DWA-Merkblatt M 509 Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Bauwerke. - Kurzvorstellung des Weißdruckes -

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1 DWA-Merkblatt M 509 Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Bauwerke Siedlungswasserwirtschaft - Kurzvorstellung des Weißdruckes - Wasserbau 16. Workshop Fische der AGAW Kloster Neustift, Südtirol 4. Juli 2014 Dr.-Ing. Stephan Heimerl Fichtner Water & Transportation GmbH Stuttgart Verkehr Umwelt

2 Stand der Technik von Fischaufstiegsanlagen in Deutschland 2 und eine vermeintliche ungarische Raubkopie (2007) Verkaufsschlager der DWA 16 Jahre alt - zwischenzeitlich deutlicher Erkenntniszuwachs. Felduntersuchungen und Projekte haben Verständnis über Wanderverhalten von Fischen und Effektivität von FAA erweitert. Wichtige Aspekte bisher nicht ausreichend präzise behandelt, z. B. Einbindung von FAA in Gewässerquerschnitt und UW- Anbindung Es fehlten nachvollziehbare & exakte geometrische und hydraulische Vorgaben zur Gewährleistung der Passierbarkeit für Fische aller Größen & Leistungsfähigkeit Keine Aussagen zu anderen Wasserbauwerken (z. B. HRB, Kreuzungsbauwerke) ungewollte Bevorzugung sogenannter naturnaher Bautypen

3 DWA-M 509 Gelbdruck Februar Eingaben mit rd Punkten keine prinzipiellen Einwendungen, z. B. zur Philosophie Weißdruck Mai

4 DWA-M Anlagenklassifizierung Sonderkonstruktionen (Abs. 8.4) gerinneartige Fischaufstieg sanlagen (Abs. 8.3) Fischaufstiegsanlagen beckenartige Fischaufstiegsanlagen (Abs. 8.2) Teilbreite Raugerinne (Abs. 7) Umgehungsgerinne (Abs. 7.10) fischpassierbare Bauwerke Sohlenstufen Quer- und und Stützschwellebauwerke Kreuzungs- (Abs. 6) 4 Fischschleusen (Abs ) Fischaufzüge (Abs ) Düker Durchlässe Siele Schöpfwerke Bootsgassen Schiffs- und Kahnschleusen Pegel Hochwasserrückhaltebecken Mischformen direkt im oder am Querbauwerk angeordnet Denilpässe (Abs ) Aalleitern (Abs ) konventionelle Beckenpässe (Abs ) Schlitzpässe (Abs ) Sonderbauweisen weitläufige Umgehung des Querbauwerks Raugerinne (Abs. 7) ohne Einbauten mit Störsteinen mit Beckenstrukturen Mischbauweisen Raugerinne-Beckenpässe (Abs ) Borstenfischpässe (Abs ) Raugerinne über die gesamte Gewässerbreite (Abs. 7) Wegfall der Unterteilung naturnah & technisch, da irreführend fischaufstiegsger echte Gestaltung oder Betriebsweise der Anlagen (Abs. 6)

5 Funktionalität - Gewährleistung der Durchgängigkeit Passierbarkeit Wanderkorridor Geometrie: Wassertiefe, Beckengröße, Schlitzweite Hydraulik: Fließgeschwindigkeit, Turbulenz Gegebenheiten Betriebszeit 300 Tage zwischen Q 30 und Q 330 Projektstandort- und anlagenspezifische Auffindbarkeit großräumige Anordnung Positionierung des Einstiegs Leitströmung 5

6 Funktionalität - Betriebsdauer Anforderungen an FAA (DWA-M 509 nach Clay und Thorncraft & Harris): FAA muss von gewässertypischen Fischen über einen möglichst großen Zeitraum des Jahres weitgehend ohne Zeit- bzw. Energieverlust auffindbar und ohne vermeidbaren Stress gefahrlos bis in das Oberwasser des Wanderhindernisses passierbar sein. 6 Abfluss in m³/s Unterschreitungsdauerlinie Betriebsdauer >300 d/a Tage , , , ,5 69 Unterwasserstand (m ü. NN) Abfluss (flow)

