Loading...
HomeMy WebLinkAboutG2_131220-ElfinHydroInterimHydrologyReportpolarconsult alaska, inc. 1503 West 33rd Avenue, Suite 310 Anchorage, Alaska 99503-3638 Phone: (907) 258-2420 FAX: (907) 258-2419 I NTERIM H YDROLOGY R EPORT 131220-INTERIMHYDROLOGYREPORT.DOC DATE: December 20, 2013   TO: Jane Button, ECUC Project Manager   FROM: Joel Groves, PE  Polarconsult Project Manager   SUBJECT: Interim Hydrology Report, Crooked Creek and Jim’s Lake Hydro Project   CC:    1. Background  From 1984 to 1985, the Alaska Department of Natural Resources (ADNR) maintained stream  gauges at the proposed Crooked Creek diversion site and Jim’s Lake outlet.  Since 2008, Elfin  Cove Utility Commission (ECUC) has maintained stream gauges at these same two locations.   Additionally, ECUC maintained a stream gauge at Roy’s Creek from October 2009 through June  2012.1  The installations and station histories through June 2011 are described in detail in  Appendix C of the Crooked Creek and Jim’s Lake Hydroelectric Feasibility Study Final Report  (Polarconsult, June 2011).  More recent station histories are provided in this interim report.  The Crooked Creek and Jim’s Lake gauging stations are both still maintained and operating as of  the most recent data download.  This interim report provides up‐to‐date information on the  stations and collected hydrology information, and provides an interim analysis of the collected  hydrology data.  The findings presented in this interim report are used to update the project  analysis completed in the 2011 Feasibility Study in order to recommend a project configuration  for final design and permitting.  2. Summary of Findings  The on‐going hydrology study has produced 2.56 years of flow data at Crooked Creek and 4.24  years of data at Jim’s Lake.  Correlations between these sites and the discontinued Roy’s Creek  gauge are used to produce an extended hydrology record for both sites of 5.32 years.    Analysis of the current data indicate lower flows at both Crooked Creek and Jim’s Lake than  indicated by the analysis completed for the 2011 Feasibility Study.  Current estimates for the  median flow2 at both sites are approximately 80 to 85% of the estimates in the 2011 Feasibility  Study.    Analysis of these data indicate that the resource capacity factor of Crooked Creek, the major  water supply for the proposed development, is between 52 and 55% at a design flow of 5 cubic  feet per second (cfs).  The hydrology analysis in the 2011 Feasibility Study estimated the  resource capacity factor for this design flow at between 50 and 61%.  Resource capacity factor  for Jim’s Lake is not meaningful because the storage capacity of the lake can capture  substantially all of the flow for power generation.                                                            1  Roy’s Creek is not currently under consideration for hydroelectric development, but was evaluated in the 2010  Hydroelectric Reconnaissance Study for Elfin Cove.  Roy’s Creek data is included in this interim report because it  is used to extend the record for the Crooked Creek gauging station.  2  Median flow is the 50% exceedance flow in Figures 6 and 7.  C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 2 OF 10  2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Crooked Creek Gauged Flow Jim's Lake Gauged Flow Roy's Creek Gauged Flow 3. Available Hydrology Data  From the start of stream gauging efforts in June 2008 to June 2009, and again from June 2011  to April 2013, ECUC led stream gauging efforts.  From June 2009 through June 2011, and April  2013 to the present time, Polarconsult has been under contract to ECUC to conduct stream  gauging.  ECUC has provided all available hydrology records and field data to Polarconsult.    Polarconsult has consolidated all available records and data for analysis.  