Fischliftschleuse nach System der Wasserwirt Neuartige Fischaufstiegsanlage

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1 Fischliftschleuse nach System der Wasserwirt Neuartige Fischaufstiegsanlage Bei der Fischliftschleuse nach System der Wasserwirt handelt es sich um eine neuartige Einwicklung einer Fischaufstiegsanlage (FAA), die sich vor allem durch ihren geringen Platz- und Wasserbedarf sowie geringere Errichtungskosten auszeichnet. Dadurch eignet sich das System besonders bei Standorten, wo der Stand der Technik für FAA auf Grund von beengten Platzverhältnissen, geringen Restwasserabgabevorschreibungen an kleinen Bächen oder hohen Kostenaufwendungen für Spezialkonstruktionen an seine Grenzen stoßen. Bernhard Monai und Birgit Zraunig FORSCHUNG GEWÄSSER 1 Beschreibung der Fischliftschleuse 1.1 Allgemein Das System Fischliftschleuse hat seinen Ursprung in den Erfahrungen der letzten Jahre im Zuge der Planung von Fischaufstiegsanlagen (FAA), welche durch die WRRL zur Wiederherstellung der Durchgängigkeit an Querbauwerken umgesetzt werden müssen. Als Planungsbüro stößt man dabei oft auf Kraftwerksstandorte, die die Errichtung einer FAA nach Stand der Technik aus verschiedenen Gründen, wie z. B. beengte Platzverhältnisse, Grundstücksverhältnisse oder kleine Bäche mit geringer Restwasserabgabe, nicht zulässt. In solchen Fällen muss eine standortspezifische Lösung erarbeitet werden. Die in Entwicklung befindliche Fischliftschleuse hat ihren Ursprung in solchen Spezialanforderungen mit dem Ziel, auch bei beengten Platzverhältnissen oder geringen vorgeschriebenen Restwasserabgaben einen Fischaufstieg zu ermöglichen, ohne dass die Errichtungskosten dafür eklatant hoch sind. Bisher wurden fünf Pilotanlagen geplant, errichtet und zwei davon einem Monitoring unterzogen. Dazu läuft derzeit ein Forschungsprojekt, welches gemeinsam mit dem Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), sowie der Prüfstelle für Umwelttechnik und Wasserbau der Universität Kassel durchgeführt wird. 1.2 Systembeschreibung Die Fischliftschleuse stellt, wie der Name bereits sagt, eine Kombination aus einem Lift und einer Schleuse dar. Die zentrale Kompakt ¾¾Die Fischliftschleuse eignet sich besonders für Standorte mit platzbeengten Verhältnissen und Standorten mit großen Höhen. ¾¾Sie ist dort einsetzbar, wo Stand-der-Technik- Lösungen nicht sinnvoll anwendbar sind. ¾¾Mit dem System können verschiedenste Anforderung (z. B. Wasserspiegelschwankungen im Ober- und Unterwasser) wirtschaftlich gelöst werden. Komponente ist ein Schachtbauwerk, über welches der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser von den wandernden Arten vertikal überwunden wird (Bild 1). Der Schacht verfügt über eine Öffnung unten und eine Öffnung oben im Schacht. Beide Öffnungen sind mit einem Schieber mit elektrischem Antrieb ausgestattet, so dass diese mittels Steuerung automatisch geöffnet und geschlossen werden können. In den Boden des Schachts führt eine Befüllleitung, welche mit Wasser aus dem Oberwasser gespeist wird und ebenfalls mit einem Schieber mit elektrischem Antrieb ausgeführt ist. Die Befüllleitung gabelt sich am Schachtboden auf und füllt diesen bei Öffnung des Schiebers, wobei die Aufgabelung für eine ausgeglichene Befüllung über die Fläche des Schachtbodens sorgt. Die Befüllleitung wird zum Teil mit einem Rohrstrang aus dem Schacht ins Unterwasser geführt und