„Fischaufstiegsanlagen“ - lugv. · PDF fileDas neue DWA-Merkblatt „Fischaufstiegsanlagen“ - Gelbdruck - Änderungen gegenüber DVWK 232/1996 - Hydraulische Aspekte - Dr. Frank

Das neue DWA-Merkblatt „Fischaufstiegsanlagen…“

- Gelbdruck -

Änderungen gegenüber

DVWK 232/1996

- Hydraulische Aspekte -Dr. Frank Krüger Lebus März 2010

Folie 1

123 Seiten 270 Seiten

Das BemessungskonzeptBemessungswert = Grenzwert x Sicherheitsbeiwert(e)

v bem = Sv x Sb x vgrenz

Dr. Frank Krüger Lebus März 2010 2

• Bauartbedingte Maßabweichungen (z.B. Natursteine )

• Hydraulische Unschärfen(z.B. Abflussbeiwerte)

• Turbulenzen, Geschwindigkeitsverteilung• Betriebssicherheit (Versatz mit Treibgut !)

Sicherheitsbeiwerte

Beispiele:

Sv = 0,95

SG= 1,0

Sb = 0,9

Sv= 0,9

SG= 0,9

Sb = 0,8

Sv= 0,8

SG= 1,0

Sb = 0,95

Schlitzpass Raugerinne Denil-Gerinne

Das Bemessungskonzept

• Unterschiedliche Definitionen für die Wassertiefe !!

Maßgeblich bei hydraulischen Berechnungen: hm

(Nullhorizont der Geschwindigkeitsverteilung)

Für die Schwimmtiefe der Fische ist die Wassertiefe heff über den Rauheitsspitzen maßgebend

ko = 1/3 . k


ko

hm

ds

Bauweise Grenzwert in

m/s

Bemessungswert

in m/s

Schlitzpässe Höhe : < 3 1,7 v = 1,5 m/s → h = 0,11 m

Raugerinne-

BeckenpässeHöhe: < 3 1,7 v = 1,4 m/s → h = 0,1 m

Raugerinne

ohne Einbauten

Länge: < 5

5 – 10

> 10 m

1,5

1,3

0,9

1,2

1,0

0,7

Störsteine Länge: < 5

5 – 10

> 10 m

1,6

1,5

1,3

1,3

1,2

1,0


Grenz- und Bemessungswerteim Metapotamal (Brachsenregion)

Bemessungs-

fisch

Döbel, Plötze,

Rotfeder

Brachsen,

Karpfen

Lachs,

Barbe

Wassertiefe in

Becken, Gerinnen 0,4 0,6 0,5

Beckenlänge 2 2,4 3

Wassertiefe in

Engstellen

0,3 0,5 0,4

Schlitzbreite 0,2 0,38 0,3


Geometrische Bemessungswerteim Metapotamal (Brachsenregion)


Bemessung von Beckenpässen

Abfluss in den Schlupflöchern:

Abfluss in den Kronen-

ausschnitten:

s SQ A 2 g h

3 2a a ü

2Q b 2 g h3

- große Probleme, wenn Kronenausschnitte vorgesehen werden,

- bei wechselnden OW- oder UW-Ständen nur Schlupflöcher verwenden .

Q = 190 l/s


Bemessung von Schlitzpässen


Hydraulische Berechnung von Schlitzpässen

Wasserwirtschaft Heft 3/2010

DVWK 232: Poleni-Formel

3 2r O

2Q s 2 g h3

7,5

Ur

O

h0,6 1 0,8

h



strömungsdissipierend strömungsstabil

maxv 2 g h 2max av 2 g h v

Starke Ablösung



strömungsdissipierend strömungsstabil

Berechnungsansatz

analog Einengung:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

µV

hu/hoKrüger,Neu Lübbenau, s = 0,17 m Krüger, Wehr 34, s = 0,16 bis 0,18 mKrüger, unt. Puhlstromwehr, s = 0,18 bis 0,20 m Gebler, Modellversuche, s = 0,15 und 0,17 mWhite, Turner Falls, s = 2 x 0,61 m Puertas et al., Modellversuche T1, s = 0,16 mPuertas et al., Modellversuche T2 , s = 0,15 m Rajaratnam, Modellversuche Design 1 und 2, s = 0,305 mRajaratnam, Modellversuche Design 3, s = 0,305 Modellversuche IWG, s = 2 x 1,2 mGambsheim, s = 0,47 m Heimerl, Beuron, s = 0,26 mAusgleichskurve strömungsdissipierend Ausgleichskurve strömungsstabil

strömungs-dissipierend

strömungs-stabil

Mittel allerMesswerte

2/3

oV hgsµQ

48054

o

uV

h

h1590

,,

,

60,05,4

o

uV

h

h148,0


Hydraulische Berechnung von alternierenden Schlitzpässen

Spremberg

Roermond

System-

skizze



Berechnungsansatz

analog Einengung:

2/3

oV hgsµQ

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

V

h /hu o

V550

52

o

uV

h

h1650

,,

,

hg2hsQ oalternativ:


Hydraulische Berechnung von Rundbeckenpässen

G. Jens: Vertical-Slot-Rundbeckenfischpaß

aus Stahlfertigteilen.-Wasser und Boden 3/1995, S. 55 ff



Mäander -Fischpass Typ C

Mäander -Fischpass Typ J

Ges derzeit 21 Anlagen in Deutschland

HalbMäander -Fischpass Typ H

Bildquelle: www.maeander-fischpass.de



Bildquelle: www.maeander-fischpass.de

2max av 2 g h v

Kein Berechnungsansatz verfügbar !!

