Quantifying the findability of fishways by computational fluid dynamics : a case study of weir Grave in the river Meuse
Voor het ontwerp van een effectieve vistrap zijn kennis van visgedrag en waterbouwkunde even belangrijk. Veel natte kunstwerken in Nederland zijn aan het verouderen en zullen in de komende decennia vervangen worden. Dit betekent dat er veel nieuwe kunstwerken ontworpen zullen gaan worden. Het is belangrijk dat ecologen en waterbouwkundigen samenwerken om in de toekomst tot een voor migrerende vis succesvol stuw- en vistrap ontwerp te komen. Vanzelfsprekend is observeren in het veld de gouden standaard voor ecologisch onderzoek naar visgedrag, maar voor natte kunstwerken die nog niet gebouwd zijn is een andere methode nodig om de effectiviteit van vistrappen te beoordelen. Dit rapport demonstreert de inzetbaarheid van Computational Fluid Dynamics (CFD) om in deze behoefte te voorzien aan de hand van stuw Grave als casus.
Door de eisen van vissen te kwantificeren voor een groep doelsoorten, kunnen kunstwerken al bij ontwerp geoptimaliseerd worden voor vismigratie. Dit is een verbetering ten opzichte van het verleden: vaak werden oplossingen voor vismigratie achteraf toegevoegd, zoals bij de stuwen in de Maas. De effectiviteit van een vistrap bestaat uit meerdere aspecten: de vindbaarheid, bereikbaarheid, passeerbaarheid en totale benodigde tijd. De vindbaarheid is hierbij de eerste essentiële stap, een vistrap die niet gevonden kan worden kan immers zeker niet gepasseerd worden. De focus van deze casus ligt daarom bij de vindbaarheid van de vistrap bij stuw Grave.
Er zijn twee concepten beschouwd: de migratielimietlijn en het continue migratiepad. De migratielimietlijn bakent een gebied af waarin de stroomsnelheden en turbulentie te sterk zijn om tegen op te zwemmen. Het continue migratiepad beschrijft het gebied waarin de snelheden niet te laag maar ook niet te hoog zijn, en waarin de turbulentie voldoende laag is. De limieten aan de zwemprestaties van verschillende vissoorten zijn beschikbaar in literatuur van veld- en labproeven. De CFD simulaties zijn in dit rapport geïnterpreteerd aan de hand van de capaciteiten van glasaal en zalm. Turbulentie wordt in de literatuur vaak genoemd als een van de belangrijkste stromingseigenschappen, maar de limieten worden zelden gekwantificeerd en zijn ook niet specifiek per vissoort.
CFD is met succes toegepast om de gevolgen van stuwbeheer voor vismigratie te bepalen. Op basis van de uitgevoerde CFD simulaties kan worden geconcludeerd dat de vistrap bij stuw Grave niet voldoende vindbaar lijkt om grootschalige migratie mogelijk te maken. De vistrapingang is in bijna alle simulaties verborgen achter een gebied met te sterkte turbulentie. Het enige scenario met voldoende lage turbulentie (100 m3/s door de grote stuw) bracht andere uitdagingen met zich mee: er ontstonden te lage (niet-aantrekkelijke) snelheden voor de vistrap. Voor de glasaal, die graag bij de bodem leeft, is er in dat scenario alleen een pad beschikbaar dat erg dicht bij het wateroppervlak zit. Voor de zalm zijn er in dat scenario aantrekkelijkere snelheden aan de verkeerde kant van de rivier. In alle andere scenario’s zijn de stroomsnelheden te hoog voor glasaal. Voor zalm zijn de stroomsnelheden over het algemeen acceptabel, alleen in het hoogste scenario (330 m3/s door de kleine stuw) bestaat een deel van de stroming uit de sprintsnelheid. Al met al was in geen van de scenario’s sprake van een eenduidige combinatie tussen de juiste snelheden en turbulentieniveaus. Uit simulaties met verschillende schuivenconfiguraties, die steeds in een andere configuratie dezelfde totale afvoer veroorzaken, blijkt dat het stuwbeheer een grote invloed heeft op de migratiepaden die ontstaan. Dit geeft het belang van visvriendelijk stuwbeheer weer, en betekent ook dat nog niet alle opties uitgeput zijn: er zouden stuwconfiguraties mogelijk kunnen zijn waardoor de beschouwde afvoeren tot gunstigere stroming kunnen leiden.
De ruwe data en scripts behorend bij dit onderzoek zijn op te vragen bij de opdrachtgever.