Modell zur Regulierung des Sauerstoffhaushaltes in Fließgewässern durch Wasserkraftanlagen

Der Sauerstoffgehalt ist ein entscheidender abiotischer Parameter in Fließgewässern, dessen Abweichungen die Biozönose schädigen können. Sinkt er auf 3 mg/l, sterben Salmoniden schnell; bei einer Übersättigung von 150% können sie innerhalb einer Stunde ebenfalls sterben. Diese Arbeit untersucht Umweltschutzmaßnahmen zur Verbesserung der Situation, insbesondere die Einflussnahme auf den Sauerstoffgehalt durch Turbinenbelüftung an Staustufen. Ziel war die Entwicklung mathematischer Modelle zur Abschätzung des Sauerstoffeintrags und -austrags sowie deren Überprüfung durch Messungen, Wirtschaftlichkeitsanalysen und praktische Empfehlungen. Zwei Ansätze zur Berechnung des Stoffübergangs im Saugrohr bei Turbinenbelüftung werden untersucht: a) ein angepasstes eindimensionales Strömungsmodell für drallbehaftete Saugrohrströmungen kombiniert mit Stoffübergangstheorien für turbulente Strömungen, und b) ein Black-Box-Ansatz mit einem volumetrischen Stoffübergangskoeffizienten. Ansatz a) liefert die besten Ergebnisse, erfordert jedoch mehr Rechenaufwand, während Ansatz b) ebenfalls präzise Ergebnisse liefert und der Koeffizient als übertragbare Kenngröße erscheint. Wirtschaftlichkeitsanalysen zeigen, dass Turbinenbelüftung in vielen Fällen vorteilhafter ist als alternative Verfahren und gleichzeitig die Laufeigenschaften der Turbinen verbessert. Abschließend wird die Steigerung des Stoffübergangs und die Nachrüstbarkeit von Belüftungseinr