Funktionsko ontrollen an Fis schaufstiegshi

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1 Funktionskontrollen an Fischaufstiegsanlagen ust 2011 ilfen 30. Augu Dipl. Biol. Christine Lecour, LAVES Dr. Falko Wagner, IGF Jena Dr. Guntram Ebel, BFG

2 Gliederung 1. Fischaufstiegsanlagen 1.1. Fischaufstiegsanlage, Definition und Anforderungen 1.2. Regelwerk/Empfehlungen/Unsicherheiten bei Planung und Bau 2. Funktionskontrollen 2.1. Notwendigkeit zur Durchführung von Funktionskontrollen? 2.2. Methoden der Funktionskontrolle 2.3. Prüfstufen einer FAA BWK Methodenstandard Mthd t d d(durchführung und Bewertung) 2.5. Praxiserfahrung

3 Fischaufstiegsanlage (FAA) Dfiiti Definition: Bauwerk, das aufwanderwilligen Fischen aller Arten, Größen und Entwicklungsstadien an mindestens 300 Tagen im Jahr einen ohne Zeit und damit Energieverlust auffindbaren sowie einen ohne vermeidbaren Stress sowie gefahrlos passierbaren Wanderkorridor in das Oberwasser eines Wanderhindernisses bietet (aus: DWA M 509 Entwurf, Februar 2010) Anforderungen: Wanderkorridor an Wanderhindernis 300 Tagen erreichbar, auffindbar und passierbar zwischen Q 30 und Q 330 alle aufstiegswilligen Fischen, am jeweiligen Standort ohne Zeitverzögerung gaufstieg in das Oberwasser Ökologische Durchgängigkeit

4 Wanderhindernis ust 2011 ilfen 30. Augu Herstellung des Fischaufstiegs a b c kein Wanderhindernis Fischaufstiegsanlage

5 ust 2011 ilfen 30. Augu Sohlengleite Schlitzpass (Vertical Slot Pass) Borstenpass (Fisch Kanu Pass) schaufstiegshi ontrollen an Fis Funktionsko Umgehungsgerinne Fischschleuse Raugerinnebeckenpass

6 Regelwerke/ fachliche Empfehlungen schaufstiegshi ontrollen an Fis Funktionsko ust 2011 ilfen 30. Augu

7 Allgemeine Planungsgrundsätze für FAA aktueller Kenntnisstand der Technik und biologische Anforderungen Positionierung Dimensionierung Hydraulik Einstieg in die FAA möglichst nahamaufstiegshindernisam bei verzweigten Standorten in dem Wanderkorridor mit der größten Beaufschlagung über die längste Zeit im Jahr? Grundlage: größte zu erwartende Individuen Grundlage: Leistungsvermögen der schwimmschwächsten Individuen

8 Notwendigkeit von Funktionskontrollen? 1. Bewertung von Altanlagen 2. FAA unterliegen bei Planung und Bau vielen Restriktionen Abweichung von Optimalvariante 3. Planung und Bau nach aktuellem Stand des technischen Regelwerks sind Voraussetzung aber keine Garantie für Funktionsfähigkeit Gründe: 1. Ungenügende Kenntnis hinsichtlich Struktur & Hydraulikpräferenzen 2. Komplexe Strömungsverhältnisse an Gerinneverzweigungen 3. Einfluss der Turbinensteuerung

9 Regelwerke keine Funktionsgarantie! Gründe: Aussage zur Positionierung des Einstiegs: Bei den unterhalb von herkömmlichen Turbinen auftretenden hohen Fließgeschwindigkeiten ist allerdings anzunehmen, dass die Aufwanderung kleiner bzw. leistungsschwacher Fische bereits unterhalb des hier korrekt positionierten Einstiegs verhindert wird. (DWA M 509, Entwurf 2010, S. 90)

10 Methoden der Funktionskontrolle Reusenfänge ust 2011 ilfen 30. Augu Erfassung aller über die FAA aufgestiegenen Fische Reuse am Einlauf installieren nicht über, um, unterströmt lichte Weite so eng wie möglich versus Zusetzen mit Treibgut evtl. Schwimmbalken oberhalb Reuse Dimensionierung i i (Fischgrößen, Hydraulik) ggf. mit Hebeinrichtung Kehle (Fischgrößen versus Entweichen) Sohlanbindung versus spätere Sohldurchgängigkeit in FAA 1 bis mehrmalige Leerungen//Tag i.d.r. genehmigungspflichtig

