Leseprobe. Wiederherstellen der Durchgängigkeit, Funktionskontrolle von Wanderhilfen, Habitate und ihre Beschreibung

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1 Zusammenfassung Die Biologie und die Bedeutung der Migration von Fischen und gewässerbewohnenden Wirbellosen sind Inhalt dieses Buches. Es werden verschiedene Typen naturnaher und technischer Anlagen, welche die Migration ermöglichen sollen, diskutiert. Ihre hydraulische Dimensionierung und Einordnung in das Gewässer werden ebenso thematisiert wie die Kontrolle der Funktionsfähigkeit. Ein geeignetes Mittel, um natürliche oder durch menschliche Einflussnahme hervorgerufene Veränderungen der Gewässerökologie zu untersuchen, sind Habitatmodelle. Diese Modelle basieren auf den Lebensraumansprüchen ausgewählter Arten und deren Entwicklungsstadien und werden verwendet, um die Eignung von Gewässerabschnitten als Lebensraum zu ermitteln bzw. vorherzusagen. Die Reihe des Weiterbildenden Studiums»Wasser und Umwelt«führt ausgewählte Fachinhalte aus den Bereichen Hydraulik und Wasserbau, Abfallwirtschaft und Siedlungswasserwirtschaft mit den Teilbereichen Abwasser und Wasserversorgung. in fachlicher Kooperation Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. Durchgängigkeit und Habitatmodellierung von Fließgewässern Weiterbildendes Studium»Wasser und Umwelt«Bauhaus-Universität Weimar Durchgängigkeit und Habitatmodellierung von Fließgewässern Wiederherstellen der Durchgängigkeit, Funktionskontrolle von Wanderhilfen, Habitate und ihre Beschreibung Verlag der Bauhaus-Universität Weimar ISBN: Weiterbildendes Studium»Wasser und Umwelt«Bauhaus-Universität Weimar

2 Durchgängigkeit und Habitatmodellierung von Fließgewässern Wiederherstellen der Durchgängigkeit, Funktionskontrolle von Wanderhilfen, Habitate und ihre Beschreibung

3 Impressum: Durchgängigkeit und Habitatmodellierung von Fließgewässern Herausgeber Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt Bauhaus-Universität Weimar Coudraystraße Weimar in fachlicher Kooperation mit der DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. Theodor-Heuss-Allee Hennef 1. Auflage April 2010 Druck: docupoint GmbH Magdeburg Bezugsmöglichkeiten: Verlag der Bauhaus-Universität Weimar Fax: 03643/ verlag@uni-weimar.de DWA Tel: 02242/ Fax: 02242/ kundenzentrum@dwa.de Internet: Redaktion: Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt Satz und Layout: Dipl.-Ing. Roy Holzhey Bildnachweis Buchdeckel: Umgehungsgerinne mit Steinriegeln (Bad Salzungen an der Werra/Thüringen, Foto: Hydrolabor Schleusingen) ISBN:

4 Vorwort Vorwort Die Arbeitsgruppe Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt bietet ein Fernstudium mit den Schwerpunkten Wasserbau und Hydraulik, Siedlungswasserwirtschaft und Abfallwirtschaft an. Das vorliegende Buch enthält in Schriftform den Lehrinhalt eines Kurses aus diesem Studium, es ist als erste Auflage somit ein weiterer neuer Band aus der aktuellen Reihe der Fernstudienkurse. Nun gibt es wirklich genug veröffentlichte Studienskripte. Was war unser Beweggrund, hier noch eine weitere Neuerscheinung vorzustellen? Dazu möchten wir unser Studium Wasser und Umwelt in Weimar vorstellen, welches aus einer engen Zusammenarbeit mit der Leibniz-Universität Hannover und den Verbänden DVGW und DWA entstand. Es bot zunächst Fernstudiengänge im Zertifikatstudium an, wurde aber dann im Jahre 2000 mit einem Masterstudiengang weiterentwickelt, der inzwischen auch akkreditiert wurde. Die Studieninhalte werden in Kursform angeboten, wobei insgesamt mehr als 25 Kurse zur Auswahl stehen. Einer dieser Kurse umfasst das nachfolgend behandelte Thema Durchgängigkeit und Habitatmodellierung von Fließgewässern. Dieses Buch wie auch das Studium richten sich an Hochschulabsolventen/innen, die im Bereich Wasser und Umwelt als Fachkräfte bei Behörden, Unternehmen, Verbänden, Ingenieurbüros, Instituten und anderen Einrichtungen tätig sind oder zukünftig tätig werden. Die Teilnehmer am Fernstudium erhalten über die Schriftform hinaus eine fortlaufende Betreuung. Studienbegleitend sind auch Aufgaben durch die Studierenden zu lösen, eine Präsenzphase zum Semesterende ist der abschließende Teil eines jeden Kurses. Die heutigen und zukünftig absehbaren Herausforderungen beim Schutz der Umwelt und bei der nachhaltigen Nutzung der Ressource Wasser sind so groß, dass die Lehrinhalte ständig angepasst werden müssen. Hier sehen wir die Chance, mit einer solchen Veröffentlichung diese neuen Inhalte auch als Diskussionspunkte in die Öffentlichkeit zu stellen und einem erweiterten Kreis zugänglich zu machen. Das vorliegende Buch basiert auf einer aktualisierten Fassung des ursprünglichen Lehrskriptes Durchgängigkeit und Habitatmodellierung von Fließgewässern WW46, das ab 2002 von den Autoren: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Hack Dipl.-Biol. Maria Schmalz Dipl.-Ing. Marco Friedrich für den Bereich der Durchgängigkeit von Fließgewässern und von Prof. Dr.-Ing. Klaus Jorde Dr.-Ing. Matthias Schneider in dem Fachgebiet der Habitatmodellierung zusammengestellt und auch in den Folgejahren laufend aktuell gehalten wurde. So wie bereits in der Ursprungsfassung des Skriptes eine Reihe fachlicher Informationen einen Bezug zum DVWK-Merkblatt 232 Fischaufstiegsanlagen hatte, kann nun auf die neueren Erkenntnisse, insbesondere die Arbeitsergebnisse des entsprechenden DWA-Fachausschusses, speziell auf das Merkblatt DWA-M 509 Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Bauwerke Bezug genommnen werden. Natürlich kann ein solches Skript nicht alle Problemund Arbeitsfelder, die bei der komplexen Betrachtung von Fließgewässern zu berücksichtigen sind, behandeln, so dass in diesem Buch auf einige fachliche Aspekte bewusst verzichtet werden musste. In diesem Zusammenhang ist neben dem entsprechenden Regelwerk (DWA) auf die weiteren Studienangebote und mithin auf den Kurs und das Fachbuch Flussbau sowie auf andere Kurse zu verweisen, die u.a. auf die Probleme der Ressourcenbewirtschaftung, der Gewässerentwicklungsplanung bzw. des Hochwasserschutzes im Detail eingehen. Mit diesem Buch werden darüber hinaus sowohl die Qualität als auch der Umfang der Zusammenarbeit mit der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. (DWA) vertieft. So wie seit Jahren bereits mit dem DVGW realisiert, ist nunmehr auch mit der DWA eine gemeinsam entwickelte Reihe von Druckerzeugnissen erhältlich. Dieses Buch ist hierbei der dritte Teil im Fachgebiet Wasserbau innerhalb dieser Buchreihe. Wir danken recht herzlich allen, die an der Bearbeitung und Herausgabe mitgewirkt haben, insbesondere hierbei Herrn Dr.-Ing. H.-W. Frenzel und Herrn Dipl.-Ing. R. Holzhey. Dieser Dank gilt auch den anderen Mitarbeitern der Arbeitsgruppe Wasser und Umwelt der Bauhaus-Universität Weimar, der Professur Wasserbau sowie den Mitarbeiten des Hydrolabors Schleusingen. Ein Dankeschön gilt auch unseren Kursteilnehmern für ihr Interesse und ihre vielfältigen Rückmeldungen. Einen speziellen Dank richten wir an das Thüringer Kultusministerium, das im Rahmen einer mehrjährigen Projektförderung die Bearbeitung und Herausgabe dieser zweiten, redaktionell bearbeiteten Auflage erst ermöglichte. Möge die Fortsetzung dieser Reihe im Wissensgebiet Wasser und Umwelt in der Fachwelt eine freundliche Aufnahme finden und der Aufgabe dienen, unsere Umwelt und die Ressource Wasser einer fachgerechten und nachhaltigen Nutzung zuzuführen. Weimar, im April 2010 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Hack Leiter der Professur Wasserbau Bauhaus-Universität Weimar I

