Anlage 1.1 - Landesportal Sachsen-Anhalt...Ursprünglich handelte es sich um ein Steinkastenwehr aus Natursteinquadern mit einem Bretter-aufsatz. Auf der Mühlenseite ist im Wehrkörper

Anlage 1.1:

Fischaufstiegsanlage sowie Fischschutz- und Fischabstiegsanlage

Erläuterungsbericht mit Nachweisen

Wasserkraftwerke Ost-West Kurth GmbH & Co. KG

Projekt: Umbau der Wasserkraftanlage Bad Kösen

Auftraggeber: Wasserkraftwerke Ost-West Kurth GmbH & Co. KG


Auftragnehmer: Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH Regionalbereich Mitte Rießnerstraße 18 99427 Weimar

Projektleitung: Dipl.-Ing. Olaf Schneider

Fachliche Qualitätssicherung: Dipl.-Ing. Udo Link

Bearbeitung: Dipl.-Ing. Olaf Schneider

Weimar, 28.09.2012

Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH

i.V. Lars Schaarschmidt Dipl.-Ing. Olaf Schneider Fachgebietsleiter Wasserbau Proj.-Ing.

Wasserkraftwerke Ost-West Kurth GmbH & Co. KG

Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH Regionalbereich Mitte Rießnerstraße 18 D-99427 Weimar Telefon +49 (0) 3643 746-401 Telefax +49 (0) 3643 746-435 E-Mail [email protected] www.hydroprojekt.de

Umbau der Wasserkraftanlage Bad Kösen


September 2012

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WKA Bad Kösen Fischauf- und -abstieg

Entwurfs- und Genehmigungsunterlagen

20120913_Fischwege.doc

Inhalt

1 Veranlassung ...............................................................................................................2 2 Arbeitsgrundlagen.......................................................................................................2 3 Standortverhältnisse, Beschreibung des Ist-Zustandes ..........................................2 4 Vorhabensbeschreibung ............................................................................................4 5 Maßgebender Fischbestand für die Anlagenbemessung ........................................4 6 Planungen zum Fischschutz und der Fischwege .....................................................5

6.1 Fischaufstieg ................................................................................................................... 5 6.1.1 Anforderungen, Funktion ............................................................................................ 5

6.1.2 Gestaltung, Konstruktion, Ausführung ........................................................................ 5

6.1.3 Ausstattung, Ausrüstung ............................................................................................ 6

6.1.4 Anbindung der FAA an Unter- und Oberwasser ......................................................... 6

6.1.5 Hydraulische Bemessung, fachtechnische Nachweise ............................................... 7

6.2 Fischschutz bei Turbinenbetrieb und beim Abstieg ................................................... 11 6.3 Rechen ........................................................................................................................... 11

6.3.1 Anforderungen, Funktion .......................................................................................... 11

6.3.2 Gestaltung, Konstruktion, Ausführung ...................................................................... 11

6.3.3 Ausrüstung ............................................................................................................... 12

6.3.4 Anmerkungen........................................................................................................... 12

6.3.5 Hydraulische Bemessung, fachtechnische Nachweise ............................................. 12

6.4 Fischabstieg .................................................................................................................. 14 6.4.1 Anforderungen / Funktion ......................................................................................... 14

6.4.2 Gestaltung, Konstruktion, Ausführung ...................................................................... 14

6.4.3 Ausstattung, Ausrüstung .......................................................................................... 15

6.4.4 Hydraulische Bemessung, fachtechnische Nachweise ............................................. 15

7 Quellen .......................................................................................................................18

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1 Veranlassung Die Wasserkraftwerke Ost-West Kurth GmbH & Co. KG (nachfolgend Antragstellerin genannt) ist an der Staustufe Bad Kösen/Saale Eigentümerin einer alten Wasserkraftanlage (WKA) mit ca. 90-100 kW Leistung bei einer Ausbauwassermenge von 8 m3/s. Unter Beibehaltung der derzeitigen Stauhöhen soll diese Anlage nunmehr durch eine leistungsfähigere Anlage mit maximal 40 m³/s Schluckvermögen erneuert werden. Die Antragstellerin wird die neue WKA bauen, betreiben und die gewonnene Energie an das öffentliche Netz abgegeben.

Im Rahmen der Anpassung der vor mehr als 10 Jahren erstellten Entwurfsunterlagen an das aktu-elle fachtechnische Regelwerk und an die aktuell gültigen Rechtsnormen sind die Möglichkeiten des Fischauf- und -abstieges an der Staustufe Bad Kösen zu überprüfen und diesbezügliche Lö-sungen für die geplante WKA zu erarbeiten und deren Eignung fachtechnisch nachzuweisen.

Es ist Ziel, mit den herzustellenden Fischwegen einerseits der Verpflichtung nach § 44 Abs. 1 FischG LSA bzw. § 80a WG SLA nachzukommen und andererseits mit der Wasserkraftanlage die Kriterien nach § 6 EEG zu erfüllen.

2 Arbeitsgrundlagen Folgende Unterlagen wurden für die Planungen verwendet, die teilweise den Antragsunterlagen als eigenständiges Dokument beiliegen:

- Unterlagen zur Planfeststellung in der Fassung der PROWA Consulting GmbH, Niederlas-sung Ingenieurbüro PROWA Halle vom August 1997,

- Unterlagen zur Planfeststellung, überarbeitete Fassung des Planungsbüros Hagen Ingeni-eure GmbH vom 17.03.2009,

- Fischereibiologisches Gutachten, Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH, Febr. 2010, ak-tualisiert Sept. 2012

- Hydraulische Berechnung (Zweidimensionale Wasserspiegellagenberechnung), Hydropro-jekt Ingenieurgesellschaft mbH, Febr. 2010,

- Statische Berechnungen, Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH, Febr. 2010,

- KLISCH, W., Geotechnische Gutachten zur Baugrunduntersuchung für das Bauvorhaben Saale-Wasserkraftanlage Bad Kösen, ETERRA Ingenieurgeologie GmbH Quedlinburg, 29.11.1996

- KLISCH, W., Fachliche Stellungnahme zum Einsatz von Verpressankern für die Baugruben-sicherung beim Bau der Wasserkraftanlagen Rothenburg/Saale und Bad Kösen, ETERRA Ingenieurgeologie GmbH Wernigerode, 20.02.1997

- Bestandsvermessung des Wehres bei Saale-km 171,473 in Bad Kösen und der Saale auf ca. 500 m Länge ober- und unterhalb des Wehres sowie des angrenzenden Vorlandes, Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH, Nov. 2009,

3 Standortverhältnisse, Beschreibung des Ist-Zustandes Die Staustufe liegt innerhalb der Stadt Bad Kösen bei Saale-km 171,473. Hier ist seit 1140 ein Wehr- und Mühlenstandort nachweisbar. 1825 und 1967 erfolgten grundhafte Erneuerungen des Wehres. Die Staustufe ist eine Mehrzweckanlage. Sie diente bzw. dient:

• zur Energiegewinnung am Wehrstandort,

• zur Grundwasseranreicherung für Fassungsbrunnen der Wasserversorgung Bad Kösen ca. 500 m oberhalb des Wehres,

