Fischaufstiegsanlagen (FAA) haben eine wesentliche Bedeutung für die Herstellung der fischökologischen Durchgängigkeit von Querbauwerken. Allerdings ist das Verständnis der Auffindbarkeit von FAA insbesondere in großen BWaStr derzeit noch begrenzt. Nach derzeitigem Kenntnisstand zur Planung von FAA folgen wandernde Fische einer Leitströmung aus dem Unterwasser in den Einstieg der FAA. Welche konkreten hydraulische Parameter dabei eine signifikante Rolle spielen ist aber unbekannt. Ebenso ist die Frage der potenziellen Bedeutung anderer abiotischer Faktoren wir Morphologie, Akustik oder Lichtintensität nicht ausreichend geklärt, insbesondere für die potamodromen Arten Mitteleuropas. Anhand hydraulischer und anderer abiotischer Faktoren sowie einer Analyse von Fischbewegungsmustern im Unterwasser von Querbauwerken sollen Aufstiegskorridore von Wanderfischen identifiziert, parametrisiert und modelliert werden. Ziel des Projektes ist es, Aufstiegskorridore anhand abiotischer Faktoren räumlich abzugrenzen und somit die Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen und den Stand der Technik für Planungen von FAA in BWaStr zu verbessern.
Voraussagen, die sich aus den beiden zur Zeit diskutierten Hypothesen zur Perzeption des Magnetfelds - über Photopigmente und über Magnetit - ergeben, sollen mit verhaltensbiologischen Methoden an Zugvögeln und Brieftauben überprüft werden. Zur Frage der Beteiligung lichtabhängiger Prozesse soll das Orientierungsverhalten unter Licht verschiedener Wellenlängen und Intensitäten sowie unter Mischlicht untersucht werden, und zwar bei unterschiedlichen Zuständen der Adaptation. Zur Frage der Beteiligung von Magnetit ist zum einen geplant, die Magnetisierung solcher Teilchen durch Pulsmagnetisierung zu verändern und die Auswirkungen auf das Orientierungsverhalten zu untersuchen, zum anderen soll überprüft werden, ob die kürzlich in der Schnabelhaut von Tauben gefundenen Magnetkristalle tatsächlich an der Magnetperzeption beteiligt sind.
Flussmündungen sind wichtige Knotenpunkte fluvialer Netzwerke und Hotspots der Biodiversität in Süßwasserökosystemen. Die Strömungsmuster an Flussmündungen sind sehr heterogen und produzieren komplexe Muster innerhalb der Durchmischungsbereiche, die durch intermodales Verhalten gekennzeichnet sind. Die Gesamtdurchmischungsrate, die den Grenzbereich bestimmt, hat erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung potentiell schädlicher Stoffe, Wassertemperatur, Sedimente und Biota. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten zielen darauf ab, das Wissen zur Durchmischung an Einmündungen zu verbessern, indem sie einen grundlegenden, theoriegestützten Einblick in die Auswirkungen von Strahlbildung, Rückströmung und Fließgewässerregulierung auf das intermodale Verhalten an Grenzzonen und deren Auswirkungen auf die Fischökologie geben. In diesem Projekt werden komplexe Durchmischungszonen flacher, grobsubstratiger Flussabschnitte in einem breiten Gradienten hydrologischer Bedingungen direkt im Feld mittels Fernerkundung und Messtechnik bestimmt. Der Vergleich von Feldbeobachtungen mit der Theorie des intermodalen Verhaltens ermöglicht das Verständnis komplexer Durchmischungs-Dynamiken, welches anhand der Ergebnisse der Feldexperimente und numerischer Simulationen erweitert und validiert wird. Diese Experimente werden auch Informationen zum Schwimmweg von Fischen und deren Verhalten in Durchmischungszonen liefern. Diese Informationen dienen zusammen mit der Theorie der Durchmischungsprozesse der Entwicklung eines agentenbasierten Modells zur Simulation der Überlebensmöglichkeit von Fischen während einer Schadstoffpassage. Die Simulationen werden anhand der Ergebnisse einer Fischuntersuchung in einem regulierten Fluss validiert, dessen Ökosystem kürzlich einem Massenfischsterben ausgesetzt war. Die theoretischen und empirischen Ergebnisse unserer Studie werden zur Weiterentwicklung von Vorhersagemethoden verwendet basierend auf der Fernerkundung der Durchmischung in Flüssen.