11 Methoden der Funktionskontrolle Elektrofischerei ust 2011 ilfen 30. Augu Aktuelle Erfassungen des Fischbestandes im Unterwasser ermöglichen Bewertung von Reusenfängen Ergänzende E Befischung in FAA ermöglicht Komplettierung des Artenspektrums ggf. Erfassungvon Arten, Individuen, diegegenüber Reuse ein gewisses Meideverhalten zeigen genehmigungspflichtig

12 Methoden der Funktionskontrolle Absperrmethode ust 2011 ilfen 30. Augu Foto: P.-C. Rathcke Dammbalkenverschluss am Einlauf FAA am Einlauf abgesperrt, Erfassung der Fische mit E Fischerei oder Trockenlegung, aber Fische können auch vorher von Oberwasser eingewandert sein, ggf. genehmigungspflichtig

13 Methoden der Funktionskontrolle Markierung &Wiederfang schaufstiegshi Funktionsko ontrollen an Fis Foto: H.-H. Arzbach Foto: H.-H. Arzbach Kennzeichnung der Fische mit Marken (tags) oder Farbinjektion Aussetzen im UW, Wiederfang im Einlauf der FAA oder OW auch für Abstiegsuntersuchungen Problem: Wiederfangrate qualitative Aussagen genehmigungs, anzeigepflichtig

14 Methoden der Funktionskontrolle Reusenfänge, Elektrofischerei, Absperrmethode, Markierung, Automatische Zählanlagen, Sichtfenster Telemetrie Foto: H.-H. Arzbach Foto: H.-H. Arzbach Foto: H.-H. Arzbach Telemetriesender 72mm*14mm, Antenne 450mm Foto: H.-H. Arzbach Telemetrieboot mit Reciever und Antenne Foto: H.-H. Arzbach Stationäre Antenne an Schleuse Individuelle Markierung mit aktiven Sendern (Radios., Ultraschalls.), Verfolgung gmit mobilen Empfangsgeräten, g Erfassung mit fest installierten Antennen, genehmigungs, anzeigepflichtig Foto: H.-H. Arzbach Sender implantiert Reciever Antenne Stationärer Reciever an Schleuse

15 Methoden der Funktionskontrolle Stationäre Registrierung g Reuse Lichtschranke Kastendurchlass Videokamera VAKI Counter mit Videokamera, FAA Marklendorf an der Aller v.a. in technischen FAA Lichtschranken, Bewegungsmelder, Sonar, passiv Transponder plus ggf Video, Zählung, Größenbestimmung, Problem: Artbestimmung, Erfassung kleiner, sohlnah wandernder Arten

16 Methoden der Funktionskontrolle Sichtfenster ust 2011 ilfen 30. Augu Lahn-Fenster Gießen Sichtfenster FAA Iffezheim Spezielle bauliche Anlage erforderlich, z.b. Raum neben FAA mit Sichtfenster in die FAA, Problem Trübung, Licht ggf. Meidereaktion, i.v.m. Video, Reuse qualitative und quantitative Erfassung des Fischaufstiegs möglich

17 1. Bauabnahme: Prüfstufen einer Fischaufstiegsanlage Phase des Baus endet mit der Bauabnahme wurde Anlage so gebaut wie geplant, technische Abnahme (Vergleich von Planung mit tatsächlichem h Bau, Lage der FAA, Breite, Länge der Becken, Sohlsubstrat ja/nein, Schieber, Prüfung sonstiger technischer und baulicher Details, ob diese richtig eingebaut wurden) 1 maliger Termin vor Ort zu einem bestimmten Abflussereignis bildet nicht hydraulischen Betriebszeitraum Q 30 und Q 330 ab nicht geeignet für Funktionsbewertung! Foto: C. Edler Foto: C. Edler

18 Prüfstufen einer Fischaufstiegsanlage 2. Probebetrieb b b nach dem Bau als Teil der Inbetriebnahme mind. bei Q 30 und Q 330 Messung von Fließgeschwindigkeiten, Wassertiefen in Gerinne, Becken und Engstellen, Prüfung Sohlsubstrat, Verlegung erste Rückschlüsse für Einschätzung der Funktion möglich aber fraglich: Auffindbarkeit? Sackgasseneffekte? kt kein Nachweis, ob es Fische tatsächlich schaffen Foto: C. Edler