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• zur ganzjährigen Erhaltung der Schiffbarkeit des Oberwasserbereiches (kleine Ausflugs-schifffahrt),

• zur Ausleitung in die "Kleine Saale" mit folgenden Nutzungen:

o Antrieb von zwei kulturhistorisch wertvollen Wasserrädern in Bad Kösen (die soge-nannte "Alte und Neue Kunst"; das alte Wasserrad dient zum Antrieb eines histori-schen Pumpengestänges zur Saline, die Wasserradanlage „E-Werk“ dient der Stadt Bad Kösen zur Energiegewinnung; die Anlagen stehen unter Denkmalschutz),

o Antrieb von zwei ehemaligen kleineren Wasserkraftanlagen in Pforta und in Alten-burg (Mühle Almrich (Altenburg) in Betrieb, Wiederinbetriebnahme in Pforta ist mög-lich),

o Grundwasseranreicherung für das Wasserwerk Altenburg bei Naumburg, o Wasserversorgung für eine Beregnungsanlage bei Pforta, o zur Beaufschlagung des Scheitbachs.

Das Wehr ist als massives Schusswehr ausgebildet und mit einem Staubohlenaufsatz ausgerüstet. Es ist bei einer Überfallbreite von ca. 100 m schräg im Flussbett angeordnet. Der Wehrkörper ist rund 20 m lang. Das Oberwasser wird um ca. 3 m aufgestaut. Die feste Wehrkrone liegt bei fol-genden Höhen:

OK Ufer rechts: 110,99 mNHN

OK Wehrmitte: 110,43 mNHN

OK Ufer links: 110,85 mNHN

Ursprünglich handelte es sich um ein Steinkastenwehr aus Natursteinquadern mit einem Bretter-aufsatz.

Auf der Mühlenseite ist im Wehrkörper das Gerinne eines Fischpasses vorhanden, der jedoch der-zeit nicht funktionsfähig ist und nach Lage, Größe und Bauweise auch nie nach heutigen Kriterien funktionsfähig war. Die am Standort vorhandene alte WKA und das Wehr sind somit für aufwan-dernde Fische nicht passierbar (ARGE ELBE 2001).

Am Wehr wird rechtsseitig die "Kleine Saale" ausgeleitet. Nach Auskunft der UWB des Burgen-landkreises ist es für die Ausübung der derzeit bestehenden Wasserrechte in diesem historischen Mühlenkanal erforderlich, dass eine Ausleitung von 5 m³/s aus der Stromsaale in die Kleine Saale ständig sichergestellt ist (siehe Anhang 1 der Anlage 1.2).

Ein entsprechender Zufluss aus der Stromsaale bei einem Stauziel von 111,11 bis 111,20 mNHN im Oberwasser des Wehres Bad Kösen ist nach Profilgröße und Generalgefälle der Kleinen Saale plausibel. Die exakte Zuflussmenge wird jedoch durch unregelmäßige Inbetriebnahme der Wasser-radanlage und die manuelle Steuerung des Stauwehres in der Kleinen Saale bestimmt. Beide Wasserräder der „Alten und der Neuen Wasserkunst“ liegen zwischen Einlaufrechen in die Kleine Saale und dem Stauwehr, das durch das LHW, FB Merseburg gesteuert wird. Nach dem Wasser-radanlage „E-Werk“ bzw. nach dem Stauwehr sind insgesamt 2 m³/s in der Kleinen Saale weiterzu-leiten. Der Scheitbach zweigt nach dem Stauwehr ab und wird über ein schützgeregeltes Abschlagbauwerk mit Wasser beaufschlagt.

Eine Kopie des Schreibens der UWB des Burgenlandkreises vom 23.11.2009 liegt der Unterlage als Anhang 1 der Anlage 1.2 bei.

Im UW der bestehenden WKA mündet am linken Ufer unmittelbar oberhalb des Speichers ein Ge-wölbekanal. Dessen Beaufschlagung ist ungeklärt, zur Sicherheit bleibt für diesen Kanal die Vorflut erhalten.

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4 Vorhabensbeschreibung Die Antragstellerin beabsichtigt am bisherigen Standort die Neuerrichtung einer leistungsfähigeren WKA. Dazu ist es zunächst notwendig, die alte WKA einschließlich Hochbauteil und „Fischpass“ abzubrechen. Auch der daran anschließende Wehrabschnitt ist auf ca. 4 m abzubrechen. Anstelle der vorhandenen Bauwerke wird in diesem Bereich ein überströmbares Deckelkraftwerk in die Staustufe integriert. Dessen Oberkante liegt mit 110,3 mNHN tiefer als die geringste Wehrkronen-höhe ohne Staubohlenaufsatz.

Das Krafthaus ist über ein Hochbauteil zugänglich, welches landseitig neben dem Wehr errichtet wird. Die betonierten Ein- und Auslaufbereiche der Anlage werden ebenso wie das Krafthaus mit Bohrpfahl- und zum Teil mit Stahlspundwänden abgegrenzt. Zur Stauhaltung werden auf dem überströmbaren Krafthaus zwei Stauklappen angeordnet.

Als weitere Betriebseinrichtungen sind am Krafthaus ein Horizontalrechen mit automatischer Re-chenreinigungsmaschine und Dammtafelverschlüsse für die Turbinenein- und -ausläufe vorgese-hen. Der Horizontalrechen kann mit einem Abstreifer gereinigt werden, wobei das Rechengut aus ökologischen Gründen in der fließenden Welle verbleiben kann.

Zur automatischen Stauregelung der Saale (min. Stauhaltung 111,11 mNHN, max. Betriebsstau 111,20 mNHN) wird das vorhandene massive Wehr umgebaut. Das Wehr wird durch aufbetonierte Pfeiler in 5 Wehrfelder unterteilt und die Wehrkrone feldweise so angepasst, dass die auf der neu-en Wehrkrone befestigten Schlauchwehre den Staubohlenaufsatz ersetzen.

Die Belange des Fischschutzes und der ökologischen Durchgängigkeit sollen über einen dem Tur-bineneinlauf vorgeschalteten Horizontalrechen, über eine Fischaufstiegsanlage und einen Fisch-abstieg mit integrierter Treibgutableitung berücksichtigt werden. Diese Anlagen dienen der sicheren Erreichbarkeit der Laichhabitate bzw. Nahrungsgründe.

5 Maßgebender Fischbestand für die Anlagenbemessung Die Saale ist im Planungsraum der Barbenregion zuzuordnen (Epipotamal). Weitere Angaben sind dem Fischereibiologischen Gutachten zu entnehmen.

Die Fischaufstiegsanlage (FAA) ist für die Laichwanderungen der Barbe als Leitfischart, für die sonstigen potamodromen Kurzdistanzwanderer des Referenzartenspektrums sowie für den per-spektivischen Aufstieg anadromer Großsalmoniden auszulegen.

Im Vorhabensgebiet ist der Aal derzeit die einzige vorkommende fernwandernde Fischart. Bei Aus-legung des Fischaufstieges auf das o.g. Artenspektrum wird auch der Leistungsfähigkeit aufstei-gender Jungaale entsprochen.