5 Vorwort II

6 Autorenverzeichnis Autorenverzeichnis Kapitel 1 Grundsätzliches zur Durchgängigkeit Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Dipl.-Biol. M. Schmalz Kapitel 2 Wiederherstellen der Durchgängigkeit Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Dipl.-Biol. M. Schmalz, Dipl.-Ing. M. Friedrich Kapitel 3 Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Wanderhilfen für Fische und Makrozoobenthos Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Dipl.-Biol. M. Schmalz Kapitel 4 Konzepte der Flusssystembetrachtung und Habitatmodellierung Prof. Dr.-Ing. K. Jorde, Dr.-Ing. M. Schneider Kapitel 5 Habitate und ihre Beschreibung Prof. Dr.-Ing. K. Jorde, Dr.-Ing. M. Schneider Kapitel 6 Schnittstellen Physik - Biologie Prof. Dr.-Ing. K. Jorde, Dr.-Ing. M. Schneider Kapitel 7 Habitatsimulationsmodelle und Funktionsweisen Prof. Dr.-Ing. K. Jorde, Dr.-Ing. M. Schneider Kapitel 8 Praktischer Einsatz von Habitatmodellen Prof. Dr.-Ing. K. Jorde, Dr.-Ing. M. Schneider entwickelt im Zuge des Weiterbildenden Studiums Wasser und Umwelt der Bauhaus-Universität Weimar in fachlicher Kooperation mit der DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. III

7 Autorenverzeichnis IV

8 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Vorwort Autorenverzeichnis Grundsätzliches zur Durchgängigkeit Einführung in die Problematik Was ist Durchgängigkeit? Das Fließgewässerkontinuum Bedeutung der Durchgängigkeit Wanderungsbewegungen Wanderungen der Fische Warum wandern Fische? Wann wandern Fische? Wanderungen des Makrozoobenthos Warum wandern Invertebraten? Wohin wandern Invertebraten? Wann wandern Invertebraten? Beeinträchtigungen der Durchgängigkeit Natürliche Barrieren Querbauwerke Technischer Gewässerausbau Stauraum Geschichte der Querbauwerke Historische Nutzungen Derzeitige Situation Bedrohung von Wanderfischpopulationen A Anlage Wiederherstellen der Durchgängigkeit Einleitung Geschichte Rechtliche Grundlagen EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) Wasserhaushaltsgesetz (WHG) Gesetz über Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) Landesfischereigesetze Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Konstruktive Grundlagen Vorüberlegungen Anforderungen an die Wanderhilfe Lage im Flussquerschnitt Lage des Ein- und Ausstieges Leitströmung Länge und Neigung Sohlsubstrat Hydraulische Verhältnisse Abmessungen Gewässertyp Sonstiges Bauweise von Wanderhilfen Übersicht und allgemeine Anforderungen Sohlengleiten und fischpassierbare Raugerinne Sohlengleiten Teilgleiten bzw. -rampen Raugerinne-Beckenpass Umgehungsgerinne Bemessung von fischpassierbaren Raugerinnen I III V

9 Inhaltsverzeichnis Konstruktionsempfehlungen Technische Fischaufstiegshilfen Beckenpass Schlitzpass (Vertical-slot-pass) Rundbecken-Vertical-slot-Pass (Mäander Fischpass ) Borstenfischpass (Fisch-Kanu-Pass) Denil-Pass Hydraulische Berechnung technischer Wanderhilfen Konstruktive Ausführung weiterführende Hinweise Sonderfälle Aalleitern Fischschleuse Fischaufzug Probleme bei Bau und Betrieb von fischpassierbaren Bauwerken Probleme bei der Konzeption und Planung von fischpassierbaren Bauwerken Probleme beim Bau von fischpassierbaren Bauwerken Probleme beim Betrieb von fischpassierbaren Bauwerken Probleme bei der Qualitätssicherung von fischpassierbaren Bauwerken Durchgängigkeit von Hochwasserrückhaltebecken Durchgängigkeit bei Becken mit Dauerstau Fischabstieg Fischschäden Lösungsansätze zum Schutz der abwandernden Fische Barrieren zum Schutz der Fische Bypässe zur Abwanderung von Fischen Ganzheitliche Betrachtung von Fließgewässern mit Wanderhindernissen Gewässersanierung in freien Fließstrecken Flusssohle Flussufer Anpassungen im Längsgefälle Renaturierung in Stadtgebieten Renaturierung bei Binnenschifffahrt Gewässersanierung im gestauten Gewässer Gewässersanierung am Querbauwerk Gewässersanierung am Stauraum Gewässersanierung an Talsperren Das Konzept der Strahlwirkung Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Wanderhilfen für Fische und Makrozoobenthos Einleitung Rechtliche Vorschriften Kontrolle des Fischaufstieges Kontrolle hydraulischer und baulicher Parameter Allgemeine Grundsätze Auswahl der zu erfassenden Parameter Biotische Faktoren Allgemeine Grundsätze Ermittlung der Besiedlung Ermittlung des Fischaufstieges Auswahl der zu erfassenden Parameter Zeitraum der Kontrollen Auswertung und Interpretation der Daten Ermittlung des Funktionszustandes Dynamik Problembehandlung und Interpretationshinweise Kontrolle des Fischabstieges Kontrolle hydraulischer und baulicher Parameter Kontrolle Biologischer Parameter Allgemeine Grundsätze Methoden der Funktionskontrolle Zeitpunkt der Kontrollen Auswertung und Interpretation der Daten VI

