University of Oulu

Voimalaitospadon yläpuolisen osan vaelluskalojen ohjausrakenteiden suunnittelu : teknistaloudellinen vertailu

Saved in:
Author: Pitzen, Henri1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.1 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201805312015
Language: Finnish
Published: Oulu : H. Pitzen, 2018
Publish Date: 2018-06-01
Physical Description: 87 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Marttila, Hannu
Reviewer: Marttila, Hannu
Tourula, Tuomo
Description:

Tiivistelmä

Vaelluskalojen alasvaellus on kriittinen osa kalan elinkiertoa ja sen turvaaminen on tärkeää vaelluskalapopulaation elinvoimaisuuden kannalta. Rakennettujen vesistöjen padot muuttavat jokien virtausolosuhteita, hidastavat alasvaellusta ja heikentävät kalojen selviytymistä vaelluksesta. Vaelluskalojen ohjausrakenteilla voidaan edesauttaa kalojen selviytymistä alasvaelluksesta ohjaamalla ne voimalaitosten turbiinien ohitse kalaportaan tai muun ohitusväylän kautta. Työn tavoitteena oli vaelluskalojen alasvaellusrakenteiden toteutusvaihtoehtojen arviointi rakenteiden teknisten ominaisuuksien sekä kustannustarkasteluiden perusteella. Ohjausrakennevaihtoehtoja tarkasteltiin tapaustutkimuksen muodossa Kemijoella sijaitsevalle Valajaskosken voimalaitokselle.

Työn aiheeseen syvennyttiin tutustumalla ensin vaelluskalojen elinkiertoon ja kierron kannalta tärkeään alasvaellukseen. Alasvaellusta käsittelevässä osuudessa tarkasteltiin tekijöitä, joilla on vaikutusta vaelluksen ajoittumiseen tai sijoittumiseen uomassa, sillä kyseiset tekijät vaikuttavat myös ohjausrakenteiden valintaan. Ohjausrakenteita tarkasteltiin ensin yleisesti, minkä jälkeen tarkastelua syvennettiin työn kirjallisuuskatsauksessa. Kirjallisuuskatsauksen jälkeen siirryttiin tarkastelemaan työn tapaustutkimuskohdetta.

Toimivia vaihtoehtoja kartoitettiin tapaustutkimuskohteessa ensisijaisesti perehtymällä aihepiiristä tuotettuun kirjallisuuteen. Tutkittavia vaihtoehtoja rajattiin teoreettisen osuuden sekä kohdetarkastelun perusteilla muodostettujen valintakriteereiden avulla. Työssä tarkastellut ohjausratkaisut olivat kelluva ohjausaita, säleikkösuuntaaja, viisto välppärakenne, paaluseinä sekä pylväsratkaisu. Näistä paaluseinä ja pylväsratkaisu ideoitiin työn aikana. Vaihtoehtojen toteutustarkastelussa arvioitiin muun muassa rakenteiden toimintaa, vaihtoehtoisia toteutuksia, asemointia voimalaitoksella sekä kustannuksia. Kustannusarviot pohjautuivat saatavilla olevaan kirjallisuuteen, rakenteiden yksikköhintoihin sekä asiantuntija-arvioihin. Ohjausrakenteita pyrittiin tarkastelemaan itsenäisinä kokonaisuuksina vertailevan tarkastelun sijaan. Kirjallisuuden lisäksi työssä hyödynnettiin mallinnus- ja laskentaohjelmistoja.

Työssä saatiin koottua perusteita alasvaelluksen ohjausrakenteiden alustavaa valintaa varten. Rakenteiden tarkastelussa tulee kiinnittää huomiota etenkin ohjattavien kalojen käyttäytymismuotoihin, tutkittavan kohteen virtausolosuhteisiin sekä kohdekohtaisiin erityispiirteisiin. Lisäksi on suositeltavaa, että virtausmallinnusta ja kalojen seurantatutkimusta hyödynnetään eri ohjausrakenteiden tarkasteluissa.

see all

Design for fish guidance structures in the upstream of a hydropower dam : technical and economic assessment

Abstract

Downstream migration is a crucial part of the life cycle for migratory fishes and therefore, securing the migration is essential for the vitality of the migratory fish populations. Dams in regulated rivers affect local flow conditions, slow down the downstream migration speed and reduce the chances of survival for migratory fish. Guidance structures for migratory fish can be used to increase fish survival in downstream migration by directing fish past the dam turbines via fishway or another bypass. The objective of this thesis was to evaluate different guidance structures and implementations for migratory fish by studying the technical features and cost estimations of different structures. As a case study for this thesis different guidance structures were evaluated for Valajaskoski hydropower dam which is located in Kemijoki river.

The subject of the thesis was first examined by studying the life cycle of migratory fish and addressing downstream migration which is an important standpoint of the life cycle. Focus in the latter was on factors that affected the starting date and location of downstream migration in the river channel since those factors are essential in selecting guidance structures. Guidance structures were first studied at a general level and then examined in depth in a literature review. After the literature review focus was placed on the case study of this thesis.

Potential implementations for the case study site were primarily investigated by studying produced literature about different guidance structures. Studied options were selected by using formulated criteria based on the theoretical part of the thesis and investigation of the case study. Guiding solutions investigated in this thesis were floating guide wall, louver, inclined rack, pile wall and column solution. Pile wall and column solution were designed in pursuance of this thesis. The assessment of different implementations included operation of structures, alternative solutions, location of structures with respect to the hydropower dam and cost estimations. Cost estimations were based on available literature, unit cost of structures and expert evaluations. Different options were assessed independently rather than comparatively. Modeling and calculation software were used in the investigations in addition to literature.

As a result of the thesis a basis for the preliminary selection of guiding structures was combined. In the investigation of different guiding structures it is important to focus on the behavioral habits of the guided fish, flow patterns in the study site, and the special characteristics of the site. In addition, it is recommended that flow modelling (for the river) and monitoring study of the fish are used in the investigation of different guiding structures.

see all

Subjects:
Copyright information: © Henri Pitzen, 2018. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.