Optimierung der Anströmung von Fischleitrechen bei Wasserkraftwerken dank CFD

Im Rahmen des Neubaus des Dotierkraftwerks Wildegg-Brugg untersuchten wir die hydraulischen Strömungsverhältnisse im Bereich des geplanten Fischleitrechens mit Hilfe numerischer 3D-Strömungssimulationen (CFD). Ziel war die Festlegung eines hydraulisch geeigneten Rechenstandorts sowie die Optimierung der Leit- und Schutzwirkung des Fischleitrechens.

In der Fachliteratur existieren verschiedene Bemessungsempfehlungen für Fischleitrechen. Hinsichtlich der Hydraulik werden insbesondere Empfehlungen zum Anströmwinkel des Rechens formuliert. In der Praxis erfolgt die Bemessung häufig stark vereinfacht anhand von Querschnittsmittelwerten. Gerade bei komplexen Strömungssituationen kann dies zu einer unzureichenden Auslegung und einer verminderten Fischleitwirkung führen.

Mithilfe von 3D-Strömungssimulationen können verschiedene Rechenstandorte hydraulisch detailliert untersucht und miteinander verglichen werden. Dazu werden beispielsweise Schnitte entlang der geplanten Rechenebene ausgewertet. Das Verhältnis von normalen zu tangentialen Geschwindigkeitskomponenten ermöglicht dabei eine Beurteilung der Leitwirkung eines Standorts. Zusätzlich werden die Normalgeschwindigkeiten mit den zulässigen Werten für die relevanten Leitfischarten verglichen.

Durch geometrische Optimierungen konnten die Normalgeschwindigkeiten in der Rechenebene gegenüber der Ausgangsvariante um rund 25 % reduziert werden. Gleichzeitig konnte eine unerwünschte Rezirkulation infolge Strömungsablösung im Einlaufbereich unterbunden werden.

Das Projekt zeigt exemplarisch, wie numerische 3D-Strömungssimulationen genutzt werden können, um komplexe Strömungssituationen bereits in frühen Planungsphasen realitätsnah zu berücksichtigen und die Anordnung von Fischleitrechen gezielt zu optimieren.