PROTOTYP BORSTENFISCHPASS ENDBERICHT

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1 Im Auftrag und unter Mitarbeit vom AMT DER NIEDERÖSTERREICHISCHEN LANDESREGIERUNG GRUPPE WASSER - ABTEILUNG WASSERWIRTSCHAFT A-3109 ST. PÖLTEN, LANDHAUSPLATZ 1, HAUS 2 Tel.: +43/2742/ , Fax: +43/2742/ , post.wa2@noel.gv.at, Zahl: WA2-A-218/ PROTOTYP BORSTENFISCHPASS ENDBERICHT Wien / September 2007 Arbeitsgemeinschaft für Ökologie, Kulturtechnik und Wasserwirtschaft Dipl.Ing. Thomas Bauer, Dipl.Ing. Dr. Thomas Kaufmann Währingerstraße 135/18, 1180 Wien 01/

2 INHALTSVERZEICHNIS 1 Auftragsinhalt Entwicklungsgeschichte Borstenfischpass Konstruktion Funktionsweise: Bemessung hydraulische Fakten Beispiele Borstenfischpass - Anlagen Fischökologie Bootssport (und Fischwanderung) Wartung Mögliche Probleme Vorteile des Borstenfischpass Vergleich mit Vertical slot Fischpass Beschreibung des Prototyps Borstenfischpass Beschreibung des Prototyps Fisch- Kanu- Pass Kosten Resümee - Empfehlungen Literatur- und Quellenverzeichnis DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 2 von 27

3 1 Auftragsinhalt Die Abteilung Wasserwirtschaft des Amtes der NÖ Landesregierung hat im Rahmen des Projektes Fischwanderhilfen Prototypen Thaya (2004) das büro freiwasser beauftragt, Beispiele von Fischwanderhilfen, die in der Thaya, aber auch in anderen Niederösterreichischen Gewässern eingesetzt werden können, zu erarbeiten. Das Büro freiwasser wurde Ende 2006 beauftragt, einen zusätzlichen neuen Typ von Fischwanderhilfe, den sogenannten Borstenfischpass, als Prototyp aufzubereiten. Die Grundlagen, Anwendbarkeit, Vorteile und Nachteile sowie planliche Darstellungen sind Gegenstand des vorliegenden Berichts. 2 Entwicklungsgeschichte Borstenfischpass Der Borstenfischpass (Abkürzung BFP ) wurde von Dr.-Ing. Reinhard Hassinger an der Universität Kassel, Versuchsanstalt und Prüfstelle für Umwelttechnik und Wasserbau, erfunden und ab dem Jahr 2000 theoretisch und praktisch weiter verfolgt. Grundlegende Intention der Entwicklung dieser neuen technischen Fischwanderhilfe war es, neben der Fischpassierbarkeit auch eine Konstruktion für die Durchgängigkeit von Sportbooten (Kanu, Paddelboote, etc.) zu schaffen. Daher wird der Borstenfischpass, falls er neben der Fischpassage auch der Sportbootübersetzung dient, häufig als Fisch-Kanu-Pass (Abkürzung FKP, engl. Canoe-fishway ) bezeichnet. 3 Konstruktion Der Borstenfischpass besteht in den meisten Fällen, ähnlich dem Vertical slot Fischpass, aus einer U-förmigen Betonrinne. In einem regelmäßigen Muster sind sogenannte Borstenelemente auf der Sohle angebracht. Die Sohle wird mit kiesigem Substrat belegt. Es sind nicht nur Betonrinnen sondern auch Raugerinne mit Borstenausstattung im Einsatz. Die Borstenelemente bestehen aus Kunststoffborsten (Polypropylen, Abkürzung PP), die beispielsweise zu je 5 Stk in Bündeln zusammengefasst sind. Die Bündel sind in Löchern einer Trägerplatte befestigt. Alle Bündel zusammen mit der Platte ergeben das Borstenelement. Grundsätzlich können Borstenelemente unterschiedlichster Größe (Abmessungen) und Borstenlängen hergestellt werden. Die Borsten sind in verschiedenen Farben (meist grün oder weiß) erhältlich. Am gebräuchlichsten sind Borstenelemente mit cm Borstenlänge. Die Anordnung der Borstenbündel kann in rechteckigen Formen oder rautenartigen Formen erfolgen. Die Befestigung der Borstenelemente erfolgt auf der Sohle des Gerinnes, wobei unterschiedliche Konstruktionen zur Anwendung kommen können. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 3 von 27

4 Anmerkung: Borstenbündel werden öfters auch als Strömungswiderstand in bestehende Gerinne oder Rohrdurchlässe eingebaut. In diesem Fall sind sie als Strömungselemente, die gesamte Konstruktion aber nicht als Borstenfischpass anzusprechen. Wasserspiegel Wasserspiegel Borsten aus PP Borsten aus PP Trägerplatte aus Recycling-Kunststoff Trägerplatte aus Recycling-Kunststoff Feste Sohle Feste Sohle Abb. 1: Links Borstenelement direkt auf fester Sohle montiert (Sohlsubstratstärke gering!), rechts mit Abstandshaltern direkt auf fester Sohle montiert (Substrat flächig durchgängig für Makrozoobenthos). Wasserspiegel Borsten aus PP Borsten aus PP Trägerplatte aus Recycling-Kunststoff Fußplatte aus Beton Sohle aus Lockermaterial Feste Sohle Waschbetonplatte Abb. 2: Links Borstenelement auf Betonsockel in Substrat eingebettet, rechts Borstenelement mit Abstandshalter auf Platte in Substrat eingebettet (Substrat flächig durchgängig für Makrozoobenthos) Teilweise wurden auch Lochblechstreifen eingebaut, auf denen die Borstenelemente fixiert wurden. Das Substrat unter den Blechstreifen ist dabei flächig durchgängig. Grundsätzlich können Borstenbündel durch die oben beschriebenen Konstruktionen auf festen Untergründen oder in lockere Sohlsubstrate eingebaut werden. Die unterschiedlichen Befestigungen richten sich nach dem Untergrund der Sohle. Ohne feste Sohle werden Borstenelemente mit Sockeln verwendet. Vorteilhaft ist es, alle Befestigungen in rostfreier Ausführung anzubringen um ein Auswechseln zu ermöglichen. Die Lebensdauer der Bündel wird von Dr. Hassinger je nach hydraulischer Beanspruchung mit etwa Jahren angegeben. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 4 von 27

