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Ökologische Durchgängigkeit, Identifizierung/Parametrisierung/Modellierung von Fisch- Aufstiegskorridoren vor Querbauten in Bundeswasserstraßen

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.

Ökologische Durchgängigkeit, Wanderkorridore einheimischer Fischarten in stauregulierten Bundeswasserstraßen

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.

Geohydraulische und Geotechnische Optimierung von Fischaufstiegsanlagen

Das Ziel des FuE-Vorhabens ist die Erarbeitung von Leitlinien für geohydraulische und geotechnische Optimierung von Fischaufstiegsanlagen. Dafür werden abgeschlossene und laufende Ausbauvorhaben von FAA ausgewertet und zum Beispiel die Notwendigkeit einer Betonsohle untersucht. Aufgabenstellung und Ziel Die ökologische Durchgängigkeit ist bei den staugeregelten Flüssen der Bundeswasserstraßen durch ca. 250 Staustufen mit Stauhöhen bis ca. 10 m unterbrochen. Diese stellen für wandernde Fische und das Makrozoobenthos unüberwindbare Hindernisse dar. Um die Passierbarkeit flussaufwärts zu gewährleisten, ist an vielen Staustufen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) die Errichtung von Fischaufstiegsanlagen (FAA) vorgesehen. Fischaufstiegsanlagen können entweder als Raugerinne oder in Form von aufeinanderfolgenden Becken konstruiert werden. Seitens der BAW empfohlene Bautypen sind fischpassierbare Raugerinne sowie Schlitzpässe, die zu den beckenartigen FAA zählen. Bei Schlitzpässen wird der insgesamt zu überwindende Höhenunterschied durch einen vertikal durchgehenden Schlitz in den Trennwänden der einzelnen Becken in kleine Wasserspiegeldifferenzen eingeteilt, die der Fisch überwinden kann (DWA-M 509 2014). Die Becken von Schlitzpässen werden i. d. R. in Massivbauweise als Trog mit geschlossener Betonsohle sowie Betonwänden erstellt. Schlitzpässe können, im Gegensatz zu fischpassierbaren Raugerinnen, bei Bedarf zumindest abschnittsweise als platzsparendes Kompaktbauwerk mit Wendelungen hergestellt werden (DWA-M 509 2014). Deshalb werden, insbesondere bei einem nachträglichen Einbau an bestehenden Querbauwerken, bei beengten Platzverhältnissen und bei großen Höhenunterschieden häufig Schlitzpässe geplant. Erforderliche Maßnahmen zur Erbringung von Tragfähigkeits-, Gebrauchstauglichkeits- und Dauerhaftigkeitsnachweisen der FAA als Schlitzpass in Massivbauweise nach DIN 19702:2013-02, eine gegebenenfalls notwendige Auftriebssicherung der Baugruben- und Beckensohlen sowie die daraus resultierende Menge an zu verbauendem Stahlbeton führen zu einem hohen Aufwand und hohen Kosten für die Errichtung der Anlagen. Deshalb sollen Material- und Ausführungsalternativen bei den Beckenwänden und Trennwänden sowie der Gestaltung der Beckensohlen untersucht werden, durch die eine Aufwands- und Kosteneinsparung ermöglicht werden kann. Der Schwerpunkt soll auf der Verwendung einer offenen Sohle in der FAA anstelle einer Trogbauweise mit Betonsohle liegen. Das Ziel der Untersuchung ist die Ableitung von maßgebenden Rahmenbedingungen, die für die Umsetzung der alternativen Bauweisen wichtig sind. Dabei soll herausgearbeitet werden, unter welchen hydraulischen, geohydraulischen, geotechnischen und bautechnischen Randbedingungen sich Bauweisen mit offener Sohle als geeignet erweisen und welche Vor- bzw. Nachteile sich aus den Bauweisen ergeben. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Erhaltung und Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Fließgewässern zählt zu den bedeutenden Umweltzielen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL). Zur Umsetzung der Vorgaben der EU-WRRL ist zur Herstellung der flussaufwärts gerichteten Durchgängigkeit die Erstellung von Fischaufstiegsanlagen an den Staustufen der staugeregelten Flüsse der Bundeswasserstraßen vorgesehen. Das Vorhaben ist darauf ausgelegt, Möglichkeiten zur Reduzierung des Bau- und ggf. Unterhaltungsaufwandes der als Schlitzpässe erstellten FAA zu untersuchen und wenn möglich die wirtschaftliche Bauweise und Ökologie der FAA zu steigern.