Als potenziell vorkommende Langdistanz-Wanderfischarten im Planungsgebiet gelten in erster Linie der Lachs, aber auch Meerforelle und Flussneunauge, deren Vorkommen jeweils historisch belegt sind und deren Aufstieg über die Elbe in die kleineren Flüsse bei künftiger Verbesserung der biologischen Durchgängigkeit und Zugänglichkeit von Reproduktionshabitaten wieder denkbar sein könnte.

Zu den aktuell in der Saale vorkommenden Fischarten ohne typischen Wanderfischcharakter, je-doch mit lokalen Laichzügen, zählen Döbel, Blei und Plötze.

Die FAA soll außerdem Individuen des vorhandenen Fischbestandes, die infolge eines HW-Ereignisses aus dem ow-seitigen Saaleabschnitt verdriftet wurden, die Rückkehr ermöglichen. Die Fischabstiegsanlage sowie der Horizontalrechen als Fischschutz vor dem Turbineneinlauf sind auf die Belange des Abstieges von Blankaalen und potenziell für den Schutz von Lachs- und Meerforellensmolts auszulegen.

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6 Planungen zum Fischschutz und der Fischwege 6.1 Fischaufstieg 6.1.1 Anforderungen, Funktion Die Anlage soll primär den Aufstieg flussaufwärts wandernder Fische ermöglichen. Das relevante Artenspektrum ist unter Punkt 5 genannt.

Die vorgegebene Ausführung des Krafthauses macht es erforderlich, dass die Fischaufstiegsanla-ge (FAA) unter Beachtung der Entwurfskriterien so angeordnet wird, dass der Zugang zum Kraft-haus unter der FAA oder dem Verbindungsgerinne liegt.

6.1.2 Gestaltung, Konstruktion, Ausführung Die FAA wurde nach dem Handbuch Querbauwerke (NRW, 2005) und gemäß Merkblatt DWA-M 509 (GD) und damit nach den derzeit geltenden Vorschriften und den allgemein anerkannten Re-geln der Technik gestaltet und bemessen. Dazu war es erforderlich, die vorgegebenen baulichen Grenzen landseitig zu erweitern und den Zugangstunnel zur WKA im Bereich des Fischaufstiegs um 40 cm abzusenken. Die Anlage wurde so angeordnet, dass kein zusätzliches Grundstück be-troffen wird.

Die Auslegung erfolgte für die Barbe als Leitfischart, die Anlage erfüllt auch die Anforderungen für Lachs und Meerforelle. Der Fischaufstieg wurde für einen Durchfluss von 0,45 m³/s konzipiert, die gewählten Abmessungen (siehe Punkt 6.1.5) und die Anordnung entsprechen den Empfehlungen des o.g. Regelwerkes „Handbuch Querbauwerke“ (siehe dort Tab. 10.2 und Tab. 10.3).

Die Anlage überwindet eine maximale Wasserspiegeldifferenz zwischen UW und OW von rund 3,00 m.

Der Fischaufstieg wird über einen Schlitzpass (Vertical-Slot-Pass) realisiert. Der Schlitzpass ist eine Art des Beckenpasses, bei der die Beckenzwischenwände durch über die gesamte Höhe rei-chende Schlitze unterbrochen werden. Vorgesehen ist die Bauweise mit einem Schlitz je Zwi-schenwand.

Für die Anzahl der Becken wurde eine maximale Wasserspiegeldifferenz von 0,13 m zugrunde gelegt. Die Anlage besteht aus 22 Becken mit mind. 3,00 m Länge im Lichten und 2,35 m Breite. Die Schlitze sind 44 cm breit und über die ganze Höhe der Beckenzwischenwand angeordnet; die Umlenkblöcke zur Ablenkung der Strömung und Vermeidung von Kurzschlussströmungen befin-den sich in Fließrichtung linksseitig, so dass die Ablenkung des letzten Strahls zum UW des Turbi-nenauslaufs gerichtet ist. Das 14. Becken ist als Ruhebecken ausgebildet. Die Trennwände zwischen den Becken werden mit einfachen Leitwänden gem. Empfehlung DWA-M 509 (GD) ver-sehen.

Der unterste Schlitz wird in der Höhe auf 0,75 m beschränkt. Das ist z.B. durch entsprechende Einbauten möglich, die bis OK Stauwand bzw. Umlenkblock reichen. Die OK der untersten Stau-wand mit dazugehörendem Umlenkblock liegt konstruktiv auf 110,0 mNHN.

Die FAA und der Abschnitt des Verbindungsgerinnes parallel zum Krafthaus werden in einer tro-ckenen Baugrube als trogförmiges Gerinne in Stahlbetonbauweise gefertigt. In diesen Abschnitt wird auch der unterirdische Zugangskanal zum Krafthaus integriert. Die entstandenen Fugen zwi-schen den einzelnen Bauteilen werden umlaufend durch innenliegende Dehnungsbänder gedich-tet.

Der Vertical-Slot-Pass ist in der Abwicklung ca. 74 m lang, das Bauwerk wird als Stahlbetontrog ausgeführt. Die Betonsohle in der FAA wird mit einer 30 cm dicken Steinschüttung als Sohlsubstrat abgedeckt. Zur Anbindung an die tiefer liegende Flusssohle im UW und für einen stetigen Sohl-übergang zum vorhandenen Gewässerbett wurde eine Vorschüttung vorzusehen.

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Der Ausstieg zum OW erfolgt über ein Anschlussgerinne. Dieses wird als Gerinne mit senkrechten Wänden zwischen Ufer und Turbineneinlauf ausgeführt und erhält eine Sohlbefestigung aus Flusskies bzw. Flussschotter.

Um eine turbulenzarme Beckenströmung zu gewährleisten, wurden gemäß Regelwerk „Handbuch Querbauwerke“ folgende Grenzwerte für die Leistungsdichte bei der Energiedissipation angesetzt:

- 100 W/m³ bei Q30,

- 150 W/m³ bei Q330 und

- 50 W/m³ für Ruhebecken.

Diese Werte werden mit der bemessenen Anlage nicht überschritten.

Als Schutz gegen das Strömungsfeld des Turbineneinlaufs wird der ow-seitige Ausstieg in die Saa-le mittels einer Leitwand um rund 12 m flussauf verlegt.

6.1.3 Ausstattung, Ausrüstung Die FAA wird wie folgt ausgerüstet:

- Durchgehendes Sohlsubstrat in einer Mindestdicke von 30 cm,

- Leitwand im OW in Spundwandbauweise auf ca. 12 m Länge mit OK = 111,5 mNHN, d.h. ca. 30 cm über Stauziel, dem Rechen und dem Turbineneinlauf vorgelagert,

- Dammbalkennischen, dem untersten Becken vorgelagert und nach dem obersten Becken, die oberen Dammbalkennischen sind für den Einsatz einer Netz- oder Kastenreuse zur Funktionskontrolle vorgesehen,

- Bedienstege über den Fischaufstieg im Bereich der Dammbalkennischen,

- Steigeisen für die Zugängigkeit,

- Treibgutabweiser vor der Leitwand, Ausführung als Schwimmsteg mit Rundpfählen aus Stahl zur Lagefixierung.

