DE37583C - Fischwege mit von der Gefällhöhe unabhängiger Wassergeschwindigkeit - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die bisher ausgeführten Fischwege, auch Fischtreppen, Fischleitern oder Fischgüsse genannt, erfüllten nur unvollkommen ihren Zweck, so kostspielig und künstlich dieselben auch hergestellt wurden. Da die Wanderfische nur bis zu einer gewissen gröfsten Geschwindigkeit des Wassers im Stande sind, gegen den Strom zu schwimmen, so mufste der schroffe Abfall der Flufssohlen bei Wehren dadurch für die Fische ersteigbar gemacht werden, dafs besondere Wasserläufe rieben dem Wehr angelegt wurden, in denen man versuchte, den Strom durch Verlängerung des Weges und Einbauen von Hindernissen in seiner Geschwindigkeit zu mäfsigen. Diese Hülfsmittel konnten nur unvollkommen sein, einmal, weil theoretisch die Geschwindigkeit des Wassers in einem Gerinne unten immer gleich ist Y2 g h, wenn h die Fallhöhe des Wehres ist, gleichgültig, wie lang der Weg ist, und zweitens, weil die Wasserstände im Oberwasser zu sehr variiren, um irgend einen festen Anhalt zu gewähren, sowohl für die Einflufsgeschwindigkeit des Wassers oben bei der Ausmündung des Fischweges in das Oberwasser, als auch unten bei der Ausmündung in das Unterwasser. Ferner ist als Mifsstand empfunden, dafs die Fischwege auch beim niedrigsten zulässigen Wasserstand, bei dem irgend eine auf das Oberwasser angewiesene industrielle Anlage kein Wasser mehr entbehren kann, immer noch Wasser abführten, denn die Sohle des Einlaufes in den Fischweg durfte nicht so hoch gelegt: werden, dafs sie beim niedrigsten Wasserstand über . dem Wasserspiegel lag, weil sonst auch bei den etwas höheren Wasserständen, bei welchen "j der Fischweg ohne Gefährdung der industriellen ' Anlagen functioniren durfte, nicht genügend Wasser in dem Fischweg war, um den Fischen noch das Schwimmen möglich zu machen. Endlich mufs anerkannt werden, dafs die geringe Verbreitung, welche bis jetzt die Fischwege besonders in Deutschland gefunden haben, ihren Grund nicht zum kleinsten Theil auch in der zu theueren Herstellung der Anlagen hatte. Aber nicht nur die erste Anlage der Fischwege ist theuer, sondern auch ihre Unterhaltung, weil alle Theile bei Hochwasser ganz aufserordentlich starken Angriffen und somit leicht Beschädigungen ausgesetzt sind. Alle diese Uebelstände und Unsicherheiten sind vermieden durch das neue System. Die Schwierigkeiten, ein starkes Gefalle bei geringer Längenentwickelung so abzuschwächen, dafs die Fische die Geschwindigkeit leicht überwinden können, liegt in der Eigenschaft des Wassers, den Druck nach allen Seiten hin gleichmäfsig zu vertheilen. Es beruhen deshalb auch die so beliebten Fischwege nach dem System Cail und die Fischwege mit Gegenstrom .von Mac Donald auf einer irrthümlichen Voraussetzung. In beiden Fällen ist der hydrostatische Druck, wie er vom Oberwasser ausgeübt wird, nicht vernichtet, sondern er ist vorhanden bis unten hin, und die Geschwindigkeitshöhe ist an jeder Stelle gleich ]/ 2g h, worin immer h der Höhenunterschied ist zwischen dem Wasserspiegel der betreffenden Stelle und der Oberfläche des Oberwassers.

Anders bei dem neuen System (s. Zeichnung). Hier ist thatsächlich am Ende jeder Abtheilung der hydrostatische Druck der vor-

hergehenden oberen für die nächst untere Abtheilung verloren gegangen, und es wirkt in. jeder Abtheilung nur der Druck, welcher iri seiner Druckhöhe dargestellt ist, durch die verschiedene Wasserstandshöhe . in dem oberen und dem nächst unteren senkrechten Schacht.

In Fig. 2 der Zeichnung ist die Anlage als in einem Wehrrücken eingebaut dargestellt.

