Martin Bieri

Discharge Capacity of Piano Key Weirs

In recent years, spillway rehabilitation has increased in importance and become the subject of many projects worldwide. One solution for this problem is the implementation of a new type of labyrinth spillway, called Piano Key Weir (PK-Weir ). This is an excellent alternative for increasing the overflow capacity of existing dams. Similarly to traditional labyrinth weirs, the hydraulic capacity of a PK-Weir is a function of its geometrical characteristics. Currently, there is a lack of systematic experiments, and the existing data does not allow the proposition of a universal design procedure. This paper reviews the previous studies on the efficiency of planned and built PK-Weirs. The results are evaluated by comparing an actual PK-Weir’s discharge to that theoretically obtained for a sharp-crested spillway with crest length equal to the width of the PK-Weir for a given hydraulic head. On the basis of this evaluation, a preliminary design procedure is proposed.

Herausforderungen des heutigen wasserbaulichen Versuchswesens mit drei Beispielen

Die meisten technischen Universitaten oder Hochschulen, welche Bauingenieure ausbilden, verfugen seit annahernd 100 Jahren uber wasserbauliche Laboratorien. Darin werden mittels physikalischer Modellierung Elemente von Talsperren, Wasserkraftwerken oder Hochwasserschutz-Masnahmen uberpruft und optimiert. Mehrmals wurde dieser klassischen Methode bereits das Ende vorausgesagt, trotzdem sind die Versuchsanstalten ausgebucht. Die Autorenumreisen den Wandel der Branche und geben drei Beispiele dazu.

Modeling of Sediment Management for the Lavey Run-of-River HPP in Switzerland

Reservoir sedimentation hinders the operation of the Lavey run-of-river hydropower plant (HPP) on the Rhone River in Switzerland. Deposits upstream of the gated weir and the lateral water intake reduce the flood release capacity and entrain sediments into the power tunnel. Past flushing operations of the relatively wide and curved reservoir have been inefficient. To improve sediment management, the enhanced scheme Lavey+ with an additional water intake and a training wall for improving flushing was set up. The performance of the enhancement project was tested on a physical model. For its calibration, sediment transport, deposition, and flushing of the present scheme were investigated and compared with prototype measurements. The enhanced scheme was then analyzed in detail to define the flushing discharge and duration, and define the gate operation to ensure maximal erosion of deposits with minimal water loss

Optimization of a Shared Tailrace Channel of Two Pumped-Storage Plants by Physical and Numerical Modeling

Pump and turbine operations lead to head losses in the tailrace channel. Pumping discharge may be limited due to potential air entrainment into the pump shaft when the downstream reservoir is at its lowest level and the head losses are too high. Regarding turbine operations, the limit is given by the maximum level in the Pelton turbine chamber due to high water level in the downstream reservoir and head losses. The rapid starting and stopping of turbines and pumps lead to highly unsteady flow in the tailrace channel system of the two connected hydropower plants. Negative and positive surges may lead to similar consequences as for stationary operations such as sudden air entrainment into the pump shaft and submerging of the Pelton runner under operation. Therefore, flow and head losses test were conducted on a physical model at 1:30 scale together with numerical simulations using FLOW-3D. On-site measurement of the existing power plant allows validating the results. Representative and extreme operational scenarios have been simulated; the main results are discussed and presented.

Bewirtschaftung alpiner Speicherkraftwerke unter Berücksichtigung klimatischer und wirtschaftlicher Veränderungen

Die Wasserkraft ist mit grossen Herausforderungen konfrontiert. Ein neuartiger integrativer Ansatz erlaubt die Modellierung von komplexen Wasserkraftanlagen zur Beurteilung der Auswirkungen auf deren Betrieb. Das Simulationsprogramme Routing System beinhaltet nebst einem hydrologischen Modell fur alpine Einzugsgebiete auch ein Betriebsmodul fur Speicherkraftwerke.

Projekte und Praxis

Im Rahmen der Entleerung des Stausees Raterichsboden (Berner Oberland, Schweiz) wurden verschiedene gewasserokologische Schutzmasnahmen realisiert. Fur den Erhalt des Seeforellenjahrgangs 2014/15 entwickelte die Fachstelle Okologie der Kraftwerke Oberhasli AG ein mobiles fischschonendes Leitsystem fur aufsteigendeWandersalmoniden, um die laichbereiten Seeforellen in ein Nebengewasser umzuleiten. Im Praxistest konnte sowohl die okologische Funktionsfahigkeit als auch die Hochwassersicherheit nachgewiesen werden. Das Leitsystem konnte auch fur andere fischokologische Fragestellungen adaptiert werden.

Ökologie und Rahmenbedingungen

Die vorgestellte private Planungsvariante eines Hochwasserruckhaltebeckens zeigt, dass auch rein technische Bauwerke ein Gewinn fur die gesamte Umgebung – und nicht alleine fur den Hochwasserschutz – sein konnen. Dabei ist es unerlasslich, fruhzeitig alle Beteiligten einzubeziehen und sich mit deren Vorstellungen auseinander zu setzen. Das bequeme Zuruckziehen auf das einfache und fast immer zutreffende Argument „Kosteneinsparung“ kann nicht allein gelten, da bei Bauwerken mit Veranderung sowie Verlegung ganzer Flusslaufe uber zeitliche Dimensionen von 100 Jahren und mehr nachgedacht werden muss.