Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

The environmental impacts of oil shipping and offshore wind power at the eastern Gulf of Finland : A Bayesian approach to marine spatial planning

Show full item record

Title: The environmental impacts of oil shipping and offshore wind power at the eastern Gulf of Finland : A Bayesian approach to marine spatial planning
Author(s): Helle, Aino
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Discipline: Geography
Language: English
Acceptance year: 2015
Abstract:
The seas and oceans are the scene of multiple human actions, all of which cause pressures on the marine environment. Marine spatial planning (MSP) systematizes the evaluations of the spatial impacts of the human actions and take into consideration the cumulative impacts of the actions. A probabilistic model is constructed to estimate the impacts of oil shipping and offshore wind power on 16 species. The quantitative indicators of impacts are the loss of breeding success of 5 birds, the loss of the early development stages of 3 fish species and the change in the probability of presence/absence of 3 benthic species and 5 algae. The thesis model works as an independent application, but can be merged as such into an MSP tool that works with a geoinformatic system (GIS) interface. The impacts of offshore wind power and oil shipping, and especially the possible oil spill, have been studied at other marine areas, but there are only few studies about their impacts in the brackish water conditions of the Baltic Sea. The study area of this thesis is the eastern Gulf of Finland (EGOF). The model is constructed using Bayesian networks (BNs) which are graphical probabilistic models. The most important human pressures caused by the actions are identified based on literature and placed in the model accordingly. The pressures caused by operational offshore wind power are the disturbance to birds and underwater noise. The pressures caused by oil shipping are underwater noise and the oil exposure of species after a possible oil spill. The attenuation of the pressures as a function of increasing distance from the source of pressure is calculated mathematically, where possible. Expert elicitation is conducted to fill in the gaps in existing data over the subject. Altogether 6 experts were interviewed and another two were consulted informally. The different types of data are integrated in the BN, which allows quantified comparisons between different management options and alternative scenarios. The model predicts that both human actions have negative impacts on the marine environment of the EGOF. The impacts of an offshore wind mill will realize without uncertainty but they will be negligible. An oil spill, on the other hand, is unlikely to happen, but if it does, the losses will be extensive. The disturbance of the wind mill on birds extends to some hundreds of metres from the mill, depending on the bird species. The losses of the early development stages of fish caused by the underwater noise of a wind mill are nearly certainly below 20% at all distances from the mill for all studied species. With the most likely sound pressure levels of tankers, the losses to the early development stages of the fish also remain below 20% with a high level of certainty at all distances. At these tanker noise levels, the harmless noise class of <90 dB re 1µPa will be reached at some kilometres of the fairway, depending on the original noise level from a tanker. Three alternative oil shipping scenarios for 2020 were compared. The differences among the scenarios are negligible both when it comes to the impacts of underwater noise on fish and to the probability of a species to get exposed to oil. The model successfully describes the impacts of the human pressures that are known to take place, such as the impacts of offshore wind power, but requires a GIS environment and drift models to be able to predict the probabilities of an oil exposure. The applicability of the model can be increased by taking into consideration additional human actions and a wider selection of human pressures. The thesis model is a part of a MSP tool produced in TOPCONS (Transboundary tools for the spatial planning and conservation of the Gulf of Finland) project, which is a prototype of a tool that can be later applied at marine areas worldwide.
Useat merille ja valtamerille sijoittuvat toiminnot, kuten laivaliikenne ja energiantuotanto, aiheuttavat paineita meriympäristölle. Merialuesuunnittelulla pyritään systematisoimaan ympäristövaikutusten spatiaalisuuden arviointia ja ottamaan huomioon myös toiminnoista aiheutuvat kumulatiiviset vaikutukset. Tässä työssä rakennetaan todennäköisyyspohjainen malli, jolla arvioidaan öljykuljetusten ja merituulivoiman vaikutuksia 16 lajiin. Indikaattorit, joilla vaikutuksia kuvataan, ovat tappio viiden linnun pesimiseen, tappio kolmen kalalajin varhaiskehitysvaiheisiin ja viiden levän ja kolmen pohjaeläimen kuolleisuus. Pro gradu –työn malli toimii itsenäisenä sovelluksena, mutta se voidaan sisällyttää sellaisenaan myös paikkatietoympäristössä toimivaan merialuesuunnittelutyökaluun. Merituulivoimaa ja öljykuljetuksia ja etenkin niihin liittyvää mahdollista öljyvuotoa on tutkittu muilla merialueilla, mutta Itämeren murtovesiolosuhteissa niitä on tutkittu vain vähän. Pro gradu -työn tutkimusalue on itäinen Suomenlahti. Työn malli on rakennettu bayes-verkoilla, jotka ovat graafisia todennäköisyysmalleja. Merkittävimmät toimintojen aiheuttamat paineet identifioidaan kirjallisuuden perusteella ja sijoitetaan verkkomalliin syy-seuraussuhteiden mukaisesti. Käytön aikaisen merituulivoiman aiheuttamat paineet ovat lintuihin kohdistuva häiriö ja vedenalainen melu. Öljykuljetusten aiheuttamat paineet ovat vedenalainen melu ja lajien altistuminen öljylle mahdollisen öljyonnettomuuden seurauksena. Paineiden vaimenemista kuvataan etäisyyden funktiona niiltä osin kuin mahdollista. Puuttuvaa dataa paikataan tekemällä asiantuntijahaastatteluja. Työssä haastateltiin yhteensä kuutta asiantuntijaa, joiden lisäksi kahta asiantuntijaa konsultoitiin epämuodollisesti. Erityyppiset tiedot yhdistetään bayes-verkossa, mikä mahdollistaa eri skenaarioiden ja vaihtoehtojen kvantifioidun vertailun. Malli ennustaa molemmilla toiminnoilla olevan negatiivisia vaikutuksia itäisen Suomenlahden meriympäristöön. Merituulivoiman vaikutukset toteutuvat varmasti mutta ne ovat vähäpätöisiä. Öljyonnettomuuden todennäköisyys taas on hyvin pieni, mutta mikäli se tapahtuu, tappiot eri lajeille ovat mittavat. Tuulivoiman lintuihin kohdistuva häiriö ulottuu lajista riippuen joidenkin satojen metrien päähän tuulivoimalasta. Tuulivoimalan vedenalaisen melun aiheuttama tappio kalojen varhaiskehitysvaiheille jää hyvin todennäköisesti alle 20%:iin kaikilla etäisyyksillä tuulivoimalasta. Myös öljytankkereiden yleisimmillä äänenpainetasoilla kalojen varhaiskehitysvaiheiden tappio jäävä alle 20%:n luokkaan hyvin suurella todennäköisyydellä. Samoilla lähtöäänenpainetasoilla harmiton, alle 90 dB re 1µPa:n äänenpaineluokka saavutetaan joidenkin kilometrien etäisyydellä väylästä äänenpaineen tarkasta lähtötasosta riippuen. Mallissa verrattiin kolmea vaihtoehtoista öljyliikenneskenaariota vuodelle 2020. Skenaarioiden erot ovat mitättömät tarkasteltaessa niin vedenalaisen melun vaikutuksia kaloihin kuin lajien öljyaltistumisriskiä. Malli kuvaa menestyksekkäästi niiden paineiden vaikutusta, joiden tiedetään realisoituvan, kuten molemmat merituulivoiman aiheuttamat paineet. Toisaalta, malli vaatii paikkatietoympäristön ja virtausmallin, jotta öljyyntymistodennäköisyyksiä voidaan ennustaa. Mallin soveltuvuutta ja toimivuutta voidaan parantaa lisäämällä tutkittavien toimintojen ja paineiden määrää. Pro gradu –työssä kehitetty malli on osa TOPCONS-projektissa (Transboundary tools for the spatial planning and conservation of the Gulf of Finland) tuotettua merialuesuunnittelutyökalun prototyyppiä, jonka tulevat versiot ovat sovellettavissa muille merialueille maailmanlaajuisesti.


Files in this item

Files Size Format View
GRADU_HELLE.pdf 1.964Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record