Strömungsmuster im Unterwasser von Wasserkraftanlagen - Untersuchungen am Turbinenversuchsstand zur Verbesserung der Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen

Fischaufstiegsanlagen können nur dann richtig funktionieren, wenn die Tiere den Einstieg schnell und leicht finden. Dieser befindet sich in der Regel direkt am Wanderhindernis, möglichst nah an der Hauptströmung. An Bundeswasserstraßen ist sein Standort häufig neben der Wasserkraftanlage, auf Höhe des Saugschlauchendes (Bild 1). So sollen Sackgassen für aufwärts wandernde Fische vermieden werden. Die sogenannte Leitströmung soll dem Fisch dabei den Weg zum Einstieg weisen; sie wird meist durch Zugabe eines zusätzlichen Abflusses im unteren Bereich der Fischaufstiegsanlage erzeugt. Da durch die räumliche Nähe Wechselwirkungen zwischen der Hydraulik von Kraftwerksabströmung und Leitströmung unvermeidlich sind, ist es für die Dimensionierung des Einstiegs der Fischaufstiegsanlage wichtig, die Charakteristik der Strömung im Unterwasser der Wasserkraftanlage zu kennen. Vor diesem Hintergrund entstand das BAW-Forschungsprojekt 'Strömungsuntersuchungen an Niederdruckwasserkraftanlagen'. Dessen Ziel ist es, Aufschlüsse über Strömungsmuster im Unterwasser von Wasserkraftanlagen zu erhalten - abhängig von verschiedenen Turbinenparametern und hydraulischen Randbedingungen. Die Erkenntnisse sollen zum einen helfen, die Dimensionierung des Einstiegsbereichs von Fischaufstiegsanlagen hinsichtlich geometrischer Gestalt und Leitströmung zu verbessern. Zum anderen sollen die Messdaten zur Weiterentwicklung numerischer Modelle genutzt werden. Das Projekt gliedert sich in eine Vorstudie, Messungen am Turbinenversuchsstand des Dieter-Thoma-Labors an der TU München, numerische Modellierungen sowie Naturmessungen.

Maßnahmenbasierte Förderung von Lachsen und Meerforellen im Wesersystem

Zielsetzung: Seit mehreren Jahrzehnten wird versucht, die Bestände anadromer Wanderfische wie Lachs (Salmo salar) und Meerforelle (Salmo trutta) im Wesersystem wiederanzusiedeln und zu fördern. Die wichtigsten Maßnahmen zur Zielerreichung beinhalten insbesondere die Beseitigung von Wanderhindernissen, Gewässerrenaturierungen und Besatzmaßnahmen. Lokale Gewässerbewirtschafter können dabei eine entscheidende Rolle spielen. Dies trifft insbesondere auf Angelvereine, Entwässerungs- und Deichverbände zu. Die dezentrale Organisationsstruktur dieser Fischereirechtsinhaber und Interessengruppen beinhaltet den Vorteil schneller Umsetzungsfähigkeiten. Andererseits werden Maßnahmen zur Förderung der Wanderfische untereinander häufig nicht gezielt koordiniert, selten evaluiert und beschränken sich dadurch auf den eigenen Wirkungskreis. In der Folge werden die Potentiale einer effektiven Wiederansiedlung von Lachs und Meerforelle nicht vollständig ausgeschöpft. Ziel des Projekts WeserLachs ist es, mit einem transdisziplinären Ansatz ein adaptives Salmonidenmanagement im Bereich der Tideweser zu etablieren und schnell wirksame Maßnahmen zur Förderung der Wanderfische in Umsetzung zu bringen. In vier Arbeitspaketen werden die Stakeholder vernetzt, ein wissenschaftlich fundiertes Monitoring durchgeführt, geplante Maßnahmen priorisiert und mindestens eine Gewässerrenaturierung umgesetzt. Konkret werden alle relevanten Stakeholder mit Zugang zu Laichhabitaten von Lachs und Meerforelle im Bereich der Tideweser recherchiert und zu zwei Workshops eingeladen. Ziel ist die Stärkung und der Aufbau von Netzwerken, das Bündeln lokaler Maßnahmen sowie die Bildung gemeinsamer Arbeitsgruppen. Im Winter 2025 und 2026 werden zudem Laichaktivitäten der Salmoniden dokumentiert und laichende Fische genetisch beprobt. Diese genetischen Proben werden mit Aufzucht- und Besatzlinien abgeglichen, um den Besatzerfolg zu bewerten. Eine parallele Laichhabitatkartierung identifiziert geeignete Reproduktionshabitate. Diese Ergebnisse fließen in eine Priorisierung künftiger Maßnahmen für ein verbessertes Salmonidenmanagement ein. Gemeinsam mit bremischen Angelvereinen wird abschließend eine Gewässerrenaturierung zur Stärkung der natürlichen Laichaktivitäten als Pilotprojekt umgesetzt. Auf diese Weise stärkt das Projekt die Zusammenarbeit auf Einzugsgebietsebene und entwickelt ein abgestimmtes Managementkonzept für die Wandersalmoniden der Tideweser, welches rasch in Umsetzung gebracht werden kann.

