Research Paper

Design of emergent and submerged rock-ramp fish passes

Dimensionnement de passes à poissons constituées de rampes à macrorugosités émergées et immergées

Institut de Mecanique des Fluides, allee du Prof. Camille Soula, 31400 Toulouse, France

^⁎ Corresponding author: lcassan@imft.fr

Abstract

An analytical model is developed to calculate the stage-discharge relationship for emergent and submerged rock-ramp fish passes. A previous model has been modified and simplified to be adapted to a larger range of block arrangement. For submerged flows, a two-layer model developed for aquatic canopies is used. A turbulent length scale is proposed to close the turbulence model thanks to a large quantity of data for fully rough flows from the literature and experiments. This length scale depends only on the characteristic lengths of arrangements of obstacles. Then the coefficients of the logarithmic law above the canopy can also be deduced from the model. As a consequence, the total discharge through the fish pass is computed by integrating the vertical velocity profiles. A good fit is found between the model and commonly observed values for fish pass or a vegetated canopy. The discharge of the fish pass is then accurately estimated for a large range of hydraulic conditions, which could be useful for estimating fish passability through the structure.

Résumé

Un modèle analytique a été développé pour déterminer la relation de dimensionnement de passes à poissons constituées de rampes à macrorugosités émergées et immergées. Un modèle proposé précédemment a été modifié et simplifié afin de couvrir un éventail plus large de configurations géométriques. Pour des macrorugosités immergées, un modèle à deux couches pour des écoulements au-dessus de végétation, a été utilisé. Grâce à l’analyse de nos données et à celles de la littérature, une expression de la longueur de mélange est obtenue afin de fermer le modèle de turbulence. Cette longueur de mélange est basée uniquement sur les longueurs caractéristiques de l’arrangement des macrorugosités. Les coefficients de la loi logarithmique des vitesses au-dessus des obstacles sont alors déduits ce qui fournit le débit total par intégration du profil vertical de vitesse. Le modèle fournit une bonne estimation des vitesses et des débits par rapports aux données expérimentales. Ainsi une relation hauteur-débit est calculable pour des conditions géométriques et hydrologiques très variées ce qui est primordial pour estimer la franchissabilité de ces ouvrages.