Die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser durch die oberste Verengung fliefst, ist ν = γ 2 g h, Fig. 3. Diese untere Anfangsgeschwindigkeit würde das Wasser in der ersten verticalen Röhre zum Steigen bringen, wieder bis zum oberen äufseren Wasserspiegel nach dem Princip der communicirenden Röhren, und der in der Richtung der ersten Abflufsröhre wirkende Druck entspräche der Geschwindigkeitshöhe h. Da nun am unteren Ausgang der ganzen Leitung diese sämmtlichen h sich summiren würden zu der gesammten Druckhöhe, entsprechend dem Unterschiede der Wasserstände im Ober- und Unterwasser, gleich H, so würde durch diese Anordnung nichts erreicht. In dieser Weise aber liegen die Verhältnisse bei allen bisherigen Fischwegen. Denkt man sich dagegen 'die aufsteigende Röhre nicht wieder in den Flufs mündend und auch von geringerer Höhe als der äufsere Wasserspiegel, so entsteht eine aufgehende Bewegung, und der hydraulische Druck, das ist der Druck gegen die Wände der aufsteigenden Röhre, ist gleich dem hydrostatischen Druck, vermindert um die Differenz der Druckhöhen, welche zu der Geschwindigkeit des Wassers an der betreffenden Wandstelle und an der Oberfläche gehören. Da nun der Druck an der Oberfläche gleich ο und die Geschwindigkeitshöhe an dieser Stelle gleich dem hydrostatischen . Druck ist, so ist auch bei A der hydraulische Druck gleich o, und es würde somit, von der Reibung abgesehen, kein Wasser in die Röhre A abfliefsen. Es wird also darauf ankommen, die Geschwindigkeit bei A' so zu vermindern, dafs ein Hochschleudern des Wassers hier nicht mehr stattfindet, sondern die Bedingungen für einen freien Ueberfall erfüllt sind. Dies wird erreicht durch eine Erweiterung des Querschnittes. Es finden dann folgende Beziehungen statt:

In Fig. 4 ist V==-=- und die Geschwinf

digkeitshöhe in der weiteren steigenden Röhre beim Uebergang aus der schmaleren Röhre F²

Diejenige Druckhöhe, von der angenommen ist, dafs die daraus resultirende Geschwindigkeit leicht von den Fischen überwunden werden kann, ist

h = 0,80 m
und

Zz₁ = 1,50 m.

Der Durchmesser der kreisrunden Oeffnung/' ist 0,34 m, somit /=0,091 qm, der Durchmesser von F= 0,60 m, somit F = 0,283 1^m· Demnach ist ν = ]/ 2 g \ = ]/19,6· 1,50,

0,091 »5,4

V = 5,4 m, V = ——— = 1,73 m,

A₁ =

19,6

0,283

- = 0,15 m.

Der Verlust an lebendiger Kraft bei dem Uebergange von der gröfseren Geschwindig-

_m (_v —17)2
keit ν in die kleinere V beträgt ■ —;

dieser Verlust soll aber hier zu Gunsten der Verhältnisse vernachlässigt werden. Aus der Bestimmung von Zi₁ geht hervor, dafs das Wasser beim Eintritt in die weitere vertical stehende Röhre nur noch 0,15 m emporspringen würde, wenn es keinen seitlichen Halt mehr hat, und dann frei herabfallen. Es fliefst also das Wasser in die Abflufsröhre A ohne jede von seiner früheren Geschwindigkeit überbrachte Druckhöhe und Zi₁ wirkt hier nicht mehr in der Richtung des herabfliefsenden Wassers.

Wäre nun die Röhre A, Fig. 4, weiter als /, so würde das Wasser, ohne die Röhre zu füllen, herabfallen, die Fische hätten kein volles Wasser zum Schwimmen und somit einen unbequemen Aufstieg. Es ist deshalb die Röhre A unten wieder verjüngt, Fig. 2, bezw. verengt, um einen Stau in ihr zu erzeugen, und damit der Stau so vollständig ist, dafs er die ganze 0,60 m weite Röhre mit Sicherheit anfüllt, ist der Querschnitt kleiner als /, und zwar nimmt der Querschnitt dieser Verengungen nach unten immer um 1 cm im Durchmesser der Oeffnung ab. Die Fläche der nächst tieferen Verengung ist also nur noch

O,33² π ,

— = o,o86 qm, und somit um 0,091 — 0,086

4
= 0,005 φΉ kleiner als /.

Das Wasser, welches durch dieses Minus von 0,005 qm unten nicht abfliefsen kann, mufs in dem ersten Verticalrohr dicht oberhalb der Oeffnung A nach aufsen abgeführt werden, sonst würde wiederum ein Steigen auch über die Oeffnung A hinaus in dem Verticalrohr stattfinden, bis zur Höhe des äufseren Wasserspiegels, und der Druck h käme auch für die untere Abtheilung wieder zur Wirkung. In den Zeichnungen sind diese Oeffnungen angedeutet, sie führen in ein freies Abflufsgerinne. Durch das Steigen des Wassers bis zur Oberkante des Abflufsrohres A wird gleichzeitig eine Verminderung der Geschwindigkeitshöhe

für die erste untere Einflufsöffnung / erreicht, die Geschwindigkeitshöhe beträgt nun nur noch die gewählte Höhe h, und die Geschwindigkeit ν selbst ist gleich 3,9 m. Diese immerhin noch leicht von den Fischen zu überwindende Geschwindigkeit findet aber nur in der Verengung selbst statt. In der weiteren

Röhre mit 0,60 m Durchmesser ist V₁ = -—■

3,9· 0,091
0,283

= 1,25 m, eine Geschwindigkeit,

wie sie in jedem ganz ruhig fiiefsenden Flusse vorhanden ist.