6.1.4 Anbindung der FAA an Unter- und Oberwasser Die Anbindungen des Schlitzpasses im UW und OW befinden sich an Stellen, die im Handbuch Querbauwerke des MUNLV NRW (2005) empfohlen werden.

Der uw-seitige Einstieg in die FAA befindet sich im UW am Ende des befestigten Turbinenaus-laufs. Bis dorthin steigt die befestigte Sohle des Turbinenauslaufs stetig an und geht sohlgleich auf die Gewässersohle (ca. 106,35 mNHN) über. Ab ca. der Hälfte des Auslaufbereichs erfährt die befestigte Auslaufsohle eine einseitige seitliche Aufweitung zum Wehr in einem Winkel von 20°.

Die Leitströmung aus dem Schlitzpass wird mit einem Umlenkblock zum Turbinenauslaufbereich umgelenkt, die Strömungsausbreitung ist ungerichtet. Zur Verbesserung der Lockströmungswir-kung gegenüber dem Strömungsfeld des Turbinenauslasses wurde der unterste Schlitz in der Hö-he auf 1,0 m begrenzt.

Da der uw-seitige Einstieg in den Schlitzpass mit 107,45 mNHN ca. 1,1 m über der uw-seitigen Gewässersohle (Ende des massiv befestigten Turbinenauslasses) angeordnet wurde, ist in Fort-setzung der FAA eine Steinschüttung vorgesehen, welche die Verbindung zur Gewässersohle her-stellt.

Der ow-seitige Ausstieg erfolgt in ein Verbindungsgerinne mit rechteckförmigem Abflussquerschnitt und einer Gerinnebreite von 1,0 bis 2,0 m. Die Anbindung an das ow-seitige Flussbett befindet sich oberhalb des schräg angeordneten Horizontalrechens am linken Ufer der Saale.

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Zwischen dem Fischaufstieg und dem Turbineneinlauf wurde eine ca. 12,0 m lange Trennwand vorgesehen, um die Sogwirkung bei großer Turbinenleistung abzumindern. Damit können aufge-stiegene Fische relativ gefahrlos nach oberstrom abwandern.

Die Gerinnesohle im Fischaufstieg steigt in Fließrichtung von der Sohle des ow-seitigen Flussbetts bis zum obersten Becken des Schlitzpasses (Sohle 110,16 bis 110,25 mNHN) an.

6.1.5 Hydraulische Bemessung, fachtechnische Nachweise Ausgangsparameter:

- Q30 = 12,7 m³/s - Q330 = 80,5 m³/s - min. OW = 111,11 mNHN bei Q30 und Q330 - max. OW = 111,20 mNHN bei Q30 und Q330 - UW (Q30) = 108,21 mNHN - UW (Q330) = 109,11 mNHN - max. Gesamtgefälle hges = 2,99 m - konstante Zuflussbedingung für Q30 und Q330

Schlitzpassabmessungen, gewählt nach Handbuch Querbauwerke, Tab. 10.2 und Tab. 10.3:

- max. Wasserspiegeldifferenz zwischen den Becken, Δh = 0,13 für die epi-potamale Fließ-gewässerzone (Barbenregion)

- Schlitzweite s = 0,44 m (berechnet nach Poleni) > min. s =0,30 m, - Beckenlänge lb = 3,10 m, lichte Beckenlänge = 3,00 m, Becken 12, 14 und 16 jeweils 5,0 m

breit, - Stauwanddicke d = 0,10 m, - Beckenbreite b = 2,35 m, Becken 14 mit b = 2,95 m, - Länge des Vorsatzes c = 0,18 m, - Versatzmaß a = 0,14 m, - Breite des Umlenkblockes f = 0,40 m - min. Wassertiefe h = 0,75 m - Substratdicke im Aufstiegsgerinne = 0,30 m - senkrecht zur Trennwand angebaute Leitwand, c = 0,75 m im Abstand g = 0,2 m zum

Schlitz (siehe DWA-M 509 (GD); Bild 225, Tab. 47) Leitwandlänge c = 0,75 +0,10 = 0,85; c/s = 0,85/0,44 = 1,93; 1,78 ≤ c/s ≤ 2,00 Abstand Leitwand/Schlitz, g/s = 0,20/0,44 = 0,45; 0,32 ≤ g/s ≤ 0,59

Bemessung, hydraulische Grenzwerte nach Handbuch Querbauwerke, Tab. 10.2:

- Beckenanzahl n = hges / Δh - 1= 2,99 / 0,13 – 1 = 22 bei 23 Trennwänden, - max. Fließgeschwindigkeit vS in den Schlitzen = (2g • Δh)0,5 = 1,597 m/s < vS,zul = 1,6 m/s - Durchfluss Q = 2/3 • µr • (2g)0,5 • ho1,5 mit hu = 0,75m; ho = 0,88m

und µr = f (hu/ho) nach Bild 5.22; (hu/ho) = 0,852; µr = 0,42 Q = 0,45 m³/s > Qmin = 0,40 m³/s (Tab. 10.3; techn. Bauweise)

- Energiedissipation in den Becken: Leistungsdichte E = (ρ • g • Δh • Q) / (b • hm • (lb – d));

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E = (1000 • 9,81 • 0,13 • 0,45) / (1,8 • (0,75 + 0,88)/2 • (3,1 – 0,1)) E = 99,9 W/m³ < Ezul = 100 W/m³

In der nachfolgenden Tabelle sind die Werte für die Betriebszustände Q30 und Q330 je Becken dargestellt. Die Grenzwerte der Energiedissipation sind bei Q30 und Q330 und für das Ruhebe-cken eingehalten.

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Durch iterative Berechnung der Beckenwasserstände wurde der Einfluss eines hohen UW-Standes bei Q330 auf den Abfluss in der FAA untersucht. Danach ist es für Q330 mit einem UW-Stand = 109,11 mNHN ausgeschlossen, dass der Durchfluss in der FAA als Folge des Rückstaus absinkt. D.h., die Lockströmung am Einstieg in die FAA ist mit 0,45 m³/s als Durchfluss anzusetzen.

Um die Auffindbarkeit im UW zu verbessern, wurde der unterste Schlitz am Einstieg in die FAA in der Höhe auf 0,75 m über Sohle begrenzt. Die unterste Stauwand im Schlitzpass sperrt die FAA gegen das UW bis in eine Höhe von 110,00 mNHN. Damit beträgt die mittlere Fließgeschwindig-keit nach dem Kontinuitätsgesetz und ohne Einrechnung von lokalen Verlusten (insbesondere durch Strahleinschnürung und Umlenkung) vS = 0,45 / (0,44 • 0,75) = 1,36 m/s.

Für den Planzustand wurden folgende Geschwindigkeiten in der hydraulischen Berechnung mit einem 2D-Modell ermittelt (siehe Anlage 1.3).