ANK-LK: Naturnahe Kleine Wümme: Gewässerkorridor von der Schwammstadt in die Moor-Landschaft

Historical salmon (Salmo salar) catches in the Elbe catchment since the 16th century according to historical sources and recent catch data

Until the middle of the 20th century, the Atlantic salmon (Salmo salar) was an important migratory fish species in the Elbe River. Its decline and disappearance from the river and its tributaries during the last century can be seen as an indication of changes in the river habitat. Here we provide a georeferenced database on historical and recent Atlantic salmon catches in the Elbe River and its tributaries created by a literature review. The database consists of documented catches from secondary sources between 1432 and 2021 and also includes information about spatio-temporal inaccuracies.

Untersuchungen zum Orientierungs- und Suchverhalten abwandernder Fische zur Verbesserung der Dimensionierung und Anordnung von Fischschutzeinrichtungen

Um Empfehlungen für die Gestaltung und Positionierung eines sogenannten Flachrechens bei Wasserkraftanlagen formulieren zu können, werden im wasserbaulichen Forschungslabor der TU Darmstadt ethohydraulische Versuche mit Fischen an einem Flachrechen mit Abspülrinne und Bypass durchgeführt. Dabei sollen Erkenntnisse über die Hydraulik des Flachrechens und gleichermaßen über das Verhalten der Fische vor und an der Anlage gewonnen werden. Wanderfischarten, wie z.B. Lachs und Aal, sind auf die Durchgängigkeit der Fließgewässer angewiesen um die Population zu erhalten. Vor allem bei Stauanlagen mit Wasserkraftnutzung ergeben sich besondere Schutzanforderungen, da viele Turbinenanlagen von Fischen nicht schadlos durchschwommen werden können. Während es für den Fischaufstieg bereits einen Stand der Technik gibt (Fischaufstiegsanlagen), fehlt dieser weitestgehend für den Fischabstieg. Benötigt werden sowohl Abstiegsanlagen (z.B. Bypässe), als auch Schutzeinrichtungen (z.B. Rechen). Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden ethohydraulische Versuche mit Fischen im wasserbaulichen Forschungslabor der TU Darmstadt an einem sog. Flachrechen mit Abspülrinne und Bypass durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist ein Wissensgewinn zur Hydraulik des Flachrechens und zum Fischverhalten vor und an dem Flachrechen. Durch die dabei praktizierten ethohydraulischen Versuche werden Erkenntnisse zur Leitwirkung des Flachrechens auf die Fische und zur Funktionalität der Bypasseinrichtung gewonnen, die übertragbar auf Realsituationen sind. Somit können am Ende des Projekts Empfehlungen für die Gestaltung und Anordnung eines solchen Rechens bei Wasserkraftanlagen gegeben werden. Vorgehen: Aufbauend auf einer Literaturrecherche werden gängige Konstruktionsempfehlungen als Grundlage für die Versuchsaufbauten im Wasserbaulabor der TU Darmstadt erarbeitet und bisher bekannte Verhaltensweisen der Fische an Flachrechen recherchiert. Kern des Projektes stellen die ethohydraulischen Untersuchungen mit Fischen dar, die zu Erkenntnissen bezüglich diverser Reaktionsräume und Verhaltensweisen führen. Mittels hydrometrischer Messungen und numerischer Simulationen wird das Strömungsverhalten in den Versuchen erhoben, um daraus das hydraulische Widerstandsverhalten des Flachrechens als auch verhaltensauslösende Strömungssignaturen ableiten zu können. Die aus der Synthese von Verhaltensbeobachtungen und hydraulischer Beschreibung abgeleiteten Ergebnisse sollen in Konstruktions- und Bemessungsvorgaben für Flachrechen mit Bypasssystemen münden. Die Versuche werden auf technischer Seite von der Technischen Universität Darmstadt und auf biologischer Seite von dem Institut für angewandte Ökologie durchgeführt. Im Fokus: - Hydraulischer Widerstand und Bemessung von Flachrechenanlagen - Orientierungs- und Suchverhalten von Fischen im unmittelbaren Bereich des Flachrechens und am Übergang zum Bypass - Konstruktionsvorgaben für einen Flachrechen mit Bypass als Fischschutz- und Fischleiteinrichtung.