Schlitzbreite gegenüber

Konventionellen Angaben

auf das 1,5 – bis 2fache

vergrößernsehr große Ablösungen

Besonders bei Typ c und J

Besonders bei Typ H


Gerinneartige FAA : Denilpass

Denil-Pass in der Uraus-

Führung nach Denil (1909) Denil-Pass, heutige Ausführung

Unkelmühle Gollmitzer Mühle


Hydraulische Bemessung gerinneartiger FAA : Denilpass

Abminderungsfaktor

Sv = 0,8

wegen Turbulenzen

Anwendung nicht zweckmäßig und nicht empfohlen

Fischregion

Gefälle in %Länge > 10 m Länge ≤ ca 10 m Länge ≤ 5 m

ba= 0,3 m

h1= 0,4 m

ba= 0,4 m

h1= 0,5 m

ba= 0,5 m

h1= 0,5 m

ba= 0,3 m

h1= 0,4 m

ba= 0,4 m

h1= 0,5 m

ba= 0,5 m

h1= 0,5 m

ba= 0,3 m

h1= 0,4 m

ba= 0,4 m

h1= 0,5 m

ba= 0,5 m

h1= 0,5 m

Äschen-

region6 5 5 14 12 12 19 16 16

Barben-

Region4,5 4 4 12 10 10 16 14 14

Brachsen-

Region4,5 4 4 10 8 8 14 12 12

Kaulbarsch-

Flunderregion4 3,5 3 8 7,5 7 12 10 10

Bemessungswerte für die mittlere Fließgeschwindigkeit in den

Lamellenausschnitten in m/s

Fischregion

Länge > ca. 10 m Länge bis ca. 10 m Länge bis ca. 5 m

Äschen-

Region

0,8 1,2 1,4

Barben-

Region

0,7 1,1 1,3

Brachsen-

Region

0,7 1,0 1,2

Kaulbarsch-

Flunderregion

0,65 0,95 1,1


Bemessung gerinneartiger FAA : Borstenpass

Wehr 31



Bemessung analog

Störkörper-Raugerinne



2max av 2 g h v

Wehr 31


Bemessung von Raugerinnen

Raugerinne

Begriffsbestimmung

Sohlengleiten und -rampen

Stützschwellen TeilrampenUmgehungs- gerinne

Flächenhafte Rauheit Beckenstrukturen Störsteine

raue Rampe mit Störsteinen

Trennwand

Nachbett

Wehr mit beweg-

lichen Verschlüssen

b =4,0 mo

0,3

01:2 1:2

Bautyp

Bauform


Bemessung von Raugerinnen-Flächenhafte Raugerinne -

Ohne Einbauten, Störkörper, Riegel usw.

24



84,14

rklog2

1 hys

k/h

025,2425,0log2

1

m

Nicht mehr empfohlen:

Nach Scheuerlein/Hassinger:

Ehym rg81

vUniverselles Fließgesetz

ko

hm

ds

25



1:2 1:10

0,8

0

1,6 1,0 8 x 1,0 m

Q330

Q30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Wanderkorridor bei Q30

Wanderkorridor bei Q330

Sektor-Nr. i hi in m bi in m hm,i in m vi in m/s Bewertun

g

0 0 0

1,6 0,41 0,8 2,2

1,0 0,82 0,8 2,2

1,0 0,753 0,7 1,941,0 0,654 0,6 1,691,0 0,555 0,5 1,41,0 0,45

6 0,4 1,111,0 0,35

7 0,3 0,811,0 0,258 0,2 0,481,0 0,15

9 0,1 0,121,0 0,05

10 0 0

als

Wanderkorridor

geeignet

Fließgeschwindi

gkeit zu hoch

Breite zu gering Wassertiefe zu

gering

26



10 m 5 m 10 m 5 m 10 m

Gefälle 1:40 Gefälle 1:40 Gefälle 1:40Bereich mit geringerer

Fließgeschwindigkeit

Bereich mit geringerer

Fließgeschwindigkeit

Alternative Gestaltung

27



Stabilitätsnachweis

DVWK 232: WHITTAKER und JÄGGI (1986):

Gefälle : 1: 4 bis 1:20

Abt/Johnsson (1991) :

Gefälle 1:5 bis 1:100

768,1

S768,0

zul d53,2q

2/365

6/7

w

wskrit dg257,0q

Empfehlung 2004:

40 % Sicherheitszuschlag

28



Stabilitätsnachweis

DVWK 232: WHITTAKER und JÄGGI (1986):

Gefälle : 1: 4 bis 1:20 , 40 % Zuschlag

Abt/Johnsson (1991) :

Mit 20 % Sicherheitszuschlag

2/365

6/7

w

wskrit dg257,0q

768,1768,00,3 mzul dq

dm,rund,erf = 1,5 · dm,kantig,erf

29

Bemessung von Raugerinnen-Störsteine-

30


ax

ay

l

sd

1:1,5ay

30

Hydraulische Berechnung gemäß DVWK 232/1996

v g r r A l

k r

cA

a aA h b c

V V A l L

A Grundfläche der Steine

A b l

m hy hy ges u

o

s hy

s ws

x ys s w

s ges o o s u

o s

o s s s

18

12

14 84

41 5

1 1

; /

lg,

; ; , ?

( ) ( / ( )),

,

,

Dieser Ansatz lässt sich nur mit der Annahme ableiten,

dass die Störsteine mit der mittleren Fließgeschwindigkeit

angeströmt werden.

Genau dies ist aber nicht der Fall !!!

Pfahlpass - Längsschnitt

Übertragbarkeit ?

ax = ay = 5.ds

31


Aus Messwerten rückgerechnete

cw-Beiwerte ohne Berücksichtigung

der Anströmverhältnisse

0 20 40 60 80

Re in Tausend

0

1

2

3

4

5

6

7

cw

(nic

ht bere

inig

t)

Zylinder, I = 0,05

Zylinder, I = 0,067

Zylinder, I = 0,035

Messwerte DA Homilius , TU Dresden 2004Wasserwirtschaft,

Heft 7/8/2007

33


2m

2a vv

ges,o

S,FwS

A

Ac4

2

m

xoV

2

Sy

y

v

ag2F

da

ak

In Auswertung der Versuche ergab:

-für Zylinder und runde Störkörper

cw = 1,0

k = 0,6

-für Quader und kantige Störkörper

cw = 1,2

k = 0,5

-für überströmte Störkörper (Quader) :

k = 1,2

a x

a y

Störkörper

d

s

Wasservolumen

Fa

Fr

F

F

s

s

Fs

hs

h

ges,OS,Fwges,0S,Oo

gessmo2m

A/Ac4)A/A1(

)V/V1(hg8v


Beispiel

vgl. DVWK 232/1996, Kap. 4.4.2

a = 1,0 mx

a = 1,0 m y

Störsteine, d = 0,6 m

2,60 m

1:2 0,4 m

s

0,6

Grundriß

Querschnitt

s ws

o ges

cA

A4 4 15

6 72

43 9,

,,

,

gess o o

v

( ) , , ( , )

,

1

1

0 92 0 1 1 0 18

1 0 233

vg r

mhy

ges

8 8 9 81 0 31 0 04

131

, , ,

,

Geometrie:

I = 1:25 = 0,04

A = 1,36 m²

lU = 4,39 m

rhy = 0,31

As= 6,72 m²

A0,ges = 43,9 m²

V = 0,233

0 = 0,18

Berechnung alt, ß = 1,0

Berechnung neu, ß = iterativ

FV = 0,66, cw= 1,2 , k =0,5

s ges vm

Ergebnis ß = 4,91964

vm = 0,449 m/s

(entspricht 52 % nach altem Ansatz

Konvergenzverhalten

0 5 10 15 20 25 30

Iterationsschritt

1

2

3

4

5

6

be

ta

Beta, n

Grenzwert4,919647

= 1,31

= 0,86 m/s


35

Bemessung von Raugerinnen-Beckenstrukturen -

Kupferhammer

Thiesorter Mühle

36


OW

UW

bs,i

hh

o

ho

lb

Längsschnitt

Querschnitt

w

w

hU

hU

bs,i

lw

hs

h2

h1

h1

h2

hh

br,i br,i

2/31i,s hg2bf

3

2Q

Faktor f berücksichtigt Spaltverluste

f = 1,05 bis 1,1 bei Steinen mit geraden

Bruchflächen, gut

aneinander gefügt

f = 1,15 bis 1,25 bei runden Steinen oder

bei sehr unregelmäßigen

Bruchkanten

Abflussberechnung

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

h2/h1

h1 h2

w

11

1

2

h

h1

37


Stabilitätskriterium

Maßgeblich ist die Stabilität der Beckenfüllung

25123

65S

krit dg0930q ,/,

Palt (2001) :65Beckenm d50d ,, 25123

BeckenmS

zul dg2630sq ,/

,,

s = 0,7 für kantiges Material und

s = 0,6 für rundkörniges Material

25123

BeckensS

zul dg050sq ,/

,,65Beckens d51d ,,


Dankefür die Aufmerksamkeit

Und viel Erfolg !!!

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