Flödessimuleringar av utskov för smoltutvandring : En studie av nedströmspassage vid Sikfors vattenkraftverk

Sammanfattning: År 2004 infördes EU:s ramdirektiv för vatten i svensk lagstiftning vilket har inneburit att vattendragets funktion som vandringsväg för fisk behöver upprätthållas eller säkras, även efter att dammar byggts. För vattenkraftverksdammar kan detta ske genom att dammarna rivs eller förses med olika typer av anordningar för passage upp- och nedströms dammen. Vid Sikfors vattenkraftverk finns en ledarm för att leda smolten till ett utskov för passage nedströms dammen. Studier har dock visat att smolten dör i för stor utsträckning vid passage via utskovet, och projektets syfte har därför varit att ta fram en modell för flödet över utskovet. Modellen har ställts upp för tre volymflöden, 18, 30 och 59 m3/s och vattendjup, vattenhastighet och flödesbeteende har analyserats för volymflödena.  Geometrin en bit uppströms dammen, luckan och skibordet byggdes upp i Designmodeler utifrån ritningar. För att underlätta simuleringarna delades geometrin i två delar, där den första delen innefattar geometrin en bit uppströms dammen samt luckan medan den andra geometrin innefattar skibord och uppkastare och nedslagsplats. Simuleringen gjordes i ANSYS CFX och vattenytan modellerades som en fri yta med luft och vatten som fluider i modellen. Luckans öppning varierades med volymflödet, utifrån data från vattenkraftverket.  Det lägsta vattendjupet över luckan blev 5 cm vid slutet av luckan för ett volymflöde på 18 m3/s, medan för 30 m3/s blev det lägsta vattendjupet 10 cm vid slutet av luckan. Den högsta vattenhastigheten över luckan blev 8,5 m/s för 30 m3/s i mitten av luckan medan samma hastighet blev 8,3 och 8,9 m/s för volymflöde på 18 respektive 59 m3/s.  För skibordet blev det lägsta vattendjupet 15 cm och 30 cm för 18 respektive 30 m3/s. Vattenhastigheten för samtliga volymflöden för skibordet överstiger 12 m/s, vilket är den högsta rekommenderade hastigheten för nedströmspassage. För 30 och 59 m3/s kastas vattnet över ingången till fisktrappan, medan för 18 m3/s påverkas flödet vid ingången utav flödet från utskovet. Vattendjupet för 30 m3/s borde vara tillräckligt för att smolten inte ska få skrapskador, medan 18 m3/s kan vara för lågt volymflöde. Ingen tendens för virvlar eller turbulens syns för luckan eller skibordet för något volymflöde, så flödesbeteendet borde inte vara ett problem för smolten. Vattenhastigheten för skibordet överskrider den högsta rekommenderade hastigheten, men hastigheten är inte mycket högre än rekommenderat och under en kort period, så det borde inte vara den enskilda orsaken till smoltens låga överlevnadsgrad.    Den numeriska modellen har ställts upp för tre volymflöden, och kontrollerats mot teoretiska beräkningar och mot parametrar för meshkvalitet, som visar att modellen är bra uppställd. Analysen har visat att vattendjup och vattenhastighet är beroende av volymflödet över utskovet, och att skillnaden är större för vattendjupet. Flödesbeteendet visar ingen tendens till turbulens eller virvlar, och flödesbeteendet följer ett typiskt beteende för kanalströmning.