dient dann auch als Entleerungsleitung. Im Schacht selbst befindet sich ein Transportsystem. Dieses besteht in seiner einfachsten Form aus einem Schwimmkörper aus Kunststoff (oben) und einer Lochplatte (unten), welche über Gewindestangen miteinander verbunden sind. Das Transportsystem ist auf der Seite offen, wodurch das System sich im Schacht frei drehen kann und keine Führung erforderlich ist. 1.3 Betriebsphasen Fangphase Während der Fangphase ist der Schieber der Öffnung unten im Schacht geöffnet, der Schieber oben im Schacht ist geschlossen. Der Wasserspiegel im Schacht ist dadurch mit dem Unterwasserspiegel am Kraftwerk ausgeglichen. Das Transportsystem steht auf dem tiefsten Niveau. Die Befüllleitung am Schachtboden ist geringfügig geöffnet, so dass Wasser aus dem Schacht ins Unterwasser rinnt und eine Leitströmung in den Schacht erzeugt wird. Dadurch werden aus dem Unterwasser ankommende Fische in den Schacht geführt. Im Schacht selbst befinden sich die Fische über dem Lochblech des Transportsystems (Bild 1). Durch diese Durchströmung vom Schacht ins Unterwasser werden gleichzeitig auch Verlegungen am Lochblech (Laub, Geäst) abgespült, wodurch das System auch eine selbstreinigende Wirkung aufweist. 45

2 Bild 1: Fischliftschleuse, 3-D-Animation der Phase 1 (Quelle: der Wasserwirt) Hubphase Im Anschluss an die Fangphase, welche ungefähr fünf Minuten dauert, wird der Schieber unten geschlossen. Die in der Fangphase gering geöffnete Befüllleitung wird nun langsam geöffnet und der Wasserspiegel im Schacht steigt an, bis dieser mit dem Oberwasserspiegel beim Kraftwerk ausgeglichen ist. Mit steigendem Wasserspiegel im Schacht steigt das Transportsystem durch den Schwimmkörper automatisch auf. Die Fische im Schacht werden somit nach oben transportiert, wobei das Lochblech eine Barriere nach unten bildet. Die Hubphase endet mit dem Ausspiegeln des Wasserspiegels im Schacht mit dem Oberwasserspiegel beim Wehrbauwerk. Ausstiegsphase In der Ausstiegsphase wird der Schieber der Öffnung oben im Schacht geöffnet, so dass die Fische vom Schacht ins Oberwasser schwimmen können. Gleichzeitig wird die Schachtöffnung im Unterwasser leicht geöffnet, so dass eine Durchströmung des Schachts vom Oberwasser ins Unterwasser erfolgt und die Fische zum Ausschwimmen gegen die Strömung animiert werden. Absenkphase In der Absenkphase wird zuerst der Schieber der oberen Schachtöffnung geschlossen. Im Anschluss wird, abhängig von der jeweiligen Ausführung, der Schieber im Unterwasser beim Schacht geringfügig oder die Entleerungsleitung vollständig geöffnet, so dass das Wasser im Schacht ins Unterwasser abgegeben wird. Der Wasserspiegel im Schacht sinkt, bis dieser wieder mit dem Unterwasserspiegel ausgeglichen ist. Gleichzeitig mit dem Wasserspiegel im Schacht sinkt auch das Transportsystem wieder auf das niedrigste Niveau ab. Am Ende dieser Phase wird die Öffnung im Unterwasser im Schacht wieder vollständig geöffnet und die Befüllleitung leicht geöffnet. Der Prozess beginnt wieder von vorne mit der Fangphase. 