10 Inhaltsverzeichnis 3.5 Kontrolle des Makrozoobenthos Allgemeine Grundsätze Ermittlung der Besiedlung Methoden der Funktionskontrolle Zeitraum der Kontrollen Auswertung und Interpretation der Daten Statistik Problembehandlung und Interpretationshinweise Konzepte der Flusssystembetrachtung und Habitatmodellierung Einführung Zum Begriff Ökohydraulik Situation der Fließgewässer heute Gewässersystemkonzepte Das River-Continuum-Concept (RCC) Die Intermediate Disturbance Theorie Das Serial Discontinuity Concept Hierarchical Framework for Stream Habitat Classification Hydraulic Stream Ecology Das Patch Dynamics Concept Die 4-dimensionale Funktionsweise lotischer Ökosysteme Das Flood-Pulse Concept Das Natural Flow Regime Das Shifting Habitat Mosaic Auswirkungen anthropogener Eingriffe Habitate und ihre Beschreibung Abflussregime Physikalische Habitatsstruktur Fließgeschwindigkeiten Wassertiefe Substrate und Choriotope Unterstände Weitere morphologisch-hydraulische Parameter Wasserqualität und Temperatur Dynamische Aspekte Salmoniden Atlantischer Lachs und Lebenszyklus Laichablage und Laichhabitat Schnittstellen Physik Biologie Kriterien der Habitateignung Univariate Kriterien/Präferenzfunktionen Multivariate Kriterien Kombinierte Präferenzen Multivariate Präferenzfunktionen Einführung von Zusatzkriterien Logistische Regression Neuronale Netze Habitateignung in der Mesoskala Präferenzen Multivariate Verteilungsmodelle Fuzzy-logische Kriterien Biologische Eingangsdaten Fische Vor- und Nachteile als Zielorganismen Methoden der Vor-Ort-Datenerfassung Definition der Ansprüche Zeitliche Aspekte Makrozoobenthos Vor- und Nachteile als Zielorganismen Methoden der Vor-Ort-Datenerfassung Definition der Ansprüche Numerischer Ansatz zur Berechnung der FST-Halbkugeln VII

11 Inhaltsverzeichnis 6.3 Wasserpflanzen Habitateignung in verschiedenen Skalen Habitatsimulationsmodelle und Funktionsweisen Arten von Simulationsmodellen Spektrum der Modelltypen Modelle mit Schnittstellen Abiotik-Biotik Modelle mit Berücksichtigung biologischer Prozesse Versuch einer Modelleinteilung Benthoshabitat-Modellierung Messtechnische Erfassung der sohlnahen Strömung Datenerhebung Präferenzdaten Sohlnahe Hydraulik Auswertung der Messergebnisse Habitatqualität und Darstellung Fischhabitatmodellierung Datenerhebung Morphologie Substrat Unterstände Zusatzparameter Hydraulik (Freiwasser) Zero-models Eindimensionale Modelle D- und 3D-Modelle Statistische Modelle Strömungsmessungen als Alternative Berechnung der Habitatqualität Zelleneignung aus Präferenzfunktionen Zelleneignung aus Fuzzy-Regeln Darstellung der Habitatqualität Räumliche Verteilung Integrales Habitatangebot Statistische Habitatverteilung Zeitliche Habitatverteilung Räumliche Habitatvernetzung Bioenergetische Modellierung Eientwicklung Brutentwicklung Bioenergetische Modellierung von Salmoniden Bewertung der Modellierungsergebnisse Allgemeines Kriterien für eine ökologische Bewertung der Modellierungsergebnisse bei einer Mindestwasseruntersuchung Schritt 1: Zuordnung einer Qualitätsklasse Schritt 2: Zuordnung einer Durchgängigkeitskategorie Schritt 3: Modellierung Schritt 4: Festlegung eines Referenzabflusses Schritt 5: Bedingungen für die Mindestwasserregelung (MWR) Schritt 6: Integrierte Betrachtung Schritt 7: Zusätzliche Kriterien Großräumige Habitatmodellierung Lokaler Ansatz und Extrapolation Lange Flussabschnitte oder große Flüsse Flüsse mit mehrfacher Beeinflussung Gewässersysteme Rapid Habitat Mapping: PHABSIM Regionaler Ansatz/Mesohabitatmodellierung Meso-Scale Habitat Classification Method Norway (MSC-Norway) MesoHABSIM MesoCASiMiR Einzugsgebietsbezogene Modellierung VIII

12 Inhaltsverzeichnis 8 Praktischer Einsatz von Habitatmodellen Verifizierung Kalibrierung Sensitivitätsanalyse Validierung Good modeling practice Übersicht derzeit verfügbarer Modelle Einführung in das Simulationsmodell CASIMIR Fallbeispiel: Umweltverträglichkeitsstudie für eine Wasserkraftanlage an der Lenne, NRW Fallbeispiel: Ökostrom Einsatz für die Zertifizierung von WKA Literaturverzeichnis Glossar Stichwortverzeichnis IX