7 Funktionalität - Auffindbarkeit DWA-Themen Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen (2006) es fanden sich nur in etwa in einem Drittel der Untersuchungsberichte Beschreibungen der Anordnung zur Beurteilung der Auffindbarkeit Insgesamt sind 47 % aller untersuchten FAA (n = 196 nachträglich recherchiert) gravierend falsch angeordnet und können somit nicht die Voraussetzungen für eine Funktionsfähigkeit gemäß Bewertungsstufe (B) erfüllen. So ist nur in 15 % der Fälle eine gute Auffindbarkeit des Einstiegs gewährleistet, während die überwiegende Anzahl der Anlagen zumeist mit ihrer gesamten Baulänge in das Unterwasser vorgebaut sind. Hierdurch bildet sich eine Sackgasse zwischen dem Einstieg in die FAA und dem Querbauwerk aus, Noonan et al. (2011) 7 Von n = 65 Studien waren nur n = 12 bzw. 11 in Bezug auf Effizienz Auffindbarkeit ( = 65,1 %) bzw. Effizienz Einstiegsposition ( = 39,6 %) auswertbar.

8 Auffindbarkeit - Positionierung Einstieg & Leitströmung falsch richtig 8 Einstiege in Sammelgalerie

9 Auffindbarkeit - Dotation Bild: Ruhrverband Bypass Fischabstiegsanlage Wehr HWE WKA Fischaufstiegsanlage WKA Wehr Strömungslinien Rot: Strömung FAA und FAB Blau: Strömung Wehr & WKA Wesentlich: Strömungsimpuls = Geschwindigkeit x Wasservolumen Prinzipiell gilt: Auffindbarkeit einer FAA umso besser, je höher Leitstrom im Verhältnis zum Gesamtabfluss ist; Geschwindigkeit darf allerdings nicht zu hoch sein Orientierungswerte für Dotation: Larinier et al.: ca. 1 bis 5 % des konkurrierenden Abflusses (umgekehrt proportional) NMFS: 5 bis 10 % des fish passage design high flow (Q 95% in Fischwanderzeiten) 9

10 Passierbarkeit - Geometrie & Wanderkorridor & Hydraulik Bild: IfaÖ H? Q? Dimensionen? Wanderkorridor? wo? wie tief? Turbulenz? vmax? IfÖ & Redeker 10

11 Passierbarkeit - Grenzwerte Geometrie Hydraulik Stemmer s min = 3 x D Fisch C. Göhl 11 Geometrische Grenzwerte richten sich nach Orientierungsmechanismen, Gesamtlänge und Gestalt bzw. Proportionen adulter Exemplare der größten Fischart Hydraulische Grenzwerte basieren auf Modell der Fließgewässerzonierung (d. h. typischen Ausbildung der Fischartengemeinschaften im Verlauf eines Gewässers) sowie Leistungsfähigkeit von Fischen

12 Bemessungsphilosophie - Grenz- & Bemessungswerte Bauart und Material bedingte Maßabweichungen hydraulische Unschärfen unterschiedliche Betriebszustände Ohlsberg/Ruhr Auslegung Grenzwert 1 x erreicht Ohlsberg/Ruhr Kontrollmessung 12 Ohlsberg/Ruhr

13 Bemessungsphilosophie - Grenz- & Bemessungswerte v bem = S v x S b x v grenz p D,bem = S p x p D,grenz Bemessungswert = Grenzwert/S g Sicherheitsbeiwerte S v : Hydraulische Unschärfen, z. B. Abflussbeiwerte S b : Betriebssicherheit, z. B. Wartungsintervalle, Versatz mit Treibgut S p : Turbulenzen, Geschwindigkeitsverteilung S g : Bauart bedingte Maßabweichungen, z. B. Natursteine Beispiele S v = 0,95 S g = 1,0 S p = 0,9 S b = 0,95 S v = 0,85 S g = 0,9 S p = 0,9 S b = 0,9 S v = 0,8 S g = 1,0 S p = 0,9 S b = 0,95 13 Schlitzpass Raugerinne Denil-Gerinne F. Krüger

14 Bemessungsphilosophie - Grenzwerte Geometrie Hydraulik Grenzwerte: Geschwindigkeiten in beckenartigen FAA Grenzwerte: Energiedissipation 14

15 Bemessungsphilosophie - Grenz- & Bemessungswerte max. Fließgeschwindigkeit i. d. R.: v max = ( 2 * g * Δh) Vmax h 15 Ohlsberg/Ruhr Iffezheim/Rhein S. Heimerl Grenzwerte (für alle Bauweisen gültig): Abhängig von der Fließgewässerregion und Gesamthöhenunterschied (max m, sonst Sonderkonstruktion) v max < 2,2 m/s (Δh max < 0,24 m) Keine Ruhebecken, dafür Abstufung von v