2.1 Pilotanlage 1 am Löllingbach Pilotanlage 1 befindet sich am Löllingbach in Unterkärnten an einem Ausleitungskraftwerk. Der Standort liegt in der Fischregion Epirhithral mit der größenbestimmenden Leitfischart Bachforelle (Salmo trutta forma fario; 30 cm) und der Begleitfischart Koppe (Cottus gobio). Der Höhenunterschied zwischen Oberwasser und Unterwasser am Wehrbauwerk beträgt ca. 2,5 m. Für den Standort liegt laut Bescheid eine Restwasserdotation von 60 l/s (November bis März) und 110 l/s (April bis Oktober) vor. Die beengten Platzverhältnisse vor Ort sowie die geringen Restwassermengen führten dazu, dass der Standort als gut geeignet für eine Fischliftschleusen-Pilotanlage befunden wurde. Die Anlage wurde im Jahr 2014 geplant und im Frühjahr 2015 errichtet. Sie besteht aus den Standardkomponenten laut Beschreibung unter Abschnitt 1.2. Die Inbetriebnahme erfolgte Anfang Mai Die Anlage konnte sehr gut in den Bestand integriert werden und steht im Eckbereich zwischen Wehrbauwerk und Oberwasserkanal des Kraftwerks (Bild 2). 2.2 Pilotanlage 2 an der Gurk Pilotanlage 2 befindet sich an der Gurk in Unterkärnten an einem Laufkraftwerk. Der Standort liegt in der Fischregion Hyporhithral mit der größenbestimmenden Leitfischart Huchen (Hucho hucho; 80 cm) und den Begleitfischarten Äsche (Thymallus thymallus), Bachforelle (Salmo trutta forma fario) und Koppe (Cottus gobio). Der Höhenunterschied zwischen Oberwasser und Unterwasser am Wehrbauwerk beträgt 2 Pilotstandorte Bisher wurden fünf Pilotanlagen der Fischliftschleuse nach System der Wasserwirt errichtet. Alle Pilotanlagen befinden sich in Österreich, vier davon in Kärnten und eine in Oberösterreich. Bei zwei dieser Anlagen wurde das Monitoring bereits abgeschlossen. Bild 2: Pilotstandort am Löllingbach (Quelle: der Wasserwirt)

3 Bild 3: Pilotstandort an der Gurk mit Schachbauwerk im Krafthaus (links) und Anschluss Oberwasser (rechts) (Quelle: der Wasserwirt) ca. 3,4 m. Da das Kraftwerk mitten in einem Industriestandort liegt, war eine FAA nach Stand der Technik auf Grund des hohen Verbauungsgrads nicht möglich. Die Pilotanlage wurde im Krafthaus situiert. Die Anlage wurde im Jahr 2014 geplant und im Jahr 2015 errichtet. Die Fischliftschleuse wurde im Juli 2015 fertiggestellt. Somit konnten ab Juli 2015 erste Versuche am Standort durchgeführt werden. Da neben der Durchgängigkeit jedoch auch eine Revitalisierung an einer der beiden Turbinen geplant war, wurde das Monitoring an diesem Standort im Frühjahr 2016 durchgeführt. Infolgedessen wurde im Sommer 2015 nur ein Vormonitoring am Pilotstandort durchgeführt (Bild 3). Spezielle Anforderungen Bei Pilotstandort 2 ist ein schwankender Unterwasserspiegel zu berücksichtigen. Die Schwankung zwischen Q 30 und Q 330 beträgt ungefähr 70 cm. Dieser Zustand wurde mit einem adaptierten Transportsystem gelöst, bei welchem das Lochblech mittels Seilsystem an einer Seilwinde befestigt ist. Der Schwimmkörper entfällt bei dieser Anlage. Unabhängig vom Unterwasserstand wird das Gitterlochblech immer auf die tiefste Position geführt, so dass sich einsteigende Fische immer über dem Lochblech befinden. Bei diesem Standort wurden auch Abstiegsversuche durchgeführt, bei denen Abstiege nachgewiesen werden konnten. 2.3 Pilotanlage 3 an der Möll Pilotanlage 3 liegt an der Möll (Oberkärnten) in der Fischregion Hyporhithral mit der größenbestimmenden Fischart Huchen (Hucho hucho; 80 cm). Im Herbst 2016 wurde die Anlage in Betrieb genommen. Erste Versuche zum Monitoring wurden im Oktober 2016 begonnen und dauern noch an. Spezielle Anforderungen Der Standort weist die Besonderheit auf, dass Oberwasserspiegelschwankungen von bis zu 2,5 m auftreten. Diese werden mit einem Stoppersystem auf einfache Art und Weise ausgeglichen. Es gibt danach im Oberwasser trotz Schwankungen nur eine Ausstiegsöffnung. 