Turbulent eddies to create paths for safe downstream migration for salmonids and eel past hydropower intakes

Når fisk vandrer nedover elver og møter dammer og kraftverksinntak følger de normalt hovedstrømmen inn i kraftversturbinene der de kan bli skadd eller drept. Finmaskede grinder foran inntaket kan hindre at fisk kommer inn kraftverksinntak, men i store inntak er slike grinder teknisk utfordrende og dyre fordi grindene må være store for å unngå at fisken presset mot grinda og dør. Derfor har mange av de store kraftverkene ingen løsninger for sikker nedvandring av fisk. Det er et et stort behov for å utvikle helt nye og kostnadseffektive ledesystemer. Fisk har flere sanser som registrer vannbevegelser. De kan føle ulike turbulensvirvler som dannes i vannet og enten unngå de eller bruke de for å lette svømmingen. I FishPath utnytter vi disse egenskapene til å lage ledesystemer som skaper turbulensvirvler som leder laksefisk og ål. For å få til dette må vi først undersøke nærmere hva slags virvler ulike objekter (sylindere, hydrofoiler og flere) skaper i vannet og hvordan fisken reagerer på ulike typer av virvler. Dannelse av virvler vi bli studert i både datamodeller og i små vannrenner. Fiskens reaksjon på turbulensvirvlene vil bli studert i en rekke renneforsøk. Deretter skal vi bruke datamodeller og renneforsøk til å sette sammen objektene i en rekke som til sammen danner et ledesystem. Når ulike typer prototyper for ledesystem har blitt utviklet vil vi undersøke hvor effektive de er for å lede fisk. Dette gjøres først i relativt små laboratorierenner, deretter i store renner og til slutt vil den mest lovende løsningen testes i full skala i ei elv med et stort kraftverksinntak. Resultatene vil samles i en brukervennlig håndbok som beskriver ulike turbulensbaserte ledesystemer for ulike typer kraftversinntak. Vi vil også vurdere og beskrive hvordan turbulensvirvler kan brukes i andre vandringsløsninger, for eksempel for oppvandring.

Fish on their downstream migration in rivers often encounter hydropower dams and intakes and tend to follow the main flow into the turbines where they may be injured or killed. While fine-meshed racks with a bypass can prevent fish from entering, they are costly and challenging to install and operate, particularly in larger systems. Thus, many hydropower sites have no or poor protection systems for downstream migration. Despite recent promising results on fish guidance racks, there is a need to develop next generation systems that are cost-effective, easier to operate and provide high guidance efficiency at low power production losses. Via their sensory systems, fish can detect turbulent circular currents (eddies) in the water, and respond to them either by avoiding or by exploiting them for swimming. In FishPath we will utilize these abilities to develop turbulent eddies based guiding system for salmon, trout and eel. To do so we first need to explore the behavior of eddies created by different objects (e.g. cylinders and hydrofoils) in the flow and how the fish species respond to different types of eddies. The behavior of the eddies will be studied by computational modelling and experiments in small flumes. The responses of fish to different eddies will be explored in a series of fish flume experiments. Next, we align the objects that produce the desired eddies to generate fish paths for the fish to follow, also explored by modelling and experiments. Once the candidate guiding systems have been developed, their efficiencies to guide fish will be investigated first in a medium laboratory flume and then in a large flume. Finally, the most promising system will be tested in the field at a relatively large hydropower intake. Results will be compiled in a practical guideline for design of eddy based guiding system, where we will also explore how the knowledge on turbulence and fish can be used in mitigation of other migration challenges (e.g. upstream migration).