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Bei
künstlichen
Einbauten in fischbestandenen Fließgewässer, wie bei Wehren, Sohlstufen
oder Schiffsschleusen, sowie bei Verbindungen zwischen stehenden
Gewässern
mit unterschiedlichen Wasserspiegelhöhen wird die natürliche Fischwanderung behindert
oder vollständig
unterbrochen.
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Um
dennoch Fischwanderbewegungen zu ermöglichen, werden seit langem
künstliche
Umgehungswege neben oder innerhalb der wasserbaulichen Sperrbauwerke
geplant und ausgeführt.
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Grundsätzlich unterscheidet
man dabei in „Naturnahe
Fischaufstiegsanlagen" in
Form von Nachbildungen natürlicher
Fließgerinne
und in „Technische
Fischaufstiegsanlagen" in
Form von stufenartig angelegten Längsbauwerken oder mechanischen Hebevorrichtungen.
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Der
allgemein anerkannte und praxisübliche Stand
der Technik wird zur Zeit in Deutschland dokumentiert vom „Merkblatt
zur Wasserwirtschaft 232/1996 Fischaufstiegsanlagen – Bemessung,
Gestaltung, Funktionskontrolle" [/1/]
vom Deutschen Verband für
Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V. (DVWK), worin die bekannten
Bauarten klassifiziert, beschrieben und mit Bemessungsregeln versehen sind.
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Bei
den – die
Erfindung betreffenden – „Technischen
Fischaufstiegsanlagen" hat
sich in der Baupraxis mehrheitlich das Prinzip der sogenannten „Fischtreppe" in Form des „Beckenfischpasses" durchgesetzt.
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Solche
Anlagen bestehen im Grundsatz aus einer Aufeinanderfolge von stufenförmig angelegten, verbundenen
Wasserbehältern,
die dem Fisch aus eigener Kraft die Überwindung der kleinen Niveaudifferenzen
ermöglichen.
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Das
Passieren der Fische wird bei den Beckenfischpässen erleichtert durch verschieden
ausgebildete, vom Wasser durchströmte Aussparungen in den Trennwänden zwischen
den Becken.
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Die
derzeit hauptsächlich
angewandte Öffnungsform
ist die senkrechte, durchgehende Öffnung „Vertikalschlitz" (Vertical-Slot),
weil sie folgende Vorteile gegenüber
begrenzten Einzelöffnungen
besitzt:
Die gesamte Schlitzhöhe steht der Fischpassage zur Verfügung, wodurch
der Fisch unterschiedliche Strömungsverhältnisse
in unterschiedlichen Tiefen wählen
kann und die Ausführung
einer ökologisch
durchgängigen
Sohlsubstratschicht möglich
ist.
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Die
Verstopfungsneigung der Schlitzöffnungen
erwies sich geringer als bei Beckenpässen mit begrenzten Einzelöffnungen
in den Trennwänden.
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Bekannte
Vorschläge
zur Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Beckenpässe befassen sich mit besonderen
Beckenanordnungen und -formen sowie mit unterschiedlichen Anordnungen
der festen Öffnungen
zwischen den Becken, zum Beispiel: (
G
84 23 938.7 ), (
DE
196 22 096 A1+C2 ), (
DE 198 07 732 C2 ), (
G 81 25 063.0 ), (
DE 35 08 394 A1 ), (
DE 20 2004 009 528
U1 ), (
US 132349 )
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Die
heute gebräuchlichste
technische Fischaufstiegsanlage „Beckenpass mit Vertikalschlitzen" wird in der Regel
aus einem trogförmigen,
längsgeneigten,
massiven Kanal mit lichter Weiten zwischen 1,30 und 2,50 Meter ausgeführt. Die
treppenartigen Becken werden durch fest eingebaute Quertrennwände gebildet.
Eine oder zwei senkrechte Spaltöffnung
in den Trennwänden
ermöglichen
den Wasserdurchtritt und die Passage von Fischen und sohlgebundenen
Organismen.
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Der
strahlartige schnelle Wasserdurchfluss muss dabei gebremst und verwirbelt
werden durch jeweils dicht hinter jedem Vertikalschlitz angeordnete feste
Strahl-Umlenkblöcke
an der gesamten Schlitzhöhe.