2.4 Weitere Pilotstandorte Zwei weitere Pilotanlagen werden im Herbst 2016 noch in Betrieb genommen. Pilotanlage 4 liegt an der Traun (Oberösterreich) in der Fischregion Seeausrinn mit der größenbestimmenden Fischart Seeforelle (Salmo trutta forma lacustris; 70 cm). Der Standort weist die Besonderheit auf, dass der Ausstieg im Schacht höher liegt als der Oberwasserspiegel. Das bedeutet, dass nach Ausspiegeln des Wasserspiegels im Schacht mit dem Oberwasserspiegel mittels Pumpe der Wasserspiegel im Schacht weiter erhöht wird. Die Fische werden dann über eine Rohrleitung ins Oberwasser geführt. Pilotanlage 5 liegt an der Görtschitz (Kärnten) in der Fischregion Metarhithral mit der größenbestimmenden Fischart Bachforelle (Salmo trutta fario). 3 Monitoring, bisherige Erfahrungen 3.1 Pilotstandort 1 am Löllingbach Methodik Pilotstandort 1 wurde nach der Fertigstellung im April 2015 in Betrieb genommen. Im Anschluss wurde das Monitoring begonnen. Dazu wurde eine Erhebung des Fischbestands durchgeführt, indem im Ober- sowie im Unterwasser des Löllingbaches 47

4 elektrisch (mittels Rückenaggregat) qualitativ und quantitativ befischt wurde. Die dabei gefangenen Tiere wurden vermessen und jene Exemplare mit einer Größe über 100 mm markiert. Die Markierung erfolgte dabei abhängig vom Befischungsabschnitt mit unterschiedlichen Farben, um die aufgestiegenen Fische auch nach ihrer Herkunft differenzieren zu können. Es wurden insgesamt drei Befischungsabschnitte befischt, wodurch für die Markierung der Fische drei unterschiedliche Farben verwendet wurden. Als Markierungsmittel wurden Visible Implant Elastomere Tags (VIE), ein flüssiges Kunststoffgemisch (2-Komponenten), eingesetzt. Dieses wird unter die oberste Hautschicht injiziert und härtet anschließend zu einem biegsamen biologisch verträglichen Kunststoff aus. Frühjahrsmonitoring Der Vorversuch begann am 9. Mai Im Rahmen des Vorversuchs wurden die markierten Fische im unmittelbaren Einstiegsbereich der Fischliftschleuse ausgesetzt und in diesem Bereich durch Installation eines Absperrnetzes am Wegschwimmen gehindert. Im Anschluss an den Ausstieg aus dem Schacht der Fischliftschleuse wurde eine Reuse installiert, um alle aufgestiegenen Fische erfassen zu können. Alle aufgestiegenen Fische wurden nach deren Erfassung (Vermessung, Protokollierung) wieder in den Einstiegsbereich zurückgesetzt. Dadurch war für die aufgestiegenen Fische ein weiterer Aufstieg möglich. Ziel des Vorversuchs war der Nachweis, dass Fische die Fischliftschleuse annehmen und (mehrmals) nutzen. Der Vorversuch wurde am 17. Mai 2015 abgeschlossen. Am 18. Mai 2015 begann der Hauptversuch, bei welchem das für den Vorversuch installierte Absperrnetz entfernt wurde. Die im Unterwasser ausgesetzten und markierten Fische konnten sich im Unterwasser frei bewegen. Im Oberwasser wurden alle aufgestiegenen Fische wieder mit der Reuse gefangen und in weiterer Folge vermessen sowie protokolliert. Im Anschluss wurden die Fische wieder im Unterwasser ausgesetzt. Im Rahmen des Frühjahrsmonitorings zwischen 9. Mai und 9. Juni 2015 stiegen insgesamt 64 Bachforellen (zwischen 100 und 267 mm), vier Koppen (zwischen 115 und 125 mm) und zwei Regenbogenforellen (365 mm und 257 mm) auf (Tabelle 1). Herbstmonitoring Das Herbstmonitoring erfolgte im Zeitraum von 26. Oktober bis 14. November