13 Inhaltsverzeichnis X

14 1. Grundsätzliches zur Durchgängigkeit 1 Grundsätzliches zur Durchgängigkeit Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Dipl.-Biol. M. Schmalz 1.1 Einführung in die Problematik Nutzung der Fließgewässer Kaum eine Umweltstruktur ist in Folge der Zivilisation durch den Menschen stärker verändert worden als die Fließgewässer. Ihre Nutzung als Brauch- und Trinkwasserspender, Transportmittel, Vorfluter für Abwasser und diffuse Einträge, als Arbeitsmittel und Erholungsraum, aber auch die von ihnen ausgehenden Bedrohungen wie z.b. Hochwasser führten zur einer grundlegenden Umgestaltung und Beeinträchtigung der Fließgewässerlandschaften. Vor allem die Wasserentnahmen und die wasserbaulichen Veränderungen des frühen Flussbaues aus dem 19. und dem beginnenden 20. Jahrhundert führten diese Beeinträchtigungen herbei. Weltweit sind deshalb schon fast alle großen Flüsse nicht mehr in ihrem ursprünglichen Zustand [Karr, 1993]. Die Biozönose (Gemeinschaft der Pflanzen und Tiere) wurde erheblich beeinflusst und es kam in den Fließgewässern zu einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Rückgang von Populationen sowie zu einer Verschiebung der Artenzusammensetzung. Eine besondere Rolle ist dabei einem Teilgebiet der wasserbaulichen Umgestaltung, nämlich der Zerschneidung der Fließgewässer durch Querverbauungen zuzuweisen. Neben sehr drastischen Auswirkungen, wie dem Aussterben von lokalen Populationen oder Fischarten, betreffen die Folgen dieser Veränderungen fast alle Organismengruppen der Fließgewässer in irgendeiner Weise. In den letzten Jahrzehnten hat der Mensch Methoden entwickelt, die Gewässer nicht mehr rücksichtslos auszubeuten, sondern deren Ressourcen, die wir dringend auch noch länger benötigen, nachhaltiger und damit schonender zu nutzen. Die früheren baulichen Umgestaltungen, welche die biologisch nachteiligen Veränderungen der Flüsse bewirkten, können so wenigstens teilweise wieder ausgeglichen oder unter besonderen Umständen sogar wieder rückgängig gemacht werden. Heute bedeutet Gewässerausbau eben nicht mehr rein technische Nutzung, sondern nachhaltige und damit naturnahe Gestaltung der für die wirtschaftliche Nutzung erforderlichen wasserbaulichen Eingriffe. Damit ist eine neue Herausforderung gegeben, die auch durch die geltenden Gesetze, allen voran die Europäische Wasserrahmenrichtlinie, bestimmt ist. Das Lehrgebiet des konventionellen Wasserbaues wird deshalb um eine neue Disziplin, nämlich die der biologischen Anpassung an die Bedürfnisse der Natur und deren Lebewesen, erweitert. Hier stehen wir sicher erst am Anfang der Möglichkeiten. Vieles ist noch unerforscht oder gerade Gegenstand der aktuellen Forschung. Trotzdem soll mit diesem Buch versucht werden, die bereits bekannten Methoden zu sammeln und zu vermitteln und darüber hinaus den Stand der Wissenschaft aufzuzeigen. Bei einem derart umfangreichen Vorhaben ist es zunächst erforderlich, einige Einschränkungen in der Auswahl der Themen zu treffen. Die Ausführungen beziehen sich vor allem auf den Ausgleich der Zerschneidung der Fließgewässer durch Querverbauungen und auf die Beeinträchtigungen durch Wasserentnahmen. Damit wird hier vor allem der aquatische Lebensraum der Fließgewässer behandelt. Bezüglich der Einleitungsproblematik, die in der Brauch- und Abwasserwirtschaft zu negativen Einflüssen auf die Biozönose führt, wird auf den Fernstudienkurs WW52 Abwasserbehandlung [Wbbau, 2009a] verwiesen. Gewässerrenaturierung im Allgemeinen wird im Fernstudienkurs WW44 Gewässerentwicklungsplanung [Wbbau, 2008] behandelt. Um die Bedeutung der Zerschneidung des aquatischen Fließgewässerlebensraumes zu verdeutlichen, wird in Kap. 1 Grundsätzliches zur Durchgängigkeit zuerst eine Auswahl der dafür zutreffenden Fließgewässertheorien erläutert. Unter Verwendung dieser Kenntnisse kann dann näher auf die Zonierung der Fließgewässer eingegangen werden. Die biologische Bedeutung der ungehinderten Durchgängigkeit für die Organismen wird detailliert erläutert. Es werden verschiedene natürliche als auch anthropogene Barrieren und ihre Auswirkungen vorgestellt. Kap. 1 Grundsätzliches zur Durchgängigkeit wird abgeschlossen mit einem kurzen Überblick über die historische wasserbauliche Entwicklung und über bemerkenswerte, durch die Zerschneidung in besonderem Maße betroffene Fischarten. Damit ist der dringende Handlungsbedarf im aquatischen Fließgewässerlebensraum verdeutlicht und in Kap. 2 Wiederherstellen der Durchgängigkeit werden dafür Lösungsmöglichkeiten angeboten. Querbauwerke können durch Fischaufstiegsanlagen für aufstiegswillige Fische in bestimmten Maße wieder durchgängig gemacht werden. Auch für absteigende Fische gibt es mittlerweile Lösungsansätze. Ausblicke auf fischökologisch wirksame, flussbauliche Renaturierungsmöglichkeiten und Maßnahmen der Durchgängigkeit an anderen Wasserbauten, wie Talsperren, Hochwasserrückhaltebecken, Durchlässen und Sielbauwerken, beschließen Kap. 2 Wiederherstellen der Durchgängigkeit. Da die Kenntnisse der biologischen Wirksamkeit der in Kap. 2 Wiederherstellen der Durchgängigkeit erläuterten Ausgleichsmaßnahmen derzeit noch vielfach unerforscht sind, ist die Kontrolle dieser Maßnahmen, die in Kap. 3 Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Wanderhilfen für Fische und Makrozoobenthos erläutert wird, derzeit noch eine sehr wichtige Disziplin bei der Wiederherstellung der Gewässerdurchgängigkeit. Mit den fischbiologischen Auswirkungen einer technisch veränderten Gewässerstruktur und von Wasserentnahmen befasst sich das Wissensgebiet der Ökohydraulik, in das in Kap. 4 Konzepte der Flusssystembetrachtung und Habitatmodellierung eingeführt wird. Veränderte Gewässerstrukturen weisen 1

15 1. Grundsätzliches zur Durchgängigkeit praktisch alle zivilisationsbeeinflussten Gewässer auf. Den aquatischen Fließgewässerlebensraum beeinträchtigende Wasserentnahmen kommen in Mitteleuropa vor allem bei Wasserkraftanlagen, welche als Ausleitungskraftwerk betrieben werden, vor. Um die für die Minimalanforderung an den Lebensraum erforderliche Wassermenge zu berechnen und den erforderlichen Lebensraum zu beschreiben, werden die Methoden der Habitatmodellierung verwendet. Dazu sind die physikalischen, morphologischen und biologischen Eigenschaften und Strukturen der Gewässer zu erfassen. In Kap. 5 Habitate und ihre Beschreibung und Kap. 6 Schnittstellen Physik Biologie werden diese zur Vorbereitung der Habitatmodellierung aufbereitet. Kap. 7 Habitatsimulationsmodelle und Funktionsweisen führt in die gebräuchlichen Habitatmodelltypen ein und stellt die Lösungsmethoden zur Berechnung der fischbiologisch erforderlichen Fließgewässereigenschaften vor. Im letzten Kapitel werden Anwendungsbeispiele, vor allem mit dem Habitatmodell CASIMIR, erläutert. 1.2 Was ist Durchgängigkeit? Die fischökologischen Zusammenhänge in Fließgewässern sind in hohem Maße von der Durchgängigkeit der Gewässer abhängig. Dieser äußerst komplexe Begriff wird im Folgenden an Hand der morphologischen und biologischen Eigenschaften der Fließgewässer erläutert Das Fließgewässerkontinuum Längszonierung der Fließgewässer Ausgehend von den geografischen, geologischen, morphologischen und chemischen Gegebenheiten des Umfeldes bildet sich im idealisierten Fall eine kontinuierliche Längszonierung im Verlauf eines Fließgewässers heraus. Grundlegende Komponenten sind das Gefälle, die Höhenlage und das anstehende Gestein. Sie sind verantwortlich für weitere Faktoren wie Fließgeschwindigkeit, Morphologie, Sedimentsortierung, Gewässerchemie und Gestaltung des Umfeldes. Eine weitere wichtige Einflussgröße ist das Klima, welches die Temperaturen und die Qualität des Stoffeintrages beeinflusst [Schönborn, 1992]. Von den genannten und weiteren Umweltfaktoren ist die Besiedlung der Fließgewässer mit Organismen abhängig. Leitfischregionen Die erste Gliederung der Fließgewässer im Sinne einer Längszonierung erfolgte durch Fischereibiologen, welche die Gewässer in Abhängigkeit von den dominierenden Fischarten in Leitfischregionen unterteilten [Steinmann, 1915], [TMLNU, 1996] (s. Abb. 1.1). Es kam zu einer Einteilung in Forellen-, Äschen-, Barben-, Blei- (Brassen-), und Kaulbarsch-Flunderregion (s. Abb Abb. 1.6). Diese Gliederung gilt jedoch nur für Mitteleuropa. Streng genommen sind die klassische Forellen- und Äschenregion nur in Mittelgebirgen anzutreffen. Im Flachland sind die Zonierungen nicht immer klar differenzierbar. Abb. 1.1: Leitfischregionen eines mitteleuropäischen Fließgewässers und ihre Beziehungen zu wichtigen physikalischen Parametern (verändert nach [Schönborn, 1992]) 2

16 2. Wiederherstellen der Durchgängigkeit 2 Wiederherstellen der Durchgängigkeit Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Dipl.-Biol. M. Schmalz, Dipl.-Ing. M. Friedrich 2.1 Einleitung Passierbarkeit von Querbauwerken mit Wanderhilfen In Kap. 1 Grundsätzliches zur Durchgängigkeit wurden die Bedeutung der Durchgängigkeit und der Vernetzung der Fließgewässer für das Überleben der Organismen und die Folgen der Zerschneidung erläutert. Die derzeit am häufigsten angewendete Methode zur Gewährleistung der (flussaufwärts gerichteten) Wanderung der Tiere ist der Bau von fischpassierbaren Bauwerken. Es sind recht viele Begriffe gebräuchlich: Fischtreppe, Fischpass, Fischweg, Fischaufstiegsanlage Fischwanderhilfe oder Fischaufstiegshilfe. Im englischsprachigen Raum spricht man ebenfalls von fishway, fishpass oder auch fishladder. In Deutschland ist derzeit der Begriff Fischaufstiegsanlage am gebräuchlichsten. Er wird überwiegend für eher technisch ausgerichtete Bauwerke benutzt (nicht für z.b. Sohlengleiten). Heutige Anforderungen schließen auch die Passierbarkeit für das Makrozoobenthos ein. Einige Jahre bemühte man sich, Fischauf- und Fischabstieg mit einem einzigen Bauwerk zu gewährleisten. Da die Ansprüche der Organismen an die beiden Wanderrichtungen jedoch sehr unterschiedlich sind, hat sich mittlerweile die Erkenntnis durchgesetzt, dass hierfür getrennte Anlagen nötig sind. Diese werden in Kap. 2.6 Fischabstieg vorgestellt. Dass selbst bei funktionierendem Fischaufund Fischabstieg die komplette Durchgängigkeit meist nicht wiederhergestellt werden kann, wurde bereits dargelegt. Sohlengleiten dagegen können unter bestimmten Verhältnissen die Durchgängigkeit vollständig wiederherstellen. Deshalb wurde unter Kap. 2.5 Bauweise von Wanderhilfen auch der Entwurf von Sohlengleiten mit aufgenommen. Ist genug Raum für eine umfassende Renaturierung des betreffenden Flussabschnittes vorhanden, stellt der komplette Rückbau des Querbauwerkes und die Umwandlung des betreffenden Flussbereiches in eine Umlagerungsstrecke oder beim gewundenen Fließgewässertyp eine Laufverlängerung sicher die beste Lösung dar. Diese Möglichkeit wird in Kap. 2.7 Ganzheitliche Betrachtung von Fließgewässern mit Wanderhindernissen angesprochen. Die alleinige Beseitigung des Querbauwerkes ist in vielen Fällen nicht ausreichend, da der technische Gewässerausbau, wie er in praktisch allen Flüssen Deutschlands vorzufinden ist, sich ebenfalls nachteilig auf die Durchgängigkeit auswirkt. Heute noch unverbaute und unzerschnittene Fließgewässerstrecken sind daher unbedingt zu erhalten [Jens et al., 1997]. Ist es nicht möglich, die Querbauwerke zu entfernen, ist der Bau von Wanderhilfen unumgänglich. Es ist anzustreben, dadurch einen möglichst langen Abschnitt des betreffenden Fließgewässers durchwanderbar zu gestalten. Die beste Lösung: kein Querbauwerk Über die Notwendigkeit von Wanderhilfen wurde in der Vergangenheit viel und zum Teil kontrovers und polemisch diskutiert. Obwohl zum Teil sogar aus Fischereikreisen der Sinn in Frage gestellt wird, gibt es keine echte Alternative zur Wiedervernetzung der Gewässer. Diese Erkenntnis hat sich mittlerweile durchgesetzt und schlägt sich zunehmend in den europäischen und deutschen Gesetzeswerken nieder (siehe Kap. 2.3 Rechtliche Grundlagen). Wenn die Tiere keine Möglichkeit zur Wanderung und zum genetischen Austausch haben, wird auch der Besatz von Gewässern letztendlich zu einer Verarmung der Fischfauna führen [Jens et al., 1997]. Auch an Gewässerabschnitten, die zum betrachteten Zeitpunkt weitere, nicht passierbare Querverbauungen aufweisen, ist die Anlage einer Wanderhilfe nicht sinnlos. Man muss davon ausgehen, dass auch die anderen Barrieren eines Flusses einmal entfernt oder mit Wanderhilfen ausgestattet werden. Langfristiges Denken ist gefragt! Der Bau einer passierbaren Anlage hat auch im begrenzten räumlichen Rahmen eine positive und nachhaltige Wirkung auf das Gewässersystem. Im folgenden Kapitel werden generelle Anforderungen an Fischaufstiegshilfen beschrieben und darauf basierend verschiedene Typen und Bauweisen vorgestellt. Die Grundlagen der hydraulischen Berechnung sind aufgeführt. Eine kurze Betrachtung von Spezialfällen schließt sich daran an. In der Praxis weit verbreitete Fehler bei Konzeption und Bau von Fischaufstiegsanlagen werden anhand einiger Beispiele dargestellt. Die Probleme, die speziell beim Fischabstieg entstehen, werden ausführlich im letzten Kapitel behandelt. 2.2 Geschichte Erste Fischaufstiegsanlagen bereits vor 200 Jahren Fischaufstiegsanlagen haben eine längere Geschichte als gemeinhin angenommen wird. Bereits vor 200 Jahren entstanden die ersten Lachstreppen. Diese wurden an natürlichen Barrieren (z.b. kleineren Wasserfällen oder Kaskaden), die bereits beckenartige Strukturen enthielten und auch von einzelnen Tieren durchsprungen werden konnten, errichtet. Man verband diese Becken mit Kanälen, wodurch sie für weitaus mehr Fische zugänglich wurden [Gerhardt, 1904]. Auch im weiteren Verlauf der Geschichte der Wanderhilfen wurde zumeist nur der Lachsaufstieg berücksichtigt. Es entstanden schräg verlaufende Rinnen an Wehren, die das Ziel hatten, das Gefälle soweit wie möglich zu verringern. Schließlich wurden in diese Rinnen Stege eingebaut, um die Geschwindigkeit zu verringern und den Weg des Wassers zu erhöhen. Dies waren die ersten Schlitzpässe [Gerhardt, 1904] (Siehe Abb. 2.1). Dieser Typ wurde besonders in Nordamerika in vielfältigen Formen angewendet und modifiziert. Später verbreiterte man die Stege zu Sperren, um Tümpelstrukturen zu simulieren. Somit wurden die ersten technischen Beckenpässe errichtet. Man erkannte, dass Fische lieber schwimmen als springen. Deshalb bekamen die Absperrungen Schlupflöcher. 43

17 2. Wiederherstellen der Durchgängigkeit Abb. 2.1: Schlitzpass am unteren Ballsadare-Pass, Irland (aus [Gerhardt, 1904]) Abmessungen der Becken, der Schlupflöcher und der Überfallhöhen festgeschrieben, auch wenn sie sehr häufig missachtet wurden. Auch damals waren diese Pässe noch hauptsächlich für Lachse gedacht. Sie konnten auch von anderen Fischarten benutzt werden, allerdings sind die Angaben darüber recht spärlich. Die Bauanleitungen beruhten noch nicht auf hydraulischen Berechnungen, sondern waren Erfahrungswerte. Abb. 2.2: Fischpass am Kraftwerk Rheinfelden, Rhein, um 1900 (Foto: H.-P. Hack) um 1870 erste Beckenpässe Die ersten Fischtreppen dieser Art wurden in Deutschland um 1870 errichtet [Gerhardt, 1904]. Bereits um 1890 hatte man die heute noch gültigen Maße für die Abb. 2.3: Denilpass am Kraftwerk Augst-Wyhlen am Rhein, um 1910 (Foto: H.-P. Hack) 44

18 3. Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Wanderhilfen für Fische und Makrozoobenthos 3 Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Wanderhilfen für Fische und Makrozoobenthos Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Dipl.-Biol. M. Schmalz 3.1 Einleitung Funktionskontrolle gehört zum Bau einer Wanderhilfe! Bei konsequenter Einhaltung der Vorgaben für die Einordnung und Dimensionierung sowie bei Durchführung eines Probelaufes wären umfangreiche Funktionskontrollen von Wanderhilfen eigentlich nicht notwendig. Wie aufgezeigt wurde, ist dies in der Praxis jedoch nicht immer gegeben. Oft müssen aufgrund verschiedener Zwänge die baulichen Anforderungen abgewandelt werden. Manchmal stehen die Verhältnisse vor Ort einer standardisierten Ausführung einer Wanderhilfe entgegen, so dass mehr oder weniger große Abweichungen von den Vorgaben notwendig werden. In jüngster Zeit kommt eine große Zahl an neu entwickelten Anlagen auf den Markt, mit denen noch keine Erfahrungen bestehen. Bei der Wiederansiedlung von anadromen Wanderfischen stellt die Funktionskontrolle von Wanderhilfen ein wichtiges Monitoringinstrument dar. In all diesen Fällen ist es von großer Bedeutung, die erwünschte Funktion der Wanderhilfe nachzuweisen [DVWK, 1996]. Im klassischen Sinne werden Funktionskontrollen vor allem an Fischaufstiegsanlagen durchgeführt. Zunehmend ist auch die Überwindbarkeit von Fischabstiegsanlagen nachzuweisen. Da auch Makrozoobenthos auf die Durchführung von Ortsveränderungen angewiesen ist, ist in einer umfassenden Untersuchung auch diese Gruppe zu berücksichtigen. Effizienz vs. Funktion Häufig wird in diesem Zusammenhang auch von Effizienzkontrollen gesprochen. Die Effizienz bedeutet rein rechnerisch den Prozentsatz der Fische, die die Anlage erfolgreich überwinden konnten. Da es jedoch aus methodischen Gründen kaum möglich ist, das im Unterwasser anstehende, tatsächliche Aufsteigerpotenzial zu bestimmen, kann zumindest für potamodrome und katadrome Fischarten im Fall des Fischaufstieges nicht von Effizienz gesprochen werden. Dies ist nur für anadrome Fischarten möglich, da man hier davon ausgehen kann, dass tatsächlich alle anstehenden Fische eine Aufwärtswanderung durchführen. Bei Abstiegsuntersuchungen ist die Angabe der Effizienz bei bestimmten Rahmenbedingungen möglich. Funktionskontrolle bereits bei Planung berücksichtigen Wie im vorhergehenden Kap. 2 Wiederherstellen der Durchgängigkeit besprochen, sollte bereits während der Konzeption, der Planung und dem Bau ständig ein Abgleich mit den Anforderungen an eine funktionierende Anlage durchgeführt werden. Dies ist bereits die erste Stufe einer Funktionskontrolle. Der Probelauf ist eine weitere Stufe. Danach erfolgt die ausführliche Kontrolle der baulichen und hydraulischen Parameter, was der eigentlichen Bauabnahme entspricht. Es genügt nicht, nur wenige Parameter, z.b. die Fließgeschwindigkeit stichprobenartig zu erfassen. Sollten sich bei der baulich-hydraulischen Kontrolle Abweichungen oder Unsicherheiten ergeben, ist zwingend eine biologische Kontrolle nach standardisierten Verfahren notwendig. Nur so kann die tatsächliche Eignung eines Bauwerkes zweifelsfrei nachgewiesen werden. Die Funktionskontrolle in engerem Sinne umfasst somit drei Stufen: Kontrolle der baulichen und hydraulischen Parameter, wenn notwendig: Kontrolle der biologischen Parameter sowie Auswertung und Interpretation der Daten Die Durchführung von Funktionskontrollen sollte bereits von vornherein auch in finanzieller Hinsicht berücksichtigt werden. Mit den Kontrollen sind unabhängige Einrichtungen oder Büros zu beauftragen, die über erfahrene, qualifizierte Mitarbeiter (Biologen, Fischereiwissenschaftler, -sachverständige) verfügen. Die bei den Kontrollen gewonnenen Daten sollten veröffentlicht werden. Derzeit existiert in Deutschland eine umfangreiche Grauzone an unveröffentlichter Literatur. Kontrollen werden derzeit trotz des Vorliegens von Methodenstandards noch nach den unterschiedlichsten Methoden durchgeführt, die oft die Vergleichbarkeit erschweren. Studie der DWA In dem DWA Themenband Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen - Auswertung durchgeführter Untersuchungen und Diskussionsbeiträge für Durchführung und Bewertung [DWA, 2006] wurden in einer Studie über 200 Berichte von Funktionskontrollen hinsichtlich der Methodik, der Bewertung und ihrer Interpretation untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass eine vergleichende Bewertung dieser Gutachten kaum möglich ist. Als Gründe hierfür werden u.a. eine unsystematische und uneinheitliche Herangehensweise bei der Bewertung verschiedener Parameter aufgeführt. Es wird auch bemängelt, dass die Einschätzung der Funktionsfähigkeit der Wanderhilfe teilweise auf der persönlichen, subjektiven Betrachtungsweise des Gutachters basiert. Fachinformation der BWK Von einer Arbeitsgruppe des BWK sind Voraussetzungen, Methoden, Auswertungsrichtlinien und gesetzliche Grundlagen für die Funktionskontrolle des Fischaufstieges zusammengetragen worden. Ziel dieser Fachinformation ist die einheitliche Herangehensweise, die Standardisierung von Methoden und die Vergleichbarkeit von Daten in Bezug auf Funktionskontrollen. Die BWK-Fachinformation Methodenstandard für die Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen [Ebel et al., 2006] wurde 2006 veröffentlicht. Im folgenden Kapitel wird auf die einzelnen Schritte bei der Durchführung von Kontrollen, die anzuwendende Methodik, die Auswertung der dabei gewonne- 123

19 Fischereischein 3. Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Wanderhilfen für Fische und Makrozoobenthos nen Daten und die Interpretation von möglichen Fehlerquellen eingegangen. Dabei werden Fischaufstieg, Fischabstieg und Makrozoobenthos getrennt betrachtet. 3.2 Rechtliche Vorschriften Vor dem Beginn einer Untersuchung müssen die notwendigen Genehmigungen eingeholt werden. Da die Binnenfischerei in der Gesetzeshoheit der Bundesländer liegt, müssen die speziellen Bestimmungen des jeweiligen Landes beachtet werden. Ausnahmegenehmigung zum Fang von Fischen in Fischwegen Der Fang von Fischen in Fischwegen ist nach den Fischereigesetzen der Länder verboten. Zur Durchführung von Funktionskontrollen ist demnach eine Ausnahmegenehmigung der zuständigen Behörde nötig. Dies ist meist die obere Fischereibehörde. Hier wird ein Antrag auf Ausnahmegenehmigung zum Fang von Fischen in Fischwegen gestellt. Für diesen Antrag müssen bereits die Genehmigungen oder Zustimmungserklärungen der Eigentümer bzw. Fischereirechtsinhaber oder der Pächter der jeweiligen Gewässerstrecken vorliegen. Dies können Privatpersonen, Kommunen oder Fischereivereine sein. Wird die Zustimmung von den Fischereirechtsinhabern eingeholt, müssen die Pächter über die Untersuchungen informiert werden. Ebenfalls zu informieren ist die untere Fischereibehörde des jeweiligen Landkreises. Die Sondergenehmigung berechtigt im Allgemeinen zur zeitweiligen Entnahme von Fischen, was bedeutet, dass alle Fische nach den Untersuchungen wieder ins Gewässer zurückgesetzt werden müssen. Eventuelle Sonderauflagen sind zu beachten. Liegen die Funktionskontrollen innerhalb der Schonzeiten im Gewässer vorkommender Fischarten, sind ganzjährig geschützte Arten zu erwarten, und werden Fische gefangen, die noch nicht das Mindestmaß erreicht haben, müssen gegebenenfalls weitere Sondergenehmigungen eingeholt werden. Für den Umgang mit Fischen ist ein gültiger Fischereischein nötig. Dieser kann durch den Besuch eines entsprechenden Lehrganges mit anschließender Prüfung erworben werden. Bei Arbeiten am Gewässer muss mindestens eine mitwirkende Person Inhaber eines Fischereischeines sein, diese hat die Aufsichtspflicht über die sie unterstützenden Personen ohne Fischereischein. Ein Fischereierlaubnisschein ( Angelkarte ) ist dagegen nicht erforderlich. Genehmigung zum Fang von Fischen mit elektrischem Strom Die Elektrofischerei ist immer durch die obere Fischereibehörde genehmigungspflichtig. Die ausübende Person muss im Besitz sowohl eines Fischereischeines als auch im Besitz eines Bedienungsscheines zum Betreiben von Elektrofischfanganlagen sein. Dieser wird nach einem Lehrgang mit nachfolgender Prüfung ausgestellt. Für die Antragstellung auf Genehmigung des Fischfanges mit elektrischem Strom sind eine gültige TÜV-Bescheinigung für das Elektrogerät, der Nachweis einer abgeschlossenen Haftpflichtversicherung und die Zustimmung des Fischereirechtsinhabers notwendig. Nur die dazu berechtigte Person darf die Elektrode und den Schalter bedienen. Sie ist von einer zweiten Person zu unterstützen. Diese muss nach den Bestimmungen des Verbandes Deutscher Elektrotechniker unterwiesen worden sein. Vor Ausübung der Elektrofischerei sind die zuständigen Fischereirechtsinhaber und die Pächter zu informieren. Bei der Arbeit am Gewässer müssen alle Genehmigungen, TÜV-Zeugnisse und Berechtigungsscheine mitgeführt werden. Für die Entnahme von Makrozoobenthos (im Fischereigesetz meist als Fischnährtiere bezeichnet) ist nur die Genehmigung des Fischereirechtsinhabers, nicht aber die der Fischereibehörden notwendig. 3.3 Kontrolle des Fischaufstieges Kontrolle hydraulischer und baulicher Parameter Allgemeine Grundsätze Hydraulisch-bauliche Kontrolle ist obligatorisch Bei der Kontrolle der baulichen und hydraulischen Parameter wird nicht nur die Fischaufstiegsanlage selbst betrachtet, sondern auch die Unterwasser- und Oberwasserkomponente. Hier können sich ebenfalls gravierende Mängel ergeben, die die Funktion des eigentlichen Bauwerks beeinträchtigen. Wie bereits in Kap. 3.1 Einleitung erläutert, ist es von großer Bedeutung, die Einhaltung der baulichen Vorgaben im Verlauf der Errichtung einer Fischaufstiegsanlage mehrmals abzugleichen und zu überprüfen. Die eigentliche Aufnahme aller relevanten Messwerte erfolgt nach der Fertigstellung. Die Ergebnisse entsprechen einer Bauabnahme und sollten von der dafür zuständigen Behörde immer eingefordert werden. Selbst wenn keine biologische Kontrolle durchgeführt wird, ist dieser Teil obligatorisch. Entsprechend der Forderung, dass eine Fischaufstiegsanlage bei Durchflüssen zwischen Q 30d und Q 300d funktionsfähig sein soll, müssen zwei Aufnahmen möglichst bei diesen Extremwerten erfolgen. Wichtig ist auch die erneute Aufnahme, wenn sich in der Abflusssituation des Gewässers Veränderungen ergeben, z.b. bei der Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme einer Wassernutzung, bei Veränderung der abgegebenen Restwassermenge oder bei der Anbindung von Seitenarmen Auswahl der zu erfassenden Parameter Auswahl der abiotischen Faktoren Bei der Erfassung werden Sohlniveaus, Wasserspiegellagen, Fließgeschwindigkeiten und geometrische Maße erfasst. Je nach Erfordernis sind dazu entsprechende Feldprotokolle anzufertigen. Eine Skizze der gesamten Anlagenumgebung sowie die Zeichnung der Fischaufstiegsanlagen sollten bei der Felderfassung mitgeführt werden, um Auffälligkeiten oder Abweichungen direkt eintragen zu können. Eine ausführliche Fotodokumentation, evtl. sogar Videoaufnahmen können die Beweisaufnahme verdeutlichen. In den einzelnen Abschnitten sind folgende Parameter aufzunehmen (verändert nach [Ebel et al., 2006]): 124

