Konsolidierung der ethohydraulischen Grundlagen für verzögerungsfreien Fischabstieg

Kurzbeschreibung

Motivation und Zielstellung

Die Durchgängigkeit von Fließgewässern - in und entgegen der Fließrichtung - ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für das Erreichen des guten ökologischen Zustands und wird im Wasserhaushaltsgesetz gefordert. Während bei Fischaufstiegsanlagen in der Fachwelt anerkannte Vorgaben für deren Auslegung bestehen, fehlen wissenschaftlich fundierte und übertragbare Vorgaben insbesondere für die hydraulischen Bedingungen vor und in Bypasseinstiegen.

Mit Blick auf die Funktionen von Fischabstiegssystemen „Blockieren“, „Leiten“ und „Ableiten“ fehlt es vor allem dem Vorgang „Ableiten“ an hydraulischen Vorgaben für die Praxis.

Im Projekt OptiPass sollen Grenzwerte für den Parameter räumlicher Geschwindigkeitsgradient (kurz SVG für engl. Spatial Velocity Gradient) definiert werden und anhand dessen Empfehlungen zur Konzeption von Bypässen besonders deren Einstiegs erarbeitet werden, sodass zukünftig ein verzögerungsfreier Abstieg bzw. Ableiten gewährleistet wird. Funktionsfähige Fischschutzsysteme vermindern somit den negativen Einfluss von Querbauwerken auf Fischpopulationen.

Methodik

Zur Ermittlung des SVG-Grenzwertes sollen ethohydraulische Laborversuche durchgeführt werden. Nach den Laborversuchen sollen die ermittelten Grenzwerte in einer Feldstudie validiert werden.

Laborversuch in der Wasserbauhalle

Geplant ist die Untersuchung des Fischverhaltens mithilfe von Video-Tracking in drei Versuchssetups für zunächst eine Fischart, die Barbe (barbus barbus) der taxonomischen Gruppe Cyprinidae. Setup 1 bildet den Stand der Technik ab und soll die geringen Nutzungsraten aufzeigen. Setup 2 dient der gleichmäßigen Ausprägung des SVG und der Ableitung des Grenzwertes anhand von Fluchtreaktionen mithilfe statistischer Algorithmen.

In Setup 3 soll der Grenzwert nicht überschritten werden um eine Verbesserung der Nutzungsraten bei Einhaltung der Grenzwerte nachzuweisen.

Die Tierversuche werden vom Partner IGF durchgeführt.

Feldversuche in Shakhimardan, Usbekistan

Zur Validierung der Erkenntnisse aus dem Labor werden die gewonnenen Ergebnisse im Freiland überprüft. Dabei bietet die geplante Wasserkraftanlage in Shakhimardan (Usbekistan), welche durch das EU-Projekt Hydro4U gefördert wird, durch die Beteiligung des OptiPass-Projektpartners sje eine gute Gelegenheit. Die Anlage soll anhand der Empfehlungen aus dem OptiPass-Projekt ausgelegt und die Funktionsfähigkeit durch Monitoring bestätigt werden.

Ausblick

Abschließend sehen die Projektpartner vor ihre Ergebnisse in Form von Planungsempfehlungen in die Praxis zu überführen.

In einer potentiellen Anschlussphase ist es geplant die Versuche für die taxonomische Gruppe der Salmonidae zu wiederholen sowie die Grenzwerte als Planungstool in die Software CASiMiR des Partners sje zu implementieren.

Medien

Deutsch: Im oberen Bildteil sieht man eine isometrische Ansicht der gesamten Rinne, im unteren Bildteil ist auf den Beobachtungsbereich gezoomt, vier Kameras oberhalb der Rinne sind dargestellt, farblich unterschieden sind zwei Einbauten für die Versuchssetups abgebildet, vor dem Einbau ist ein Fisch dargestellt Englisch: The upper part of the image shows an isometric view of the entire flume, the lower part zooms in on the observation area, four cameras are shown above the flume, two installations for the test setups are shown in different colours, a fish is shown in front of the installation — © Konrad Sarodnik

Deutsch: Ansicht der zwei Wehrfelder mittig im Bild, rechts schließt sich der Bypasseinstieg sowie ein vertikal Rechen an, im Hintergrund schneebedeckte Berge Englisch: View of the two weir fields in the centre of the picture, on the right is the bypass entrance and a vertical trash rack, snow-covered mountains in the background — © Erkin Karimov, Projekt Hydro4U

Deutsch: Draufsicht der Modellrinne im Beobachtungsbereich, ein positiv rheotaktisch orientierter Fisch befindet sich kurz vor dem durch das Einbauteil simulierten Bypasseinstieg und erscheint als dunkle Silhoutte vor hellem Hintergrund Englisch: Top view of the model conduit in the observation area, a positive rheotactically orientated fish is located shortly before the bypass entrance simulated by the built-in part and appears as a dark silhouette against a light background — © Tom Rößger

Deutsch: Die Funktionen eines Fischschutzsystems sind definiert als Blockieren (Eindringen der Fische in die Turbine verhindern), Leiten (Ausweichen der Fische in Richtung eines ungefährlichen Abstiegskorridors bewirken) und Ableiten (Bereitstellung eines attraktiven, ungefährlichen Abstiegskorridors und Transport der Fische ins Unterwasser), diese drei Funktionen sind durch Fischbewegungen an einem Rechensystem in der Draufsicht dargestellt, die Fließrichtung ist von links nach rechts, im rechten Teil des Bilds ist eine Turbine und ein Bypasseinstieg abgebildet Englisch: The functions of a fish protection system are defined as blocking (preventing fish from entering the turbine), guiding (causing the fish to move towards a safe downstream corridor) and diverting (providing an attractive, safe downstream corridor and transporting the fish downstream), these three functions are illustrated by fish movements on a rake system in the top view, the direction of flow is from left to right, a turbine and a bypass entrance are shown in the right-hand part of the picture — © Ecologic Institut & IGF Jena

Projektdaten

Kerninformation
Website	-
Zeitraum	08/2024- 07/2025
Art der Finanzierung	Drittmittel
Fördermittelgeber	Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
TUD Forschungsprofillinien	Energie, Mobilität und Umwelt › Wasserforschung
Ziele für Nachhaltige Entwicklung (SDGs)	SDG 14 – Leben unter Wasser
Schlagwörter	Fischabstieg, Bypässe, Ethohydraulik, Physikalische Modellierung

Projektleitung

Professor

Herr Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stamm

Institutsdirektor, Professur Wasserbau, Bereichssprecher

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Sekretariat Professur Wasserbau

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Projektkoordination & -bearbeitung

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Herr Dipl.-Ing. Tom Rößger

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Projektpartner:innen

Partner:in	Typ	Website
Institut für Gewässerökologie und Fischereibiologie Jena (IGF)	Extern	https://igf-jena.de/
sje Ecohydraulic Engineering GmbH (SJE)	Extern	https://www.sjeweb.de/

Publikationen

Weitere Informationen

Förderung

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