16 Bemessung - Beckenartige FAA - Grundriss & Linienführung Stiftsmühle/Ruhr S. Heimerl Ruhrverband DWA-Merkblatt & Heimerl Vorsicht vor hydraulischem Kurzschluss! 16 Spremberg/Spree F. Krüger Hengsteysee/Ruhr

17 Bemessung - Beckenartige FAA - Längsschnitt DWA-Merkblatt Wasserspiegeldifferenzen h zwischen einzelnen Becken und damit v max limitierender Faktor Gesamtwasserspiegeldifferenz ergibt erforderliche Beckenanzahl größte Differenz für Bemessung entscheidend, i. d. R. bei W 30 Sohle i. d. R. mit gleichmäßig durchgehendem Gefälle Für Anbindung an OW und UW jeweilige Wasserspiegel und nicht Sohle maßgebend! 17 S.. Günayse, Heimerl Türkei S. Heimerl

18 Passierbarkeit - Einstieg im Unterwasser Heimerl 18

19 Qualitätssicherungskonzept Qualitätssicherung: Sicherstellung der Einhaltung aller Kriterien für Funktionsfähigkeit der FAA (Auffindbarkeit & Passierbarkeit) im Verlauf von Planung, Bau & Betrieb ausschließlich Funktion Fischaufstieg! Zielstellung: Unterstützung des Planungsprozesses Qualitätssicherung und -management Transparenz Bei Einhaltung der Kriterien ( Standardbauweise ) entfällt Monitoringnotwendigkeit! DWA-Merkblatt 19

20 Monitoring bzw. biologische Funktionskontrolle 20 Bewertung Monitoring Biologische Funktionskontrollen setzen i. d. R. zu spät an - festgestellte Mängel lassen sich im Nachhinein kaum korrigieren. QS-Verfahren gewährleistet Einhaltung der Vorgaben für Funktionsfähigkeit während Planung, Bau und Betrieb. Übliche Kontrollen im OW (z. B. mit Reusen) sind für Funktionsbeurteilung ungeeignet und daher entbehrlich. Biologische Untersuchungen sind angezeigt wenn Bewertung der Auffindbarkeit anhand technischer Qualitätskriterien bei komplexen Bedingungen (z. B. Hydraulik oder Topografie) nicht bzw. nur eingeschränkt möglich ist; bei unvermeidbaren Abweichungen vom Stand der Technik (damit auch bei neuen Techniken und Bauweisen) - zur differenzierten Bewertung betroffener Einzelkriterien; wenn fischökologische FAA-Bewertung aus anderen Gründen als notwendig erachtet wird (z. B. zur Betriebsoptimierung eines Bauwerks).

21 Zusammenfassung: Was ist neu im DWA-M 509? 21 Philosophie: von dem Fisch ausgehen, den man führen will (Gerhard) Geometrische und hydraulische Grenzwerte basierend auf Körpergröße & -gestalt und Schwimmleistung von Fischen (Fließgewässerzonen orientiert) Planungskonzept: Sicherheitsbeiwerte für Bemessung Einführung eines Qualitätssicherungsverfahrens - macht Funktionskontrollen nur dann erforderlich, wenn von Vorgaben abgewichen wird (reduzierter Monitoringaufwand) Beurteilung neuerer Fischpasstypen, z. B. Rundbecken- und Borstenfischpass Berücksichtigung von fischpassierbaren (Wasser- bzw. Kreuzungs-) Bauwerken Befassung mit regionalen Besonderheiten Klarstellung, dass naturnahe Bauweisen nicht per se besser funktionieren als technische Themen Baukosten und Betriebsaufwendungen

22 Zusammenfassung Topaktuelles, international abgestimmtes und öffentlich konsultiertes technisches Regelwerk (Stand der Technik) Regelwerk, welches gesamte Fischfauna in Deutschland berücksichtigt (nicht nur bestimmte Zielfischarten), d. h. WRRL-konform Aufgrund der stringenten Dimensionierungsrichtlinien basierend auf Fischabmessungen überall übertragbar Wichtiges Empfehlung: Denke wie ein Fisch bei der FAA-Auslegung! 22

23 Kontakt Dr.-Ing. Stephan Heimerl ö. b. u. v. Sachverständiger für Wasserbau und Wasserkraftanlagen sowie Fischaufstiegsanlagen (IHK Region Stuttgart) Fichtner Water & Transportation GmbH Abteilungsleiter Wasserbau Stuttgart Tel: +49 (0) 163/