Water Injection Dredging for improving and preserving reservoir storage capacity: modelling and measuring tools

Dragage par injection d'eau pour améliorer et préserver la capacité de stockage des réservoirs

¹ Deltares, Unit of Marine and Coastal Systems, Department of Ecosystems and Sediment Dynamics, 2629 HV, Delft, the Netherlands
² Delft University, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft, 2628 CN the Netherlands
³ Deltares, Unit of Hydraulic Engineering, Department of Experimental Facility Support, 2629 HV, Delft, the Netherlands
⁴ Deltares, Unit of Inland Water Systems, Department of River Dynamics and Inland Shipping, 2629 HV, Delft, the Netherlands

^* Corresponding author: alex.kirichek@deltares.nl

Abstract

Water Injection Dredging (WID) has been successfully applied for removing sediment deposits in reservoirs, which results in an increase of their storage capacity. This dredging method is based on the fluidization of the top sediment layer by pressurized injection of water by a dredging vessel. The fluidized sediment can be transported towards the dead storage of the reservoir or sluiced out of the reservoir through the bottom outlets of a dam. This flow can either occur by gravity induced flow or especially directed by the dredging strategy of the WID vessel. This dredging technique can increase the water storage capacity of the reservoir and prevent the erosion of the river downstream, hence the sediment blockage. Recent developments in modelling and measuring tools have enabled stakeholders to design, optimize and monitor WID in reservoirs. In this paper, we will demonstrate how modelling and measuring tools can be used to evaluate alternative dredging strategies for reservoir maintenance. In particular, we show how a mid-field and far-field modelling can be applied for designing WID actions and predicting sediment plume dynamics in a given reservoir. Additionally, we will present recently-developed in-situ measuring tools, that are currently used for monitoring turbidity in a water column and sediment properties during and after WID actions. Finally, potential benefit of applying WID in Shihmen Reservoir (Taiwan) is discussed.

Résumé

Le dragage par injection d’eau (WID) a été appliqué avec succès pour éliminer les dépôts de sédiments dans les réservoirs, ce qui permet une augmentation de leur capacité de stockage. Cette méthode de dragage est basée sur la fluidisation de la couche sédimentaire supérieure par injection d’eau sous pression par un navire de dragage. Le sédiment fluidisé peut être transporté vers le stockage inactif du réservoir ou évacué hors du réservoir par les sorties de fond d’un barrage. Cet écoulement peut se produire soit par écoulement gravitationnel, ou déterminé par la stratégie de dragage du navire WID. Cette technique de dragage peut augmenter la capacité de stockage de l'eau du réservoir et éviter l’érosion de la rivière en aval, et par conséquent le blocage des sédiments. Les développements récents des outils de modélisation et de mesure ont permis aux parties prenantes de concevoir, d'optimiser et de surveiller le WID dans les réservoirs. Dans cet article, nous démontrons comment des outils de modélisation et de mesure peuvent être utilisés pour évaluer des stratégies de dragage alternatives pour l’entretien des réservoirs. En particulier, nous montrons comment une modélisation en champ moyen et en champ lointain peut être appliquée pour concevoir des actions WID et prédire la dynamique du panache de sédiments dans un réservoir donné. De plus, nous présenterons des outils de mesure in-situ récemment développés, qui sont actuellement utilisés pour surveiller la turbidité dans une colonne d’eau et les propriétés des sédiments pendant et après les actions WID. Enfin, les avantages potentiels de l’application du WID dans le réservoir de Shihmen (Taiwan) sont discutés.