Die Anordnung von zwei über einander liegenden Einmündungsröhren, durch einen Schützen verschliefsbar, Fig. 1, hat den Zweck der Regulirung für den höchsten Wasserstand + 4i8o m.

Beide Oeffnungen bleiben offen bis zum Wasserstand -f- 4,0 m, dann wird die untere Oeffnung geschlossen.

Was die Verwendung von Röhren anbetrifft, so ist nachgewiesen, dafs die Fische viele. Hunderte von Metern in Röhren ohne Bedenken geschwommen sind; alle Versuche aber, Röhren zu den Fischwegen zu benutzen, sind bis jetzt mifsglückt, weil in den glatten Röhren das Wasser einen zu geringen Widerstand fand und deshalb mit grofser Geschwindigkeit herabstürzte.

Die Fische scheuen aber auch die Dunkelheit nicht, gestützt auf ihren ganz vorzüglich ausgebildeten Gesichtssinn. Es wird sogar behauptet, dafs die Fische des Nachts mehr wandern, als am Tage. Die Anlage giebt aber auch Gelegenheit, sehr leicht jeden Verticalschacht von oben her zu erleuchten. Es ist nur nöthig, dieselben mit starken Glasplatten abzudecken, oder, wenn die Anlage nicht unter Wasser liegt, wie in Fig. 1, auch nur mit Gittern. In der Fig. 1 sind die Verticalschächte als gemauerte Schächte von quadratischem Querschnitt gedacht, in Fig. 2 ist das ganze System aus Röhren hergestellt. Gerade durch die Verwendung der Röhren ist der bisher nicht erreichte Vortheil der Billigkeit geschaffen, ein Vortheil, der besonders geeignet sein möchte, der Herstellung der für das Leben und die Fortpflanzung der Fische ganz unentbehrlichen Fischwege eine immer gröfsere Verbreitung anzubahnen. . In " dem Beispiel, welches durch die Fig. 1 dargestellt ist, beträgt die Gefällhöhe zwischen Ober- und Unterwasser bei Hochwasser 4,80 m, die Wassergeschwindigkeit in den Röhren, wie oben berechnet, 1,25 m, wozu die Geschwindigkeits-

höhe von

= 0,08 m gehört. Diese Ge-

schwindigkeit ist unabhängig von dem Fallen und Steigen des Oberwassers.

Erst \venn die zu V gehörige Geschwindigkeitshöhe bis zur Oberkante einer Fläche des Rohres A gleich f steigen würde, fände auch ein Steigen im ersten Verticalschacht noch über die Entlastungsöffhung statt, und der Druck in dem unteren Theil der ersten Abtheilung würde gröfser werden als h.

Nun liegt in dem Beispiel die Oberkante einer Fläche von A gleich f etwa 0,26 m über der Unterkante der Röhre A, Fig. 5. Es ergiebt sich dann:

_v γ
. χ — 0,36 = -; fv = FV; 0,36 = ·

2 g ^J 2 g

Aus diesen drei Gleichungen ergeben sich dann die drei Unbekannten χ, ν und V, und zwar ist:

( FY

₌ I __ I .0,36 — 0,36

0,283

¹ 0,36 — 0,36

0,091
λ: = 3,09 m,

eine Höhe, die noch zu der in Fig. 1 angegebenen Höhe von 4,00 m hinzukommen könnte.

Es betrüge dann der Abstand zwischen Ober- und Unterwasser 7,09 m, der wohl nie vorkommen wird.

Käme er aber vor, so liefse sich die Wehrhöhe meist unschädlich machen durch das Einfügen weiterer Einfiufsöffnungen, also mit ganz unbedeutenden Mehrkosten, was übrigens auch schon geschehen mufs im Interesse der Verminderung der Geschwindigkeit in der unteren ersten Einflufsöffnung.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Fischwege, auch Fischsteigen, Fischtreppen, Fischleitern oder Fischgüsse genannt, bei welchen in dem fallenden Gerinne durch eingeschaltete Verticalschächte die Druckhöhe des Oberwassers für die unterhalb liegenden Theile aufgehoben wird, und in welchen durch Querschnittsverengungen ein Stau des Wassers hervorgebracht wird, um bei gleichzeitiger Abführung des überschüssigen Wassers in dem oberen Verticalschacht eine gleichmäfsige, von der Gefällhöhe unabhängige Wassergeschwindigkeit in dem Gerinne herbeizuführen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.