5 Abb. 3: Borstenelement (Bild links) und Befestigung der Borstenbündel auf der Trägerplatte (Bild rechts) Abb. 4: Anordnung Borstenelemente mit Kiessohle (Bild links) in Form von Querriegeln, im gefluteten Zustand (Bild rechts) 4 Funktionsweise: Im Borstenfischpass wird die Fließgeschwindigkeit durch die elastischen Borsten gebremst und die Energie umgewandelt. Die Energieumwandlung erfolgt auf direktem Weg und auch in den Borstenelementen selbst mit sehr geringer Turbulenzbildung. Es bilden sich an den Borsten Turbulenzen, die jedoch aufgrund der geringen Größe der Borstenspitzen nach cm Fließweg bereits wieder aufgelöst sind. Durch die versetzte Anordnung zusammen mit der fächerartigen Wirkung und den Vibrationen der Borstenelemente wird das Strömungsmuster vergleichmäßigt. Die Abarbeitung des Höhenunterschiedes findet beim Querriegel statt, bei dem eine Differenz des Wasserspiegels auftritt. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 5 von 27

6 5 Bemessung hydraulische Fakten Die Hydraulik des Borstenfischpasses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten unmittelbar in die Strömung eingreifen und lokal auf engem Raum die Strömungsenergie umwandeln. Wie in der untenstehenden Abbildung zu sehen, nimmt der Abfluss im Borstenfischpass linear mit der Wassertiefe zu. Zur Berechnung der hydraulischen Bedingungen und damit als Grundlage zur Bemessung in der Planungsphase ist die Beiziehung von Experten notwendig. Die Berechnung kann sehr komplex sein. Die Autoren Maier und Lehmann sowie Hassinger bieten Berechnungsmodelle an. Abb. 5: Beziehung zwischen Wassertiefe und Abfluss im Borstenfischpass am Beispiel eines 4% geneigten Borstenfischpasses. In einer Vielzahl von Messungen wird in der Literatur ersichtlich, dass in den Durchlässen zwischen den Borstenelementen Strömungsgeschwindigkeiten von maximal 1 m/s auftreten. Hinter den Borstenelementen wurden Strömungsgeschwindigkeiten von maximal 0,3 m/s gemessen. Die Dichte der Borsten (Anzahl pro Quadratmeter) orientiert sich an der hydraulischen Bemessung. Es werden von Dr. Hassinger für einen 4%-ig geneigten Borstenpass mit 50 cm Wassertiefe etwa Borsten pro Quadratmeter angegeben. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 6 von 27

7 Für die Bemessung in fischökologischer Sicht fehlen jedoch derzeit noch Empfehlungen zu Mindestabmessungen wie beispielsweise Abstände Borstenbündel einer Reihe, Abstände der Borstenreihen in Längsrichtung, erforderliche Wassertiefe, Muster der Anordnung der Borstenelemente und vieles mehr. 6 Beispiele Borstenfischpass - Anlagen Im Wasserbaulabor der Universität Kassel wurde von Herrn Dr. Hassinger ein Borstenfischpass errichtet und mit Fischen getestet. Dazu existiert ein Videoclip, der von Dr. Hassinger bezogen werden kann. Die Anlage hatte ein Gefälle von 4%, eine Breite von 2 m sowie 50 cm Wassertiefe und wurde mit etwa 200 l/s betrieben. Das Video zeigt mehrere Fische unterschiedlicher Art und Körperlänge, die den Borstenpass durchschwimmen. Abb. 6: Borstenfischpass im Labor der Universität Kassel, Dr. Hassinger DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 7 von 27

8 Die derzeit größte Anlage in Betrieb ist der Borstenfischpass beim Kraftwerk Au-Schöneberg an der Thur. Die Fischwanderhilfe ist 95 m lang, zweimal umgelenkt und überwindet einen Höhenunterschied von 7,12 Metern. Das Ausgleichsgefälle beträgt somit etwa 7,5%. Sie wird mit 200 l/s betrieben. Es sind 120 Borstenreihen eingebaut, die Wassertiefe beträgt 40 cm. An dieser Anlage wurde über ein ganzes Jahr (2004) eine fischökologische Untersuchung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Kapitel 7 zusammengefasst. Abb. 7: Borstenfischpass Kraftwerk Au- Schöneberg an der Thur In Hannoversch Münden in der Fulda wurde am unteren Mühlwehr eine Kombination aus Kanu passierbarem Borstenpass und Raugerinne gebaut. Der Borstenpass überwindet 1 m Höhe und wird mit 300 l/s betrieben. Er ist 25 m lang und 1,2 m breit. Das Gefälle beträgt 4%. Interessant an dieser Lösung ist, dass Fische den Weg sowohl über den als Kanupassage gedachten Borstenfischpass als auch über das seitlich liegende Raugerinne nehmen können. Zwischen beiden Wegen ist keine fixe Trennung, das Wechseln von einen Bauwerksteil in den andern ist jederzeit möglich. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 8 von 27

9 Abb. 8: Kombination aus Kanu passierbarem Borstenpass und Raugerinne am unteren Mühlwehr in Hanoversch Münden in der Fulda Am Okerwehr in Rünningen wurde ein Borstenfischpass mit 25 m Länge und 5% Gefälle errichtet. Er hat 1,5 Meter Breite und 50 cm Wassertiefe. Abb. 9: Borstenfischpass als Kanupassage beim Okerwehr in Rünningen DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 9 von 27