19 3. Funktionskontrolle Prüfstufen einer Fischaufstiegsanlage mind. bei Q 30 und Q 330 Messung v. Hydraulik in FAA, Leitströmung im Unterwasser Erfassung möglichst aller in einem bestimmten Zeitraum über die FAA aufgestiegenen Fische (mittels Reuse, ergänzt um Elektrofischerei) Ermittlung des Fischbestandes im Unterwasser, unterhalb der FAA, in Gewässerverzweigungen (z.b. unterhalb des Wehres, in einem Schleusenkanal) Aufnahme weiterer hydraulischer Gewässerparameter (z.b. Abfluss, Temperatur) Ermöglicht Aussagen zur Auffindbarkeit und Passierbarkeit Geeignet für die Funktionsbewertung einer FAA einzige Möglichkeit zur Evaluierung der Funktionalanforderung

20 Niedersächsisches Landesamt Funktionskontrolle Funktionsko ontrollen an Fis schaufstiegshiilfen 30. Augu ust 2011 Ökologische Durchgängigkeit / Funktionsfähigkeit 1. Großräumige Auffindbarkeit + 2 Kleinräumige 2. Kl i ä i Auffindbarkeit A ffi db k it + 3. Erreichbarkeit + 4. Passierbarkeit der FAA + 5. Orientierung & Passierbarkeit Oberwasser

21 BWK Methodenstandard Zielstellung 1. Standardisierte Methodik 2. Quantitative Bewertung auf Basis objektiver, reproduzierbarer Prüfgrößen 3. Möglichkeit zum quantitativen Vergleich zwischen Anlagen 4. Auswahl von Prüfgrößen mit hohem Indikationswert / vertretbarer Aufwand

22 BWK Methodenstandard 1. Fokus auf Phase mit hoher Aufstiegs Mobilität der Fische Laichzeiten Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Aland, Orfe Äsche Bachforelle Bachneunauge Bachsaibling Barbe Bitterling Blaubandbärbling Fokus auf besonders mobile Individuen adulte Tiere 3. Fokus auf Arten mit hoher Dominanz ( 1%) im Unterwasserbereich Art Aal Bachforelle Barbe Blaubandbärbling Döbel Dreist. Stichling Elritze Giebel Gründling Hecht Karpfen Plötze Schleie Schmerle 1,08 6,69 5,06 0,54 6,69 4,52 1,45 0,90 0,18 1,63 0,36 4,52 12,30 54, Dominanz [%]

23 BWK Methodenstandard Hauptbestandteile t 1. Technisch hydraulische Charakterisierung Erfassung unddokumentation abiotischer Voraussetzungen für die ökologische Durchgängigkeit am Standort 2. Biologische Funktionskontrolle Evaluierung des tatsächlichen Fischaufstiegs über FAA und Bewertung der biologischen Anlagenfunktion

24 Technisch hydraulische Charakterisierung Betrachtung: Baukörper der FAA & benachbarte Gewässerabschnitte Bedingungen: Q 60±30d & Q 300±30d 300 Tage Funktionsfähigkeit

