Optimierung der Sohlgeometrie einer Wasserkraftanlage mit beweglichen Strom-Erzeugungsmodulen

Abstract

Kurzfassung Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden für eine in Planung befindliche Wasserkraftanlage mittels eines physikalischen Schnittmodels im Maßstab 1:15 ausgehend von einem Basisentwurf verschiedenste Sohlausbildungsvarianten untersucht und einander gegenübergestellt. Ziel war es, eine Geometrie zu entwickeln, welche zum einen die Forderungen nach sohlstabilisierenden Maßnahmen im Oberwasser, ausreichender Energiedissipation im Unterwasser, sowie funktionierender Geschiebedurchgängigkeit erfüllt, und zum anderen eine hydraulisch und wirtschaftlich optimierte Lösung darstellt. Zahlreiche Varianten von Sohlgeometrien wurden getestet, dabei konnten nicht immer die angeführten Prämissen eingehalten werden. Mit Geometrie 6g Final wurde eine Sohlausbildung gefunden, in welcher die Wünsche des Bauherrn (Verkürzung des Zulaufbereiches, Anhebung des horizontal tiefliegenden Troges) bestmöglich berücksichtigt wurden, ohne dabei die hydraulische Funktionsfähigkeit zu schmälern. Die Energieumwandlung im Unterwasser wurde bei dieser durch eine 1,5 m (entspricht 22,5 m) lange schwach gekrümmte Steinbelegung in Beton sichergestellt. Nach Abarbeitung sämtlicher Evaluierungsversuche, deren Ergebnisse zum Teil als wichtige Eingangsparameter für weitere 2D-Simulationen dienen, konnte die Sohlkontur sowohl für den Projektzustand (IST-Unterwassersohle), als auch für den Anlandungszustand (zukünftige Unterwasser-sohlenlage) bestätigt werden und wird daher als finale Bauwerksgeometrie vorgeschlagen.

Abstract Within the framework of this master-s thesis, different weir bottom geometries were measured and compared by a sectional model to a scale of 1:15, based on a first draft. The subject of this analysis was a new type of a run-off-river plant which is currently in the planning stage. The aim was to develop a geometry, which on the one hand meets the requirements for bed stabilization measures upstream, sufficient energy dissipation downstream and sediment transport and on the other hand fulfills the optimization demands in hydraulical and economical terms. Numerous alternatives of bottom geometries were tested. However, it was not always possible to comply with the above mentioned requirements. In Geometry 6g Final a bottom contour was designed, in which the economical requirements (shortening of the inlet area, raising of the turbine trough) were fulfilled without impairing the hydraulic function. The energy dissipation downstream was ensured by a 1,5 m (equivalent to 22,5 m) long slightly curved stilling basin made by boulders fixed in concrete. The evaluation of all experiments should also deliver some important input parameters for further 2-D simulations. The bottom geometry fulfilled, the project condition by reaching the actual state of the downstream river bed level as well as the future river bed conditions with a higher river bed level. Therefore, it was proposed as the final geometry of the power plant.