Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Verstärkung
der Leitströmung in einer Fischauf- oder -abstiegseinrichtung, wobei die Einrichtung
einen Fischpass umfasst, wobei der Fischpass ein Auslaufgerinne zum Unterwasser
aufweist.
Ein Fischpass ist eine Vorrichtung, die es Fischen ermöglicht,
bei einer Wehreinrichtung, mit beispielsweise einem Wasserkraftwerk, vom Unterwasser
in das Oberwasser zu gelangen oder umgekehrt. Insbesondere bei einem Wehr mit einem
Wasserkraftwerk ist zu beobachten, dass der Wasserstrom zu dem Unterwasser aus dem
Wasserkraftwerk ein wesentlich höheres Volumen aufweist als der Wasserstrom
in dem Gerinne, das als Fischpass dienen soll. Der Grund hierfür liegt im Wesentlichen
darin begründet, dass möglichst viel Wasser durch das Wasserkraftwerk
geleitet werden soll, um eine möglichst hohe Ausbeute an Energie zu erzielen.
Nun ist allerdings bekannt, dass Fische bei ihren Wanderungen primär von der
Strömung geleitet werden (Rheotaxis), so dass sie immer bestrebt sind, in dem
Gewässer aufzusteigen, wo vermeintlich der größte Durchfluss vorherrscht.
Dies ist – wie bereits ausgeführt – naturgemäß nicht
das Gerinne, das als Fischpass dient, sondern vielmehr der Auslauf des Wasserkraftwerkes.
Das bedeutet, dass ein Großteil der Fische den Fischpass nicht oder nur schwerlich
finden wird.
Wie bereits an anderer Stelle ausgeführt, besteht nun die Möglichkeit,
in den Fischpass eine größere Menge Wasser vom Oberwasser einzuleiten,
was allerdings die Leistungsausbeute des Wasserkraftwerks vermindert. Selbst wenn
man hiervon absieht, würde bei einer unmittelbaren Einleitung von Oberwasser
in den Fischpass auf Grund der geodätischen Höhendifferenz mit erheblichen
Wasserturbulenzen im Bereich des Fischpasses zu rechnen sein. Der durch die zusätzliche
Wassermenge für manche Fischarten insofern erzeugte Lockeffekt wirkt allerdings
für verschiedene andere Fischarten auf Grund der Turbulenzen abschreckend.
Darüber hinaus besteht immer die Gefahr, dass die Fließgeschwindigkeit
auf Grund des zusätzlichen Durchflusses derart hoch ist, dass die Fische nicht
in der Lage sind, die Gegenströmung zum Aufstieg im Fischpass zu überwinden.
Aus dem druckschriftlichen Stand der Technik ist gemäß der
US 2,683,969 eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Lockstromes nach Art einer Wasserstrahlpumpe bekannt. Hierbei ist im Fischpass
ein trichterförmiger Einlass vorgesehen, wobei sich an den trichterförmigen
Einlass ein rechteckiges Rohr anschließt, wobei das rechteckige Rohr in ein
Gehäuse der Wasserstrahlpumpe mündet. In dieses längliche Gehäuse
mündet senkrecht zur Längsachse des Gehäuses eine weitere Leitung
aus dem Oberwasser, wobei endseitig, und zwar in Achsrichtung zu dem rechteckigen
Rohr, die Rohrleitung abgeht, die gleichfalls bis in das Oberwasser reicht. Im Bereich
des Übergangs von dem rechteckigen Rohr zu dem Gehäuse befindet sich eine
radiale Öffnung, durch die Wasser aus dem Unterwasser einströmen kann,
da sich dieses Gehäuse im Unterwasser befindet. Sinn und Zweck dieser Vorrichtung
ist, im Bereich des trichterförmigen Auslasses eine hohe Strömung zu erzeugen,
um dadurch Fische zum Aufstieg zu locken. Allerdings ist kaum zu erwarten, dass
die Fische den Aufstieg durch die dort dargestellten Rohrleitungen schlussendlich
