Experimental investigation of fish downstream passage and turbine related fish mortality at an innovative hydro power setup

Étude expérimentale de la dévalaison des poissons et du taux de mortalité au passage d'une centrale hydroélectrique de conception innovante

Abstract

The fish downstream passage of small fish at the innovative TUM hydro shaft power plant concept was investigated experimentally. The behavior of 1974 inserted individuals of brown trout, grayling, barbel, minnow and bullhead of 45 mm to 220 mm body length was observed in a fully functional test setup which included a 35 kW Kaplan turbine and a horizontal screen with 20 mm bar clearance. The 24 h tests were conducted under nature like conditions whereas the laboratory environment also enabled targeted hydraulic situations and modifications of the bypass during the test series. A recapture rate of the fish of 99% and a subsequent 96 h observation period yielded detailed information about the migration behavior and instant as well as long term mortality. The results reveal the actual passage distribution of small fish between bypass and turbine and the turbine related injury and mortality rates in dependency of fish species, fish length, turbine discharge and bypass arrangement. General trends as well as species specific particularities could be deduced. The work confirms the suitability of the employed experimental approach and the ecological potential of the investigated hydro power plant concept. The behavioral barrier effect of the screen on small fish and the necessaty of appropriate downstream migration corridor were proved and quantified.

Résumé

La migration de dévalaison des poissons lors du passage d'un concept innovant de centrale hydroélectrique en puits a été étudié. La répartition du passage des poissons entre la turbine et le bypass ainsi que le taux de blessure sur 1974 poissons insérés (truites, ombres, barbeaux, vairons et barbottes de 45 à 220 mm de longueur) ont été observés sur une installation test comprenant une turbine Kaplan de 35 kW et une grille horizontale avec un espacement des barreaux de 20 mm. Les tests d'une durée de 24 heures ont été menés dans des conditions semi-naturelles en laboratoire permettant d'étudier des conditions hydraulique ciblées et de modifier le bypass. Un taux de recapture des poissons de 99 % et une période d'observation de 96 heures après les tests ont révélé des informations detaillées concernant le comportement de migration, les passages utilisés ainsi que le taux de blessure et de mortalité à long terme. Les résultats révèlent la distribution du passage à travers la grille des poissons de petites tailles ainsi que le taux de blessure et de mortalité correspondant en fonction de l'espèce et de la longueur du poisson, du débit turbiné et du bypass. Les tendances générales ainsi qu'en fonction de l'espèce ont pu être déduites. L'étude confirme la pertinence de l'approche expérimentale utilisée et le potentiel écologique de la centrale hydroélectrique en puits. L'effet barrière comportementale de la grille horizontale sur les poissons de petites tailles et l'importance de l'arrangement du bypass ont pu être prouvés et quantifiés.