Innerhalb dieser Zeit stiegen insgesamt 33 Bachforellen (zwischen 80 und 270 mm) sowie eine Koppe mit 110 mm auf. Kameraaufzeichnungen Im Zuge des Monitorings wurden am Schwimmkörper zwei Kameras im Winkel von 90 zueinander befestigt, so dass der Bereich zwischen Lochblech und Schwimmer aufgezeichnet wurde. Ziel der Kameraaufzeichnung war die Beobachtung der Fische bzw. deren Verhalten während der verschiedenen Betriebsphasen. Zusammenfassung Monitoring Pilotanlage 1 Angesichts der am Standort vorherrschenden Fischpopulation im Verhältnis zu den erfolgten Aufstiegen sowie der Größenverteilung der aufgestiegenen Fische (Bachforellen aller Altersklassen, Längen mm) kann der Pilotanlage 1 am Löllingbach laut Richtlinie des Österreichischen Fischereiverbandes [1] ein positives Zeugnis ausgestellt werden ( funktionsfähig ). 3.2 Pilotstandort 2 an der Gurk Methodik Beim Pilotstandort 2 wurde nach der Fertigstellung im Juli 2015 ein Versuchsbetrieb aufgenommen, da die Arbeiten am Kraftwerk noch nicht abgeschlossen waren. Dazu wurde eine Erhebung des Fischbestands durchgeführt. Im Unterwasser wurde eine quantitative Elektrobefischung und im Oberwasser eine qualitative Befischung mittels Fangboot (Standaggregat; 5 KW) durchgeführt. Die dabei gefangenen Tiere wurden wieder vermessen und jene Exemplare mit einer Größe über 100 mm markiert. Die Markierung erfolgte dabei mit nur einer Farbe, wobei dasselbe Mittel wie bei Pilotstandort 1 zur Anwendung kam. Tabelle 1: Darstellung der aufgestiegenen Fische am Pilotstandort 1 (Quelle: der Wasserwirt) Gewässer Löllingbach (Oberwasser) Löllingbach (Unterwasser) Abschnitt OW OW-G RW VW Abschnittslänge [m] Gewässerbreite [m] 4,5 3,5 4,5 Fischart markiert (Farbe) Ind. (n) grün Ind. (n) blau Ind. (n) rot Ind. (n) rot Bachforelle Regenbogenforelle 1 Fischart nicht markiert Ind. (n) Ind. (n) Ind. (n) Ind. (n) Bachforelle Regenbogenforelle Koppe Gesamtsumme Abkürzungen: OW = Oberwasser, OW-G = Oberwasser Gunpen, RW = Restwasser, VW = Vollwasser, Ind. = Indikator

5 Sommermonitoring und Herbstmonitoring Der Vorversuch wurde am 22. Juli 2015 durchgeführt, wobei die gefangenen und markierten Fische am 21. Juli 2015 im unmittelbaren Einstiegsbereich, dem sogenannten Wartezimmer, ausgesetzt wurden. Ziel des Vorversuchs war der Nachweis, dass Fische die Fischliftschleuse annehmen und (mehrmals) nutzen. Der Vorversuch wurde ausschließlich am 22. Juli 2015 durchgeführt. Dabei stiegen innerhalb von zehn Stunden 19 Bachforellen auf. Am 24. Juli 2015 wurde der Versuch ohne Absperrung bis 15. August 2015 durchgeführt. In diesem Zeitraum sind 28 Bachforellen aufgestiegen. Während der Herbstkontrolle zwischen 10. September und 18. November 2015 sind weitere 21 Bachforellen aufgestiegen. Frühjahrsmonitoring Das Frühjahrsmonitoring wurde im Zeitraum 5. April bis 18. Mai 2016 durchgeführt. Dabei sind 64 Bachforellen aller Altersstadien sowie sechs Äschen aufgestiegen. Ebenso wurde ein Koppenversuch durchgeführt, bei dem drei Koppen erfolgreich aufgestiegen sind. Des Weiteren wurden im Anschluss an die Reusenkontrollen Videokontrollen durchgeführt, während denen weitere Bachforellen aufstiegen sind (nur sporadische Zählung erfolgt). Zusammenfassung Monitoring Pilotanlage 2 In den Kontrollphasen (Sommer 2015, Herbst 2015 und Frühjahr 2016) sind insgesamt 109 Bachforellen, sechs Äschen und drei Koppen aufgestiegen. Angesichts der am Standort vorherrschenden Fischpopulation im Verhältnis zu den erfolgten Aufstiegen sowie der Größenverteilung der aufgestiegenen Fische konnte auch der Pilotanlage 2 an der Gurk laut Richtlinie des Österreichischen Fischereiverbandes [1] ein positives Zeugnis ausgestellt werden ( funktionsfähig ). 