Ökologische Durchgängigkeit, Geometrische/hydraulische Variationen und die Passierbarkeit einer Fischaufstiegsanlage in Schlitzpassbauweise

In diesem Projekt soll anhand Labor- und Freilanduntersuchungen die Passierbarkeit von Schlitzpässen untersucht werden. Hierbei werden sowohl der Einfluss des Unterwasserstandes und Dotationswasser als auch von unterschiedlichen Beckengeometrien, Wendebecken und Anlagegesamtlänge analysiert. Das Projekt wird sowohl in einem Modellfischpass an der Bundesanstalt für Wasserbau als auch an ausgewählten Fischaufstiegsanlagen an BWaStr durchgeführt. Zur Bewertung der Passierbarkeit sollen unter anderem optische Fischerfassungssysteme zum Einsatz kommen. Um genaue Aussagen über die Bewegungsmuster von unterschiedlichen Fischarten in Fischaufstiegsanlagen treffen zu können, wird zudem die passive Transponder Technik (HDX) verwendet

Entwicklung einer Identifikationsmethode für und eine genetische Charakterisierung von Störbeständen der Donau (und des Schwarzen Meeres) als Voraussetzung für eine nachhaltige Fischerei und Artenschutzmaßnahmen

Trotz zahlreicher Maßnahmen auf nationaler und internationaler Ebene hat sich der Status der Donau-Störpopulationen seit 1990 dramatisch verschlechtert; ihr Schutz im Einzugsgebiet und in den Küstengewässern ist dringend, um das Aussterben zu verhindern. In diesem Zusammenhang hat die Identifizierung funktionaler Populationssegmente (Managementeinheiten) für die nachhaltige Fischerei und Artenschutzmaßnahmen höchste Priorität. Das internationale ERA-Net COFASP Projekt verfolgt daher das Ziel, genetische Marker (Mikrosatelliten und mitochondriale DNA) anzuwenden, um die Bestandsstruktur von Acipenser gueldenstaedtii, A. ruthenus, A. stellatus und Huso huso aus dem rumänischen Teil der Donau zu ermitteln sowie um Lang- und Kurzdistanz-Migranten der Frühjahrs- und Herbstrassen verifizieren zu können. Die gleichen Methoden werden für Proben aus der Türkei benutzt, um endemische Störe der Flüsse Yesilýrmak, Kizilýrmak, Çoruh und Sakarya von denen zu unterscheiden, die die türkischen Küstengewässer nur als Nahrungsgründe nutzen aber aus westlichen und nördlichen Schwarzmeer-Zuflüssen, einschließlich der Donau, stammen. Ein kommerzieller Anbieter wird mit der Isolierung von Mikrosatelliten und dem Design von PCR-Primern für jede der vier Arten beauftragt. Anhand ihrer Eignung werden 15 Loci je Art für das routinemäßige Screening am IGB und CFRI ausgewählt. Die mitochondrialen D-loop, Cytochrom b und ND-5/6 Regionen werden von einem kommerziellen Anbieter (rumänische Proben) bzw. vom CFRI-Labor (türkische Proben) sequenziert. Es wird ein Stichprobenumfang von 40 Fischen aus jeder Subpopulation in Rumänien und der Türkei angestrebt, woraus eine Gesamtzahl von ca. 960 Proben resultiert. Die Daten zur Bestandsstruktur und Differenzierung zwischen ihnen werden verwendet, um Managementeinheiten zu definieren und Empfehlungen für die Fischerei und den Artenschutz abzuleiten. Letztere schließen Erhaltungszuchtprogramme ein, die die genetische Variabilität der Bestände bei gleichzeitiger Wahrung ihrer Integrität maximieren sollen.

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