DE202014007208U1 - Fischpass für Fischaufstieg und Fischabstieg - Google Patents

Abstract

Fischauf- und -Fischabstieg zwischen Oberwasser- 1 und Unterwasser-Anschluss 2 von Querbauwerken in Gewässern bestehend aus einer kreisförmigen Außenwand 3 mit je einer Öffnung zum Oberwasser 4 und einer Öffnung zum Unterwasser 5 und einer beweglichen kreisförmigen Innenwand 6, die durch einen wasserdurchlässigen Steg 7 in zwei halbkreisförmige Becken 8 und 9 geteilt ist und in jedem dieser Becken mit je einer Öffnung 10 zu beiden Seiten des Steges 7 in der Innenwand 6 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verdrehen des Steges 7 je eine Öffnung der Innenwand mit der Öffnung der Außenwand in deckungsgleicher Stellung Wasser durchlässt.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Fischpass für den Fischaufstieg und Fischabstieg zwischen Oberwasser und Unterwasser von Querbauwerken bestehend aus einer rundum geschlossenen Außenwand mit oberwasserseitigen und unterwasserseitigen Öffnungen, die wechselseitig für die Durchströmung durch einen wasserdurchlässigen Steg geteiltes Innenbecken mit jeweils zwei Öffnungen für den Fischaufstieg bzw. Fischabstieg freigegeben werden. Der Druck des durchströmenden Wassers wird in einer Turbine zur Energieerzeugung abgebaut.
• Stand der Technik
• Wenn immer möglich, werden Fischpasse als Umgehungsgewässer in vorzugsweise naturnaher Bauweise für die Auf- und Abwanderung von Fischen und Wasserlebewesen ausgebildet. Entsprechend den Anforderungen an die Fischpasse sind dazu – den zu überwindenden Gefällen entsprechend lange Gerinne erforderlich.
• Technische Fischpasse sind in vielfältiger Form bekannt, erfüllen aber nicht alle verhaltensbiologischen Ansprüche der Fische. Dies fordert neue, flexible Lösungen, die auch wirtschaftlich ausführbar sind.
• Die baulichen Gegebenheiten vorhandener Querbauwerke, vornehmlich Wasserkraftwerke, lassen wegen zugebauter Räume, hoher verbauter Ufer, kurzer Strecken für den Ausbau, erforderlicher Passagen für den Hochwasserabfluss, oft keine optimale Gestaltung zu. Ebenso können streng geschützte Naturschutzgebiete, Denkmale, vorrangige andere Funktionen – wie etwa bei der Schifffahrt – die optimale erforderliche Gestaltung behindern. Sehr problematisch ist der Umbau vorhandener aber nicht funktionsfähiger Fischaufstiege etwa bei Schifffahrtsschleusen und Kraftwerken.
• Aufgabe der Erfindung und Lösung.
• Die Erfindung trägt zur Überwindung der oben geschilderten Hindernisse bei, indem sie für die geometrischen Nachteile ein hydraulisch geeignetes System darstellt, das auch den fischereibiologischen Anforderungen zum Auf- und Abstieg in einer kompakten Anlage Rechnung trägt, aber auch Gestaltungsspielräume für den optimalen Ausbau ermöglicht.
• Für die stromaufwärts gerichteten Fischaufstiege ist die strömungsgünstige Anbindung mit der besten Leitströmung anlagenbedingt anzupassen. Entsprechend der lokalen Gegebenheiten kann für den Aufstieg eine Teilstrecke als konventioneller Fischaufstieg ausgebildet werden, der den Einstieg in die Becken 8 bzw. 9 erleichtert.
• Da die Wassereinströmung des Fischpasses an der tiefsten Stelle des Oberwassers erfolgt, bietet sich damit ein Wanderkorridor für die sohlnahe abwandernden Fische wie Aale, Neunauge, Barbe, Gründling, Brasse u. a. Auch hier ist der Einlauf-Schieber in der Nähe einer wirksamen Leitströmung anzuordnen.
• Die beiden Becken 8 und 9, die wechselseitig beaufschlagt, aber kontinuierlich durchströmt werden, wirken als Schleuse für die durchwandernden Fische. Gegenüber einer herkömmlichen Schleuse, bei der Becken geflutet werden und den Raum bis in die Höhe des Oberwassers auffüllen, spart die Erfindung den vollen Volumenausgleich durch die druckfesten, flachen, raumsparenden Becken. Die Umschaltung ist daher auch zeitsparend und kann unmittelbar erfolgen.
