Abstract
Effects of underwater noise on marine mammals during the piling of foundations for offshore wind farms (platforms and wind turbines) are currently estimated on the basis of exceeding threshold values for the exposure of the animals to underwater noise. This is done through the Ecology and Cumulation Framework (KEC). This study, commissioned by the Wozep program of Rijkswaterstaat, provides more insight into the response of harbour porpoises to pile-driving noise and into the relationship between pile-driving noise and the behavioural response.
Based on the data from acoustic monitoring during the construction of the Borssele wind farms in 2019 and 2020 and during the construction of the Gemini wind farms in 2015, it was investigated which acoustic metric (weighted or not weighted for the various species-specific frequency-dependent hearing sensitivity) best explains behavioural changes in the harbour porpoise.
Statistical analysis of the detection of porpoise echolocation sounds (porpoise positive minutes measured by CPOD equipment) as a function of the distance from the pile, shows that porpoises are detected less often during pile driving at distances of at least 7 km near Borssele, where the pile-driving noise had to remain within a noise limit, and up to at least 15 km at Gemini, where no noise limit was yet applicable. These distances are considerably smaller than calculated (50% probability of disturbance at a distance of approximately 30 km) based on the current KEC methodology.
The analysis of the detection of harbour porpoise echolocation sounds as a function of unweighted and weighted single strike sound exposure level of the piling hits (SELSS) shows various threshold values above which harbour porpoises are detected less often. Due to the applied mitigation measures and masking by ambient noise, it was not possible to determine the SELSS values at Borssele over the same frequency bandwidth as at Gemini. Therefore, the dose-effect relationships are not comparable. The logical assumption that a measure weighted for the hearing sensitivity of animals gives a better prediction for the behavioural response than an unweighted measure is not immediately confirmed by the analysis of the measurement data from the Borssele and Gemini projects.
The study also shows that there are problems with the practical implementation of frequency-weighted SELSS, due to the uncertainty in both modelling and measurement of the high-frequency components of pile-driving noise, where ambient noise masks high-frequency pile-driving noise.
The measurements at Borssele, where pile-driving noise has been mitigated and where busy shipping results in a high level of background noise, show that it is not always clear whether pile-driving noise is the main source of disturbance. The analysis of the detection of harbor porpoise echolocation sounds as a function of the unweighted and weighted sound level (SPL) of the underwater sound at Borssele and Gemini shows a clear shows a clear decrease in detections with increasing SPL values. That suggests that SPL may be a more complete measure for predicting behavioral response than SELSS. However, predicting the total SPL as a result of all sources requires more information and models than are available, which means that this measure is not yet directly applicable for effect studies.
Effecten van het onderwatergeluid bij het heien van funderingen voor offshore windparken (platforms en windturbines) op zeezoogdieren worden momenteel ingeschat op basis van overschrijding van drempelwaarden voor de blootstelling van de dieren aan onderwatergeluid. Dit gebeurt via het Kader Ecologie en Cumulatie (KEC). Deze studie in opdracht van het Wozep programma van Rijkswaterstaat geeft meer inzicht in de respons van bruinvissen op heigeluid en in de relatie tussen heigeluid en de gedragsrespons.
Op basis van de gegevens van akoestische monitoring tijdens de aanleg van de Borssele windparken in 2019 en 2020 en tijdens de aanleg van de Gemini windparken in 2015 is onderzocht welke geluidsmaat (gewogen of niet gewogen voor de verschillende soort-specifieke frequentie-afhankelijke gehoorgevoeligheid) eventuele gedragsveranderingen van de bruinvis het beste verklaart.
Statistische analyse van de detectie van bruinvis echolocatie-geluiden (porpoise positive minutes gemeten door CPOD-apparatuur) als functie van de afstand tot de heipaal laat zien dat bruinvissen minder vaak gedetecteerd worden tijdens het heien tot op afstanden tot tenminste 7 km bij Borssele, waar het heigeluid binnen een geluidsnorm moest blijven, en tot tenminste 15 km bij Gemini, waar nog geen geluidsnorm van toepassing was. Deze afstanden zijn aanzienlijk kleiner dan uitgerekend (50% verstoringskans op circa 30 km afstand) op basis van de huidige KEC methodiek.
Uit de analyse van de detectie van bruinvis-echolocatiegeluiden als functie van ongewogen en gewogen single strike sound exposure level van de heiklappen (SELSS) volgen verschillende drempelwaarden waarboven bruinvissen minder vaak gedetecteerd worden. Vanwege de toegepaste mitigatiemaatregelen en maskering door omgevingsgeluid was het niet mogelijk om de SELSS waarden bij Borssele over dezelfde frequentiebandbreedte te bepalen als bij Gemini. Daardoor zijn de dosiseffect relaties niet direct vergelijkbaar. De logische aanname dat een voor de gehoorgevoeligheid van dieren gewogen maat een betere voorspelling geeft voor de gedragsrespons dan een ongewogen maat, wordt niet bevestigd door de analyse van de meetgegevens van de Borssele en Gemini projecten.
De studie laat ook zien dat er problemen zijn met de praktische implementatie van frequentiegewogen SELSS, door de onzekerheid bij zowel het modelleren als het meten van de hoogfrequente componenten van heigeluid, waarbij omgevingsgeluid hoogfrequent heigeluid maskeert.
De metingen bij Borssele, waar het heigeluid is gemitigeerd en waar de drukke scheepvaart resulteert in een hoog niveau van achtergrondgeluid, laten zien dat het niet altijd duidelijk is of heigeluid de belangrijkste bron van verstoring is. De analyse van de detectie van bruinvis echolocatie-geluiden als functie van het ongewogen en gewogen geluidniveau (SPL) van het onderwatergeluid bij Borssele en Gemini laat een duidelijke afname van detecties zien bij toenemende SPL waarden. Dat suggereert dat SPL wellicht een volledigere maat is voor het voorspellen van een gedragsrespons dan SELSS . Maar voor het voorspellen van het totale SPL ten gevolge van alle bronnen is meer informatie en zijn meer modellen nodig dan beschikbaar zijn, waardoor deze maat nog niet direct toepasbaar is voor effectstudies.