bewerkstelligen können. Dies liegt allein bereits daran, dass die Fische kaum
in der Lage sein werden, die Turbulenzen am Austritt zu überwinden. Darüber
hinaus ist mehr als fraglich, ob Fische tatsächlich einen Durchlass über
mehrere Meter durch geschlossene Rohrleitungen durchführen. Insofern ist auch
nicht bekannt, wo eine solche Vorrichtung zum Einsatz gekommen wäre.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Leitstromrichtung
an einem Fischpassauflauf so zu verstärken, dass verschiedene Bedingungen erfüllt
sind:
So soll am Fischeinstieg ein möglichst großer Durchfluss verherrschen,
dessen Geschwindigkeit etwas größer als die in der Hauptströmung
sein soll. Innerhalb dieser Lockströmung soll die Turbulenz das natürliche
Maß nicht überschreiten. Der hier gewünschte Durchfluss soll allerdings
nur zu einem kleinen Teil aus dem Oberwasser genommen werden, um die Leistung eines
Wasserkraftwerks nicht allzu stark zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe wird mit Hilfe einer Anlage der eingangs genannten Art
bei einer Fischauf- oder -abstiegseinrichtung mit einem Fischpass und einem Auslaufgerinne
vom Fischpass zum Unterwasser dadurch gelöst, wobei eine wasserführende
Verbindung in Form eines Kanal- oder Rohrabschnittes zwischen dem Unterwasser und
dem Auslaufgerinne der Fischauf- oder -abstiegseinrichtung vorgesehen ist, wobei
die Verbindung seitlich in das Auslaufgerinne mündet, wobei im Übergang
vom Unterwasser zum Auslaufgerinne mindestens eine hydraulisch arbeitende Wasserpumpe
vorgesehen ist, wobei die hydraulisch arbeitende Wasserpumpe eine Lockstromdüse
umfasst, wobei die Lockstromdüse derart vor dem Kanal- oder Rohrabschnitt angeordnet
ist, dass die Achse des Strahls aus der Lockstromdüse mit der Mittelängsachse
einer Venturidüse im Kanal- oder Rohrabschnitt fluchtet, und dass der Querschnitt
des Freistrahls der Lockstromdüse in etwa dem geringsten Querschnitt in der
Venturidüse des Kanal- oder Rohrabschnitts entspricht.
Das heißt, dass vom Unterwasser z. B. eines Wasserkraftwerks
zum Auslaufgerinne des Fischpasses eine wasserführende Querverbindung geschaffen
wird, in der mindestens eine hydraulisch arbeitende Wasserpumpe vorgesehen ist.
Eine solche hydraulisch arbeitende Wasserpumpe arbeitet nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe.
Diese Wasserstrahlpumpe befindet sich im Unterwasser des Wehres oder des Wasserkraftwerkes
und zwar im Bereich des Übergangs vom Unterwasser zum Gerinne des Fischpasses.
Das heißt, durch die hydraulisch arbeitende Wasserpumpe wird Wasser aus dem
Unterwasser in das Auslaufgerinne des Fischpasses hineingedrückt. Hieraus wird
deutlich, dass mit einer relativ geringen Wassermenge zum Betrieb der Wasserstrahlpumpe,
z. B. durch eine Lockstromleitung aus dem Oberwasser, im Auslaufgerinne, also im
Bereich des Fischeinstiegs im Unterwasser, eine im Verhältnis große Wassermenge
bereitgestellt werden kann, die als Lock- oder Leitströmung die Fische dann
bewegt, im Fischpass aufzusteigen, ohne dass der Wirkungsgrad, z. B. eines Wasserkraftwerks,
beeinträchtigt wird.
Hierbei ist vorgesehen, dass die wasserführende Verbindung einen
Kanal- oder Rohrabschnitt aufweist, wobei der Kanal- oder Rohrabschnitt innen nach
Art einer Düse, insbesondere nach Art einer Venturidüse ausgebildet ist.