10 Die meisten Borstenfischpässe, die bereits in Betrieb sind bzw. geplant werden, sind zwischen einem und maximal 2 m breit, werden mit l/s betrieben und haben eine Wassertiefe von cm. Die Neigung der Anlagen ist unterschiedlich, maximal werden Borstenfischpässe bis zu 8% Gefälle angelegt. Mehrere Anlagen sind in gewundener Form ausgeführt und damit als reine Fischwanderhilfen vorgesehen. 7 Fischökologie Es sind zu Borstenfischpässen eine Reihe von fischökologischen Untersuchungen publiziert, die im folgenden Text zusammengefasst sind. Ein Versuch stammt aus den Laborexperimenten der Uni Kassel mit 13 Fischarten, die im Rahmen einer Elektrobefischung der Fulda entnommen wurden. Es handelt sich also um Wildfänge und keine Zuchtfische. Im Versuchlabor wurden die 13 Arten mit Größen zwischen cm Körperlänge in den Versuchsborstenpass eingesetzt. Die sichtbaren Ergebnisse können einem Film von Dr. Hassinger entnommen werden. Abb. 10: Brachse (Abramis brama) im Borstenfischpass des Labors Bei der Überprüfung des Borstenfischpasses Au-Schöneberg an der Thur (KISTLER, R., 2004) von Anfang April 2003 bis April 2004 mittels Reusen sind von 25 in der Thur vorkommenden Fischarten 14 Arten nachgewiesen worden. Insgesamt sind Fische bei der Überprüfung in den Reusen gefangen worden. Die Fischgrößen variierten zwischen 2 cm und 70 cm. 75% der Fische waren kleiner als 20 cm, 3,9% größer als 50 cm. Der Autor zieht den Schluss, dass der Borstenfischpass nicht größenselektiv und funktionsfähig ist. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 10 von 27

11 In Hannoversch Münden wurde eine Kombination zwischen Borstenfischpass und Raugerinne in der Fulda untersucht (BORCHARDT, D., KRÄTZ, D., 2003). Es wurden zwei Reusen verwendet. Eine deckte das Raugerinne, die andere den Borstenfischpass ab. Es wurden insgesamt Fische aus 18 Arten gefangen. Im Unterwasser der Wehr wurden bei Elektrobefischungen 16 Fischarten nachgewiesen. Es wurden Fische zwischen 10 und 40 cm Körperlänge gefangen. Aufgrund geringer Stückzahlen und vieler Arten und des methodischen Ansatzes kann keine endgültige Beurteilung bezüglich der Präferenz Raugerinne oder Borstenpass gemacht werden. Der Autor beurteilt den Borstenpass als funktionstüchtig und nicht größenselektiv. Beim Borstenpass des Okerwehrs in Rünningen wurde eine Reuse 1,5 Monate zur Überprüfung betrieben. Dabei konnten 882 Fische aus 16 Arten erfasst werden. Die Größen der Fische variierten zwischen 9,5-63 cm. Die maximal gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten betrugen 1,14 m/s. Der Borstenpass wurde als uneingeschränkt funktionstüchtig und nicht größenselektiv beurteilt. Anforderungen an die Ausgestaltung der Borstenfischpässe in Anlehnung an Fischbiozönosen, wie es sie beispielsweise für Vertical slot Fischpässe in DVWK Merkblättern gibt, existieren derzeit noch nicht. Es kann aber angenommen werden, dass die Lückenräume zwischen den Borstenbündeln und die Abstände der Borstenreihen in Abhängigkeit von den größten Fischen des Artenspektrums zu wählen sein werden. 8 Bootssport (und Fischwanderung) Berichte über die Flussab- Passage von Sportbooten in Borstenfischpässen sind durchaus positiv. Die Boote (inkl.bootsbesatzung) werden im Borstenfischpass abgebremst und gleiten kontrolliert in das Unterwasser. Ein leichtes Scheuern der Borsten am Bootsboden ist gegeben, hat aber keine negativen Einflüsse. Für die flussaufwärts gerichtete Passage können Boote im Borstenfischpass unbesetzt gezogen werden, was deutlich leichter zu handhaben ist als das Boot ins Oberwasser zu tragen. Dazu muss ein seitlicher Fußweg vorhanden sein. Bei der Nutzung eines Borstenfischpasses als Bootspassage wird von Dr. Hassinger empfohlen, die Borstenelemente seitlich und die Zwischenräume mittig (als durchgehende Rinne) anzuordnen. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 11 von 27

12 Abb. 11: Anordnung der Borsten mit mittiger Rinne. Diese Anordnung stabilisiert die Sportboote bei der Passage in der Gasse. Abb. 12: Bootspassage im Borstenfischpass, im rechten Bildteil der Fußsteg um das Boot flussaufwärts ziehen zu können DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 12 von 27

13 Abb. 13: Passage eines Fisch-Kanupasses Fisch- Kanupässe müssen zur besseren Auffindbarkeit für Bootsfahrer mit Hinweistafeln versehen werden. Meist sind die Tafeln im Oberwasser angebracht und enthalten neben dem Hinweis auf die Existenz der Anlage auch Hinweise zum Verhalten bei der Passage (z.b. Ruder, Paddel längs legen, etc.) Abb. 14: Beispiel für die Beschilderung eines Fisch- Kanupasses im Oberwasser DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 13 von 27

