Modelowanie układu zwierciadła wody programem HEC-RAS w przepławce stopnia wodnego Skórka na rzece Głomii

• Autorzy: Hämmerling M. , Walczak N. , Stachowski P.

Warianty tytułu

EN

Modeling of the Water Level Elevation Using the HEC-RAS Program in a Fish Pass of the Skórka Barrage on the Głomia River

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Analiza parametrów hydraulicznych przepływu wody w przepławce jest bardzo ważna z uwagi na wymagania i możliwości migracji ryb w kontekście pokonywania piętrzenia. W artykule przeprowadzono identyfikację i weryfikację parametrów modelu matematycznego HEC-RAS z wykorzystaniem wyników pomiarów terenowych wykonanych w 2015 roku na stopniu wodny Skórka na rzece Głomii. Analizy obejmowały sprawdzenie wpływy wykorzystania Ineffective flow area, współczynnika Expansion i Contraction oraz współczynnika wydatku przelewu na otrzymywane wyniki układu zwierciadła wody. W pierwszym kroku sprawdzono wpływ zmiany współczynników szorstkości na otrzymywane układy zwierciadła wody. Sprawdzanie możliwość wykorzystanie funkcji Ineffective flow area polegało na włączeniu jej od góry (symulacja S4) oraz od góry i od dołu (symulacja S5). Na podstawie wartości współczynników korelacji stwierdzono, że najbliższa pomiarom terenowym są wartości uzyskane symulacją S2. W kolejnym etapie sprawdzano wpływ zmian wartości współczynnika Expansion i Contraction. Stwierdzono, że nagła zmiana parametrów przekroju poprzecznego (symulacja S7) w porównaniu ze standartowymi wartościami współczynników nie pozwoliła uzyskać bardziej zbliżonych do 1 wartości współczynnika korelacji. W kolejnym etapie sprawdzano wpływ współczynnika wydatku na otrzymane wyniki układu zwierciadła wody. Na podstawie analiz stwierdzono, że największy wpływ na wyniki uzyskano z wykorzystaniem współczynnika wydatku.

EN

The analysis of hydraulic parameters of water flow in the fish pass is very important due to the requirements and possibilities of fish migration in the context of overcoming of heigh difference of levels. The article identifies and verifies the parameters of the HEC - RAS mathematical model using the results of field measurements made in 2015 on the Skórka river on the Głomia river. The analyzes included checking the impact of using the Ineffective flow area, the coefficient of Expansion i Contraction, and the discharge coefficient on the obtained results of the water flow elevation. In the first step, the effect of changing roughness coefficients on the received water levels was checked. Checking the possibility to use the Ineffective flow area function consisted of enabling it from the above (simulation S4) and from the above and bottom (simulation S5). Based on the value of correlation coefficients, it was found that the closest field measurements are values obtained by simulation S2. In the next stage, the effect of changes in the Expansion i Contraction factor values was checked. It was found that the sudden change in the cross-section parameters (simulation S7) compared to the standard values of the coefficients allowed to obtain not more closely to 1 values of the correlation coefficient. In the next stage, the influence of the discharge coefficient on the obtained results of the water flow elevation was checked. Based on the analysis, it was found that the greatest impact on the results was obtained using the discharge coefficient.

Słowa kluczowe

PL

przepławka dla ryb; modelowanie matematyczne; hydrauliczne warunki przepływu wody

EN

fish pass; mathematical modelling; hydraulic condition of water flow

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 2
• Strony: 1129--1146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Hämmerling M.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

autor

Walczak N.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

autor

Stachowski P.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

Bibliografia

• 1. Bermúdez, M., Puertas, J., Cea, L., Pena, L., & Balairón, L. (2010). Influence of pool geometry on the biological efficiency of vertical slot fishways. Ecological Engineering, 36(10), 1355-1364.
• 2. Bombac, M., Novak, G., Rodic, P., & Cetina, M. (2014). Numerical and physical model study of a vertical slot fishway. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 62(2), 150-159.
• 3. Bombac, M., Cetina, M., & Novak, G. (2017). Study on flow characteristics in vertical slot fishways regarding slot layout optimization. Ecological Engineering, 107, 126-136.
• 4. Brunner, G. W. (2016). HEC-RAS river analysis system: User's manual. US Army Corps of Engineers, Institute for Water Resources, Hydrologic Engineering Center.
• 5. Daneshvar, F., Nejadhashemi, A. P., Woznicki, S. A., & Herman, M. R. (2017). Applications of computational fluid dynamics in fish and habitat studies. Ecohydrology & Hydrobiology, 17(1), 53-62.
• 6. Duguay, J. M., Lacey, R. W. J., & Gaucher, J. (2017). A case study of a pool and weir fishway modeled with OpenFOAM and FLOW-3D. Ecological Engineering, 103, 31-42.
• 7. Fuentes-Pérez, J. F., Sanz-Ronda, F. J., de Azagra, A. M., & García-Vega, A. (2016). Non-uniform hydraulic behavior of pool-weir fishways: a tool to optimize its design and performance. Ecological Engineering, 86, 5-12.
• 8. Franczak D. (2009). Projekt zagospodarowania terenu, Odbudowa jazu Skórka, gm. Krajenka, pow. Złotowski. Hydro Projekt Sp. z o.o. Poznań,
• 9. Fuentes-Pérez, J. F., García-Vega, A., Sanz-Ronda, F. J., & de Azagra Paredes, A. M. (2017). Villemonte's approach: a general method for modeling uniform and non-uniform performance in stepped fishways. Knowledge & Management of Aquatic Ecosystems, (418), 23.
• 10. Hammerling, M., Kałuża, T., Walczak, N. (2017). Hydraulic conditions of water flow in seminatural fish pass, A case study of the Skórka barrage on the Głomia river. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 16(2), 85-96.
• 11. Kasperek, R., Wiatkowski, M. (2008). Terenowe badania funkcjonowania przepławki dla ryb na zbiorniku Michalice. Rocznik Ochrona Środowiska, 10, 613-622.
• 12. Książek, L., Strużyński, A., Leja, M., Pilch, E. (2011). Modelowanie fizyczne i numeryczne przepływu wody w przepławce biologicznej. Acta Scientarium Polonorum, 10(4), 17-30.
• 13. Lewandowski, J.B. (2006). Mechanika płynów, Wydawnictwo Akademi Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu, Poznań
• 14. Li, G., Sun, S., Liu, H., Zheng, T., & Zhang, C. (2017). Water profiles in vertical slot fishways without central baffle. International Journal of Heat and Technology, 35(1), 191-195.
• 15. Marriner, B. A., Baki, A. B., Zhu, D. Z., Cooke, S. J., & Katopodis, C. (2016). The hydraulics of a vertical slot fishway: a case study on the multi-species Vianney-Legendre fishway in Quebec, Canada. Ecological Engineering, 90, 190-202.
• 16. Pelicice, F. M., Pompeu, P. S., & Agostinho, A. A. (2015). Large reservoirs as ecological barriers to downstream movements of Neotropical migratory fish. Fish and Fisheries, 16(4), 697-715.
• 17. Puertas, J., Cea, L., Bermúdez, M., Pena, L., Rodríguez, Á., Rabuñal, J. R., ... & Aramburu, E. (2012). Computer application for the analysis and design of vertical slot fishways in accordance with the requirements of the target species. Ecological Engineering, 48, 51-60.
• 18. Radecki-Pawlik, A., Plesiński, K., Radecki-Pawlik, B. (2017). Rozkład prędkości oraz naprężeń stycznych w komorach przepławki typu wielkokomorowego. Acta. Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 16(1), 149-159.
• 19. Rajaratnam, N., Van der Vinne, G., Katopodis, C., 1986. Hydraulics of vertical slot fishways. J. Hydraul. Eng., 112, 909-927.
• 20. Rajaratnam, N., Katopodis, C., Paccagnan, R., 1992. Field studies of fishways in Alberta. Can. J. Civ. Eng. 19, 627-638.
• 21. Skowrońska, W. (2017). Analiza warunków hydraulicznych przepływu wody przez przepławkę na stopniu Skórka na rzece Głomii. praca magisterska, maszynopis, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
• 22. Sobota, j. (2003). Hydraulika i mechanika płynów. Wydawnictwo Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Wrocław
• 23. Tymiński, T., Kałuża, T. (2013). Effect of vegetation on flow conditions in the "nature-like" fishways. Rocznik Ochrona Środowiska, 15(1), 348-360.
• 24. Walczak, N., Walczak, Z., Hammerling, M., Spychala, M., & Niec, J. (2016). Head losses in small hydropower plant trash racks (SHP). Acta. Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 15(4), 369-382.
• 25. Wang, R. W., David, L., & Larinier, M. (2010). Contribution of experimental fluid mechanics to the design of vertical slot fish passes. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems, (396), 02.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).