Das Einschwimmen in eine Fischaufstiegsanlage ist ein eigenständiger Prozess. Mittels individuenbasierter Modellierung soll das Verhalten vor allem von kleinen, schwimmschwachen Fischarten modelliert werden, um die Einstiege von Fischaufstiegsanlagen hydraulisch optimieren zu können. Aufgabenstellung und Ziel Für die Funktionsfähigkeit einer Fischaufstiegsanlage (FAA) müssen die Auffindbarkeit und Passierbarkeit gewährleistet sein. Die Verbindung von Auffinden und Passieren ist das Einschwimmen in den Einstieg der FAA, das als separater Prozess betrachtet werden kann. Es geht mit deutlichen Änderungen der Umgebungsbedingungen des aufwärts schwimmenden Fischs einher: In der FAA ist der Bewegungsraum deutlich beschränkter und die Fließgeschwindigkeiten sind stellenweise deutlich höher als im Fluss. Für die möglichst verzögerungsfreie Überwindung einer Staustufe mittels einer FAA ist anzustreben, dass diese Änderungen keine negativen Auswirkungen auf die Wanderung haben. Für die Betrachtung des Einschwimmverhaltens soll ein individuenbasiertes Modell (IBM) erstellt werden, welches die räumlich kaum begrenzte Unterwasserumgebung von Stauanlagen mit der räumlich stark begrenzten FAA-Beckenumgebung verbindet. Dazu sollen die an der BAW gewonnenen Daten aus ethohydraulischen Versuchen genutzt werden (Titelbild, z. B. Schütz et al. 2024). Aus den Fischbeobachtungen und den hydraulischen Daten sollen durch „Pattern-oriented Modeling” Verhaltensmuster und Verhaltensregeln entwickelt werden. Mit den Verhaltensregeln soll das Verhaltensmodell „ELAM-de“ (Gisen et al. 2022) weiterentwickelt werden. Für die Erstellung des Verhaltensmodells kommt zunächst der manuelle, explorative Ansatz in Frage. Zusätzlich sollen auch KI-Ansätze wie z. B. Entscheidungsbäume oder künstliche neuronale Netze untersucht werden. Ziel des Projekts ist es, das Einschwimmverhalten ausgewählter einheimischer potamodromer Fischarten von der Wahrnehmung der Leitströmung bis zum Einschwimmen in die FAA besser zu verstehen, um beurteilen zu können, ob der Einstieg einer FAA im Detail hydraulisch optimal gestaltet ist. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Für die Erreichung der Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie ist der Bau funktionsfähiger FAA von zentraler Bedeutung. An den Bundeswasserstraßen müssen von der WSV insgesamt ca. 250 FAA errichtet werden. Alle Erkenntnisse, die den Einschwimmerfolg in FAA erhöhen, tragen zur Zielerreichung bei. Das Modell soll die Entwicklung effizienter Alternativen zur Einsparung von Baukosten für die WSV ermöglichen. Untersuchungsmethoden Das Titelbild zeigt die ethohydraulische Versuchsrinne (EH-Rinne) der BAW. In den Versuchen wurde die Einstiegserfolgsrate unter verschiedenen Fließgeschwindigkeiten (Schütz et al. 2024) und mit glatter oder rauer Sohle (Wiering et al. 2024) untersucht. Die höchste Fließgeschwindigkeit betrug 1,8 m/s, wurde aber stationär oder periodisch variiert. Die Fischbewegung wurde während der Versuche mit mehreren Fischaugenkameras aufgenommen. Dabei schwammen jeweils drei Fische derselben Art (Rotauge oder Gründling) so lange, bis sie den Schlitz passierten oder die maximale Versuchsdauer von einer Stunde erreicht war. Um den Einfluss der hydraulischen und geometrischen Randbedingungen auf das Fischverhalten zu untersuchen und daraus ein Fischverhaltensmodell zu erstellen, ist zunächst ein Fish Tracking zur Erfassung der kleinskaligen Fischbewegung aus den Kameradaten notwendig. YOLO ist ein bestehendes Python-Modell zur Objekterkennung und Bildsegmentierung (Jocher et al. 2023). Es basiert auf einem vortrainierten Convolutional Neural Network (CNN), das Merkmale verschiedener Hierarchieebenen aus einem Eingabebild extrahiert. Das Modell wurde mit verschiedenen Bildern aus den Videos (mit Fischen und ohne Fische) trainiert. Anschließend wurde es angewendet, um alle Fischpositionen in jedem Frame jedes Videos zu extrahieren. (Text gekürzt)
Nach derzeitigem Kenntnisstand nutzen wandernde Fischarten die Strömung eines Fließgewässers zur Orientierung. Sie schwimmen gegen die Strömung gerichtet flussaufwärts. Dabei verbrauchen sie Energie. Der Energieverbrauch steigt mit der stärke der Gegenströmung, die der Fisch im Querprofil des Flusses wählt. Es gibt Hinweise, dass der Wanderweg im Querschnitt eines Gewässers dabei nicht zufällig gewählt ist, sondern einen Wanderkorridor gewählt wird, in dem die Strömung zur Orientierung ausreicht aber möglichst geringe Energiekosten verursacht. Im Projekt soll untersucht werden, ob sich solch ein Wanderkorridor belegen und anhand welcher abiotischer Faktoren er sich beschreiben lässt. Dabei werden neben der Strömungsgeschwindigkeit und -richtung auch weitere Faktoren untersucht. Ziel des Projektes ist es, Wanderkorridore für unterschiedliche Arten modellhaft zu beschreiben und Schlüsselfaktoren für eine räumliche und zeitliche Abgrenzung von Wanderkorridoren zu ermitteln.
Die frei fließenden und staugeregelten Flüsse unter den Bundeswasserstraßen sind für die Fische wichtige Verbindungsgewässer zwischen den Habitaten im Meer und an den Flussoberläufen. Fische, die große Distanzen zurücklegen, orientieren sich an der Hauptströmung und werden deshalb an Staustufen entweder zum Kraftwerk oder zum Wehr geleitet. Dort gibt es keine Möglichkeit mehr, aufwärts zu wandern, wenn nicht in der Nähe der Wehr- oder Kraftwerksabströmung eine funktionierende Fischaufstiegsanlage vorhanden ist. Da Schiffsschleusen keine kontinuierliche Leitströmung erzeugen, werden sie von den Fischarten, die der Hauptströmung folgend lange Distanzen zurücklegen, nicht gefunden. Arten, die auf ihrer Wanderung nicht der Hauptströmung folgen, können auf- oder abwandern, wenn sie eine offene Schleusenkammer vorfinden. Flussabwärts: Fische vor Kraftwerken schützen und vorbeileiten: An Staustufen ohne Wasserkraftanlagen ist die abwärts gerichtete Wanderung über ein Wehr hinweg in der Regel unproblematisch. Voraussetzung: Das Wehr ist in Betrieb, die Fallhöhe beträgt nicht mehr als 13 Meter und im Tosbecken ist eine Wassertiefe von mindestens 0,90 Metern vorhanden. Dagegen können bei Abwanderung durch eine Kraftwerksturbine leichte bis tödliche Verletzungen auftreten. Diese turbinenbedingte Mortalität ist von der Fischart und der Körperlänge der Tiere sowie von Turbinentyp und -größe, der Fallhöhe und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Um hier einen gefahrlosen Fischabstieg zu gewährleisten, sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen nach Wasserhaushaltsgesetz verpflichtet, die Wasserkraftanlagen mit geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation (z. B. mit Feinrechen und einem Bypass am Kraftwerk vorbei ins Unterwasser) aus- bzw. nachzurüsten. Flussaufwärts: Hier helfen nur Fischaufstiege: Verschiedene Untersuchungen der Durchgängigkeit an Rhein, Mosel, Main, Neckar, Weser, Elbe und Donau haben gezeigt, dass zwar ein großer Teil der Staustufen mit Fischaufstiegsanlagen ausgestattet ist, diese für die aufstiegswilligen Fische jedoch schwer zu finden oder zu passieren sind. Im Mai 2009 stimmten die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS heute: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, BMVI) folgendes Rahmenkonzept für die erforderlichen Arbeiten ab: - Aufstellung fachlicher Grundlagen, insbesondere zu fischökologischen Dringlichkeiten - Fachliche Beratung der WSV sowie Schulungen - Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Erstellung eines technischen Regelwerks, und - Standardisierung der Anforderungen und Ausführung von Fischaufstiegs-, Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. (Text gekürzt)
Im Rahmen des Projekts soll ein neues Verfahren entwickelt werden, welches als Grundlage für die Klassifizierung von Wanderwegen für den Fischabstieg dient. Basis des Verfahrens ist zunächst die Annahme, dass einzelne Stauanlagenkomponenten wie Kraftwerk, Wehr, Schleuse, Fischauf- oder -abstiegsanlage potenzielle Wanderkorridore darstellen können. Das Verfahren soll die Möglichkeit bieten, hydrologische und hydraulische Aspekte der Stauanlage mit dem Fischverhalten beim Abstieg zu koppeln.