14 Laut einschlägiger Fachliteratur (DVWK-Merkkblatt 232, 1996) wird die Meinung vertreten, dass Fischwanderhilfen und Maßnahmen für die Bootspassage baulich getrennt werden sollten. Herr Dr. Hassinger ist der Meinung, dass keine grundlegenden Untersuchungen vorhanden sind, die diese Forderung unterstreichen. Im Gegenteil hat Herr Dr. Hassinger Untersuchungen im Labor der Universität Kassel durchgeführt, die nur eine geringe Scheuchwirkung der Boote auf Fische zeigten. Eventuell auftretende negative Wirkungen der Bootspassagen sind jedoch in mehrfacher Richtung denkbar. Einerseits wäre die direkte Wirkung von passierenden Booten auf die Fische zu berücksichtigen, andererseits können natürlich auch die Häufigkeit der Bootspassagen und sonstige Aktivitäten (Lärm, Paddelmanöver im Unterwasser, etc.) einen Einfluss auf die Fischwanderung haben. Über die Auswirkungen werden noch umfangreiche Untersuchungen notwendig sein um fischökologisch fundiert Stellung beziehen zu können. In der Literatur sind auch bereits jahres- und tageszeitlich unterschiedliche Nutzungen des Fisch- Kanupasses beschrieben. So wurde bei Kontrolluntersuchungen die Fischwanderung eher in der Abenddämmerung festgestellt, die Kanupassagen über tags. Ob die abendlichen Fischaktivitäten biologisch bedingt oder eine Reaktion auf den Betrieb sind, muss durch fischökologische Studien belegt werden. Ob sich Bootspassage und Fischwanderhilfe aus technisch- fischökologischer Sicht in Form eines einzigen Borstenfischpasses kombinieren lassen, ist nicht nur aufgrund der möglichen Störungen für Fische zu überlegen, sondern auch in Hinblick auf die Erfordernisse an Lage und Situierung der Ein- und Ausmündungsstellen. Für Bootsportler soll die Anordnung der Passage gefahrlos und leicht erreichbar bzw. mit möglichen Ausstiegsstellen sein. Ob sich dabei die Erfordernisse an die Lage einer optimal platzierten Fischwanderhilfe ebenfalls treffen, kann nur in der jeweiligen Situation beurteilt werden. Für die Bootspassage müssen Borstenfischpässe gerade oder maximal leicht gekrümmt angelegt werden. Dadurch kann der Fischpass bei höheren Querbauwerken weit in das Unterwasser reichen und die Mündung möglicherweise an einer für Fische ungünstigen Stelle liegen. 9 Wartung Grundsätzlich wird dem Borstenfischpass eine gewisse Selbstreinigung attestiert. Durch die Vibrationen der Borsten wird beispielsweise Laub zerrüttet und zerkleinert bzw. löst sich nach einiger Zeit von selbst ab. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 14 von 27

15 In der Praxis zeigte sich, dass Algen und organische Substanzen an den Borsten hängen bleiben bzw. die Borsten von Makrozoobenthos besiedelt wurden. Durch einen kammartigen Rechen können die Borsten gereinigt werden. Normalerweise nimmt die Verschmutzung der Borsten im Verlauf der Anlage ab. Im größten Borstenfischpass mit etwa 95 m Länge und 120 Stk. Borstenriegel mussten regelmäßig (alle 2-4 Wochen) nur die ersten Borstenriegel gereinigt werden. Der Zeitaufwand wird mit etwa 5 Minuten pro Borstenriegel angegeben. Es wird davon ausgegangen, dass auch bei geringer Verschmutzung eine komplette Reinigung der Anlage etwa 1-2 mal im Jahr erfolgen muss. Wesentlich problematischer ist die Verschmutzung mit Zivilisationsmüll (Plastiksäcken, Plastikfolien, etc.). Solche Teile lösen sich nicht von selbst und müssen entfernt werden. Vorteilhaft für Wartungsarbeiten ist jedoch, dass der Borstenfischpass trotz laufendem Betrieb durch Personal begehbar ist. 10 Mögliche Probleme Treibholz stellt bei allen Fischwanderhilfen ein Problem dar. Es muss auch beim Borstenfischpass eine Vorrichtung zur Abhaltung des Treibholzeintrags vor der Fischwanderhilfe angeordnet werden. Holzteile werden jedoch generell durch die Elastizität der Borsten eher flussab geschwemmt und Verklausen weniger als es bei festen Hindernisse (Steine, Trennwände, etc..) in üblichen Fischwanderhilfen der Fall ist. Probleme mit Verlegung der Borsten durch Laubeintrag sind häufig zu finden. Hier müssen auch Reinigungen stattfinden. Es besteht bei Verlegung mit Laub neben der nicht mehr optimalen Funktion der Borsten auch die Gefahr des Bruchs einzelner Borsten durch den erhöhte Strömungswiderstand. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 15 von 27

16 Abb. 15: Laubansammlungen an den Borsten Über die mögliche Vereisung der Bostenspitzen sind derzeit noch keine Hinweise in der Literatur zu finden. Zu dieser Frage werden in Deutschland derzeit Feldversuche durchgeführt. Es ist jedoch anzunehmen, dass sich im turbulenten Bereich der überströmten Borsten eine Eisbildung einstellt Obwohl die Schleppspannungen an der Sohle normalerweise kein Problem darstellen sollten, wurde der Borstenfischpass Au-Schöneberg nachträglich mit gröberen (bis 70 mm Durchmesser), eckigem Substrat (Bahnschotter) beschüttet, da sich Sohlerosionen einstellten. Im Laborversuch von Dr. Hassinger blieb runder Kies mit einer Körnung von mm auf einer glatten Sohle liegen. Der Laborfischpass hatte jedoch 4% Gefälle, der in Au Schöneberg 7,5%. Das Problem der lokalen Sohlerosion ist auch bei Vertcal slot Fischpässen besonders im Bereich des Schlitzes bekannt. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 16 von 27

17 11 Vorteile des Borstenfischpass Energieumwandlung auf sehr kurzem Weg bei geringer Turbulenzbildung Maximale Strömungsgeschwindigkeiten in den Durchlässen nur etwa 1 m/s Ruhebereiche hinter den Borsten mit max. 0,3 m/s Strömungsgeschwindigkeit Keine Verletzungsgefahr für Fische bei Kontakt mit Borsten Begünstigung von Kleinfischen bzw. schwimmschwachen Arten Laut Aussagen Fischbiologen keine Größenselektivität gegeben Durchgehendes Sohlsubstrat und Durchwanderbarkeit des Kieslückenraumes Geringer Platzbedarf, da Anlagen mit Gefälle bis zu 8% laut Literaturangaben möglich sind. Geringste Strömungsgeschwindigkeiten aller technischen Fischaufstiegshilfen Geringe Geräuschbildung Leichte Austauschbarkeit der Borstenelemente (abhängig von Befestigungskonstruktion ab). Wartung in Betrieb möglich, da FWH begangen werden kann Geringe Verklausungsgefahr durch elastische Borsten Kontrollierte Bootspassage, Aussteigen möglich 12 Vergleich mit Vertical slot Fischpass Als technische Fischwanderhilfe ist der Borstenfischpass durch die bisher angewendeten rinnenartige Ausbildung am ehesten mit dem Vertical slot Fischpass zu vergleichen. Er wird, wie auch der Vertical slot Fischpass, vor allem dort angewendet, wo beengte Platzverhältnisse die Rahmenbedingen limitieren oder zusätzlich eine Bootspassage erwünscht ist. Im folgenden soll anhand verschiedener Aspekte ein Vergleich zwischen Borstenfischpass und Vertical slot Fischpass versucht werden. Gefälle: In der Literatur finden sich Angaben über die Anwendung des Borstenpasses bis zu 10% Gefälle. Dr. Hassinger gibt 8% als maximales Gefälle für Borstenfischpässe an, empfiehlt jedoch etwa 4%. Der Maximalwert der Neigung deckt sich mit dem Einsatzbereich des Vertical slot Fischpass. Mit einem Gefälle um etwa 4% würde der Borstenpass in den Anwendungsbereich der DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 17 von 27

18 Raugerinne zu liegen kommen. Der Einsatz eines Borstenfischpass führt zu keiner Einsparung von Raum gegenüber dem Vertical slot Fischpass. Dotationswassermenge: Bisher angewendete Borstenfischpässe besitzen Dotationen, die auch in vergleichbar dimensionierten Vertical slot Fischpässen zur Anwendung kommen. Einsparungen der Dotationswassermenge durch den Einsatz des Borstenfischpasses anstelle eines Vertical slot Fischpasses sind nicht erkennbar. Wassertiefen: Die Wassertiefen bei Vertical slot Fischpässen sind häufig höher als im Borstenfischpass. Die Frage ob ein durchgehend etwa 50 cm tiefer Borstenfischpass einen Effekt (negativ oder positiv) in Bezug zur Effektivität der Fischwanderung hat, konnte in der Literatur nicht gefunden werden. Fließgeschwindigkeiten: Die Fließgeschwindigkeiten in den Schlitzen des Vertical slot Fischpass sind neben der optimalen hydraulischen Konzeption der Anlage wesentlich von der Sohlrauigkeit abhängig. Bei geeigneter Ausgestaltung wird dem Vertical slot Fischpass ebenso wie dem Borstenfischpass die Eignung für kleine Fische und schwimmschwache Fische attestiert. Der Borstenfischpass weist jedoch deutlich geringere Maximalgeschwindigkeiten auf. Dadurch wird der durchwanderbare Querschnitt vergrößert. Hinter den Borstenbündeln existieren geringe Fließgeschwindigkeiten bis zu 0,3 m/s, im Vertical slot sind in den Becken ebenfalls (Ruhe-) Zonen mit geringen Geschwindigkeiten vorhanden. Turbulenzen: Die Turbulenzbildung im Borstenfischpass ist bei den Borstenelementen vorhanden, jedoch setzen sich die Turbulenzen nur in geringe Entfernungen (10-20 cm) fort. Das Strömungsbild wird durch die Borsten gleichmäßig. Im Vertical slot entstehen Turbulenzen beim Schlitz, die aber ebenfalls moderat sind und nicht den gesamten Querschnitt des nächsten Beckens einnehmen. Wasserstandsschwankungen: Der Vertical slot Fischpass eignet sich auch zur Anwendung bei auftretenden Wasserstandsschwankungen im Oberwasser (z.b. Abfall des Stauspiegels bei Niederwasser). Diese Situation tritt häufig bei Kleinwasserkraftanlagen (Ausleitungskraftwerken) auf. Bisher angewendete Borstenfischpässe würden bei 25 cm Stauspiegelabsenkung nur mehr cm Wassertiefe aufweisen. Um dieses Problem zu umgehen müsste ein Dotationsbauwerk mit einem Vertical slot Becken vorgeschaltet werden. Dieses Bauwerk ist in der Studie Fischwanderhilfen- Prototypen- Thaya beschrieben. Schwemmguteintrag: Die Gefahr des Eintrags größerer Teile von Schwemmgut ist im Vertical slot gering. Beim Borstenfischpass muss eine geeignete Abweisevorrichtung angelegt werden, da der DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 18 von 27

19 gesamte Querschnitt der Betonrinne als Eintragsöffnung vorhanden ist. Auch bei einem Vertical slot Fischpass empfiehlt sich jedoch eine Abweisevorrichtung für beispielsweise Laubeintrag. Wartung: Der Borstenfischpass ist gut zu warten, da er im Betrieb begehbar ist. Ein Vertical slot Fischpass ist meist zugänglich und wird normalerweise nur von kleineren Holzteilen verklaust. Diese sind im Regelfall einfach zu entfernen. Ein Betreten des Vertical slot ist im Betrieb nur mit Wathose möglich. Fischökologie: Dem Borstenfischpass wird in mehreren fischökologischen Untersuchungen keine Größenselektivität attestiert. Auch die Artselektivität sei nicht gegeben. Bei kritischer Betrachtung der fischökologischen Ergebnisse der Literatur ist allerdings festzustellen, dass die Interpretationen nicht eindeutig sind. Generell dürfte der Borstenfischpass jedoch Kleinfische, Jugendstadien und schwimmschwache Arten begünstigen. Zur Beurteilung der fischökologischen Funktionalität bedarf es aber noch weiterer Untersuchungen. Benthos: Die Benthosdurchgängigkeit ist im Vertical slot gegeben, allerdings nur über die Passage bei den Schlitzen. Im Borstenfischpass ist die Durchwanderbarkeit- außer beim Einsatz von Borstenelementen auf Betonsockeln- über die gesamte Breite der Fischwanderhilfe gegeben. Bootspassage: Im Borstenfischpass kann bei gerader bzw. leicht gekrümmter Ausführung die Bootspassage technisch möglich sein. Beim Vertical slot ist keine Bootspassage möglich. 13 Beschreibung des Prototyps Borstenfischpass Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde in Analogie zur Studie Fischwanderhilfen- Prototypen- Thaya, ein Prototyp des Borstenpasses ausgearbeitet. Die praktische Anwendung wäre idealerweise in der Fischregion Epipotamal kleinerer Flüsse, in denen ein breites Artenspektrum mit Fischen einer maximalen Körpergröße von etwa cm existiert. Der Prototyp überbrückt eine Wasserspiegeldifferenz von 1,7 Metern bei einer Wehranlage in räumlich beengter Situation. Er ist einmal umgelenkt und mündet direkt unterhalb der Wehranlage in den Wehrkolk. Aufgrund der Umlenkung ist die Anlage nicht Kanupassierbar und als reine Fischwanderhilfe anzusehen. Der niedrigste Unterwasserstand staut in die Anlage zurück, sodass eine stufenlose Anbindung bei Niederwasser gegeben ist. Das Bauwerk ist etwa 22 Meter lang. Die Länge des Weges, den Fische in der Anlage zurücklegen müssen, beträgt etwa 32,5 Meter. Der Fischpass hat ein durchschnittliches Gefälle von 5%. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 19 von 27

20 Der Prototyp- Borstenfischpass besteht aus einer U-förmigen Betonrinne mit 25 cm Sohlsubstrat. Die Wassertiefe beträgt 50 cm und die Dotationswassermenge 250 l/s. Es sind insgesamt 34 Riegel aus Borstenelementen eingebaut. Riegel aus drei Borstenelementen wechseln mit Riegeln aus zwei Borstenelementen im Längsverlauf. Die lichte Weite der Abstände zwischen den Borstenelementen (=Durchlässe) beträgt 25 cm in Anlehnung an die Erfordernisse der Schlitzweiten eines Vertical slot Fischpasses in der Barbenregion. Die lichte Weite zwischen den Borstenriegeln im Längsverlauf beträgt 60 cm. Die Wasserspiegeldifferenz zwischen den Rückstaubereichen der Borstenriegel beträgt 5 cm. Es sind 51 Stk. Borstenbündel mit den Maßen 40x36 cm und 34 Stk. mit 20x36 cm eingebaut. Die Borstenelemente bestehen aus insgesamt Stk. Einzelborsten mit einem Gesamtgewicht von 550 kg. Die Borsten sind zu Bündeln mit jeweils 6 Stk auf der Trägerplatte zusammengefasst. Abb. 16: Ausschnitt aus dem Lageplan des Prototyps Borstenfischpass DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 20 von 27

21 Abb. 17: Ausschnitt aus den Querprofilen des Prototyps Borstenfischpass 14 Beschreibung des Prototyps Fisch- Kanu- Pass Als zweiter Prototyp eines Borstenfischpasses wird eine kanupassierbare Variante dargestellt. Solche Lösungen können am besten dort verwendet werden, wo geringe Höhenunterschiede zwischen Ober- und Unterwasser bestehen und ein Rückbau des Querbauwerks aufgrund von Rahmenbedingungen (Wasserrechte, Grundwasserspiegel, etc.) nicht möglich ist. Bei größeren Höhenunterschieden würde die Lage der Mündung des Fischpasses durch die gestreckte Form weiter vom Querbauwerk entfernt sein. Solche Situationen müssen in jedem Fall auf die Eignung für die Auffindbarkeit der Fischwanderhilfe geprüft werden. Der Prototyp Fisch- Kanu- Pass überbrückt in gestreckter Form eine Höhe von einem Meter bei einer aufgelassenen Wehranlage. Er besteht aus einer 1,5 m breiten Betonrinne mit insgesamt 18 Borstenriegeln. Es sind 27 Borstenelemente mit den Maßen 50x50 cm und 18 Borstenelemente mit den Maßen 25x50 cm eingebaut. Die Sohle ist mit einer 25 cm starken Kiesschicht versehen. Die Wassertiefe beträgt etwas über 50 cm. Es sind Einzelborsten in Bündeln zu je 5 Stk. mit einem Gesamtgewicht von 508,4 kg eingearbeitet. Die Wasserspiegeldifferenz bei den Borstenriegeln beträgt 5,5 cm. Der Fisch- Kanu- Pass wird mit mindestens 250 l/s betrieben. Wegen DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 21 von 27

22 der Bootspassierbarkeit können im Dotationsbereich keine abweisenden Bauteile gegen Eindrift von Geschwemmsel oder Totholz angebracht werden. Auf der linken Seite ist ein 1 m breiter Begleitweg, der beim flussaufwärts Ziehen von Booten verwendet wird. Abb. 18: Ausschnitt aus dem Lageplan des Prototyps Fisch- Kanu- Pass DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 22 von 27

23 Abb. 19: Ausschnitt aus den Querprofilen des Prototyps Fisch- Kanu- Pass 15 Kosten Die meisten Borstenfischpässe sind in Form einer Betonrinne mit Sohlsubstratauflage angelegt und daher mit der Grundkonstruktion eines Vertical slot Fischpasses ident. Im folgenden soll der Versuch unternommen werden, die Kosten des Bauwerks grob zu schätzen und einen Vergleich zwischen dem Prototyp Borstenpass und einer an dieser Stelle ebenfalls möglichen Vertical slot- Lösung herzustellen. Kosten, die rund um das Bauwerk für das Herrichten der Baustelle, den Aushub etc. anfallen, werden nicht berücksichtigt. Die Kosten sind als grobe Angabe zu Vergleichszwecken zu verstehen. Anbote von Firmen differieren erfahrungsgemäß stark und müssen zur Einschätzung der Baukosten jedenfalls eingeholt werden. Die Angaben der vorliegenden Studie sind kein Ersatz für fachgerechte Kostenschätzungen im Zuge der Projektierung. Würde beispielsweise ein Vertical slot Fischpass anstelle des oben beschriebenen Prototyps errichtet werden, so würden für 1,7 m Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser etwa 25 Meter Länge benötigt werden und 11 Becken zu errichten sein. Die Beckenlänge wurde mit 2,5 m, die Breite mit 1,5 m und die Schlitzweiten mit 25 cm angenommen. Die Wandstärken und die Bodenplatte wurde mit 0,4 m entsprechend dem Prototyp Borstenfischpass angenommen. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 23 von 27

24 Die Kosten für den Kubikmeter Beton inkl. Schalung und Armierung wurden mit EURO netto geschätzt. Es werden im folgenden nur die Kosten der Bauwerke selbst verglichen. Kosten für den Aushub der Baugrube, die Herstellung eines Planums, sonstige Erd- und Steinarbeiten oder die Herstellung von Verschlussbauwerken werden nicht berücksichtigt. Diese Kosten sind im wesentlichen vom Standort abhängig und können je nach Situation erheblich differieren. Die grobe Abschätzung ergibt einen Bedarf von etwa 57 Kubikmeter Beton für den Borstenfischpass und etwa 62 Kubikmeter Beton für den Vertical slot Fischpass. Der Vertical slot Fischpass würde daher Kosten von etwa EURO netto für das reine Bauwerk verursachen, der Borstenfischpass etwa netto. Der Vertical slot wäre jedoch bereits funktionsfertig, da die Zwischenwänden der Becken Betonbauteile sind, die bei den Betonarbeiten miterrichtet werden.. Um den Borstenfischpass herzustellen, müssen zu den Betonkosten noch die Materialkosten der Borstenbündel und die Arbeitszeit für deren Einbau hinzugerechnet werden. Eine Anfrage beim deutschen Hersteller der Borstenelemente ergab für den dargestellten Prototyp folgendes Ergebnis: Es werden 51 Stk. Borstenelemente im Ausmaß 40*36 cm und 34 Stk. Borstenelemente im Ausmaß 20*36 cm benötigt. Die angegebenen Kosten belaufen sich ohne Lieferung auf einen Gesamtpreis von EURO NETTO. Über die erforderliche Arbeitszeit zur Verankerung der Borstenbündel liegen den Verfassern keine Informationen vor. Als Ergebnis des Vergleichs stehen Kosten für den Borstenfischpass (Beton und Borstenbündel) von insgesamt etwa den Kosten für den Vertical slot von etwa gegenüber. Die Lebensdauer der Borsten wird je nach Beanspruchung mit Jahren angegeben, die Verankerung ist baulich etwas anspruchsvoll. Es sind also auch Folgekosten durch eventuell auszutuschende Elemente in Überlegungen einzubeziehen. 16 Resümee - Empfehlungen Das Konzept des Borstenfischpasses ist ein interessanter Ansatz, der fischökologisch gut geeignet scheint. Besonders Kleinfischarten, Jungfische und schwimmschwache Arten sowie ein breites Artenspektrum dürften durch diese Art der Fischwanderhilfe begünstigt sein. Die Begünstigung entsteht durch geringere Strömungsgeschwindigkeiten und geringere Turbulenzen gegenüber herkömmlichen Fischwanderhilfen. Es fehlt aber derzeit noch an eindeutigen fischökologischen Untersuchungen und deren Übertragbarkeit auf andere Anlagen. Besonders die Eignung für größere Fische wäre noch zu erforschen, da ein bei eher geringer Abstand der Borstenriegel vorhanden ist. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 24 von 27

25 Einen weiteren negativen Effekt könnte auch die einheitliche Tiefensituation darstellen, worüber ebenfalls Aussagen benötigt werden. Ein vollständiger Transfer der Ergebnisse technischer Forschungsarbeiten vom Modell zur Praxis ohne Risiko des Planers ist noch nicht gegeben. So fehlen beispielsweise Empfehlungen zur Gestaltung des Einlaufbereiches, zu Mindestabmessungen in Abhängigkeit zur jeweiligen Fischfauna (Abstände Durchlässe, Borstenreihen, Wassertiefe, etc.), Anordnung der Borstenelemente und vieles mehr. In Deutschland gibt es neue fischbiologische Ansätze zur Anordnung der Borsten, wodurch die herkömmlichen hydraulischen Berechnungsansätze erschwert sind. Deswegen wird zur Zeit an universell anzuwendenden Berechnungsmethoden gearbeitet. Einsparungen beispielsweise bei Raumbedarf der Anlage, Dotationswassermenge oder Errichtungskosten im Vergleich zum Vertical slot Fischpass sind im Rahmen der empfohlenen Neigungen nicht gegeben. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber anderen Fischwanderhilfen besteht in der technischen Möglichkeit der Bootspassage. Ob sich die Kombination Fischpass- Kanupass auch in der Realität verträgt muss durch Praxisversuche und Gespräche mit Fischereibiologen bzw. Fischereivertretern noch geklärt werden. Insgesamt erscheint eine Verwendung des Borstenpass in der Barbenregion kleinerer Flüsse, in denen Bootssport ausgeübt wird, sinnvoll. Daher wären Borstenfischpässe in Niederösterreich beispielsweise an Abschnitten des Kamp, der deutschen Thaya und der Mährischen Thaya anzuwenden, wenn sich eine Vereinbarkeit Fischpass- Bootssport abzeichnen würde. Es wird empfohlen, einen Borstenfischpass in Niederösterreich in der kleinen bis mittleren Barbenregion mit Bootsport zu errichten. Diese Pilotanlage sollte durch ein fischökologisches Monitoring überprüft werden. In dessen Rahmen könnten bei geeignetem Untersuchungsdesign auch die aufgeworfenen Fragen geklärt werden. DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 25 von 27

26 17 Literatur- und Quellenverzeichnis BORCHARDT, D., KRÄTZ, D. (2003): Ökologische Funktionskontrolle des befahrbaren Raugerinnes am Unteren Mühlenwehr in Hann. Münden ; unveröffentlicht, Gutachten des IGUG1, 2003 BROSSAPRESS INTERNATIONAL (2006): Der Fisch-Kanu-Pass,eine Entwicklung der Universität Kassel, Kunstborsten ermöglichen Fischen das Überwinden von Staustufen, H.2/2006, S.22ff. DENHOF, CHRISTOPHER (2004): Versuche zum Strömungsverhalten in Borstenfischpässen mit rautenförmigen Elementen, Projektarbeit im FB Bauingenieurwesen an der Uni Kassel, Kassel 2004 (unveröffentlicht) DENHOF, CHRISTOPHER (2005) Stützung von Abflusstiefen in Fließen des Spreewaldes durch künstliche Rauheitselemente ; Diplomarbeit im FB Bauingenieurwesen an der Uni Kassel, Kassel 2005 (unveröffentlicht) HASSINGER, REINHARD (2002): Der Borstenfischpass Fischaufstieg und Bootsabfahrt in einer Rinne ; Wasserwirtschaft, H. 4-5/2002, S. 38ff. HASSINGER, REINHARD (2003): Neue Wege zur Herstellung von Durchgängigkeit an Sohlstufen für Fische, Benthosorganismen und Bootssportler ; Broschüre der VPUW3, Auflage 3.4 Kassel, 2004 (erhältlich bei der VPUW3) HINTERMANN, MARKUS (2003): Borstenfischpass als neuartige Fischaufstiegshilfe Pilotanlage Kraftwerk Au-Schönenberg ; Wasser - Energie Luft, H. 11/ , S. 347 ff. HÜBNER, DIRK (2000): Ichthyologische Funktionskontrolle eines Fisch-Kanu-Passes im Versuchsgerinne ; Gutachten im Auftrag der VPUW3, Kassel, 2000 KISTLER, R. (2004): Erfolgskontrolle Borstenfischpass beim Kraftwerk Au-Schöneberg an der Thur, Jagd und Fischereiverwaltung des Kantons Thurgau. KRÄTZ, DANIEL (2002): Vergleichende Untersuchungen zur Funktionalität von Fischwanderhilfen ; Diplomarbeit am FB Biologie Tierökologie - der Univ. Marburg; Kassel, Jan (unveröffentlicht; erhältlich beim IGUG1) MAIER, DIRK (2005): Verfahren zur hydraulischen Quantifizierung des Widerstandsverhaltens eines Borstenfischpass-Gerinnes Anwendung und Weiterentwicklung bestehender Verfahren auf Messergebnisse von Laborversuchen, Diplomarbeit an der Universität Karlsruhe,Sept.2005 DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 26 von 27

27 MAIER, DIRK, LEHMANN, BORIS (2006): Borstenfischpass Entwicklung eines Bemessungskonzeptes. In: Wasserwirtschaft H. 10/2006, S MOSCH, EVA CHRISTINE (2003): Funktionsüberprüfung der Fischwanderhilfe am Okerwehr in Rüningen / Braunschweig Bürsten-Fisch-Pass in einer Kanurutsche ; Gutachten der AG Fischökologie, Braunschweig (unveröffentlicht, erhältlich beim NLWK2 REKUS, CHRISTINA (2004): Verbesserung der ökologischen Durchgängigkeit an der Albmündung. Diplomarbeit am Institut f. Wasserwirtschaft und Kulturtechnik der Uni. Karlsruhe, Feb SCHWARZ, SANDRA (2001): Hydraulische und ökologische Effektivität des befahrbaren Raugerinnes am Mühlenwehr in Hann. Münden ; Diplomarbeit im Fachbereich Bauingenieurwesen, Univ. Kassel, 2001 (unveröffentlicht, erhältlich über VPUW3) SCHMIDT, GABRIELE (2002): Kombination von Fischaufstiegsanlage und Bootsgasse an Wehren der Lippe. Masterarbeit im Weiterbild. Stud. Wasser und Umwelt der Uni Hannover, Sept SIERING, PETRA (2004): Der Fisch-Kanu-Pass Eine Kombination von Ökologie und Kanusport. Wasser und Abfall, 6. Jg. H. 7-8, 2004, S. 38 THIELBÖRGER, ELISABETH (2003): Fuldafische und Kanuten können sich freuen ; Kanu- Sport, H. 6/2003, S. 26 ff. WUNSCHIK, TOBIAS (2002): Borstenbesetzter Fisch-Kanu-Pass am Wehr Bahnhofstraße in Fürstenberg /Havel ; Projektarbeit an der VPUW3, Kassel, : IGUG = Inst. f. Gewässerforschung u. Gewässerschutz, Univ. Kassel 2: NLWK = heute NLWKN = Niedersächs. Landesbetrieb f. Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz, Betriebsstelle Süd, Braunschweig 3: VPUW = Versuchsanstalt und Prüfstelle f. Umwelttechnik u. Wasserbau, Univ. Kassel, Fachbereich Bauingenieurwesen Weitere Informationen zum Borstenfischpass: Versuchsanstalt und Prüfstelle für Umwelttechnik und Wasserbau - Dr.-Ing. R. Hassinger Kurt-Wolters-Straße Kassel Tel.: ; Fax: VPUW@uni-kassel.de; Internet: DI.Dr. Thomas Kaufmann, Büro Freiwasser Seite 27 von 27