Q [m³/s] Bemerkung vS [m/s]

Q30 = 12,7 kein Turbinenbetrieb 0,0 - 0,1

16 linke Turbine mit 7 m³/s 0,1 - 0,2

16 rechte Turbine mit 7 m³/s 0,0 - 0,1



MQ = 37,1 beide Turbinen mit 28,1 m³/s, ungleichmäßig verteilt 0,6 - 0,7

49 beide Turbinen mit 40 m³/s 0,7 – 0,8 (0,9) 1)

Q330 = 80,5 beide Turbinen, Wehr gesetzt 0,9 – 1,0 (1,1 )

Q330 = 80,5 beide Turbinen, Wehr gelegt 0,9 – 1,0 (1,1 )

MHQ = 187 beide Turbinen, Wehr gesetzt 0,9 – 1,0 (1,1 )

MHQ = 187 beide Turbinen, Wehr gelegt 1,3 – 1,4 (1,5 ) 1) in Klammern gesetzter Spitzenwert möglich

Nach DVWK 232/1996, Kap. 3.2 sollte die Austrittsgeschwindigkeit der Leitströmung aus der FAA zwischen 0,8 und 2,0 m/s betragen.

Nach dem Handbuch Querbauwerke muss bei Q30 bis Q330 die Leitströmung wahrnehmbar sein, also mindestens 0,3 m/s betragen. Sie soll nicht größer sein als die max. Fließgeschwindigkeit von 1,6 m/s in den Engstellen (Schlitzen) und v.a. im Verhältnis zur Strömung des Gewässers wahr-nehmbar sein.

Mit einer mittleren Fließgeschwindigkeit von 1,36 m/s im Beckenschlitz ist diese Bedingung bis zum Q330 eingehalten, der Wert der mittleren Fließgeschwindigkeit liegt mindestens 0,2 m/s über den Werten des berechneten Strömungsfeldes am Ende des befestigten Turbinenauslasses.

Die Reichweite der Lockströmung wird unter Ansatz der Strahltheorie von KRAATZ (siehe BOLLRICH & AUTORENKOLLEKTIV; Techn. Hydromechanik, Bd. 2, Verlag für Bauwesen Berlin) überschlägig bestimmt. Die Kernzone des Strahls aus dem Schlitz, d.h. der Bereich mit max. Geschwindigkeit des aus der FAA ins UW austretenden Strahls reicht ca. 2,3 m weit:

Relative Kernzonenlänge x0 = 5,2 • B0 = 5,2 • 0,44 = 2,29 m.

Erst danach reduziert sich die max. Geschwindigkeit im Strömungskern.

Eine Erhöhung der Geschwindigkeit in der Leitströmung wäre auch nach Fertigstellung und Probe-lauf der FAA durch weitere Reduzierung der Durchflusshöhe im untersten Schlitz möglich.

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Die Leitströmung des Schlitzpasses ist im Verhältnis zur Strömung im angrenzenden Gewässer-abschnitt gut wahrnehmbar, sie wird durch die gemittelten Strömungsverhältnisse im Turbinenaus-lauf kaum überlagert. Ob Turbulenzen aus dem Auslassbereich der Turbinen die Leitströmung überlagern können, kann nicht eingeschätzt werden.

Der uw-seitige Einstieg in den Fischpass ist gut auffindbar, da sich gegenüber den UW-Strömungsverhältnissen im Turbinenauslauf eine ausgeprägte Leitströmung ausbilden kann. Die Lockströmungswirkung ist ausreichend.

Mit dem geplanten Schlitzpass ist der Fischaufstieg uneingeschränkt innerhalb der Abflüsse Q30 und Q330 für ein Zeitfenster von 300 Tagen passierbar.

6.2 Fischschutz bei Turbinenbetrieb und beim Abstieg Als konstruktives Prinzip wird ein kombinierter Fisch- und Treibgutableiter (Prinzip GLUCH) vorge-sehen (GLUCH 2007). Dieser besteht aus einer schräg zur Turbinenanströmrichtung angeordneten Sohlleitwand mit einem senkrecht darauf stehenden Horizontalrechen und einem Bypassschacht mit Spülklappe und nachgeordnetem Bremswehr. Das System gewährleistet die schadlose Ablei-tung von Fischen aus dem ow-seitigen Sohl- und Freiwasserbereich, aber auch die Weitergabe von Treibgut und eingeschränkt von Sediment an das Unterwasser. An der Saale ist dieses Sys-tem bereits an den Wasserkraftanlagen Rothenburg und Halle/Planena im Einsatz.

6.3 Rechen 6.3.1 Anforderungen, Funktion Der Rechen hat mehrere Funktionen:

- er soll bei Turbinenbetrieb die Turbinen vor Treibgut schützen,

- Fische davor schützen, in die Turbinen zu gelangen und dort geschädigt zu werden und

- abstiegswillige Fische durch Leitwirkung zum Abstiegsgerinne/Bypass führen bzw. Fischen ein Abwandern in strömungsruhigere Bereiche der Stauhaltung ermöglichen.

6.3.2 Gestaltung, Konstruktion, Ausführung Eingesetzt wird ein senkrecht stehender Horizontalrechen, der in einem Winkel von rund 55° zur Stauachse der WKA (Achse der Stauklappen) bzw. in einem Winkel von 35° zur Längsachse der WKA anzuordnen ist. Die wirksame Rechenlänge beträgt 32,0 m. Der Turbineneinlauf wurde auf der ufernahe Seite entsprechend verlängert.

Der lichte Stababstand der horizontal ausgerichteten Rechenstäbe wird zur Vermeidung der Pas-sierbarkeit für den Aal mit 15 mm gewählt, die Stabdicke beträgt 6 mm. Die UK des Rechens wur-de auf maximal 107,60 mNHN gelegt. Eine Form für den Rechenstab wurde nicht festgelegt.

Unter dem Horizontalrechen wird eine senkrechte Schwelle ausgebildet. Diese mechanische Bar-riere bewirkt entlang der parallel zum Rechen verlaufenden Kante einen Strömungsabriss / Strö-mungsschatten.

Die untere Sohle der Schwelle ist zum Abstiegsgerinne stetig geneigt. Die maximale Schwellenhö-he beträgt 0,8 m, die minimale Schwellenhöhe 0,4 m. Die zwischen Barriere und Horizontalrechen liegende Sohle geht ohne Höhenversatz in den Bypass über.

Der Schwelle vorgelagert ist eine befestigte Sohle, die flach geneigt (1:10 in Fließrichtung) den Übergang von der Flusssohle zum Turbineneinlauf herstellt. Die als bauzeitliche Baugrubenwand eingesetzte Spundwand ist nach Bauende unter Wasser bündig auf Höhe der Sohlbefestigung

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abzubrennen. Die mechanische Barriere dient neben dem Aalschutz der Begrenzung der Tiefene-rosion der ow-seitigen Flusssohle.

Der Bediensteg des Horizontalrechens wird als Stahlbetonbalken ausgeführt, der bei Hochwasser als Tauchwand funktioniert. Die UK des Bediensteges liegt bei 111,30 mNHN und damit 10 cm über Betriebsstau. Die OK des Bediensteges liegt wie die übrige Anlage auf 112,30 mNHN.

