NO170642B

NO170642B - FISH WALKING PLANT

Info

Publication number: NO170642B
Application number: NO894179A
Authority: NO
Inventors: Vidar Vold
Original assignee: Berdal Stroemme As
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1992-08-03
Also published as: NO170642C; SE9003345L; SE467216B; NO894179D0; SE9003345D0; NO894179L

Description

Denne oppfinnelse angår et anlegg innrettet til å gi adgang for fisk til å passere fra et lavt vann-nivå (bakvann) til et høyere vann-nivå (overvann) i vassdrag, f.eks. i forbindelse med damanlegg. This invention relates to a facility designed to allow fish to pass from a low water level (backwater) to a higher water level (headwater) in watercourses, e.g. in connection with dam facilities.

Kjente anlegg omfatter et kammer plassert ved det lave vann-nivå og utfort med tilstrekkelig styrke til innvendig å motstå trykkhøyden av overvannet, lukkbare åpninger i kammeret til å kommunisere med henholdsvis bakvann og overvann for inn- og utpassering av fisk, gjennom kammeret, og gjennomstrømningsåpninger som likeledes kommuniserer med henholdsvis bakvann og overvann og er innrettet til å opprettholde en viss vanngjennomstrømning gjennom kammeret under drift. Known facilities include a chamber located at the low water level and outriggers with sufficient strength to internally withstand the pressure head of the overwater, closable openings in the chamber to communicate with backwater and overwater, respectively, for the entry and exit of fish, through the chamber, and through-flow openings which likewise communicate with backwater and surface water, respectively, and are designed to maintain a certain water flow through the chamber during operation.

Finsk patentsøknad 83.4034 samt US-patentene 1.591.450 og 3.596.468 kan ansees representative for kjente utførelser av slike anlegg. Finnish patent application 83,4034 as well as US patents 1,591,450 and 3,596,468 can be considered representative of known designs of such facilities.

Denne type anlegg er av særlig -interesse når det dreier seg om forholdsvis store høydeforskjeller og dermed trykk-høyder, som skal overvinnes. I forbindelse med stor vann-føring vil et høyt vanntrykk medføre en betydelig energiomsetning. Dersom denne energiomsetning ikke blir tatt hånd om på hensiktsmessig måte, vil den resultere i meget kraftig turbulens inne i kammeret. Slik turbulens vil kunne ha alvorlig innvirkning på fiskens opphold i kammeret. This type of facility is of particular interest when there are relatively large height differences and thus pressure heights, which must be overcome. In connection with a large flow of water, a high water pressure will result in a significant energy turnover. If this energy turnover is not taken care of in an appropriate way, it will result in very strong turbulence inside the chamber. Such turbulence could have a serious impact on the fish's stay in the chamber.

Videre vil den nevnte vanngjennomstrømning kunne gi en eller flere vannstråler med svært høy hastighet inn i kammeret, hvilket kan være ugunstig for enkelte mer følsomme fiskeslag, såsom fisk av laksefamilien. Furthermore, the mentioned water flow could give one or more jets of water at a very high speed into the chamber, which could be unfavorable for certain more sensitive species of fish, such as fish of the salmon family.

Oppfinnelsen tar sikte på å løse de nettopp beskrevne problemer, som kan være avgjørende for om anlegg av denne type har den tilsiktede virkning i praksis. The invention aims to solve the problems just described, which can be decisive for whether installations of this type have the intended effect in practice.

For optimal virkemåte under forskjellige forhold, kan anlegget konstrueres med en rekke spesielle trekk som er nærmere angitt i patentkravene. For optimal operation under different conditions, the plant can be designed with a number of special features which are specified in more detail in the patent claims.

Som en spesiell mulighet skal det allerede her nevnes at det i situasjoner hvor det foreligger en meget stor differanse i vann-nivå, eller hvor andre forhold tilsier det, kan to eller flere trykk-kamre av den her angitte art, sammenstilles i serie for trinnvis å overvinne den totale trykkhøyde. I de aller fleste tilfeller antas det imidlertid å være tilstrekkelig med ett eneste kammer i anlegget. As a special possibility, it should already be mentioned here that in situations where there is a very large difference in water level, or where other conditions dictate it, two or more pressure chambers of the type specified here can be put together in series for stepwise to overcome the total pressure head. In the vast majority of cases, however, it is assumed that a single chamber in the plant is sufficient.

I det følgende kommer en nærmere forklaring av oppfinnelsen under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1, 2 og 3 i skjematisk vertikalsnitt illustrerer tre forskjellige og typiske situasjoner hvor et anlegg ifølge oppfinnelsen kan være fordelaktig, In the following, there is a more detailed explanation of the invention with reference to the drawings, where: fig. 1, 2 and 3 in schematic vertical section illustrate three different and typical situations where a plant according to the invention can be advantageous,

fig. 4 viser som eksempel en utførelse av et trykk-' kammer med tilhørende innretninger, sett i vertikalt lengdesnitt, og fig. 4 shows, as an example, an embodiment of a pressure chamber with associated devices, seen in vertical longitudinal section, and

fig. 5 viser anlegget på fig. 4 sett ovenfra. fig. 5 shows the plant in fig. 4 seen from above.

Fig. 1 viser en typisk situasjon med en dam 51 som har etablert et øvre eller høyt vann-nivå (overvann) OV med et lavt vann-nivå eller bakvann BV nedenfor dammen til høyre på figuren. I det nedre parti av dammen 51 er det vist en gjennomgående tunnel som på overvannsiden kan ha en enkel luke 55 og som på bakvannsiden leder inn i det som utgjør hovedkomponenten i et anlegg ifølge oppfinnelsen, nemlig et trykk-kammer 101. Fig. 2 viser en noe endret situasjon hvor det fra en dam 52 fører et rør 40 ned til et anlegg ifølge oppfinnelsen, med et forkammer 30 og det egentlige trykk-kammer 10 som ligger i bakvannets nivå. Fig. 4 og 5 som skal omtales nedenfor, kan ansees å vise mer detaljert dette trykk-kammer 10 og tilhørende innretninger. Fig. 1 shows a typical situation with a dam 51 which has established an upper or high water level (overwater) OV with a low water level or backwater BV below the dam to the right of the figure. In the lower part of the dam 51, a continuous tunnel is shown which on the upstream side can have a simple hatch 55 and which on the backwater side leads into what constitutes the main component of a plant according to the invention, namely a pressure chamber 101. Fig. 2 shows a somewhat changed situation where a pipe 40 leads from a dam 52 down to a plant according to the invention, with a pre-chamber 30 and the actual pressure chamber 10 which is at the level of the back water. Fig. 4 and 5, which will be discussed below, can be considered to show this pressure chamber 10 and associated devices in more detail.

Endelig viser fig. 3 en situasjon som i prinsippet har likhet med den foregående, men hvor det høye vann-nivå OV er skilt fra det lave vann-nivå BV ved en terrengformasjon 53, idet en tunnel 43 fører gjennom denne ned til et anlegg med trykk-kammer 103, som også her er vist rent skjematisk. Det er imidlertid antydet en flomvannstand FV som bakvannet vil kunne gå opp i, hvilket man må ta hensyn til ved arrangemen-tet av anlegget med trykk-kammeret 103, f.eks. at betjen-ingsinnretninger og elektrisk eller elektronisk utstyr må anbringes på et tilstrekkelig høyt nivå. Finally, fig. 3 a situation which in principle is similar to the previous one, but where the high water level OV is separated from the low water level BV by a terrain formation 53, with a tunnel 43 leading through this down to a facility with a pressure chamber 103 , which is also shown here purely schematically. However, a flood water level FV has been suggested at which the backwater will be able to rise, which must be taken into account when arranging the system with the pressure chamber 103, e.g. that control devices and electrical or electronic equipment must be placed at a sufficiently high level.

Trykk-kammeret tilsiktes benyttet til forsering av stryk, fossefall, dammer og andre hindringer som fisk, fortrinnsvis laks og ørret, ikke kan forsere på naturlig måte. Trykk-kammeret er et alternativ til fisketrapp, fiskesluse, fiskeheis og lignende tidligere benyttede konstruksj oner. The pressure chamber is intended to be used to ford rapids, waterfalls, ponds and other obstacles that fish, preferably salmon and trout, cannot naturally ford. The pressure chamber is an alternative to fish ladders, fish locks, fish lifts and similar previously used constructions.

Fisk på vei til gyteplasser vandrer mot vannstrømmen. En konstruksjon for fiskevandring må derfor ha en passelig gjennomstrømning av vann for at fisken skal søke inn i konstruksjonen. Trykk-kammer-konseptet tilfredsstiller dette kravet. Fish on their way to spawning grounds migrate against the current. A structure for fish migration must therefore have a suitable flow of water for the fish to enter the structure. The pressure chamber concept satisfies this requirement.

Like viktig er det at konstruksjonen plasseres riktig. Fisken følger helst hovedstrømmen i elven, f.eks. frem til avløpet fra et kraftverk, under en foss eller stryk osv. Fiskevandringskonstruksjonen må derfor ha sitt utgangspunkt i tilknytning til disse hindrene for fiskevandringen. Trykk-kammer-konseptet er et fleksibelt system som enkelt tilpasses topografiske forhold. It is equally important that the construction is positioned correctly. The fish prefers to follow the main current in the river, e.g. up to the drain from a power plant, under a waterfall or rapids, etc. The fish migration structure must therefore have its starting point in connection with these obstacles to the fish migration. The pressure chamber concept is a flexible system that is easily adapted to topographical conditions.

Trykk-kammer-konseptet går således i korthet ut på å anordne et trykk-kammer som plasseres i nedre vann-nivå og en forbindelse (utsparingsåpning, rør eller tunnel, eventuelt kombinert med en kanal) frem til øvre vann-nivå. Trykk-kammeret består primært av en lukket beholder dimensjonert for hele trykkhøyden mellom øvre og nedre vann-nivå. In short, the pressure chamber concept thus involves arranging a pressure chamber that is placed at the lower water level and a connection (recessed opening, pipe or tunnel, possibly combined with a channel) up to the upper water level. The pressure chamber primarily consists of a closed container dimensioned for the entire pressure height between the upper and lower water level.

Fig. 4 viser som fig. 2, et rør 40 som fører fra overvannet til forkammeret 30 som danner en direkte fort-settelse av det egentlige trykk-kammer 10. Dette kammer har en bunn 18 som kan være støpt i betong direkte på underligg-ende fjell, et toppdekke 19 og endevegger 14 og 15. Videre viser fig. 5 de langsgående sidevegger 16 og 17. Fig. 5 viser også på bakvannsiden en kum 20 som f.eks. kan tjene til fisketelling eller fangst av stamfisk. Kammeret 10 kan fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, være kasseformet med større bredde enn høyde. Toppen 19 av kammeret kan ofte med fordel ligge tilnærmet i flukt med bakvannets normale overflatenivå BV. Fig. 4 shows as fig. 2, a pipe 40 leading from the overwater to the pre-chamber 30 which forms a direct continuation of the actual pressure chamber 10. This chamber has a bottom 18 which can be cast in concrete directly on the underlying rock, a top cover 19 and end walls 14 and 15. Furthermore, fig. 5 the longitudinal side walls 16 and 17. Fig. 5 also shows on the backwater side a sump 20 which e.g. can be used for fish counting or catching broodstock. The chamber 10 can preferably, but not necessarily, be box-shaped with greater width than height. The top 19 of the chamber can often advantageously lie approximately flush with the backwater's normal surface level BV.

I den oppstrøms endevegg 14 er det vist en lukkbar åpning 1 for fiskens passering fra kammeret 10 over til høytrykksiden gjennom forkammeret 30 og videre i røret 40. Stengning og åpning for denne fiskevandring skjer ved hjelp av en ventil IA som fortrinnsvis er en skyvespjeldventil. Helt tilsvarende har den motstående eller nedstrøms endevegg 15 en åpning 11 med ventil HA og dessuten gjerne en vanlig fiskefelle 13 av tradisjonell utformning. In the upstream end wall 14, a closable opening 1 is shown for the passage of the fish from the chamber 10 over to the high-pressure side through the pre-chamber 30 and further into the pipe 40. Closing and opening for this migration of fish takes place by means of a valve IA which is preferably a slide valve. Correspondingly, the opposite or downstream end wall 15 has an opening 11 with valve HA and, in addition, preferably an ordinary fish trap 13 of traditional design.

De nettopp nevnte ventiler kan utstyres med motordrift og håndratt. Ventilene må gi full åpning, og bør fortrinnsvis være utformet med konisk innløp. Oppstrøms ventil må ha spindel med vanntett gjennomføring. The valves just mentioned can be equipped with motor drive and handwheel. The valves must open fully, and should preferably be designed with a conical inlet. The upstream valve must have a stem with a watertight bushing.

Fiskefelle 13 plassert på nedstrøms ventil kan være nødvendig for å hindre fisk i å forlate kammeret før fase 2, som omtalt nedenfor. Fish trap 13 placed on the downstream valve may be necessary to prevent fish from leaving the chamber before phase 2, as discussed below.

For etablering av den vedvarende eller "konstante" vanngjennomstrømning i det system som anlegget utgjør, har kammeret 10 i endeveggen 14 en annen åpning med tilhørende diffusorinnretning 2 og fortrinnsvis en avstengningsventil 2A. Likeledes har endeveggen 15 en tilsvarende gjennomstrøm-ningsåpning med diffusor 12. In order to establish the continuous or "constant" water flow in the system that constitutes the facility, the chamber 10 in the end wall 14 has another opening with associated diffuser device 2 and preferably a shut-off valve 2A. Likewise, the end wall 15 has a corresponding flow opening with a diffuser 12.

Det dreier seg altså her om faste åpninger med energi-drepere for å unngå en 11 jet-stråle", som kan virke forstyr-rende på fisken. Diffusorene kan utføres etter flere prinsipper. Eksempelvis er det på tegningene antydet et rør 0 500 mm med blindlokk og borehull i rørveggen. Borehulls-arealet bestemmer vanngjennomstrømningen. Denne type diffusor kan være ømfintlig for partikler i vannet (til-tetting). Valg av diffusortype (energidreper) må vurderes på grunnlag av stedlige forhold. It is therefore about fixed openings with energy killers to avoid an 11 jet", which can have a disturbing effect on the fish. The diffusers can be made according to several principles. For example, the drawings indicate a pipe 0 500 mm with blind caps and boreholes in the pipe wall. The borehole area determines the water flow. This type of diffuser can be sensitive to particles in the water (clogging). The choice of diffuser type (energy killer) must be considered on the basis of local conditions.

Diffusoren (gjennomstrømningsåpningen 2) på oppstrøms-siden forsynes med en stengeventil 2A for tørrlegging ved inspeksjoner. Diffusoren 12 på nedstrømssiden forsynes med stengeventil, dersom systemet ikke er selvdrenerende. The diffuser (flow opening 2) on the upstream side is supplied with a shut-off valve 2A for drying during inspections. The diffuser 12 on the downstream side is supplied with a shut-off valve, if the system is not self-draining.

Oventil er det vist en inspeksjonsåpning med mannlokk 3 som eventuelt kan være gjennomsiktig eller lysgjennomskinne-lig. Above, an inspection opening with man cover 3 is shown, which can optionally be transparent or translucent.

Med sikte på mulighet for regulering av trykkstigningshastigheten i kammeret 10 under drift, er det vist et stigerar 4 som ved passende valg av innvendig tverrsnitt, eventuelt volum og fortrinnsvis regulerbar restriksjon ved innløpet nederst, muliggjør innstilling av ønsket trykkstig-ningshastighet om slik regulering skulle være nødvendig. Som nevnt vil vanligvis åpningsbevegelsen i ventilen IA være tilstrekkelig til å avpasse trykkstigningshastigheten. En annen mulig form for trykkutjevningsorgan kan omfatte en trykkbeholder, eventuelt med luftpute, anordnet over kammeret. With a view to the possibility of regulating the rate of pressure rise in the chamber 10 during operation, a riser 4 is shown which, by suitable choice of internal cross-section, possibly volume and preferably adjustable restriction at the inlet at the bottom, enables the setting of the desired pressure rise rate if such regulation were to be necessary. As mentioned, the opening movement in the valve IA will usually be sufficient to adjust the pressure rise rate. Another possible form of pressure equalization device may comprise a pressure vessel, possibly with an air cushion, arranged above the chamber.

Åpningene 1 og 11 gjennom kammerveggene 14 og 15 har fortrinnsvis slik det fremgår av fig. 4 og 5, en konisk form slik at strømningsforholdene blir gunstige. The openings 1 and 11 through the chamber walls 14 and 15 preferably have, as can be seen from fig. 4 and 5, a conical shape so that the flow conditions are favorable.

Det vann som skal strømme gjennom anlegget, vil ikke alltid være helt rent, og partikler i vannet vil ved enkelte diffusorkonstruksjoner kunne medføre problemer. En spesiell utførelse som avhjelper dette er å tilføre vannet til den oppstrøms gjennomstrømningsåpning 2 ved hjelp av et inntaks-rør (Fig. l: 58) som fører til et inntak plassert forholdsvis høyt i overvannet og forsynt med et silorgan 59 som bør være tilgjengelig for opprensking. The water that will flow through the system will not always be completely clean, and particles in the water could cause problems with certain diffuser constructions. A special design that remedies this is to supply the water to the upstream flow opening 2 by means of an intake pipe (Fig. 1: 58) which leads to an intake placed relatively high in the upper water and provided with a strainer 59 which should be accessible to purification.

I vanlig drift vil anlegget ha funksjoner eller operasjonsfaser som forklart nedenfor, med angivelse av endel tallstørrelser som eksempler: Begge diffusorene (gjennomstrømningsåpningene 2,12) står alltid åpne, men kan stenges for tørrlegging ved inspeksjoner og vedlikehold. Diffusorene er dimensjonert for ønsket, mer eller mindre konstant gjennomstrømning (ca. 400 l/s) . Konstant gjennomstrømning er nødvendig for å tiltrekke fisken og for å lokke den inn i systemet. In normal operation, the plant will have functions or operational phases as explained below, with single numerical values indicated as examples: Both diffusers (flow openings 2,12) are always open, but can be closed for drying during inspections and maintenance. The diffusers are sized for the desired, more or less constant flow (approx. 400 l/s). Constant flow is necessary to attract the fish and to lure them into the system.

Fase 1: Phase 1:

Oppstrøms ventil er lukket, nedstrøms ventil er åpen: Upstream valve is closed, downstream valve is open:

Fisken vandrer inn i kammeret. The fish wanders into the chamber.

Fase 2: Phase 2:

Nedstrøms ventil stenges. The downstream valve is closed.

Fase 3: Phase 3:

Oppstrøms ventil åpnes: Upstream valve opens:

Fisken vandrer ut av kammeret, gjennom dammen/røret/ The fish migrates out of the chamber, through the pond/pipe/

tunnelen og videre opp i elven. the tunnel and further up the river.

Fase 4: Phase 4:

Oppstrøms ventil lukkes og nedstrøms ventil åpnes: The upstream valve closes and the downstream valve opens:

Tilbake til fase 1. Back to phase 1.

De hydrauliske forhold i ovennevnte faser er følgende: Fase 1: - Trykket i kammeret er ca. 0,1-0,3 m høyere enn nedre vann-nivå. Forseres enkelt av fisken. - Vanngjennomstrømning er ca. 400 l/s (eventuelt annen tilsiktet vannføring). The hydraulic conditions in the above phases are as follows: Phase 1: - The pressure in the chamber is approx. 0.1-0.3 m higher than the lower water level. Easily forced by the fish. - Water flow is approx. 400 l/s (possibly other intended water flow).

Fase 2: Phase 2:

- Trykket i kammeret stiger til 0,5 x høydeforskjellen mellom øvre og nedre vann-nivå. - Vanngjennomstrømningen er ca. 75% (ca. 300 l/s). Fase 3: - Trykket stiger i trykk-kammeret til ca. 0,1-0,3 m lavere enn øvre vann-nivå (forseres enkelt av fisken). - Vanngjennomstrømning ca. 400 l/s. - The pressure in the chamber rises to 0.5 x the height difference between the upper and lower water levels. - The water flow is approx. 75% (approx. 300 l/s). Phase 3: - The pressure rises in the pressure chamber to approx. 0.1-0.3 m lower than the upper water level (easily forced by the fish). - Water flow approx. 400 l/s.

Trykkstigningshastigheten i fase 2 og 3 tilpasses etter erfaring med fiskens reaksjoner. Trykkbeholder eller stigerør 4 kan være nødvendig for å dempe trykkstigningshastigheten i fase 2 og 3. Trykkstigningshastigheten kan reguleres etter flere alternative metoder. Det antas imidlertid at styring av hastigheten i mange tilfeller ikke er nødvendig utover naturlig lukkehastighet på ventilene. The rate of pressure rise in phases 2 and 3 is adjusted according to experience with the fish's reactions. Pressure vessel or riser 4 may be necessary to dampen the pressure rise rate in phases 2 and 3. The pressure rise rate can be regulated by several alternative methods. However, it is assumed that in many cases control of the speed is not necessary beyond the natural closing speed of the valves.

Det er klart at grunntanken ifølge oppfinnelsen, slik som uttrykt i det følgende patentkrav l, kan realiseres i It is clear that the basic idea according to the invention, as expressed in the following patent claim 1, can be realized in

anlegg og med trykk-kamre som er utført annerledes enn i det eksempel som tegningene illustrerer. Det vesentlige er selve trykk-kammeret med de lukkbare åpninger og etablering av den vedvarende vanngjennomstrømning ved hjelp av åpningene med plant and with pressure chambers that are designed differently than in the example that the drawings illustrate. The essential thing is the pressure chamber itself with the closable openings and establishment of the continuous water flow by means of the openings with

energispredende og/eller energidrepende diffusorinnret-ninger. I visse tilfeller kan det være tilstrekkelig med en diffusorinnretning ved den oppstrøms åpning. Denne vann-gjennomstrømning må følge et mønster som er egnet til å lede fisken på riktig vei i de forskjellige posisjoner som fisk kan innta i anlegget. energy-dispersing and/or energy-killing diffuser devices. In certain cases, a diffuser device at the upstream opening may be sufficient. This water flow must follow a pattern that is suitable for leading the fish on the right path in the different positions that fish can occupy in the facility.

Claims

1. Fish migration facilities designed to allow fish to pass from a low water level (backwater - BV) to a higher water level (overhead water - OV) in watercourses, e.g. in connection with dam facilities (51,52), comprising a chamber (10) located at the low water level (BV) and made with sufficient strength to internally withstand the pressure head of the overlying water (OV), closable openings (1,11) in the chamber ( 10) to communicate with backwater and headwater respectively for the entry and exit of fish, through the chamber, and through-flow openings (2,12) which likewise communicate with backwater (BV) and headwater (OV) respectively and are designed to maintain a certain water flow through the chamber (10) during operation, characterized in that at least one of the through-flow openings (2,12) is provided with an energy-dispersing and/or energy-killing diffuser device for the water flow.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the flow-through openings (2,12) are placed adjacent to each of the closable openings (1,11).

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that closable openings (1.11) with associated flow openings (2,12) are arranged in pairs in opposite walls (14,15) in the chamber (10).

4. Installation according to one of claims 1-3, characterized in that the diffuser devices (2.12) are each designed to provide a pressure drop corresponding to the difference in height between upstream water (OV) and backwater (BV) minus the drop loss (approx. 0.1-0.5 m) through a closable opening (1,11).

5. Plant according to one of the claims 1-4, characterized in that the upstream through-flow opening (2,57) communicates with an intake located relatively high in the headwater (OV), through an intake pipe (58) and that the intake is preferably provided with a sieve member (59). (Fig. 1).

6. Plant according to one of claims 1-5, characterized in that the upstream through-flow opening (2) is provided with a shut-off valve (2A).