(Regelausführung
siehe /1/, Bild 5.24; sowie Anlage 6, 1-4)
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Probleme der
bekannten Bauweisen
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Allen
bekannten Beckenpässen
mit Vertikalschlitzen – im
folgenden kurz „Beckenschlitzpass" genannt – ist trotz
unterschiedlicher geometrischer Bauformen gemeinsam, dass die durchgehenden Vertikalschlitze
zwar eine sichere Funktion gewährleisten,
jedoch auch folgende Nachteile aufweisen:
- a)
Die Wasserdurchflussmenge der Schlitzpassagen ist grundsätzlich nicht
regulierbar, sondern erhöht
oder mindert sich zwangsläufig
durch äußere Einflüsse, wie
wechselnde obere und untere Gewässerspiegelhöhe.
- b) In wasserarmen Fließgewässern und
Seen führt
die über
die gesamte Jahreszeit über
einen Fischpass ablaufende Wassermenge oft zu unerwünschten
Wasserverlusten. Viele Beckenpässe besitzen
deshalb Dammbalken- oder Tafelverschlüsse am Fischpasseinlauf zur
Abflussdrosselung und Wartungsabsperrung. Dabei wird aber die Fischpassierbarkeit
wieder stark beeinträchtigt
oder vollständig
unterbrochen.
- c) Die fachbehördlich
angeordneten oder fischwirtschaftlich empfohlenen Schlitzweiten
erweisen sich nach Bauausführung
im Verlaufe der Betriebsführung
oft als korrekturbedürftig.
Veränderungen
müssen
dann durch Umbauten an den Schlitzen, meist durch Demontage und
Versetzen der Umlenkblöcke,
vorgenommen werden.
- d) Die festgebauten Beckenschlitzpässe erlauben nur geringfügige Schwankungen
des Gewässer-Oberwasserstandes.
Dadurch sind Beckenschlitzpässe
nur beschränkt
verwendbar bei stärker
veränderlichen
Staumarken (z.B. an Speicherseen oder Staustufen mit mehr als einigen Dezimeter
variierenden Wasserspiegelhöhen).
Die
Wassertiefe in den Becken bzw. Schlitzpässen muss nach dem derzeit
praxisbestätigten Stand
der Technik zwischen 0,50 und 1,50 Meter betragen, da bei höheren Wasserständen zu
starke Durchflüsse
mit der Folge zu hoher Strömungsenergiewirkung
auf die passierenden Organismen entstehen.
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Lösung und
erzielte Vorteile
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Die
vorgenannten Probleme bei Beckenschlitzpässen und verwandten Bauformen
mit vertikalen Schlitzen werden erfindungsgemäß durch eine neuartige stufenlose
Regulierbarkeit der Schlitzpassweite und -form gelöst. Dabei
wurde auf der Erkenntnis aufgebaut, dass die Ausführung der
Vertikalschlitze bestimmend ist für die hydraulischen Eigenschaften,
die fischökologische
Dimensionierung und die möglichen
Funktionsprobleme.
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Die
Erfindung gemäß Patentanspruch
besteht daraus, die bisher bekannten vertikalen festen Schlitzöffnungen
der Beckenschlitzpässe
mit neuartigen, verstellbaren, torsionsfesten Lamellen während des
Betriebes stufenlos in Schlitzweite und Schlitzform regulierbar
zu machen.
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Die
Lamellen können
durch zweckmäßige Form
und Lageanordnung gleichzeitig die Umlenk- und Verwirbelungsfunktion
der bisher erforderlichen bekannten festen Umlenkblöcke an den
Vertikalschlitzen übernehmen.
(Anlage 6, Zeichnungen 5 bis 13)
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Fischaufstiegsanlagen
mit erfindungsgemäßer Ausrüstung durch
mehrere regulierbare Lamellen an den Vertikalschlitzen werden vom
Erfinder als „Jalousiefischpass" bezeichnet.
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Die
Lamellenverstellung geschieht durch mechanisch bewirkte Teilrotation
um eine senkrechte Lagerachse, die entweder a) neben (5 bis 10)
oder b) im Lamellenquerschnitt (11 und 12)
verläuft.
(Veranschaulichungsprinzip: Schiffsruder)
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Die
Achslagerung kann im Fall a) aus bekannter einfacher – auch aushängbarer – Bandscharnierkonstruktion
bestehen und im Fall b) mittels punktuellem oberen und unteren Achslager
ausgeführt werden.
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Weder
die Lagerteile noch der Bewegungsspalt zwischen festem Beckenbauwerk
und beweglicher Lamelle müssen
wasserdicht ausgeführt
werden, solange die Spaltmaße
nicht so groß werden, dass
unerwünschte
Wasserverluste entstehen.
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Zur
Verhinderung des Blockierens durch Schwimm- und Schwemmgut bei den
Verstellbewegungen der Lamellen sind konstante Spaltmaße und selbstreinigende
Spaltformen, zum Beispiel in Strömungsrichtung
aufweitende Spalten, angezeigt.
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Zur
Justierung und Verstellung der Lamellen können bekannte Hebel-, Gestänge-, Seilzug-
oder Getriebevorrichtungen verwendet werden. Dazu sind der Erfindung
beispielhafte Vorschläge
beigefügt. (14, 15)
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Ein
weiterer Bestandteil der Erfindung ist, dass mehrere Lamellen eines
Beckenschlitzpasses mit einer gekoppelten mechanischen Verstellvorrichtung
gleichzeitig – und
damit aufwandssparend – regulierbar
sein können.
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Die
Zahl zu gekoppelnder Lamellen ist jeweils von den Ergebnissen der
Bemessung der Antriebsmechanik und der angreifenden Wasserkräfte abhängig.
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Die
Erfindung zeigt außerdem
eine Variante des vorgeschlagenen Lamellenverschlusses für Beckenfischpässe in der
Form auf, dass ein rotationssymetrisch verstellbarer Rohrträger mit
mehreren – vorzugsweise
vier – Lamellen
in einem mittig angeordneten festen Trennwand-Vertikalschlitz eingesetzt wird.
(12)
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Der
Vorteil dieser Lösung
liegt in seinem annähernd
kraftneutralen Bewegungsverhalten gegenüber dem Wasserdruck, was eine
leichtere mechanische Antriebskopplung sowohl für einzelne als auch für zentrale
Verstellung verspricht.
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Der
Erfinder benennt diese Bauform „Kreuzschlitzpass".
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Diese
faktisch zweischlitzige Konstruktion ist für Einsatzfälle mit hohen und stark wechselnden Wasserständen vorteilhaft,
wo ausreichend Wasserspeisung vorhanden ist und ausreichend große Beckenmaße zum Energieabbau
zur Verfügung
stehen.
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Weitere Ausgestaltung
und Beispiele
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Die
Erfindung beinhaltet in zeichnerischer Anlage 6 auch Vorschläge zu verschiedenen
torsionsfesten und strömungstechnisch
zweckmäßigen Lamellenquerschnitten
(6 bis 8), sowie mögliche Lamellenformen zur individuellen
Schlitzquerschnittsregulierung (9 bis 11).
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Die
Lamellen sollen in Fischaufstiegsanlagen mit Sohlsubstratschicht
bereits über
der Substrathöhe
enden, so dass die Beweglichkeit gesichert bleibt.
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In
diesem Zusammenhang wird empfohlen, ein sohlfixiertes Substratgerüst zu verwenden,
damit strömungsbedingtes
Umlagern des Substrates nicht die Beckenschlitze versetzen kann.
(16)
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Weiterhin
werden Beispiele für
die Verstellmechanismen einzelner Lamellen und zur mechanischen
Kopplung mehrerer Lamellen von Jalousiefischpässen gegeben. (15)
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Für jeden
Anwendungsfall mit seinen spezifischen äußeren Belastungen sind tragwerksplanerische
Einzelbemessungen vorzunehmen.
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Abhängig von
der Art der gewählten
Lamellenverstellmechanismen sind die vorschriftskonformen ergonometrischen
Anforderungen bei der Konstruktion zu beachten. In der Regel wird
der mit regulierbaren Schlitzpassagen ausgerüstete Beckenfischpass mit einem – bei größeren kanalartigen
Anlagen bekannten – Längslaufsteg
aus Gitterrosten auszuführen
sein, um wartungs- und
bedienfreundliche Zugänglichkeit
zu allen Vertikalschlitzen zu gewähren.