Eignung von 3-D-HN-Modellen zur hydraulischen Optimierung von Umlenkbecken von Beckenpässen

Im Zuge der Planung von Fischaufstiegsanlagen müssen an vielen Standorten, beispielsweise aufgrund beengter Platzverhältnisse, Umlenkbecken in die Anlagen integriert werden. Die Hydraulik und resultierende ökologische Funktionsfähigkeit dieser Beckenformen ist bislang nur geringfügig untersucht worden. Mit 3-D-hydronumerischen Modellen können bereits in der Planung von Fischaufstiegsanlagen die Strömungssignatur sowie auftretende Verwirbelungen in den Becken simuliert werden. Die Vorteile und Grenzen derartiger Modelle konnten im Rahmen einer Variantenstudie von drei geplanten Umlenkbecken aufgezeigt werden. Zudem wurde eine neue Beckenform für Umlenkbecken entwickelt, die in den durchgeführten Simulationen die eigens festgelegten Passierbarkeitskriterien am besten erfüllte.

Weltweit werden Fischaufstiegsanlagen (FAA) an Querbauwerken und natürlichen Barrieren errichtet, um die stromaufwärts gerichtete Passage von Fischen und aquatischen Wirbellosen und letztlich die ökologische Durchgängigkeit von Flusssystemen sicherzustellen. In Deutschland repräsentiert das DWA-Merkblatt M 509 den Stand des Wissens und der Technik zur korrekten Planung, baulichen Ausführung und dem Betrieb von FAA und fischpassierbaren Bauwerken. Die formulierten Empfehlungen stellen einen Maßstab für ein einwandfreies technisches Verhalten dar. Allerdings kann ein Merkblatt nicht alle Sonderfälle abdecken.

Ferner gibt es noch Kenntnislücken bei gewissen Aspekten. So ist beispielsweise die fischartenspezifisch unzureichende Passierbarkeit von Umlenkbecken (ULB) einiger FAA in biologischen Untersuchungen nachgewiesen worden. Jedoch existieren kaum Empfehlungen für die Gestaltung von ULB, die bei langen FAA oder aus Platzgründen an vielen Standorten erforderlich sind. Auch ist bekannt, dass die Hydraulik in ULB die Strömung der anschließenden (Linien-) Becken von FAA beeinflussen kann. Mit dem Ziel die geometrische und hydraulische Ausbildung von ULB fischverträglich zu gestalten, werden in naher Zukunft bestehende Kenntnisse und Erfahrungen im Rahmen von Forschung und Entwicklung ergänzt bzw. konkretisiert werden.

Fischökologische Auswirkungen von Strömungen können durch ethohydraulische Laborversuche oder in situ erforscht werden. Für solche Untersuchungen ist es notwendig, die Strömungssignaturen und die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten genau zu kennen. Durch Einsatz von 3-D-hydronumerischen Simulationen können mit hinreichender Genauigkeit die maximalen Geschwindigkeiten sowie größere Verwirbelungen in den Becken von FAA berechnet werden. Auf vergleichsweise einfache Weise kann z. B. bereits im Stadium der Planung die Form und Anordnung von Becken insbesondere an den Wenden bzw. Umlenkungen verändert und für den Fischaufstieg optimiert werden. Eventuelle Defizite in den Strömungssignaturen können auf diese Weise erkannt und deren Ursachen behoben werden.

Im Rahmen einer Masterarbeit wurde die Strömung in drei ULB eines geplanten Schlitzpasses in einem 3-D-Strömungsmodell genauer untersucht und hydraulisch optimiert. Die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der Gestaltung von ULB und der Eignung von Strömungssimulationen in der Planung von FAA sollen nachfolgend vorgestellt werden.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft 07-08/2016 (August 2016)
Seiten: 7
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Julia Gatzweiler
Prof. Dr.-Ing. habil. Boris Lehmann
PD Dr.-Ing. habil. Peter Mewis
Dipl.-Ing. Marq Redeker

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