The application of a minimum specific energy concept for a fish ladder design

• Autorzy: Kubrak Michał , Smoliński Błażej , Riha Jaromír , Kodura Apoloniusz , Popielski Paweł , Jabłoński Kamil

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140185

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie zasady minimalnej energii własnej strumienia wody do obliczeń przepławek dla ryb

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Structural solutions in terms of fish ladders and the use of natural materials to construct them often raise concerns regarding the possibility of using the standard calculation methods. The fish ladder being designed on the Wisłok river consists of three pools, separated from each other by baffles made of rock boulders. The purpose of this study was to analyze water surface profiles for fish ladder at specific values of flow rates. The paper presents the results of hydraulic calculations under the conditions of constant flow rate based on the concept of a minimum specific energy. According to this method, water flow through boulders is critical. Thus, it does not take into account head losses, which are hard to estimate and which are the integral part of typical calculation methods, e.g. the use of equations to determine the flow rate of a weir. An additional advantage of this method is that there is no need to assume the flow pattern of one specific weir. Verification calculations of the water depths were conducted using the HEC-RAS software, under an assumption of an one-dimensional steady water flow. Water depths in the fish ladder, calculated using both methods, were similar, despite the adopted different calculation concepts, and can be used in ichthyologic analyses.

PL

Rozwiązania konstrukcyjne przepławek i wykorzystywanie do ich budowy naturalnych materiałów budzą często obawy o możiwości stosowania do ich obliczeń typowych schematów hydraulicznych. Projektowana przepławka na rzece Wisłok składa się z trzech komór, oddzielonych od siebie przegrodami z kamiennych głazów. Celem obliczeń było określenie profilu zwierciadła wody w przepławce przy wybranych wartościach natężeń przepływu wody. Przedstawiono wyniki obliczeń hydraulicznych przepławki przeprowadzone w warunkach stałego natężenia przepływu w oparciu o zasadę minimalnej energii własnej strumienia wody. Według tej metody woda przepływa przez szczeliny lub przelewa się nad głazami przy minimalnym nakładzie energii (przepływ odbywa się ruchem krytycznym). W obliczeniach założono, że głazy są prostopadłościanami, a przekroje poprzeczne szczelin mają kształt prostokąta. Obliczenia weryfikacyjne głębokości wody przeprowadzono programem HEC-RAS w założeniu występowania ruchu ustalonego wody. Obliczone obiema metodami głębokości wody w przepławce są zbliżone, mimo przyjętych różnych koncepcji obliczeń i mogą być wykorzystane w analizach ichtiologicznych.

Słowa kluczowe

EN

fish ladder; dam; specific energy; critical flow; design

PL

przepławka dla ryb; zapora; ruch krytyczny; głębokość krytyczna; obliczanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 1
• Strony: 555--568
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kubrak Michał

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8097-3803

autor

Smoliński Błażej

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3662-2007

autor

Riha Jaromír

• Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Brno, Czech Republic

• https://orcid.org/0000-0002-1362-5769

autor

Kodura Apoloniusz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7040-1625

autor

Popielski Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5425-5821

autor

Jabłoński Kamil

• Energoprojekt-Warszawa SA, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] P. Nawrocki, P. Kupczyk-Kuriata, Fundacja WWF Polska, and Food and Agriculture Organization of the United Nations, Eds., Przepławki dla ryb: projektowanie, wymiary, monitoring. Warszawa: Fundacja WWF Polska, 2016.
• [2] X. Mao, “Review of fishway research in China”, Ecological Engineering, 2018, vol. 115, pp. 91-95, DOI: 10.1016/j.ecoleng.2018.01.010.
• [3] M. Bombac, M. Cetina, G.Novak, “Study on flow characteristics in vertical slot fishways regarding slot layout optimization”, Ecological Engineering, 2017, vol. 107, pp. 126-136, DOI: 10.1016/j.ecoleng.2017.07.008.
• [4] B.A. Marriner, A.B. M. Baki, D.Z. Zhu, S.J. Cooke, C. Katopodis, “The hydraulics of a vertical slot fishway: A case study on the multi-species Vianney-Legendre fishway in Quebec, Canada”, Ecological Engineering, 2016, vol. 90, pp. 190-202, DOI: 10.1016/j.ecoleng.2016.01.032.
• [5] J. Puertas, L. Pena, T. Teijeiro, “Experimental Approach to the Hydraulics of Vertical Slot Fishways”, Journnal of Hydraulic Engineering, 2004, vol. 130, no. 1, pp. 10-23, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2004)130:1(10).
• [6] L. Tarrade, A. Texier, L. David, M. Larinier, “Topologies and measurements of turbulent flow in vertical slot fishways”, Hydrobiologia, 2008, vol. 609, no. 1, pp. 177-188, DOI: 10.1007/s10750-008-9416-y.
• [7] S. M. A. Abdelaziz, Numerical simulation of fish behavior and fish movement through passages. München: Lehrstuhl und Versuchsanst. für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Univ. München, 2013.
• [8] J.M. Duguay, R.W.J. Lacey, J. Gaucher, “A case study of a pool and weir fishway modeled with OpenFOAM and FLOW-3D”, Ecological Engineering, 2017, vol. 103, pp. 31-42, DOI: 10.1016/j.ecoleng.2017.01.042.
• [9] G. Novak, A. Tafuni, J.M. Domínguez, M. Cetina, D. Žagar, “A Numerical Study of Fluid Flow in a Vertical Slot Fishway with the Smoothed Particle Hydrodynamics Method”, Water, 2019, vol. 11, no. 9, DOI: 10.3390/w11091928.
• [10] M. Hammerling, N. Walczak, Z. Walczak, P. Zawadzki, “The possibilities of using HEC-RAS software for modelling hydraulic conditions of water flow in the fish pass exampled by the Pomiłowo barrage on the Wieprza river”, Journal of Ecological Engineering, 2016, vol. 17, no. 2, pp. 81-89, DOI: 10.12911/22998993/62294.
• [11] Ł. Cieślik, I. Cieślik, “Opinia ichtiologiczna dla przedsięwzięcia "Odtworzenie progu pietrzącego na rzece Wisłok - remont kapitalny progu pietrzącego i umocnień dna brzegów rzeki powyżej i poniżej progu oraz budowa przepławki dla ryb", EKO-KONSULT Łukasz Cieślik” (in polish), 2020.
• [12] M.H. Chaudhry, Open-channel flow. 2ed. New York, NY: Springer, 2008.
• [13] R.H.J. Sellin, Flow in channels. London, New York: Macmillan; St. Martin’s P, 1969.
• [14] M. Mitosek, Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2020.
• [15] G.W. Brunner, HEC-RAS river analysis system: hydraulic reference manual. Davis, CA: US Army Corps of Engineers, Institute for Water Resources, Hydrologic Engineering Center, 2010.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).