3.3 Zusammenfassung Einerseits konnte nachgewiesen werden, dass das System von Fischen für den Aufstieg akzeptiert wird. Andererseits konnte gezeigt werden, dass die kompakte Bauweise des Systems den Einsatz bei Standorten mit begrenzten Platzverhältnissen ermöglicht. Zudem bietet das System durch die kompakte Bauweise eine geringe Angriffsfläche bei Hochwässern und bedarf eines geringeren Wartungsaufwands. Das System wird von Fischen auch für den Abstieg angenommen. 4 Ausblick Aufgrund der Erfahrung der derzeit in Betrieb befindlichen Anlagen wird das System laufend ökologisch und hydraulisch optimiert. 4.1 Pilotstandorte in Umsetzung Es befindet sich eine weitere Anlage in Oberösterreich in Planung. Der Standort liegt in der Fischregion Hyporhithral groß mit Huchen 80 cm. Die Hubhöhe der geplanten Fischliftschleuse beträgt ca. 10,50 m. Die Pilotanlage wird für die Anbindung ins Oberwasser eine Konstruktion einer platzsparenden Fischrutsche aufweisen. Zwei weitere Pilotstandorte sind in der Schweiz geplant sowie einer in Deutschland. 4.2 Weitere Monitorings Im Herbst 2016 werden an den Pilotstandorten 3-5 ebenso die Monitorings begonnen. Dabei kommt auch ein neuartiges Kameramonitoringsystem der BOKU Wien zum Einsatz [2], das die Reusenuntersuchungen ersetzt. Hierbei werden die Fische mit einer Kamera aufgezeichnet. Durch diese Art des Monitorings kann auch das Verhalten der Fische beobachtet werden, um bei Bedarf Adaptionen in Bezug auf Strömung, Struktureinbauten usw. durchzuführen. Autoren DI Bernhard Monai, M. Sc. Birgit Zraunig, M. Sc. Hauptplatz Straßburg, Österreich bernhard.monai@der-wasserwirt.at birgit.zraunig@der-wasserwirt.at Literatur [1] Woschitz, G.; Eberstaller, J.; Schmutz, S.: Mindestanforderung bei der Überprüfung von Fischmigrationshilfen (FMH) und Bewertung der Funktionsfähigkeit. In: Österreichischer Fischereiverband (Hrsg.): Richtlinien der Fachgruppe Fischereisachverständige beim Österreichischen Fischereiverband, Richtlinie 1/2003. [2] Mader, H., Käfer, S.; Kratzert, F.: FishCam Videomonitoring zur Funktionsanalyse von Fischaufstiegsanlagen. In: WasserWirtschaft 107 (2017), Heft 2-3, S Bernhard Monai and Birgit Zraunig Fish lift sluice by system of der Wasserwirt Novel fish ladder The fish lift sluice by system of der Wasserwirt is about a novel kind of fish ladder, that is characterised by little space requirements, little water requirements and also lower costs of construction. Thereby the new system is suitable for sites of hydro stations, where the installation of fish ladders according to prior art are not realisable concerning to constricted room, less residual water discharge on rivers with a low average runoff (e.g. <1 m³/s) or high costs of construction. Weitere Empfehlungen aus Fischlift Fischer, J.; et al.: Fischlifte und Fischschleusensysteme. In: Biologische Durchgängigkeit von Fließgewässern. 1. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, Giesecke, J.; Heimerl, St.: Durchgängigkeit für die Aquafauna an Wasserkraftstandorten. In: Wasserkraftanlagen. 6. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg,