Wasserkraft und Fischschäden [Schreibgeschützt]

Experimentelle Untersuchungen zur
Schädlichkeit einer
Kleinwasserkraftanlage
mit Kaplanturbine und geringer Fallhöhe
für Jungfische und Neunaugen
Fischerei in NRW
17. Mai 2011
Markus Kühlmann
Einleitung / Fischabwanderung
Fische führen in Fließgewässern
longitudinale Wanderungen durch
Dabei werden die Wanderungen aus
1. Laichwanderung
2. Nahrungswanderung
3. Kompensationswanderung
4. Wanderung zu den Winterruheplätzen
5. Wechsel zwischen Teillebensräumen
Einleitung / Fragestellung - Ziele
Bisher Untersuchungen überwiegend an WKA > 1 MW
Aktuell Untersuchungsbedarf auch an WKA < 1 MW
/ Meta-Rhithral
In diesem EpiZusammenhang
bestand das Ziel der
Obere - / Untere
Untersuchung
darin, die Auswirkungen
auf Fische zu
Hypo-Rhithral
Forellenregion
Äschenregion
untersuchen, welche die Kaplanturbine
einer
Kleinwasserkraftanlage mit geringerEpi-Potamal
Fallhöhe passieren.
Barbenregion
Untersuchung / Die Wasserkraftanlage Möhnebogen
Die WKA Möhnebogen (Bj. 2002)
befindet sich ca. 8 km unterhalb
der Möhnetalsperre am
Möhnefluss.
• Walzenwehr
• Fischaufstieg (Rauhgerinne –
Beckenpass) 250 l/s
• Eigentümer ist die Möhnebogen
GmbH (Stadtwerke Arnsberg und
Aggerkette GmbH / Dr. Walters)
Untersuchung / Die Wasserkraftanlage Möhnebogen
• 20 mm Schutzrechen
• Kaplan-Schachtturbine
170 kW installierte elektrische Leistung
• regelbares Leit- und Laufrad
• vierflügliges Laufrad, 2,30 m Ø
Drehzahl bei Volllast 125 U/min = 16,35 m/s
• Schluckvermögen max. 12 m³/s
• Höhenunterschied Ober- zu Unterwasser = 2,0 m
Untersuchung / Ergebnisse
Verletzungsarten
Durchtrennungen, Quetschungen,
Schuppenverletzungen
Untersuchung / Ergebnisse
Verletzungsarten
Hämatome, Wirbelbrüche und
Wirbelverformungen
Untersuchung / Ergebnisse
Häufige letale Verletzungsarten der Forellen
• Teil – und Volldurchtrennung
• Schlagverletzungen
• Schädigung der Wirbelsäule
• Quetschungen
• Schädigung von Niere und Milz (Blutungen)
Häufige nicht
letale Verletzungsarten der Forellen
• flächige Schuppenverluste > 10 % Körperoberfläche
(< 10 % wurde nicht bewertet) verursachten Infekte
verzögerte Mortalität
• Hämatome in der Rückenmuskulatur verursachen u. a.
Nekrosen
•
• Infektion verletzter Hautstellen
verzögerte Mortalität
v. Mortalität
Untersuchung / Ergebnisse
Häufige letale Verletzungsarten der Aale
• Teil – und Volldurchtrennung
• Schädigung der Wirbelsäule
• Quetschungen
Häufige nicht
letale Verletzungsarten der Aale
• Kratzer auf der Haut
Folgen ?
• Schädigung der Wirbelsäule
• Quetschungen
verzögerte Mortalität
verzögerte Mortalität
Untersuchung / Ergebnisse
Schädigungsraten in Abhängigkeit
zur Turbinenleistung
Verletzungs- und Mortalitätsraten
prozentuale Häufigkeit
100%
7,4
6,2
6,3
7,2
3,7
7,4
10,2
8,2
8,3
15,1
0
14,7
75%
tot
50%
86,4
86,5
88,9
geschädigt
81,5
76,7
85,3
25%
0%
Rbf. 10 - 12 Rbf. 10 - 12 Rbf. 15 - 18 Rbf. 15 - 18 Aal 15 - 20 Aal 15 - 20
cm (RB 4) cm (RB 7) cm (RB 3) cm (RB 6) cm (Aal 5) cm (Aal 8)
80%
100%
80%
100%
Versuchsgruppe
80%
100%
ohne Schäden
Untersuchung / Ergebnisse
Gesamtschädigung in Abhängigkeit
zur Turbinenleistung
Gesamt-Schädigung
25
23,3
prozentuale Häufigkeit
20
15
18,5
14,7
13,6
13,5
11,1
10
5
0
RB 4 10 - 12 cm
(80%)
RB 7 10 - 12 cm
(100%)
RB 3 15- 18 cm
(80%)
RB 6 15- 18 cm
(100%)
Versuchsgruppe
Aal 5 15 - 20 cm
(80%)
Aal 8 15 - 20 cm
(100%)
Untersuchung / Ergebnisse
• Fischattrappen (tote Objekte) sind geeignet, bestimmte Verletzungsarten und
Schadensraten zu ermitteln.