Auf dem Bediensteg ist der automatische Rechenreiniger montiert.

6.3.3 Ausrüstung Der Rechen wird mit einer automatisch betriebenen Rechenreinigungsanlage versehen. Die Re-chenreinigung erfolgt mittels automatisch betriebenem Wagen auf einer Rechenreinigungsbühne. Die Anlage ist auf einem massiven Bediensteg aus Stahlbeton angeordnet. Die Rechenreinigung (Längsräumung) erfolgt zyklisch und wird in Richtung Abstiegsgerinne / Bypass ausgeführt. Zur Verbesserung der Treibgutableitung in das UW kann die Stauklappe mehr als die ständig ca. 0,4 m weit geöffneten 0,4 m Durchflussbreite geöffnet werden. Je nach Öffnungsgrad kann damit ein Spülstoß erzeugt werden.

6.3.4 Anmerkungen Es war nicht möglich, den Rechenstababstand auf die in der Fachliteratur empfohlenen 10 mm zu verringern. Die entsprechend durchgeführte Bemessung erforderte für den Bemessungsdurchfluss von 40 m³/s eine wesentlich größere Rechenfläche, die bei Einhaltung zulässiger Fließgeschwin-digkeiten weder über eine sehr große Länge noch eine größere Rechenhöhe zu realisieren gewe-sen war, ohne nachteilige Wirkungen für das Flussbett, den Geschiebetransport oder die Turbinen zu erzeugen. Die Position des geplanten Rechens berücksichtigt die durch die Leistungssteige-rung der WKA geänderten Strömungsverhältnisse im OW.

Es war das Ziel, im OW die vorhandenen morphologischen Verhältnisse an der Gewässersohle so gering wie möglich zu verändern. Deshalb wurde der Übergang auf den Rechen nicht übermäßig eingetieft und etwa in Höhe der vorhandenen Gewässersohle angelegt. Damit war auch die untere Kante des Rechens weitgehend festgelegt. Außerdem sollte vermieden werden, dass infolge einer Sohleintiefung unkalkulierbare Geschiebebewegungen in Richtung WKA aktiviert werden.

6.3.5 Hydraulische Bemessung, fachtechnische Nachweise Der Bemessung des Rechens liegen art- und altersspezifische kritische Schwimmgeschwindigkei-ten der maßgebenden Arten zugrunde. Diese Geschwindigkeiten wurden nach dem Ansatz von PAVLOV (siehe PAVLOV, D.S. (1989): Structures assisting the migration of non-salmonid fish: USSR. FAO Technical Paper 308, insb. Kapitel 4.4.1 und 4.4.5) ermittelt und sind vor dem Rechen nicht zu überschreiten.

Dies wurde durch geeignete Wahl von Stababstand, Rechenbreite und –höhe sowie Winkel si-chergestellt.

Nach PAVLOV bzw. Handbuch Querbauwerke NRW, Abschnitt 12, gelten folgende maximale An-strömgeschwindigkeiten an mechanische Barrieren:

• Blankaal: nahezu 100% Schutz bei Rechen mit

max. lichter Rechenabstand ≤ 15 mm max. Anströmgeschwindigkeit vA ≤ 0,5 m/s

• atlantische Lachssmolts: rechen wirken als Verhaltensbarriere, Smolts können der Barriere entfliehen

max. lichter Rechenabstand ≥ 10 mm max. Anströmgeschwindigkeit 0,5 m/s ≤ vA ≤ 1 m/s

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Die maximalen Belastungen am Rechen treten auf, wenn die WKA bei Einhaltung des Stauziels (111,11 mNHN bis 111,20 mNHN) ihren maximalen Durchsatz erreicht. Maßgebend ist der untere Wert des Stauziels.

Folgende technische Daten wurden für den Horizontalrechen als Teil des Fischschutz- und Fisch-abstiegssystems angesetzt:

- Bauform: senkrecht stehender, schräg zur Bauwerksachse liegender Horizontalrechen mit Bypass am Ende des Rechenfeldes

- Durchfluss QWKA: 40 m³/s

- Wassertiefe h im OW (min.): 111,11 – 107,60 = 3,51 m

- Rechenlänge L: 32,0 m

- Ausrichtung/Lage des Rechens = horizontaler Anströmwinkel des Rechens (nach PAVLOV 1989): 35° zur Hauptlängsachse der WKA

- vertikaler Anströmwinkel des Rechens: 90°

- lichter Rechenstababstand a: 15 mm

- Rechenstabstärke t: 6 mm

- kritische Schwimmgeschwindigkeit 0,5 m/s

Einen Zuströmkanal im eigentlichen Sinn gibt es nicht. Über die Länge und den Winkel kann die fiktive Zuströmbreite mit b = 32 m • sin 35° = 18,35 m angegeben werden. Die unverbaute Fließflä-che vor dem Rechen hat damit eine Größe von 18,35 m • 3,51 m = 64,42 m². Die fiktive gerichtete Zustromgeschwindigkeit an den Rechen liegt damit bei v = 0,62 m/s.

Tatsächlich bildet sich gemäß der in Anlage 1.3 dokumentierten 2D-Wasserspiegelberechnung (siehe dort Zeichnung 2.7) ein Strömungsfeld aus, das vor allem an der rechten Turbine etwas direkter zum Rechen gerichtet ist. Die Anströmgeschwindigkeit vor dem Rechen beträgt ca. 0,4 bis 0,5 m/s mit Spitzen bis 0,6 m/s.

Die vor dem Rechen auftretende, senkrecht zum Rechen ausgerichtete Geschwindigkeit beträgt v = 40 / 32 • 3,51 = 0,36 m/s. Die effektive Fließfläche zwischen den Rechenstäben errechnet sich zu Aeff = L • h • a / (a + t) = 80,2 m². Damit ergibt sich zwischen den Rechenstäben eine senkrecht zur Rechenachse orientierte Geschwindigkeit von v = Q / Aeff = 0,499 m/s < 0,5 m/s (siehe ATV-DVWK-Themen: Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen).

Somit ist eine ausreichende Schutzwirkung durch den Horizontalrechen gegeben und die max. Anströmgeschwindigkeit eingehalten. Die Rückhaltewirkung wurde auch im Fischgutachten (siehe Mppe II, Teil 5) beurteilt.

Eine Reduzierung der Geschwindigkeit ist möglich, wenn der Rechenhersteller bei gleichbleiben-dem Rechenstababstand geringere Stabstärken einsetzen kann (z.B. ca. 10% Reduzierung bei Einsatz von 4 mm dicken Rechenstäben).

Die Geschwindigkeiten im Strömungsfeld sind der Hydraulischen Berechnung (siehe Anlage 1.3) zu entnehmen. Das Strömungsfeld ändert sich in Abhängigkeit des Turbinenbetriebes und der ein-zelnen Durchflussanteile.

Das Strömungsfeld ist im Vergleich zum Ist-Zustand je nach Betriebsweise und Durchfluss deutli-cher zur WKA abgelenkt. Die Fließgeschwindigkeit in der Anströmung an den Rechen ist gegen-über der freien Strecke im ow-seitigen Staubereich gering beschleunigt.