20 4. Konzepte der Flusssystembetrachtung und Habitatmodellierung 4 Konzepte der Flusssystembetrachtung und Habitatmodellierung Prof. Dr.-Ing. K. Jorde, Dr.-Ing. M. Schneider 4.1 Einführung Zum Begriff Ökohydraulik Da dieses Kapitel sich mit dem Fachgebiet der Ökohydraulik beschäftigt, soll dieser Begriff hier kurz erläutert werden: Was ist ÖKOHYDRAULIK? Definition Ökohydraulik ist ein Begriff, der erst in den letzten Jahren zunehmend benutzt wird, um die Zusammenhänge zwischen hydraulischen Zuständen oder Vorgängen (einschließlich Transport und Dispersionsvorgängen von Schwebstoffen oder gelösten Stoffen) in der Umwelt, gewässermorphologischen Prozessen und Strukturen und allen gewässergebundenen (aquatische, semiterrestrische, terrestrische) Biozönosen zu erfassen. Dabei bezieht sich der Begriff Ökohydraulik nicht nur auf Fließgewässer oder Fließgewässersysteme, welche den Schwerpunkt dieses Kapitels bilden, sondern ebenso auf stehende oder nur schwach durchflossene Gewässer sowie auf Grundwasser beziehungsweise das hyporheische Interstitial. Ökohydraulik stellt somit ein Bindeglied zwischen der Hydraulik natürlicher Systeme und den Reaktionen der Biozönosen dar, die dort leben. Die Ökohydraulik ist also keine neue Wissenschaft, da bereits vor über hundert Jahren derartige Zusammenhänge bekannt waren, jedoch wurde mit der zunehmenden Bedeutung der damit verbundenen Forschungsarbeiten und Erkenntnisse ein eigenständiger Begriff geprägt. Ökohydraulik bildet keinen Gegensatz zur klassischen Hydraulik, sondern wendet Methoden und Wissen aus der klassischen Hydraulik auf neue Fragestellungen an. Im Jahr 1994 fand im norwegischen Trondheim die erste Internationale Ecohydraulik Konferenz statt, gefolgt von weiteren Konferenzen 1996 in Quebec, 1999 in Salt Lake City, 2002 in Kapstadt und 2007 in Christchurch. Die letzte Konferenz (7th International Symposium on Ecohydraulics) fand im Januar 2009 in Concepcion, Chile statt. Parallel dazu wurde innerhalb der IAHR (International Association for Hydraulic Engineering and Research) 1996 eine Ecohydraulics Sektion gegründet. Ebenfalls zu dieser Zeit bildete sich die IAMG (International Aquatic Modeling Group), ein loser Zusammenschluss von Wissenschaftlern und angewandten Habitatmodellierern aus der ganzen Welt Situation der Fließgewässer heute gestörte Flussgebiete In Europa und Nordamerika werden die meisten Flussgebiete seit Jahrhunderten oder gar Jahrtausenden von Menschen genutzt. Infolge der anthropogenen Eingriffe und Störungen auf die Flüsse und Flussgebiete sind heute in der nördlichen Hemisphäre nur noch verschwindend wenige Flüsse oder gar Einzugsgebiete in einem natürlichen oder naturnahen Zustand [Johnson et al., 2001]. In den letzten Jahrzehnten, insbesondere aber den letzten zehn Jahren, hat sich verstärkt die Erkenntnis durchgesetzt, dass Menschen nur in einer intakten Umwelt langfristig überleben können. Flussgebiete gehören zu den am intensivsten genutzten, am stärksten geschädigten, gleichzeitig aber ökologisch besonders wichtigen Landschaften der Erde. Einen Ersatz oder Kompensationen für ein gestörtes Flussgebiet gibt es nicht. Gewässerstruktur Nachdem zumindest im Mitteleuropa seit den 60er Jahren immense Fortschritte bei der Gewässerreinhaltung durch Kläranlagen gemacht wurden, kommt heute der Gewässerstruktur eine steigende Bedeutung zu. Renaturierungsprojekte und naturnahe Bauweisen gehören heute zu den wichtigsten wasserbaulichen Aktivitäten. Dennoch werden auch weiterhin weltweit Gewässer weiter verbaut, z.b. aus Gründen des Hochwassermanagements, zur Energieerzeugung und zur Verbesserung der Schifffahrt. Beispiele hierfür gibt es auch in Deutschland, wie z.b. der Ausbau der Donau zwischen Straubing und Vilshofen. Hauptziele der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) sind daher Erhaltung oder die Wiederherstellung eines guten ökologischen Zustandes aller Fließgewässerökosysteme, Vermeidung einer weiteren Verschlechterung sowie Schutz und Verbesserung des Zustandes aquatischer Ökosysteme und der direkt anhängigen Landökosysteme. Der Begriff guter ökologischer Zustand orientiert sich dabei am natürlichen Zustand. Für die Beurteilung werden biologische und hydromorphologische Komponenten herangezogen. Diese Definition bringt allerdings in der praktischen Anwendung Probleme mit sich. Zum einen ist die Erfassung der biologischen Komponenten durch Besammlung, Beobachtung oder Beprobung relativ aufwendig. Andererseits unterliegen diese Komponenten meist zeitlichen Fluktuationen, so dass Mehrfacherfassungen notwendig sind. Vor allem aber werden durch die herkömmlichen Verfahren hauptsächlich bestehende Zustände erfasst, die Voraussage der Entwicklung eines Gewässers bzw. der Wirksamkeit von Optimierungsmaßnahmen ist bislang nur sehr begrenzt möglich. Das heißt also, diesen Verfahren fehlt die Prognosefähigkeit. Da viele Gewässer durch menschliche Eingriffe völlig verändert wurden und deshalb ihr natürlicher ökologischer Zustand realistisch betrachtet nicht als Leitbild für das Ziel eines guten ökologischen Zustands heran- 149