Durch eine solche Venturidüse wird die Wirkung der hydraulisch arbeitenden
Wasserpumpe verstärkt. Dies gilt insbesondere vor folgendem Hintergrund:
Der Wasserstand im Auslaufgerinne des Fischpasses ist geringfügig höher
als der im Unterwasser. Dies liegt im Wesentlichen darin begründet, dass im
Bereich des Auslaufgerinnes des Fischpasses das Wasserspiegelgefälle größer
ist als im Hauptgerinne, und dass der Fließweg durch das Auslaufgerinne länger
ist als im Unterwasser des Wehres oder der Wasserkraftanlage. Das heißt, dass
die hydraulisch arbeitende Wasserpumpe gegen einen geringen Überdruck an arbeitet.
Durch die Anordnung der Venturidüse vor der Düse der Wasserstrahlpumpe
wird nun erreicht, dass trotz eines solchen Gegendrucks noch genügend Wasser
in das Auslaufgerinne gefördert wird.
Im Einzelnen ist in diesem Zusammenhang des Weiteren vorgesehen, dass
die hydraulisch arbeitende Wasserpumpe eine Lockstromdüse umfasst, wobei die
Lockstromdüse derart vor dem Kanal- oder Rohrabschnitt angeordnet ist, dass
die Achse des Strahls aus der Lockstromdüse mit der Mittellängsachse der
Venturidüse im Kanal- oder Rohrabschnitt fluchtet, und dass der Querschnitt
des Freistrahls der Lockstromdüse in etwa dem geringsten Querschnitt in der
Venturidüse des Kanal- oder Rohrabschnitts entspricht. Dadurch, dass der Freistrahl
der Lockstromdüse den geringsten Querschnitt der Venturidüse im Wesentlichen
abdeckt, wird Zweierlei erreicht:
Zum einen wird verhindert, dass auch bei etwas höherem Überdruck auf Grund
eines höheren Wasserstandes auf der Auslaufgerinneseite Wasser in das Unterwasser
unmittelbar nach, z. B. dem Wasserkraftwerk, zurückfließt. Zum anderen
wird verhindert, dass Fische in den Kanal- oder Rohrabschnitt einschwimmen. Dies
deshalb, weil die Turbulenzen in oder unmittelbar nach dem Kanal- oder Rohrabschnitt
auf der Seite des Auflaufgerinnes zu hoch sind.
Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist allerdings vorgesehen,
dass der Kanal- oder Rohrabschnitt mit Abstand in das Auslaufgerinne mündet.
Das bedeutet, dass zwar unmittelbar nach dem Kanal- oder Rohrabschnitt mit der Venturidüse
eine erhöhte Turbulenz festzustellen ist, die ein Einschwimmen der Fische verhindert,
dass diese Turbulenzen aber bereits im Auslaufgerinne im Wesentlichen abgebaut worden
sind, so dass die Fische im Auslaufgerinne von derartigen Turbulenzen nicht in ihrem
Aufstieg gestört werden.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft
näher erläutert.
1 zeigt die Anordnung des Fischpasses
in Verbindung mit einer Batterie hydraulisch arbeitender Wasserpumpen im Übergang
vom Unterwasser nach dem Turbinenauslauf zum Gerinne des Fischpasses;
2 zeigt einen Schnitt gemäß
der Linie II-II aus 1;
3 zeigt einen Schnitt gemäß
der Linie III-III aus 2.
Das Gerinne 1 des Fischpasses verbindet das Oberwasser mit
dem Unterwasser im Bereich einer Wehranlage bzw. auch eines Wasserkraftwerkes. Das
Gerinne 1 ist das Nebengerinne im Verhältnis zum sogenannten Hauptgerinne,
das den Wasserstrom nach dem Turbinenauslauf des Wasserkraftwerks darstellt. Der
Wasserstrom nach dem Turbinenauslauf stellt ebenfalls das sogenannte Unterwasser
dar. Das Gerinne 1 und das Unterwasser nach dem Turbinenauslauf sind durch
eine wasserführende Verbindung 3 miteinander verbunden, wobei die
Verbindung 3 einen geschlossenen Kanal- oder Rohrabschnitt 2 aufweist.
Vor dem Kanal- oder Rohrabschnitt 2 ist eine Batterie von sechs hydraulisch
arbeitenden Wasserpumpen 10 vorgesehen, wobei die Versorgung der Wasserpumpen
10 durch die sogenannte Lockstromleitung 11 erfolgt, die den Wasserpumpen
Wasser vom Oberwasser zuführt. Dieses Wasser aus dem Oberwasser hat auf Grund
der geodätischen Höhendifferenz eine nicht unerhebliche Energie. Die sechs
Wasserpumpen bestehen – wie sich dies im Einzelnen aus 2
ergibt – aus einer Lockstromdüse 20, die sich im Bereich des
Unterwassers nach dem Turbinenauslauf im Bereich des Kanalabschnitts, und hier unmittelbar
in Flussrichtung vor dem Kanalabschnitt, befindet. Diese Lockstromdüse
20 befördert eine gewisse Wassermenge mit einer bestimmten Strahlgeschwindigkeit,
die abhängig ist von der Energie des durch die Lockstromleitung zugeführten
Oberwassers und damit unmittelbar abhängig ist von der geodätischen Höhendifferenz,
in das Auslaufgerinne 1. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des
aus der Lockstromdüse 20 austretenden Wasserstrahls wird eine erhebliche
Menge des umgebenden Wassers angesaugt und mit in das Auslaufgerinne des Fischpasses
befördert.
In dem Kanal- oder Rohrabschnitt 2 befindet sich eine weitere
Düse, die nach Art einer Venturidüse ausgebildet ist. Das heißt,
der Auslass der Lockstromdüse 20 befindet sich im Bereich des Eingangs
des Kanal- oder Rohrabschnitts in Fluchtachse zu der Venturidüse, wobei die
Strahlaufweitung des Strahls der Lockstromdüse im Bereich des engsten Querschnitts
der Venturidüse etwa dem Querschnitt der Venturidüse dort entspricht.
Hierdurch wird zum einen erreicht, dass die Fische auf Grund der hierbei entstehenden
hohen Strömungsgeschwindigkeit und der entsprechenden Turbulenzen nicht in
den Kanalabschnitt 2 mit der Venturidüse schwimmen. Die durch die
Venturidüse erzeugten Turbulenzen beruhigen sich nach dem Kanalabschnitt relativ
zügig; dies u. a. deshalb, weil der Wasserstand im Auslaufgerinne für
den Fischpass etwas höher ist als im Unterwasser, von wo aus durch die Lockstromdüse
20 das Wasser in das Auslaufgerinne des Fischpasses befördert wird,
und weil in der Venturidüse durch die Wiederaufweitung des Querschnitts die
Strömungsgeschwindigkeit durch Querschnittszunahme reduziert wird.
Zum anderen verhindert diese Anordnung der Lockstromdüse vor
der Venturidüse derart, dass der Querschnitt des Strahles der Lockstromdüse
in etwa dem Querschnitt der Venturidüse an der geringsten Stelle entspricht
auch, dass kein Wasser aus dem Auslaufgerinne des Fischpasses in das Unterwasser
zurückläuft, was ansonsten u. U. der Fall wäre, wenn der Wasserstand
im Auslaufgerinne 1 einen bestimmten Wert relativ zum Unterwasser überschreitet.
Durch die erfindungsgemäße Verstärkung des Durchflusses
im Auslaufgerinne des Fischpasses ist es möglich, den Lockstrom um mindestens
den Faktor 10 zu vergrößern, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass Fische
den Einstieg finden, ebenso vergrößert wird.
Durch den Einlauf 13 der Lockstromleitung 11 im
Oberwasser wird im Einlaufbereich des Fischpasses durch den hierbei entstehenden
Sog ebenfalls eine Lockwirkung für absteigende Fische erzeugt, so dass ein
Lock- oder Leitstrom sowohl im Oberwasser des Fischpasses als auch im Unterwasser
im Bereich des Auslaufgerinnes des Fischpasses bereitgestellt wird.