ZALECENIA DLA PROJEKTANTÓW PRZEPŁAWEK

Skuteczność działania systemów służących do monitorowania ryb w przepławkach, zarówno optycznych jak i akustycznych zależy głównie od warunków hydrologicznych panujących w wodzie. Dodatkowo praca systemów optycznych jest silnie uzależniona od stopnia przejrzystości wody. Przejrzystość wody w praktyce nie ma większego wpływu na poprawność działania systemów akustycznych.
Często jednak konstrukcja systemów monitorowania oparta jest na wykorzystywaniu zarówno optyki jak i akustyki. W takich przypadkach ważny jest stopień zapowietrzenia oraz przejrzystości wody.
Podstawowym wymogiem dla obu typów systemów monitorowania jest zachowanie jak najmniejszego zapowietrzenia wody w miejscu instalowania urządzeń monitoringu. Bąble powietrza w wodzie powodują powstawanie silnych zakłóceń w pracy systemów. Szczególnie w przypadku szybkiego nurtu większe bąble powietrza przybierają kształt wrzecionowaty, od którego echo może być mylnie rozpoznawane jako echo od ryby. Taki kształt bąbli powietrza w warunkach małej przejrzystości wody może powodować mylne rozpoznawanie obrazu z kamery i kwalifikowanie większych bąbli jako szybko przepływających ryb.

Stopień przejrzystości wody ma charakter obiektywny. Przejrzystość wody zależy od wielu czynników, na które człowiek nie ma wpływu. Jednak konstrukcje kanałów przepławek mają ogromny wpływ na warunki hydrologiczne i na stopień zapowietrzenia wody. W związku z tym zaleca się, aby w procesie projektowania zachować pewne podstawowe wymogi, które pozwolą na skuteczną pracę systemów monitorowania instalowanych w przepławkach.

Przyczyny powstawania odbić (ech) w wodzie:
Podstawą wszystkich systemów akustycznych jest kierunkowe wysyłanie do wody dźwięku o różnych częstotliwościach i rejestrowanie jego odbić przez odpowiednie odbiorniki. Odbicie (echo) występuje na warstwach granicznych pomiędzy wodą a powierzchnią dna albo ryby. Podobnie jakiekolwiek bąble powietrza w wodzie powodują występowanie bardzo wyraźnych warstw granicznych. W warunkach gdy woda nie jest zapowietrzona, fala dźwiękowa przenika przez nią bez przeszkód umożliwiając poprawną transmisję oraz poprawne odczyty danych o obiektach znajdujących się w wodzie. Ale jeśli na drodze fali dźwiękowej pojawi się powietrze w formie małych lub dużych bąbli ( o rozmiarach od poniżej 1mm do ponad kilku cm), fala dźwiękowa jest tłumiona i odbijana. W rezultacie albo nie ma możliwości poprawnej rejestracji ech, albo są one trudno rozróżnialne na tle szumów akustycznych.

Przyczyny powstawania zapowietrzenia w wodzie:
Pierwszym źródłem jest powierzchniowe zapowietrzenie wody powodowane wiatrem wywołującym falowanie wody a także opadami deszczu. W miarę wzrostu prędkości wiatru powstające fale mieszają wodę z powietrzem. Obserwując wodę można zauważyć białą powierzchnię zawierającą bańki powietrza.
Drugim źródłem zapowietrzenia jest sam ruch wody w ograniczonych przestrzeniach. W wyniku większej prędkości wody betonowe powierzchnie graniczne kanału wywołują powstawanie wirów, co wpływa na powstawanie bąbli powietrza powodujących odbicia fal akustycznych. W przypadkach nieregularnych powierzchni ścian kanału przepławki, nurt o dużej prędkości powoduje przechwytywanie bąbli powierzchniowych i wciąganie ich głębiej w toń. Gdy nurt jest wolny, bąble powierzchniowe unoszą się do góry i zanikają samoczynnie.
Bardziej ukryte są bańki powstające w wyniku procesów kawitacji zwane „bańkami kawitacyjnymi”. Przyczyny zjawiska powstawania kawitacji nie są w pełni wyjaśnione i przewidywalne. Często wyjaśnienia naukowe nie sprawdzają się i trzeba bardziej polegać na sprawdzonych faktach. Z praktyki wiadomo, że bańki kawitacyjne powstają gdy istnieją małe i nawet bardzo małe wiry, szczególnie przy ostrych krawędziach. Woda w wirach, nawet o takiej małej skali, podlega dużym różnicom ciśnień. Przy ostrych krawędziach ciśnienie nagle się zmienia, wówczas mogą powstawać bańki kawitacyjne. Bańki kawitacyjne w swojej istocie nie są bańkami powietrza lecz bańkami chwilowej próżni. Pod działaniem ciśnienia wody takie bańki próżniowe ulegają gwałtownej implozji wywołując powstawanie silnych zakłóceń akustycznych w wodzie.

Na podstawie opisanych wyżej zjawisk oraz przyczyn powstawania zakłóceń akustycznych w wodzie można wysnuć kilka podstawowych wniosków, które mogą być pomocne w procesie projektowania miejsc monitoringu ryb w kanałach przepławek.

1. Najlepszym miejscem na stacje monitoringu jest tzw. „górna woda”.
2. Przed stacją monitoringu od strony napływowej nie zaleca się umieszczać elementów spowalniających nurt. Mogą one powodować szkodliwe zaburzenia w wodzie.
3. Należy dążyć do zachowania gładkich powierzchni ścian kanału przepławki.
4. Zaleca się projektowanie przepławki tak, aby od strony wody napływowej dłuższy odcinek kanału przed stacją monitoringu był maksymalnie prosty, bez zakrętów. Zakręty mogą powodować zaburzenia wody.
5. Wymuszanie zmiany kierunku wartkiego nurtu zawsze powoduje powstawanie silnego zapowietrzenia wody.
6. Jeśli po stronie napływowej występuje silny nurt, zaleca się aby krawędzie jakichkolwiek elementów np. prowadnic zasuw zamykających koryto przepławki były wyoblone. Należy maksymalnie unikać ostrych krawędzi. Ostre krawędzie lub kształty powodują powstawanie baniek kawitacyjnych.