Currently available  hydrology data is summarized in Table 1 and Figure 1.  Currently, 2.56 years of data have been  collected at Crooked Creek, 4.24 years of data at Jim’s Lake, and 2.42 years at Roy’s Creek.   Figure 1 presents the stage record collected at both stations.  Gaps in Figure 1 reflect stage data  that was not recorded either due to failure of the logger hardware or insufficient memory  capacity.  All flow measurements completed at these stations are summarized in Table 2.  Table 1:  Summary of Hydrology Data for Elfin Cove Hydroelectric Resources  Location Basin Size  (sq.mi.) (1)  Site Elevation  (ft)(1) Latitude (1)Longitude (1)Begin Date End Date Number of  Records (days)(3)  7/6/84(2) 2/13/85(2) 202 Crooked Creek   at diversion site 0.56 478.0 5810'40" 13619'16" 8/22/08 Current(3) 933  7/6/84(2) 2/11/85(2) 202 Jim's Lake Creek  at lake outlet 0.10 333.2 5810'34" 13619'32" 8/22/08 Current(3) 1,547  Roy’s Creek  above Falls 0.42 470 5811'29" 13620'09" 10/8/09 7/8/12 885  (1)  Data from June 2011 Feasibility Study, Appendix C.  (2) Count of available daily records. Gauges may have been in service for a longer period.  (3) The record count for current gauging stations reflects data through the most recent download on December  17, 2013 at Crooked Creek and October 17, 2013 at Jim’s Lake.  The Roy’s Creek gauge has been discontinued.      Figure 1:  Summary of Data Available from Gauging Stations                C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 3 OF 10  Table 2:  Flow Measurements at Jim’s Lake, Crooked Creek, and Roy’s Creek Gauging Stations  Local Date/Time Party Flow (cfs) Stage (ft) Method / Equipment  Crooked Creek at Diversion Site   7/26/2008 15:15 Button/ Christensen 2.33 7.7 Pygmy Meter(2)  7/27/2008 16:20 Button/ Christensen 4.35 7.76 Pygmy Meter  8/22/2008 14:30 Button/ Christensen 5.38 7.92 Pygmy Meter  6/1/2009 11:39 Button/ Christensen 4.17 7.73 Pygmy Meter  6/28/2009 16:40 Button/ Christensen 1.3 7.6 Pygmy Meter  7/9/2009 10:55, 11:20 Groves/ Hertrich 0.98 / 0.94 7.54 Hanna Meter(3)  9/4/2009 11:15, 11:40 Groves/ Glendoing 0.84 / 0.93 7.54 Hanna Meter  10/9/2009 12:50 Groves/ Christensen 3.71 7.68 Hanna Meter  12/9/2009 13:45 Button/ Christensen 1.07 7.52 Hanna Meter  8/10/2010 11:40, 12:15 Groves/ Button 2.41 / 2.25 7.62 Hanna Meter  9/27/2011 17:00 Christensen  1.42 7.55 HOBO Meter(4)  6/8/2013 13:20, 13:50 Christensen 7.36 / 7.48 7.81 HOBO Meter  7/15/2013 17:30, 17:45 Groves 0.69 / 0.88 7.48 Hanna Meter  10/17/2013 10:00, 10:40 Groves 1.42 / 1.38 7.52 Hanna Meter  Crooked Creek at Mouth      10/17/2013 15:00 Groves 1.96 NA Hanna Meter  Jim’s Creek at Lake Outlet (5)  7/25/2008 12:30 Button/ Christensen 3.42 4.18 Pygmy Meter  7/26/2008 10:45 Button/ Christensen 1.3 3.82 Pygmy Meter  8/22/2008 12:45 Button/ Christensen 0.11 3.7 Pygmy Meter  6/1/2009 10:00 Button/ Christensen 0.54 3.73 Pygmy Meter  6/28/2009 18:00 Button/ Christensen 0.04 3.61 Pygmy Meter  7/9/2009 12:15, 12:30 Groves/ Hertrich 0.091 / 0.091 3.56 Hanna Meter  9/4/2009 10:00, 10:15 Groves/ Glendoing 0.219 / 0.217 3.52 Hanna Meter  10/9/2009 13:45 Groves/ Christensen 0.44 3.62 Hanna Meter  10/9/2009 14:05 Groves/ Christensen 0.44 3.69 Hanna Meter  12/9/2009 14:15 Button/ Christensen 0.219 3.68 Hanna Meter  8/10/2010 10:30, 10:45 Groves/ Button 0.421 / 0.422 3.72 Hanna Meter  9/27/2011 16:15 Christensen  0.34 3.69 HOBO Meter  6/8/2013 14:45 Christensen 0.33 3.67 HOBO Meter  7/15/2013 16:30 Groves 0.17 / 0.20 3.48 Hanna Meter  10/17/2013 13:30 Groves 0.25 / 0.26 3.69 Hanna Meter  Roy’s Creek Above Falls  9/3/2009 Groves 1.10 NA Hanna Meter  10/8/2009 16:51 Groves 3.26 1.27 Hanna Meter  12/9/2009 11:45 Button/ Christensen 0.68 1.09 Hanna Meter  8/13/2010 11:30 Groves/Button 1.29 1.17 Hanna Meter  7/18/2013 17:20 Groves 0.59 1.12 Hanna Meter  (1) Current velocity stream flow method with March McBirney current velocity meter (model unknown).  (2) Current velocity stream flow method with Pygmy current velocity meter.  (3) Sudden dose salt integration stream flow method with Hanna HI 9828 conductivity meter.  (4) Sudden dose salt integration stream flow method with Hobo U24‐001 conductivity logger.  (5) A small weir was installed on October 9, 2009, to stabilize and improve the section at the gauge.  ‘‐‘  Indicates data are not available.  C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 4 OF 10  4. Recent Gauging Station Histories 3  Crooked Creek Diversion Site Gauging Station  September 27, 2011.  The gauging station was downloaded and stage and flow were  measured.  The on‐board temperature sensor was found to be malfunctioning.   July 10, 2012.  The data logger was found submerged in the creek downstream of the  gauging station, apparently ripped off the tree by a bear.  The logger was not recovered at  this time.    June 8, 2013.  The destroyed data logger was recovered from Crooked Creek and stored in  Elfin Cove.  Stage and flow were measured.  A new data logger and pressure transducer (PT)  was installed at the same gauging station.  The new data logger is a cellular‐enabled GSM‐2  manufactured by Keller America, Inc.  It transmits site telemetry to Polarconsult every four  hours via cellular GSM network.  The new PT is a Keller Acculevel vented transducer.    July 15, 2013.  Stage and flow were measured.  October 17, 2013.  Anomalies in programming of the GSM‐2 were corrected by direct cable  interface in the field.  The PT installed in June was determined to be providing spurious  stage data, and was replaced with a new PT of the same make and model.  Stage and flow  were measured.  October 29, 2013.  Polarconsult extracted the main board from the data logger found  destroyed in July 2012 and returned it to the manufacturer to attempt to recover the data.   The manufacturer found no valid data on the memory chip and the main board was not  salvageable.    Jim’s Lake Outlet Gauging Station  Sept. 27, 2011.  The gauging station was downloaded and stage and flow were measured.    July 10, 2012.  The gauging station was downloaded and stage was measured.  June 8, 2013.  The gauging station was downloaded and stage and flow were measured.    July 15, 2013.  The gauging station was downloaded and stage and flow were measured.    Oct. 17, 2013.  The gauging station was downloaded and stage and flow were measured.    Roy’s Creek Gauging Station  July 10, 2012.  Station hardware was removed.  Stage was measured.  July 18, 2013. Stage and flow were measured.                                                            3 For earlier station history, see June 2011 Feasibility Study, Appendix C.    C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 5 OF 10  7.30 7.40 7.50 7.60 7.70 7.80 7.90 8.00 024681012 Flow (cfs)Stage (ft)Accepted Measurements, 2008‐11 Accepted Measurements, 2013 S‐D Curve (2011 Feas. Study) S‐D Curve, 2013 (Current) S‐D Curve, 2008‐2012 (Current) 5. Hydrology Analysis  Station Rating Curves  All available flow and stage measurements were reviewed and used to develop updated  stage‐discharge curves for each gauging station.  Rating curves developed in the 2011  Feasibility Study are also shown for comparison.  Data, rating curves, and equations for the Crooked Creek station are presented in Figure 2.   Data for the Crooked Creek gauging station indicate the creek section was stable from 2008  to 2012.  It appears that a flood event prior to June 2013 may have changed the section  slightly, based on field conditions and 2013 flow measurements.  The 2013 curve was  shifted to the right to reflect these data.  Figure 2: Stage‐Discharge Curves for Crooked Creek Gauging Station                                Data, rating curves, and equations for the Jim’s Lake station are presented in Figure 3.  The  outlet section at Jim’s Lake is generally stable, however the stage‐discharge relationship  appears to be more variable than at Crooked Creek.  This greater variability is attributed to  the very low flows being gauged at Jim’s Lake.  These low flows, often just a few tenths of a  cfs, introduce two challenges for a natural‐channel gauging station: accurately measuring  such low flows taxes the capabilities of most flow measurement techniques; and the stage‐ discharge relationship at such low flows can be significantly perturbed by transient events  such as leaves sticking to rocks in the creek bed near the gauge.  Errors in measuring the  small flows at Jim’s Lake are not expected to adversely affect project development  decisions.       2008 ‐ 2012: Q = 28.0 (S ‐ 7.40)1.6    2013: Q = 26.5 (S ‐ 7.36)1.6  C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 6 OF 10  Figure 3: Stage‐Discharge Curves for Jim’s Lake Outlet Gauging Station                                  Data, rating curve, and equations for the Roy’s Creek station are presented in Figure 4.  The  creek section at Roy’s Creek appears to have been stable over the 2.8‐year period when the  gauge was installed.    Figure 4: Stage‐Discharge Curves for Roy’s Creek Gauging Station    3.40 3.50 3.60 3.70 3.80 3.90 4.00 4.10 4.20 4.30 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Flow (cfs)Stage (ft)All Measurements, 2008‐13 S‐D Curve, Current, +0.07' Stage Shift S‐D Curve, Current S‐D Curve, Current, ‐0.07' Stage Shift S‐D Curve (2011 Feas. Study, 10/9/09 ‐ 5/9/11) S‐D Curve (2011 Feas. Study, 2008 ‐ 10/9/09) 8/22/08 to 8/16/09:   Q = 3.6 (S ‐3.27)3.0 8/16/09 to 8/29/09; 10/9/09 to current:   Q = 3.6 (S ‐ 3.20)3.0 8/29/09 to 10/9/09:   Q = 3.6 (S ‐ 3.13)3.0  0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 012345678910Flow (cfs)Stage (Site Datum, ft)All Measurements, 2009‐2013 S‐D Curve (2011 Feas. Study) S‐D Curve (Current Analysis) Full Record: Q = 35.1 (S –0.93)2.29 C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 7 OF 10  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Sep Oct Nov DecCrooked Creek Flow (cfs)2008 2009 2010 2010 2011 2013 Station Hydrographs  Recorded stage data and manual stage readings for all three stations were reviewed.  Apparent errors due to sensor anomalies and gross errors due to ice effects were corrected.   Further revisions to the stage record to reflect more subtle ice effects on the stage record  during the winter season (generally November – March) at all stations may be warranted.   The resulting hydrographs for the three gauging stations are presented in Figures 3, 4 and 5.   Figure 3:  Crooked Creek Hydrograph, 2008 – 2013                                C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 8 OF 10  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Sep Oct Nov DecRoy's Creek Flow (cfs)2009 2010 2011 2012 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov DecJim's Lake Outlet Flow (cfs)2008 2009 2010 2010 2011 2011 2012 2013 Figure 4:  Jim’s Lake Outlet Hydrograph, 2008 – 2013                                Figure 5:  Roy’s Creek Hydrograph, 2009 – 2012                                          C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 9 OF 10  Record Extensions  As shown in Figure 1, there are significant gaps in the record set for all three gauging  stations.  The two‐year long gap at Crooked Creek from September 2011 to October 2013 is  of particular significance as Crooked Creek is the prime water supply for the proposed  hydroelectric project.    Correlations between the three gauges were analyzed and used to fill in gaps in the Crooked  Creek and Jim’s Lake records.  