Die Verlusthöhe des Rechens und damit die Reduzierung der Fallhöhe wird an dieser Stelle nicht berechnet.

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6.4 Fischabstieg 6.4.1 Anforderungen / Funktion Das Fischabstiegsgerinne hat die Funktion, den schadlosen Fischabstieg zu ermöglichen. Außer-dem hat das Gerinne die Aufgabe, Treib- und Rechengut in das UW der WKA abzuleiten. Die im Abstiegsgerinne / Bypass angeordnete Stauklappe dient in geringem Umfang der Steuerung des Stauzieles von 111,20 mNHN und der Ableitung von Hochwasser. Ferner kann auch Treibeis und in geringem Umfang Geschiebe in das UW abgeleitet werden. Durch die Freigabe des Öffnungs-querschnitts mittels der Stauklappe (max. 0,7 m Fließbreite) ist es ggf. möglich, Treibgut mit Brei-ten über 40 cm über den Bypass ins UW abzuleiten.

Im Abstiegsgerinne kann durch Einsatz einer Netzreuse der Funktionsnachweis für die Fisch-schutz- und –abstiegsanlage durchgeführt werden.

Sperrigeres Treibgut müsste über einen mobilen Kran mit großem Ausleger vom linken Ufer aus über die WKA hinweg entnommen und anschließend entsorgt werden. Ggf. kann ein auf dem Krafthaus bypassnah montierter Galgenkran das sperrige Treibgut entnehmen, der Weitertransport zur Entsorgung müsste über den Bediensteg der Anlage erfolgen.

Um den Querschnitt des Stauwehres gegenüber der Ursprungsplanung nicht zusätzlich einzuen-gen, wurde der Fischabstieg innerhalb der bisher konzipierten Baugrenzen eingeordnet.

6.4.2 Gestaltung, Konstruktion, Ausführung Der Bypass wird zwischen WKA und dem Wehr angelegt und beginnt unmittelbar unterhalb des Horizontalrechens.

Forderungen bezüglich Einhaltung einer abzuführenden Mindestwassermenge bestehen derzeit nicht. Aus Gründen der Fischökologie und der Betriebssicherheit der Anlage wurde der Bypass konstruktiv so durchgebildet, dass eine ständige Freiwasseröffnung gegeben ist.

Die Sohle im Bypass schließt mit 106,8 mNHN ohne Höhenversatz an die tiefliegende Sohle der Schwelle unter dem Rechen an. Damit ergibt sich an der vertikalen Stauklappe eine Wassertiefe von 4,4 m. Der Bypass wird als Rechteckgerinne in Stahlbetonbauweise hergestellt. Die Fugenan-ordnung richtet sich nach den Bauwerksfugen des Krafthauses. Die Fugen zwischen den Abschnit-ten werden mit innenliegenden Fugenbändern umlaufend wasserdicht ausgebildet.

Im ow-seitigen Abschnitt ist der Bypass zwischen 0,7m und 1,0 m breit. Dort ist auch das feste Überfallwehr (Bremswehr) mit einer Überfallbreite von 1,0 m angeordnet. Dem Bremswehr vorge-lagert wird eine seitlich angetriebene Stauklappe, die den Abflussquerschnitt auf ganzer Höhe frei-geben kann. Die Wehrkrone des festen Wehres wurde nach einer hydraulischen Überschlagsrechnung auf 108,58 mNHN gelegt. Die Gerinnesohle zum festen Wehr steigt in Fließ-richtung allmählich mit einer Neigung von 1:3 an. Dementsprechend nimmt auch die Fließge-schwindigkeit in Richtung des Abstiegs stetig zu.

Nach der mit 0,4 m Radius ausgerundeten Überfallkrone des Bremswehres fällt der Überfallrücken 1:1,5 geneigt ab. Der Bypass verläuft mit einer Breite von 1,0 m bis zur Mündung in den Turbinen-auslauf.

Unterhalb des festen Wehres (Bremswehr), das mit einem uw-seitig geneigten Wehrrücken und einem Absturz abschließt, liegt der Bypass auf einer Höhe von 107,2 mNHN. Die Sohle fällt bis zur Blockfuge (Ende Krafthaus) mit gleichbleibendem Gefälle auf 107,1 mNHN ab. Der anschließende Gerinneabschnitt bis zur Mündung des Bypasses fällt mit steilerem Gefälle auf die Sohlhöhe von 105,0 mNHN ab.

Konstruktionsbedingt liegt der Bypass unterhalb des festen Wehres ständig unter Wasser.

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Die Herstellung des Bypasses erfolgt zusammen mit dem Krafthaus in einer trockenen Baugrube. Die als überschnittene Bohrpfahlwand ausgeführte seitliche Trennwand des Bypasses zum Wehr wird mit einer Vorsatzschale aus Stahlbeton verkleidet.

6.4.3 Ausstattung, Ausrüstung Das Abstiegsgerinne ist mit einer seitlich gelagerten und seitlich angetriebenen Stauklappe von ca. 4,5 m Höhe ausgerüstet, die unmittelbar am Eingang des Bypasses vor dem Bremswehr angeord-net ist. Zur Freigabe des gesamten Fließquerschnitts klappt die Stauklappe in eine Nische. Bei Verschluss der Öffnung dichtet die Klappe gegen die Sohle und gegen eine Seite des Gerinnes.

Nach der Absperrklappe ist ein Bremswehr mit einer Kronenhöhe von 108,58 mNHN angeordnet.

Zur Revision des Gerinnes sind Nischen für den Einsatz von Dammbalken oder Dammtafeln vor-gesehen. Der Zugang zu den Bereichen wird über Steigeisen ermöglicht. Die uw-seitigen Nischen dienen auch dazu, Netzreusen zur Funktionskontrolle des Fischabstiegs einzusetzen.

6.4.4 Hydraulische Bemessung, fachtechnische Nachweise Die Abgabe über den Bypass wurde überschlägig und über Iterationen bestimmt. Grundlage war die konstruktive Durchbildung.

In einer ersten Rechnung wurde berechnet, mit welchen geometrischen Randbedingungen welche maximale Wassermenge über den Bypass abgeführt werden kann. Als Mindestwassermenge wur-den für den Bypass 1,5 m³/s angesetzt.

Die nachfolgenden Überschlagsrechnungen zum Bypass basieren auf dem Ansatz der Mindes-tenergiehöhe für ein rechteckförmiges Abflussprofil über der Wehrkrone des Bremswehres. Damit ist der UW-Stand der Stauklappe bestimmt. Die hydraulischen Verluste am Schlitz wurden über-schlägig nach dem Ansatz für scharfkantige Schlitzbegrenzungen (Formel aus DWA-M 507, Bild 233) berechnet. Der Schlitz an der Sperrklappe wurde mit 0,40 m angesetzt.

Vor der Stauklappe beträgt die mittlere Fließgeschwindigkeit bei Betriebsstau im 0,7 m breiten By-pass v = Q / (h • b) = 1,5 / (4,4 • 0,7) = 0,49 m/s. Sie steigt zum Schlitz hin entsprechend der lokal ausgebildeten Strömungsverhältnisse an. Die Werte bei verschiedenen Schlitzöffnungen sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.

Eine Steigerung der Fließgeschwindigkeit zur Verbesserung der Auffindbarkeit des unmittelbar nach dem Horizontalrechen angeordneten Bypasses ist bei Bedarf konstruktiv möglich, z.B. durch Einbau einer Abflussblende am Bypasseinlauf, die den Fließquerschnitt in einen oberflächennahen und einen sohlnahen Abflussbereich unterteilt und den Bereich statisch wirksam aussteift (z.B. gegen Anpralllasten und Eisdruck auf äußere Bypasswand). Die oberflächennahe Wandertiefe sollte dabei 1,0 bis 1,5 m nicht unterschreiten (ähnliches Wanderverhalten von Salmoniden und potamodromen Arten). Die Reduzierung der Abflusstiefe um 1,5 m erhöht die mittlere Geschwin-digkeit auf 0,74 m/s.

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über mögliche Kronenhöhen des Bremswehres in Abhän-gigkeit der angesetzten Schlitzweite an der vertikalen Stauklappe. Die Sohle des Gerinnes liegt an der Stauklappe bei 106,80 mNHN.

max. OW [mNHN] 111,20

Schlitzweite [m] 0,40 0,30 0,25 0,20

v [m/s] im Schlitz 0,85 1,14 1,36 1,70

v²/2g 0,04 0,07 0,09 0,15

OK Bremswehr [mNHN] 110,00 109,97 109,94 109,89

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max. Q [m³/s] bei max. OW und b = 0,7 m

1,57 1,63 1,69 1,80

min. OW [mNHN] 111,11

v [m/s] im Schlitz 0,87 1,16 1,39 1,74

v²/2g 0,04 0,07 0,10 0,15

OK Bremswehr [mNHN] 109,91 109,88 109,85 109,79

max. Q [m³/s] bei max. OW und b = 0,7 m/s

1,76 1,82 1,88 2,00

Solange das Bremswehr nicht vom UW der Saale eingestaut wird, tritt die maximale Fließge-schwindigkeit im Bypass im Schussstrahl auf, der sich nach dem Fließwechsel auf der Wehrkrone des Bremswehres einstellt. Der Abfluss erfolgt auf dem Überfallrücken schießend mit einem Ab-sturz in das anschließende Gerinne. Dort geht der schießende Abfluss nach einem Fließwechsel wieder in den strömenden Abfluss über.

Die Fließgeschwindigkeit im 1,0 m breiten Bypass uw-seitig des Bremswehres wurde gemäß Kon-tinuitätsgesetz überschlägig nach v = Q / (huw • b) berechnet. Dabei bezieht sich die Wassertiefe huw auf die Gerinnesohle = 107,20 mNHN unmittelbar am Absturz des Bremswehres. Für Q30 wurde eine Geschwindigkeit v = 1,5 / (1,01 • 1,0) = 1,49 m/s und für Q330 v = 1,5 / (1,91 • 1,0) = 0,79 m/s ermittelt.

Bis zum Abfluss von Q330 wird die Wehrkrone des Überfalls im Bypass nicht eingestaut. Bei Q330 beträgt der UW-Stand 119,11 mNHN und liegt deutlich unter der Wehrkrone des Bremswehres. Würde die Wehrkrone des Bremswehres auf 109,15 angeordnet, beträgt die Leistungsfähigkeit des voll geöffneten Bypasses rechnerisch 3,5 m³/s.

In der nachfolgenden Tabelle sind die überschlägig nach Kontinuitätsgesetz ermittelten mittleren Fließgeschwindigkeiten am Ende des Bypasses im Übergang auf das UW zusammengestellt. Die Werte beziehen sich auf einen Durchfluss von 1,5 m³/s im Bypass.

Q [m³/s] Wsp. Im UW [mNHN] Wassertiefe am Ende des Bypasses [m]

v [m/s]

Q30 = 12,7 108,21 3,21 0,47 = vmax

Q330 = 80,5 109,11 4,11 0,36

Um einzuschätzen, ob vom Bypass ggf. eine Lockströmung in das UW ausgeht, wurden in der folgenden Tabelle die mit der 2D-Berechnung ermittelten UW-Verhältnisse im Bereich der By-passmündung zusammengestellt.


Q30 = 12,7 kein Turbinenbetrieb 0,1 - 0,2





MQ = 37,1 beide Turbinen mit 28,1 m³/s, ungleichmäßig verteilt 0,3 - 0,4

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49 beide Turbinen mit 40 m³/s 0,7 - 0,8

Q330 = 80,5 beide Turbinen, Wehr gesetzt 0,8 - 0,9

Q330 = 80,5 beide Turbinen, Wehr gelegt 0,6 - 0,7

MHQ = 187 beide Turbinen, Wehr gesetzt 0,5 - 0,6

MHQ = 187 beide Turbinen, Wehr gelegt 0,7 - 0,8

Der Vergleich der Fließgeschwindigkeiten im Übergang vom Bypass auf das UW zeigt, dass der Bypass unter bestimmten Randbedingungen durchaus eine Lockströmungswirkung für aufstiegs-willige Fische haben kann. Das ist v.a. bei kleinen Durchflüssen und geringen Gesamtabflüssen der Fall. Aufstiegswillige Fische werden jedoch durch das Bremswehr am Aufstieg über den By-pass gehindert.

Um sicherzustellen, dass bei geringem Turbinenbetrieb von der Bypassmündung nur eine geringe Lockströmungswirkung ausgeht, ist der Schwerpunkt des Anlagenbetriebes auf die rechte der bei-den Turbinen zu legen. Damit ist auch eine verbesserte Auffindbarkeit der Lockströmung im unter-wasserseitigen Zugang zur Fischaufstiegsanlage verbunden.

Optional sind im Zuge der Ausführungsplanung für den Baukörper der eigentlichen WKA und nach Fertigstellung der Anlage weitere Anpassungen möglich:

1. Der untere Abschnitt des Bypasses kann verbreitert werden. Z.B. könnte die in Stahlbeton ausgeführte Trennwand zwischen Bypass und Turbinenauslauf (B = 0,8 m) auch in Spundwandbauweise ohne Verblendung und die Vorsatzschale zur Bohrpfahlwand schma-ler ausgeführt werden. Diese Option bedarf einer statischen Prüfung. Damit ist eine erheb-liche Reduzierung der mittleren Fließgeschwindigkeit in Auslauf des Bypass möglich.

2. Nach Errichtung und Probebetrieb kann der über den Bypass abzugebende Durchflussan-teil nach Menge und zeitlichem Muster optimiert werden. Diese Anpassung hätte die tat-sächliche jahreszeitliche Intensität des Fischabstieges sowie die Ableitung von Treib- und Rechengut zu berücksichtigen.

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7 Quellen

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Anlage 1.1 - Landesportal Sachsen-Anhalt...Ursprünglich handelte es sich um ein Steinkastenwehr aus Natursteinquadern mit einem Bretter-aufsatz. Auf der Mühlenseite ist im Wehrkörper