An breiten Fließgewässern besteht die Frage, ob eine Fischaufstiegsanlage an einer Uferseite nicht ausreicht, um den Fischaufstieg zu gewährleisten. In dem vorliegenden Projekt soll daher geklärt werden, inwieweit eine zweite Fischaufstiegsanlagen (FAA) den Fischaufstieg verbessern kann. Dabei ist vorgesehen, an Standorten mit einer neuen FAA und einer bestehenden alte FAA den Fischaufstieg durch beide Anlagen zu untersuchen. Zudem liefern Untersuchungen der räumlichen Verteilung und Bewegungsmuster von Fischen an den Staustufen Erkenntnisse über die Notwendigkeit von mehreren FAA.
Die Voraussetzungen, Umstände und Ausprägung der landschaftsgebundenen Erholung in beiden Ländern sind sehr unterschiedlich. Viele Aspekte werden sich nur schwer übertragen lassen. Dennoch stellt sich die Frage, ob und in welcher Weise sich die umfänglichen und langjährigen Erfahrungen aus Deutschland zur Lösung der Probleme und zur Verbesserung des Erholungsangebots in Korea nutzen lassen. Dies zu klären ist das entscheidende Ziel der vorgelegten Untersuchung.
Aphelinus abdominalis, ein Parasitoid der Familie Aphelinidae, wird seit mehreren Jahren als Nützling zur Blattlausbekämpfung in Unterglaskulturen angeboten. Das Potential seiner Effizienz wird aber im Vergleich zu den Blattlausparasitoiden der Aphidiinae häufig unterschätzt. Das Verhalten der Aphelinidae im Wirtshabitat ist in der Literatur gut dokumentiert, doch der Kenntnisstand über ihre Fernorientierung bei der Wirtssuche ist noch lückenhaft. In dem hier beantragten Forschungsvorhaben sollen in einer Verbindung von Laborexperimenten und anwendungsorientierten Gewächshausversuchen die Möglichkeiten für eine Effizienzsteigerung von A. abdominalis ausgelotet werden. Ein Schwerpunkt der geplanten Verhaltensstudien liegt dabei auf einer Aufklärung der Mechanismen des Lernvermögens. In zahlreichen Arbeiten wurde in den vergangenen Jahren gezeigt, daß sich die meisten Parasitoiden flexibel den wechselnden Umweltbedingungen anzupassen vermögen, indem sie bestimmte Duftstoffe ihrer Wirtspflanzen erlernen und für die Wirtssuche nutzen. Da Schlupfwespen mit einem breiten Wirtsspektrum auch im Gewächshaus mit einer Vielzahl unterschiedlicher Pflanze-Wirt-Systeme konfrontiert werden, ist es das Ziel dieses Projekts, anhand den Modellsystems A. abdominalis - Macrosiphum euphorbiae - Paprika/Aubergine sinnvolle Strategien für eine praktische Nutzbarmachung dieser Lernfähigkeit zu erarbeiten.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 744 |
| Land | 6 |
| Wissenschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 1 |
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