Table 3 summarizes the coefficients of determination and  correlation equations used for the record extensions.4  The coefficient of determination  between Crooked Creek and Roy’s Creek (R2 = 0.83) is high, which is expected given the  proximity and similar basins of these two creeks.  The coefficient of determination between  the Jim’s Lake outlet site and the two creeks is significantly lower (R2 = 0.31), which is also  expected because the lake moderates flows from this basin.    Missing records for Crooked Creek are supplemented first by Roy’s Creek data, second by  Jim’s Lake data, and lastly by the average daily flow for the missing data at Crooked Creek.   Missing records for Jim’s Lake are supplemented first by Roy’s Creek data, second by  Crooked Creek data, and lastly by the average daily flow for the missing data at Jim’s Lake.    Table 3:  Correlation Equations for Crooked Creek and Jim’s lake Record Extensions  Site Correlation Source Days of Common  Record  Coefficient of  Determination Correlation Equation  Roy’s Creek Gauge 600 0.83 QCC = 0.822 QRC 1.40 Crooked Creek Jim’s Lake Gauge 871 0.31 QCC = 3.26 QJL + 1.63  Roy’s Creek Gauge 827 0.46 QJL = 0.0414 QRC +0.324 Jim’s Lake Crooked Creek Gauge 871 0.31 QJL = 0.0947 QCC +0.255  QCC: Flow at Crooked Creek gauging station, cfs  QRC: Flow at Roy’s Creek gauging station, cfs  QJL:  Flow at Jim’s Lake gauging station, cfs  Table 4 summarizes the data sources used to compile the extended records for the Crooked  Creek and Jim’s Lake sites.    Table 4:  Data Sources for Crooked Creek and Jim’s Lake Extended Records  Data Source Crooked Creek Site Data Source Jim’s Lake Site  Crooked Creek Gauge 2.56 years Jim’s Lake Gauge 4.24 years  Roy’s Creek Gauge 0.78 years Roy’s Creek Gauge 0.16 years  Jim’s Lake Gauge 1.23 years Crooked Creek Gauge 0.17 years  Average Daily Data for Site 0.75 years Average Daily Data for Site 0.75 years  Total Extended Record 5.32 years (August 22, 2008 to December 17, 2013)                                                            4  The coefficient of determination is a statistical measure of how related two data sets are.  The coefficient’s value ranges from  zero to one, with zero representing no relationship between the two data sets, and one representing a perfect correlation.    C ROOKED C REEK AND J IM’S  L AKE H YDROELECTRIC P ROJECT     I NTERIM H YDROLOGY R EPORT P OLARCONSULT A LASKA, INC.      DECEMBER 20, 2013  PAGE 10 OF 10  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Percent of Time Flow is Equalled or ExceededCrooked Creek Flow at Diversion Site8/22/2008 ‐ 10/17/2013 Gauged Flow (Current Analysis) 8/22/2008 ‐ 10/17/2013 Extended Record (Current Analysis) 8/22/2008 ‐ 5/9/2011 Data (2011 Feas. Study Analysis) 1984 ‐ 85 Data (2011 Feas. Study Analysis)  0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Percent of Time Flow is Equalled or ExceededJim's Lake Flow at Outlet8/22/2008 ‐ 10/17/2013 Gauged Flow (Current Analysis) 8/22/2008 ‐ 10/17/2013 Extended Record (Current Analysis) 8/22/2008 ‐ 5/9/2011 Data (2011 Feas. Study Analysis) 1984‐1985 Data (2011 Feas. Study Analysis) Flow Duration Curves  Figures 6 and 7 present flow duration curves for the Crooked Creek and Jim’s Lake sites.   The figures also show the 2011 Feasibility Study curves for comparison.    The current flow duration curves for Crooked Creek calculated from gauged flow and the  extended record are similar.  Both current curves are lower than the estimated curve from  the 2011 Feasibility Study, and higher than the estimated curve from the 1984‐85 data.  Figure 6:  Crooked Creek Flow Duration Curve, 2008 – 2013                        The current flow duration curves for Jim’s Lake calculated from gauged flow and the  extended record are very similar, and also fall between the previous curves.    Figure 7:  Jim’s Lake Outlet Flow Duration Curve, 2008 – 2013