• In den Becken sammeln sich die auf- bzw. abwärts wandernden Fische und verharren dort, da sie die ihrem eingeschlagenen Wanderweg entsprechende Strömung spüren. Das Verharren kann auch durch bekannte Lockmittel unterstützt werden.
• Die Anwesenheit der Fische wird durch Erkennungsindikatoren, Bewegungsmelder oder Kamera registriert, die Umsteuerung der Öffnungen veranlasst und den Wanderweg zur Fortsetzung frei gibt: Die aufwärts wandernden Fische gelangen ins Oberwasser während die abwärts wandernden zum Unterwasser gelangen.
• Die abwärts gerichtete Strömung bleibt auch bei der Umschaltung erhalten, womit auch die Leitströmung sowohl für Auf- wie Abwanderung der Fische kontinuierlich wirkt. Der zwischen den Becken angeordnete Steg baut den vom Oberwasser her anstehenden Druck zu dem anderen Becken ab, das mit dem Unterwasser in Verbindung steht. Der Druckabbau und die abfließende Wassermenge können durch eine Zwischenplatte geregelt bzw. eingestellt werden. Vorzugsweise bestehen die Öffnungen in den Stegplatten aus Schlitzen, deren Aussparung erhaben erhalten bleibt, womit das Wasser, in flachen Strahlen abfließend, abgelenkt wird und die Fische nicht durch lässt.
• Sofern die Wassermenge und der zwischen Oberwasser und Auslauf herrschende Druck ausreichen, kann der Druckabbau durch eine im Steg 7 angeordnete Turbine zur Energieerzeugung abgebaut werden. Dies bietet den Vorteil, die im Fischpass für die Energieerzeugung im Kraftwerk verlorene Energie, zu einem Teil zurückzugewinnen.
• Vorteilhaft kann hier auf die bewährte Technik von Tauchmotor-Pumpen im Umkehrbetrieb als Turbine zurückgegriffen werden (PaT = Pumpe als Turbine)
• Die Schieber/Klappen am oberwasserseitigen Einlauf sind auf die für den Fischabstieg erforderliche Wassermenge einstellbar. Den abwanderungswilligen Fischen, die sohlnahe Wanderkorridore bevorzugen (z. B. Aale), kann durch die regelbare Klappe jahreszeitlich, wander-saisonal durch verstärkten Abfluss entgegen gekommen werden. Über die Bewegungsmelder/Indikatoren kann der Beginn der Abwanderung festgestellt und die Abfluss-Dotierung entsprechend eingestellt werden. Bei der Energiegewinnung durch eine Turbine kann durch eine Drehzahlregelung ebenfalls die Durchsatzmenge verändert werden.
• Für die oberflächennahe abwandernden Fische ist meist in Verbindung mit Spülrinnen der Rechenanlagen oder Bypässe Vorkehrung für die Abwanderung getroffen. Diese Abstiegsgerinne können auch dem unterwasserseitigen Ablauf der Becken – meist über kurze Distanz – zugeführt werden.
• Die Erfindung kann zu Lösungen bei Anlagen beitragen, bei denen früher Fischpässe gebaut wurden, die sich als untauglich erwiesen haben (wie es bei vielen Kraftwerks- und Schleusenanlagen der Fall ist). Wenn der vorhandene Platz nicht reicht, eine taugliche Anlage zu bauen, kann mit der platzsparenden Erfindung die erforderliche Rest Höhe für den Fischpass überbrückt werden. Wenn damit auch der sohlnahe Einstieg möglich ist, kann auch ein Korridor für Abwanderung erschlossen werden.
• Die Becken können überflutet werden, wenn ein vorgeschalteter Schütz z. B. für Hochwasserabfuhr gezogen wird.
• Die flexible Gestaltungsmöglichkeit der Komponenten für die beschriebene Funktion ermöglicht eine weitgehende Anpassung, um den verhaltensbiologischen Anforderungen für den Auf- und Abstieg der Fische und Wasserlebewesen entgegenzukommen.
• Anwendungspotential.
• Zum einen fordern die europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) und die deutschen Wasserhaushaltsgesetze (WHG) die Herstellung der Durchgängigkeit der Gewässer und den Fischschutz, zum andern verlangt das neue deutsche Erneuerbare-Energie-Gesetz 2014 eine Leistungssteigerung in der Stromerzeugung, damit Wasserkraft Betreiber in den Genuss der Einspeisetarife kommen. Dies birgt einen Widerspruch in sich, da die Wasserabgabe für Fischpässe einen Verlust in der Energieerzeugung der Wasserkraftanlage bedeutet.
• Daher ist die Energiegewinnung in den Fischpassen eine Hilfe zur Erlangung der EEG Einspeisetarife, hilft aber auch in Bestandsanlagen zur Verbesserung der Effizienz.
• Die räumlichen Vorteile der Erfindung kommen zum Tragen, wenn zum Bau der Fischpasse z. B. folgende Behinderungen vorliegen: Fehlender Baugrund für ein Umgehungsgerinne, Natur- oder Denkmalgeschützte Umgebung, umbaute Räume bei den Anlagen, Platzmangel bei Kraftwerken mit Schiffsschleusen – in der Länge wie in der Breite für den Bau neuer Fischpasse, Platzbedarf für Hochwasserabflüsse, hohe fest verbaute Ufer.
• Die Erfindung ist in den Figuren (FIG) 1–6 dargestellt:
• 1. Isometrische Gesamtansicht/Schnitt des Basismodells mit geteilten Rundbecken und wasserdurchlässigem Steg 7.
• 2. Deckelauflage auf Innenring 6 und Steg 7 und Dichtung 17 zu Außenring.
• 3. Schlitzartiger Wasserdurchlass („Schlitzbrücken”)
• 4. Draufsicht mit Betätigung des Deckels 16 mit Steg 7.
• 5. Steg 7 als Energiegewinnungsanlage 20.
• 6. Rechteckbecken 3 mit einzelner und wechselseitiger Betätigung durch Kraftmittel 18 und 19.
• 1. zeigt die Öffnungen 1 und 5 – den Wasserzulauf 1 aus dem Oberwasser und den Ablauf 5 zum Unterwasser. Der Steg 7 teilt das innere, drehbare Rundbecken in die beiden halbrunden Becken 8 und 9. Beiderseits des Stegs 7 befinden sich Öffnungen 10, von denen je eine Durchgang zu der Öffnung im Außenring zu Ober- bzw. Unterwasser hat. Mit der Verdrehung des Stegs zur anderen Öffnung wechselt die Beaufschlagung der Becken 8 und 9.
• 2. zeigt den Ausschnitt der Abdichtung zwischen dem beweglichen Innenring 6 zu dem Außenring 3.
• 3. stellt die schlitzförmigen Öffnungen 13 dar, die verhindern dass Fische passieren können.
• 4 zeigt die Gesamtanlage von oben mit der Betätigung des Deckels 16. Der Steg 7 ist auch als Energiegewinnungsanlage 20 angedeutet.
• 5 zeigt wie der Steg 7 alternativ als Energiegewinnungsanlage 20 ausgebildet ist. Die Öffnungen zur Durchströmung bestehen aus Stabrechen 21 und 22, von denen einer immer gegen das andere Becken mit einer Klappe 24 abgedichtet ist. Das Wasser strömt durch einen Konus, dessen Querschnitt von viereckig auf rund übergeht und trifft auf den Propeller der Turbine. Nach der Energieumsetzung in der Turbine strömt das Wasser in einen Diffusor, der auch die Strömungsenergie umsetzt. Der Auslauf des entspannten Wassers erfolgt durch den Rechen 31 in das gegenüberliegende Becken 9 zum Auslauf, in dem der Außendruck der Atmosphäre herrscht. Eine Klappe 32 dichtet den Rechen 30 mit einem externen Kraftmittel 33 – z. B. hydraulischen Zylinder – zum druckseitigen Becken 8 ab. Durch die Öffnung 5 können die abstiegswilligen Fische, die sich im Becken 9 angesammelt hatten, abwandern.
• 6. Stellt alternative Rechteckbecken dar, bei denen der Steg 7 fest steht und nur die Einlauföffnungen durch Schieber verschlossen werden. In der rechten Zeichnung ist ein Öffnen und Schließen durch Verschieben der Schieber 34 und 35 bzw. 36 und 37 dargestellt. Die linke Zeichnung zeigt wie alle Schieber individuell betätigt werden können. Dies wird der Fall sein, wenn vor allem größere Anlagen zur Optimierung der Abläufe vom Computer gesteuert werden.

Claims (26)

1. Fischauf- und -Fischabstieg zwischen Oberwasser- 1 und Unterwasser-Anschluss 2 von Querbauwerken in Gewässern bestehend aus einer kreisförmigen Außenwand 3 mit je einer Öffnung zum Oberwasser 4 und einer Öffnung zum Unterwasser 5 und einer beweglichen kreisförmigen Innenwand 6, die durch einen wasserdurchlässigen Steg 7 in zwei halbkreisförmige Becken 8 und 9 geteilt ist und in jedem dieser Becken mit je einer Öffnung 10 zu beiden Seiten des Steges 7 in der Innenwand 6 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verdrehen des Steges 7 je eine Öffnung der Innenwand mit der Öffnung der Außenwand in deckungsgleicher Stellung Wasser durchlässt.
2. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen des Innenrings 6 deckungsgleich mit den Öffnungen des Außenrings 3 rund oder rechteckig oder oval geformt sind.
3. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Steg 7 statt der geschlossenen Innenwand 6 segment-förmige Ansätze 11 ausgebildet sind, in denen die Öffnungen 10 angeordnet sind.
4. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg 7 aus zwei voneinander getrennten Einzelplatten 12 besteht, die mit Öffnungen 13 zur Wasserdurchströmung versehen sind.
5. Fischpass nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen 13 rund oder schlitzförmig ausgebildet sind.
6. Fischpass nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen aus Schlitzbrücken 14 bestehen.
7. Fischpass nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbrücken kunststoffbeschichtet sind.
8. Fischpass nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Platten 12 des Steges 7 eine verschiebbaren Zwischenplatte 15 mit Öffnungen eingesetzt ist, die als Drossel zum Druckabbau und zur Steuerung des Wasserdurchflusses dient.
9. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkreisförmigen Becken 8 und 9 mit einer druckdichten drehbaren Abdeckung 16 versehen sind, die auf der Außenwand 3 aufliegt und zu dieser mit einem Dichtungsring 17 versehen ist.
10. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel 16 mit dem Steg 7 kraftschlüssig verbunden ist.
11. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg 7 mit den Öffnungen 11 und 12 mit dem Deckel 16 mit externen elektrischen oder hydraulischen Kraftmitteln 18 betätigt wird.
12. Fischpass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenwand der Becken oder dem Deckel 16 Bewegungsmelder oder eine Kamera als Erkennungsindikatoren 19 für die Anwesenheit von auf- bzw. abstiegswilligen Fischen in den jeweiligen Becken angebracht sind, die die Betätigung der Kraftmittel 18 zur Umsteuerung veranlassen.
13. Fischpass nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg 7, der die beiden Becken 8 und 9 trennt, als Energiegewinnungsanlage 20 mit Turbine 26 und Tauchgenerator 27 ausgebildet ist, die zur Drosselung des Drucks und der Einstellung der Wassermenge dient.
14. Fischpass nach Anspruch 4 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen 13 in der Anströmung aus Rechenfeldern 21 und 22 mit Stäben in bestimmten Abständen zueinander bestehen.
15. Fischpass nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rechenfeldern 21 und 22 eine Abdeckplatte 24 mit einem Drehgelenk angeordnet ist, die den gegenüberliegenden Rechen verschließt.
16. Fischpass nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anströmung der Turbine 26 ein Konus 25 angeordnet ist, der von dem Einlaufquerschnitt auf den runden Durchmesser des Turbinenpropellers übergeht.
17. Fischpass nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der im Zentrum angeordnete Tauchgenerator 27 von einem Gehäuse 28 umschlossen ist, das mit der Tauchgeneratorhülle 29 einen Diffusor ausbildet.
18. Fischpass nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit den Einlaufrechen 21 und 22 geometrisch identischer Auslaufrechen 30 und 31 angeordnet ist mit einer Abdeckplatte 32, die den gegenüberliegenden Rechen mit Hilfe externer Kraftmittel 33 verschließt.
19. Fischpass nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand viereckig ist und durch den fest verbundenen Steg 7 in zwei Becken 8 und 9 unterteilt ist und jedes der beiden Becken auf der Oberwasserseite und auf der Unterwasserseite eine Öffnung 10 aufweist.
20. Fischpass nach Anspruch 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite der Öffnungen Schieber 34, 35 oberwasserseitig und 36, 37 unterwasserseitig zur Absperrung angeordnet sind.
21. Fischpass nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber mit externen elektrischen oder hydraulischen Kraftmitteln 18 betätigt werden.
22. Fischpass nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber wechselseitig durch externe Kraftmittel 19 geöffnet und geschlossen werden.
23. Fischpass nach Anspruch 12, 17 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber nach den Erkennungsindikatoren 19 Computer – gesteuert bedient werden.
24. Fischpass nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit der programmierbaren Schieberöffnung 34 und 35 die Wassermenge des Fischpasses eingestellt wird.
25. Fischpass nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber 34 und 35 als Drehklappen zur Einstellung der Wassermenge ausgebildet sind.
26. Fischpass nach Anspruch 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermenge bei offener Schieber- oder Klappenstellung durch die Wassermengen verändernde Drehzahlregelung des Tauchgenerators erfolgt.

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