• Die Bewegungsleistung von Fischen beim Durchschwimmen der Turbine ist
gering. Fische können auf Grund der hohen Fließgeschwindigkeiten (> 2 m/s)
keine optimale Schwimmposition einhalten um Hindernissen aktiv zu entgehen.
• Die Körperform und Elastizität der Fische hat Einfluss auf die Schädigung.
• Die Steigerung der Laufradleistung erhöht nicht generell das Verletzungsrisiko
von Fischen. Durch die Veränderung des Auslastungsgrades der Turbine
(Turbineneinstellung) werden fischschädliche Parameter sowohl positiv wie auch
negativ beeinflusst:
positiv: größere Spaltmaße im Verhältnis zur Fischlänge, mehr Durchfluss
negativ: größere Wahrscheinlichkeit mit dem Laufrad zu kollidieren,
höhere Aufprallgeschwindigkeit des Fischkörpers
Untersuchung / Ergebnisse
• An dieser WKA keine Schädigung der Fische durch Scherkräfte
(= Verformung / Teil – und Volldurchtrennungen) und Druckunterschiede /
Kavitation (= Schädigung der Schwimmblase).
• Verletzungen entstanden durch Kontakt mit starren und / oder beweglichen
Bauteilen der Turbine (mechanische Schäden).
• Die Höhe der Nenn-Leistung einer WKA sagt nichts über die mögliche
Schadensraten aus. Ausschlaggebend sind vielmehr Fallhöhe,
Beaufschlagung, Spaltmaße, Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrades und
die Fischlängen.
• Auch ein beweglicher Leitschaufelapparat verursacht Verletzungen
(Quetschungen mit Hämatombildung).
Untersuchung / Ergebnisse
• Viele Schäden / Verletzungen wurden erst während der Hälterphase
sichtbar. Bei der Schadensbewertung ist daher eine Hälterung notwendig!
• Auch äußerlich völlig unversehrte Fische hatten teilweise
„versteckte“ Verletzungen (Hämatome).
• Verzögerte Mortalität war generell gering (0,3 % Forelle / 1,5 % Aal) und
setzt bei den Forellen (bis zum 5. Tag) früher ein als bei Aalen (bis zum 14.
Tag).
• Prädation durch Raubfische und fischfressende Vögel im
Unterwasser der WKA kann Fischmortalität deutlich erhöhen.
Untersuchung / Ergebnisse
Fazit
• die Ergebnisse gelten für die WKA Möhnebogen sowie Kleinwasserkraftanlagen
mit vergleichbarer Bau- und Betriebsart. Sie können ebenfalls auf Francisturbinen
mit vergleichbaren Parametern übertragen werden.
• die Untersuchungsergebnisse mit den genannten Arten können auf andere
Salmoniden sowie auf Neunaugen übertragen werden.
• Die Untersuchung bestätigt, dass durch die Turbineneinstellung Einfluss
auf die Schadensraten abwandernder Fisch genommen werden kann.
• Beispielsweise würde die zeitlich begrenzte Verringerung der
Turbinenleistung (80 % statt 100 %) die Schädigung abwandernder Smolts
deutlich reduzieren.
• Sollen hingegen gezielt abwandernde Aale und Neunaugen geschützt
werden, empfiehlt sich das Betreiben der Anlage unter Volllast.
Ausblick
Die Untersuchungen lieferten auch Hinweise auf Möglichkeiten
zum Fischschutz innerhalb der Anlagengeometrie !
Fische, die den Schutzrechen durchschwimmen, passieren nicht
sofort die Turbine sondern suchen Strömungsschatten auf.
Ausblick
Idee eines Ableitsystems innerhalb des Turbinenkanals
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit