Warunki stawiane współczesnym przepławkom, które mogą być finansowane ze 100% dotacji Ministra Rolnictwa
Urządzenia umożliwiające pokonywanie przez faunę wodną piętrzenia, tzw. przepławki, mają za zadanie redukowanie szybkości przepływu wody do wartości odpowiadających możliwościom pokonywania siły prądu zarówno przez zasiedlające rzekę ryby, jak również organizmy bezkręgowe. Spotykane są różne rozwiązania konstrukcyjne przepławek.
Jeszcze do lat 80-tych XX wieku preferowano urządzenia techniczne, spośród których najchętniej wykonywano przepławki komorowe (w różnych wariantach) oraz przepławki Denila (Adam et al. 1996, Gebler 1991, Sakowicz i Żarnecki 1954, Wiśniewolski 1997).
Obserwowane często niewłaściwe funkcjonowanie tradycyjnych technicznych przepławek, wymusiło poszukiwanie nowych, skuteczniejszych rozwiązań. U ich podstawy legło coraz lepsze poznanie ekologicznego znaczenia i funkcjonowania ekosystemów rzecznych oraz biologii zasiedlającej je fauny. Współczesne, tzw. ekologiczne przepławki dla ryb, swą konstrukcją odwzorowują naturalne warunki panujące w korycie rzecznym (Adam et al. 1996, Gebler 1991, Wiśniewolski 1997, 2003, Żbikowski i Żelazo 1993). Rzeczą znamienną jest, iż koncepcje te narodziły się w krajach wysoko zurbanizowanych, gdzie na skutek regulacji i zabudowy rzek, doprowadzono do biologicznej dewastacji tych środowisk (Bless 1985, Gebler 1991, Jungwirth i Pelikan 1989, Knauss 1980, Whittaker i Jäggi 1986).
Sposób konstruowania ekologicznych przepławek inspirowało naturalne ukształtowanie fragmentów rzecznego koryta. Wzorując się na jego budowie i określonej doświadczalnie charakterystyce przepływu wody, sformułowano warunki, którym odpowiadać musi wykonywana przepławka.
Ma więc ona:
• umożliwiać swobodną migrację rzecznej fauny,
• komponować się z naturalnym otoczeniem,
• przeciwdziałać erozji koryta, a także pełnić inne hydrotechniczne funkcje, np. piętrzenia wody (Adam et al. 1996, Gebler 1991).
Jako podstawowe kryterium przyjęto możliwość pokonywania przez ryby prądu wody. Wprawdzie obserwowano, że w ekstremalnych sytuacjach niektóre ryby, zwłaszcza łososiowate, mogły na krótkich odcinkach pokonywać prąd wody o sile nawet powyżej 4 m/sek (Jens et al. 1997 za różnymi autorami), to jednak dokładne badania wykazały znacznie mniejsze możliwości ryb w tym względzie, niż pierwotnie sądzono (Stahlberg i Peckmann 1986). Dopuszczalne dla ryb maksymalne szybkości przepływu wody w przepławce wynoszą:
• ryby łososiowate (łosoś, troć, pstrągi, głowacica), lipień 2,0 m/sek,
• reofilne ryby karpiowate (boleń, brzana, brzanka, certa, jaź,
• jelec, kleń, świnka) 1,5 m/sek,
• pozostałe gatunki (ryby młode i małe) 1,0 m/sek
(Gebler 1991, Jens et al. 1997).
W praktyce oznacza to, że te maksymalne wartości szybkości przepływu wody występować mogą tylko w niektórych miejscach przepławki, tj. na krótkich odcinkach przesmyków i szczelin łączących poszczególne baseny przepławki. W pozostałych miejscach przepławki wartości te muszą być zdecydowanie niższe.
Podawane wartości maksymalnej prędkości prądu wody przeliczone na warunki swobodnego, grawitacyjnego przepływu, odpowiadają różnicy poziomu dna (powierzchni lustra wody) pomiędzy sąsiadującymi ze sobą komorami przepławki, która nie może przekraczać:
• ryby łososiowate 0,20 m,
• reofilne ryby karpiowate 0,11 m,
• pozostałe gatunki i ryby młode 0,05 m
(Wiśniewolski 2003).
Aby sformułowany warunek mógł być spełniony, przepławki konstruowane być muszą z odpowiednio łagodnym nachyleniem. W zależności od typu przepławki i warunków lokalnych dobierane jest ono w szerokim zakresie. Określany jest on w przedziale od 1:10 do nawet 1:50 (Adam et al. 1996, Gebler 1991, Jens et al. 1997, Lubieniecki 2002).
Najlepiej skonstruowana, spełniająca powyższe warunki przepływu przepławka, nie będzie przedstawiała żadnej wartości jeśli ryby nie będą mogły znaleźć do niej drogi. Stąd podstawowego znaczenia nabiera lokalizacja przepławki. Jak już wcześniej powiedziano, ryby wędrując w górę rzeki kierują się prądem wody. Trzymają się partii rzeki o sile prądu odpowiadającej ich możliwościom pływackim, zawsze jednak możliwie jak najbliżej głównego nurtu. Oznacza to, że jeśli rzeka dzieli się na ramiona, ryby kierowały się będą tam którędy przepływa silniejsza struga wody. Z warunku tego wynika obowiązek budowy przepławki , względnie lokalizacji wejścia do niej, zawsze w bezpośrednim sąsiedztwie elektrowni wodnej lub tej części jazu, którą przepuszczane są główne masy wody. Również tutaj musi znajdować się do niej wejście (od strony wody dolnej), jeśli przepławka ma charakter obejścia obchodzącego piętrzenie.
Nie bez znaczenia pozostaje sposób w jaki woda uchodząca z przepławki łączy się z głównym nurtem rzeki. Nagminnie popełnianym błędem, obserwowanym w większości skonstruowanych w Polsce technicznych przepławek jest prostopadłe w stosunku do nurty rzeki wyprowadzenie wody z przepławki. Badania wykazały, że kąt ujścia wody z przepławki powinien być ostry w stosunku do nurtu rzeki i nie powinien przekraczać 30o (Hafner 1995, Lubieniecki 2002). Szybkość prądu wypływającej z przepławki wody powinna być wyższa o około 0,20-0,30 m/s aniżeli w korycie rzeki (Lubieniecki 2002), gdyż tylko wówczas będzie ona oddziaływała wabiąco na wędrujące ryby. Prędkość wypływającej z przepławki wody wabiącej nie powinna przy tym przekraczać 60-80% krytycznej dla ryb wartości. W odniesieniu do ryb łososiowatych oznacza to 0,9-1,3 m/s, zaś karpiowatych 0,7-0,9 m/s (Hafner 1995, Jungwirth 1995).
Kolejnym ciągle jeszcze niedocenianym, a mającym bardzo duże znaczenie dla możliwości znalezienia wejścia do przepławki, jest warunek łagodnego powiązania dna przepławki z dnem rzeki. Ryby wędrują przy dnie i z chwilą napotkania pionowej ściany zostają przy niej zatrzymane, nie potrafiąc wyczuć strugi wody wypływającej ze znajdującego się wysoko w górze wejścia do przepławki (Adam et al. 1996, Gebler 1991, Lubieniecki 2002). Jest to jedna z podstawowych przyczyn złego funkcjonowania wielu przepławek. Warunek łagodnego połączenia dna przepławki z dnem rzeki odnosi się również do jej górnego stanowiska (wyjście z przepławki do spiętrzonego odcinka rzeki). Połączenie to może mieć formę usypanego z kamieni stożka o nachyleniu 1:2 (Adam et al. 1996, Gebler 1991).
Ważnym zagadnieniem pozostaje również odpowiednia głębokość wody w przepławce. Wynika to z faktu, że musi ona zapewnić wędrującym rybom nie tylko możliwość przejścia, lecz również znalezienia odpowiedniego schronienia. Zależna jest więc ona od wielkości wędrujących przepławką ryb. Można przyjąć, że w przesmykach pomiędzy poszczególnymi basenami (komorami) przepławki nie może być ona niższa aniżeli 0,30 m, natomiast w samych basenach 0,60 m. W przypadku tak dużych ryb jak troć, łosoś, głowacica, głębokości wody muszą być odpowiednio większe nie mniej jak 0,50 m w przesmykach, w basenach powyżej 0,80 m, zaś w przypadku jesiotra nawet 1,30 do 2,00 m (Adam et al. 1996, Gebler 1991, Lubieniecki 2002).
Nie mniej ważną kwestię stanowią rozmiary komór przepławki. Uwzględniać muszą one maksymalne długości osiągane przez poszczególne gatunki ryb, które korzystały będą z przepławki, równocześnie zaś umożliwiać właściwą redukcję szybkości przepływu wody (rozproszenie energii). Wartość współczynnika rozproszenia energii nie może przekraczać E = 150 do 200 W/m3 (Adam et al. 1996). W przypadku ryb wędrownych takich jak np. łosoś i troć oznacza to konieczność budowy komór o minimalnej długości 3,0 m, zaś przewidując restytucję jesiotra o rozmiarach nie mniejszych aniżeli 5,0-6,0 metrów. Przy tych długościach minimalna szerokość komór musi wynosić 2,0 m i 3,0 m (Adam et al. 1996, Gebler 1991, Lubieniecki 2002, Wiśniewolski 2003). W stosunku do podanych minimalnych rozmiarów korzystniejsze są większe komory, z czym wiąże się jednak większe zapotrzebowanie wody i wydłużenie przepławki. Nie w każdej sytuacji będzie to możliwe do spełnienia.
Omówione warunki, które uwzględniać musi konstrukcja przepławki w odniesieniu do biologicznych wymagań ichtiofauny, ująć można w formie następujących zasad.
- Krytyczne wartości szybkości przepływu wody (2,0 m/s – łososiowate, 1,5 m/s – karpiowate reofilne, 1,0 m/s – ryby pozostałe), dopuszczalne są tylko na krótkich odcinkach przesmyków, szczelin i przelewów łączących poszczególne fragmenty przepławki. W pozostałych partiach przepławki szybkość przepływu wody zredukowana być musi do około 50% wartości krytycznej.
- Wartość współczynnika rozproszenia energii w basenach nie może przekraczać E ≤ 150 do 200 W/m3.
- Zachowanie wymaganych wartości krytycznej szybkości przepływu wody, wymaga budowania przepławek o łagodnym nachyleniu, które w zależności od typu urządzenia i lokalnych warunków wynosi jak: od 1:10 do 1:50. Z zachowaniem tego warunku wiążą się również odpowiednio duże wymiary komór przepławki.
- Lokalizacja przepławki zawsze musi być związana z głównym nurtem rzeki i budowlą (elektrownia, upust), poprzez którą realizowany jest główny przepływ.
- Woda z przepławki wypływać musi pod kątem nie większym niż 30o w stosunku do nurtu rzeki.
- Szybkość wody wypływającej z przepławki musi być wyższa o około 0,20-0,30 m/s od szybkości przepływu wody w rzece, gdyż tylko wówczas oddziaływała będzie wabiąco na ryby.
- Prędkość wypływającej z przepławki wody nie powinna przekraczać 60-80% określonej dla ryb krytycznej szybkości przepływu.
- Dno przepławki musi łagodnie łączyć się z dnem rzeki. Oznacza to, że dno przepławki i dno rzeki na dolnym stanowisku muszą znajdować się na jednakowym poziomie, lub łączyć się poprzez pochylnię (w formie stożka) o nachyleniu jak 1:2. Ten ostatni warunek odnosi się także do stanowisku górnego.
- Dla zapewnienia właściwych warunków migracji i bezpieczeństwa ryb w przepławce, minimalna głębokość wody nie może być niższa niż: 0,30 m w przesmykach i przelewach oraz 0,6 m w basenach. Głębokości te musza być większe w przypadku ryb wędrownych oraz suma i wynosić odpowiednio powyżej 0,5 m w przesmykach i 0,80 m a nawet 1,30-2,00 m (jesiotr) w basenach. Zawsze korzystne jest zaplanowanie większych głębokości. Do wielkości wędrujących przepławką gatunków ryb, dostosowane być muszą również rozmiary jej komór.
Nie można na koniec pominąć kwestii kierowania do przepławki, względnie swobodnego niskiego przelewu, spływających z prądem ryb, aby mogły one bezpiecznie przedostać się w dół rzeki. Stosowanie urządzeń zabezpieczających przed dostawaniem się ryb do ujęć wody na turbiny elektrowni, musi być również elementem projektu przepławki na wszystkich piętrzeniach, na których zlokalizowane są elektrownie wodne. W takich sytuacjach optymalnym rozwiązaniem może okazać się zastosowanie kraty o gęstej rozstawie prętów w połączeniu z odpowiednią barierą elektryczną, dostosowaną konstrukcją i parametrami pracy do lokalnych warunków.
Na podstawie opracowania doc. dr hab. Wiesława Wiśniowolskiego, IRŚ
