergie pourrait déplacer d'environ 2 km vers le sud la position du tourbillon résiduel de marée dans l'entrée ouest du bassin Minas. Les résultats du modèle montrent aussi que moins de sédiments se déplaceraient vers la région centrale du bassin Minas mais plus de sédiments se déposeraient dans la Southern Bight au taux 8 à 12 mm par année. L'effet du taux de dépôt pourrait être négligeable dans la partie nord de la Southern Bight, où l'eau est profonde, mais pourrait être important dans les zones intertidales.

KEYWORDS:

• sediment transport
• bypass tidal flow
• Minas Basin
• Southern Bight
• sediment deposition

Acknowledgements

We thank C. Hannah and M. Li for their many helpful suggestions. B. Law and A. Drozdowski read an early version of the paper and provided helpful comments and suggestions for improvement. We also gratefully acknowledge two anonymous reviewers for providing helpful comments on this manuscript.

Additional information

Funding

This work was supported by Offshore Energy Environmental Research–Offshore Energy Technical Research (OEER–OETR) Associations of Nova Scotia. We thank R. Karsten of Acadia University for providing the original model code for turbine simulations.