Research Paper

Villemonte's approach: a general method for modeling uniform and non-uniform performance in stepped fishways

L'approche de Villemonte : une méthode générale de modélisation de la performance uniforme et non uniforme dans les échelles à poissons

¹ Centre for Biorobotics, Tallinn University of Technology, Akadeemia tee 15A-111, 12618 Tallinn, Estonia
² Department of Hydraulics and Hydrology, ETSIIAA, University of Valladolid, Avenida de Madrid 44, Campus La Yutera, 34004 Palencia, Spain

^⁎ Corresponding author: juan.fuentes@ttu.ee

Abstract

Stepped fishways are the most popular solutions to enable the free movement of fish fauna through weirs and dams. Given the flow variation of rivers throughout the year, successful fish migration through stepped fishways relies on the accurate discharge calculation and their modeling under variable scenarios. This study aims to propose a general method for flow and water level calculation of stepped fishways, unifying different findings in specialized literature. To achieve this purpose, the relation defined by Villemonte is used and tested under laboratory and field case studies. This study shows that the hydraulic behavior of a wide range of stepped fishway typologies can be explained based on a single equation, as well as the need of calibration of the coefficients involved in this equation for different subtypes. Furthermore, the proposed method enables the water level modeling under variable boundary conditions, which in turns allows the analysis of stepped fishways hydraulic performance under different river scenarios. The comparison of the hydraulic parameters in the fishways with the physical capacities and preferences of fish will contribute to the fulfillment of their main objective: allow free movement of fish fauna.

Résumé

Les échelles à poissons sont les solutions les plus populaires pour permettre la libre circulation de la faune piscicole à travers les seuils et les barrages. Compte tenu de la variation de débit des cours d'eau tout au long de l'année, la migration réussie des poissons par ces passes à poissons repose sur le calcul exact de la décharge et sa modélisation dans des scénarios variables. Cette étude a pour but de proposer une méthode générale de calcul du débit et du niveau d'eau des échelles à poissons, synthétisant différents résultats de la littérature spécialisée. Pour atteindre cet objectif, la relation définie par Villemonte est utilisée et testée dans des études de cas en laboratoire et sur le terrain. Cette étude montre que le comportement hydraulique d'une large gamme de typologies de poissons en gradins peut être expliqué sur la base d'une seule équation, avec besoin d'étalonnage des coefficients impliqués dans cette équation pour différents sous-types. De plus, la méthode proposée permet de modéliser le niveau de l'eau dans des conditions aux limites variables, ce qui permet, à son tour, d'analyser la performance hydraulique des passes de poissons en escaliers selon différents scénarios de rivières. La comparaison des paramètres hydrauliques dans les passes à poissons avec les capacités physiques et les préférences des poissons contribuera à la réalisation de leur objectif principal : permettre la libre circulation de la faune aquatique.