25 Technisch hydraulische Charakterisierung Unterwasser FAA Oberwasser Protokoll technisch-hydraulische Standortcharakterisierung 1. Allgemeine Angaben FAA- Standort / Gewässer Q 60 30d Q d Wehr X/ Y Datum Messnetzpegel / Durchfluss (Q [m 3 /s] / Unterschreitungsdauer [d] Camburg / 13,1 / 70 Bearbeiter / Institution X Müller / IGF Jena Unterschrift für Protokoll (inkl. Lageplan mit Strömungsskizze + Fotodokumentation 2. Ergebnisdokumentation für Unterwasser-Komponente des Wanderkorridors Hydraulik im Bereich von Gewässerverzweigungen Q [m 3 /s] v MAX [m/s] v M [m/s] Zusammenfluss von Wanderkorridor WK und Blindstrang 1 Zusammenfluss von FAA und Blindstrang 2 WK 11,1 0,60 0,40 BS1 ca. 2 0,06 0,03 FAA 027 0, , ,40 BS2 ca. 10,8 0,60 0,40 Entfernung FAA-Einstieg bis hydraulisches oder bauliches Wanderhindernis (a [m]) 11 Winkel zwischen FAA-Leitströmung und Gewässerströmungsrichtung (a [ ]) 20 senkrechter Abstand Gewässersohle bis Sohle FAA-Einstieg (t u [m]) 0 senkrechter Abstand Wasserspiegel bis OK FAA-Einstieg (t o [m]) 0 maximale Wassertiefe auf pessimaler Schnelle (h MAX [m]) > 2 querprofilgemitt. Fließgeschw. in Engstelle (h MAX s) auf pessim. Schnelle (V E [m/s]) mittlere Stromstrich-Fließgeschwindigkeit (v MAX,M [m/s]) 0,40 durchgehend gewässertypisches Sohlsubstrat Vorhandensein [ja/nein] Ort Unterbrechung - Länge Unterbrechung [m] - 3. Ergebnisdokumentation für FAA-Komponente des Wanderkorridors minimale Beckenlänge (l MIN [m]) / Lokalität 289/1 2,89 keine Engstelle vorh. minimale Beckenbreite (b MIN [m]) / Lokalität 1,98 / Becken 28, 29 minimale Schlitzweite (s MIN [m]) / Lokalität 0,33 / Riegel 12 minimale Wassertiefe unterhalb Trennwand/Riegel (h B,MIN [m]) / Lokalität 0,52 / Becken 20 minimale mittlere Wassertiefe im Becken (h M,MIN [m]) / Lokalität 0,61 / Becken 20 maximale Wasserspiegeldifferenz ( h MAX[m]) / Lokalität 0,22 / Riegel 1 maximale sohlnahe Fließgeschwindigkeit (v SO,MAX [m/s]) / Lokalität 0,9 maximale querprofilgemittelte Fließgeschwindigkeit (v E,MAX [m/s]) / Lokalität 1,98 maximale Leistungsdichte (p MAX [W/m 3 ] / Lokalität 149 / Becken 20 durchgehend raues Sohlsubstrat Vorhandensein [ja/nein] Ort Unterbrechung ja nein Länge Unterbrechung [m] 0,12 Einstiegsöffnung in FAA 4. Ergebnisdokumentation für Oberwasser-Komponente des Wanderkorridors Entfernung von FAA-Ausstieg bis Stauwurzel (L[m]) > 500 mittlere Stromstrich-Fließgeschwindigkeit (v MAX,M [m/s]) 0,3 durchgehend gewässertypisches Sohlsubstrat Vorhandensein [ja/nein] Ort Unterbrechung - Länge Unterbrechung [m] - ja

26 Biologische Funktionskontrolle Grundprinzip p UW Reuse FAA Wehr hr Werra Fließrichtung UW WKA Triebwerksgraben Fisch- schleuse Reuse Unterwasserbestand Aufgestiegene Fische Vergleich

27 BWK Methodenstandard Biologische i Funktionskontrolle 7 Qualitätsmerkmale 1. Effektivität ität der FAA am Querbauwerk Indikatorgruppe: 2. Funktionalität der FAA im Gewässersystem Anadrome Arten Voraussetzungen: a) Kenntnis über Anzahl aufwandernder Individuen b) keine Reproduktionsmöglichkeiten im Unterliegerabschnitt

28 7 Qualitätsmerkmale Indikatorgruppe: 3. At Artenselektivität ktiität In Reuse nachweisbare, adulte Individuen während Laichzeit Fischart Barbe Döbel Dreist. Stichling Elritze Giebel Gründling Plötze Schmerle 1,8 1,2 31 3,1 8,1 9,3 0,2 6,0 0,1 2,1 2,3 Z / 1 UW OW S 100 ZUW 75,4 81,8 10 1,0 4,8 1,3 1, Dominanz [%] UW (n = 386) Reuse (n = 1043)

29 7 Qualitätsmerkmale 4. Göß Größenselektivität itätgegenüber kleinen Individuen Indikatorgruppe: in der Reuse fangbare, adulte Individuen während Laichzeit G MIN = TL MIN,OW -TL MIN,UW Unterwasser Ausstieg FAA G MAX = TL MAX,OW -TL MAX,UW

30 7 Qualitätsmerkmale 5. Göß Größenselektivität itätgegenüber großen Individuen Indikatorgruppe: in der Reuse fangbare, adulte Individuen während Laichzeit schaufstiegshi ontrollen an Fis Funktionsko Vergleich Körperlänge (Mittelwert) der 10 größten im UW mit den 10 kleinsten in der Reuse G MAX = TL MAX,OW TL MAX,UW

31 7 Qualitätsmerkmale 6. Normierte Aufstiegszahl Indikatorgruppe: Alle in der Reuse fangbaren Individuen Anzahl der in der Reuse gefangenen Fische (unabhängig von Fangdauer und Gewässergröße) N = n d x MQ

32 7 Qualitätsmerkmale 7. Akkumulation/Sackgasseneffekt k kt Indikatorgruppe: Alle Individuen (Gesamtfang) In nd./ha stagnophil rheophil indifferent 0 A1 A2.2 A2.1 A3.1 A3.2 Befischungsabschnitt

33 BWK Methodenstandard Bewertung der biologischen Funktionskontrolle Einstufung der Ergebnisse in Qualitätsklassen mit Funktionsindex Tab. A 2.3: Bewertung der Qualitätsmerkmale Qualitätsklasse Qualitätsmerkmal Qualitätsmerkmale für anadrome Arten 1) sehr gut (A) gut (B) mäßig (C) unbefriedigend (D) schlecht (E) Funktionalität (H [%]) kein Querbauwerk > Qualitätsmerkmale für sonstige Arten Artenselektivität (S [%]) kein Querbauwerk < Größenselektivität gegenüber kleinen Individuen id (G MIN [cm]) Größenselektivität gegenüber großen Individuen (G MAX [cm]) kein Querbauwerk < 2,5 2,5 5,0 5,0 7,5 7,5 kein Querbauwerk > Normierte Aufstiegszahl (N) kein Querbauwerk > 2,5 2,5 0,6 0,6 0,1 0,1 Akkumulationen aufstiegwilliger Individuen im Unterwasser / Sackgasseneffekte kein Querbauwerk keine Akkumulationen festgestellt, Vorhandensein aufgrund der Beprobungsmethodik sicher auszuschließen keine Akkumulationen festgestellt, Vorhandensein aufgrund der Beprobungsmethodik jedoch nicht sicher auszuschließen Akkumulationen im Unterwasser des Querbauwerks festgestellt, an dem sich die FAA befindet Akkumulationen im Unterwasser des Querbauwerks festgestellt, an dem sich keine FAA befindet

34 Bewertung biologische Funktionskontrolle Indexbewertung BWK Methodenstandard Qualitätsmerkmal Fangergebnisse Berechnung Ergebnis Qualitätsklasse Klasse (QM) QM (Wert) Funktionalität (H) & Effektivität (E) Artselektivität (S) [%] Z UW/OW = 8 Z UW = 8 Größenselektivität kleine Ind. (G MIN) [cm] TL MIN, OW = 7,3 cm TL MIN, UW = 5,2 cm Möglichkeit zur große Ind. Bewertungsmodifikation* (G MAX) [cm] Normierte n = 369 durch hexperten Aufstiegszahl (N) d = 135 Tage MQ = 3,1 m 3 /s - * -* -* -* -* S 1 Z UW UW / OW 100 ZUW 8 S G MIN TLMIN, OW TLMIN, UW G MIN 7,3 5,2 0 gut 4 2,1 gut 4 Größenselektivität TL MAX, OW = 61,4 cm G MAX TLMAX, OW TLMAX, UW 5,5 gut 4 TL MAX, UW = 55,9 cm 61,4 55, 9 Akkumulation Akkumulation im Unterwasser *Nachvollziehbare Begründung erforderlich G MAX n N d MQ 369 N 135 3,1 Sachgasseneffekt im Mutterbett 0,58 unbefriedigend 2 schlecht 1 Gesamtmittelwert: t 30( 3,0 (mäßig) Bewertung biologische Funktionskontrolle

35 BWK Methodenstandard Anwendung In Deutschland bereits vielfache Anwendung, häufig auf Anordnung der Behörden Bayern Brandenburg Niedersachsen Sachsen Anhalt Sachsen Thüringen?

36 BWK Methodenstandard Praxiserfahrung Auswertung von 40 Kontrollen (z. T. noch nicht abgeschlossen) MQ Gewässer bis 1 m³/s bis 10 m³/s bis 50 m³/s bis 100 m³/s > 100 m³/s Raugerinne- Fischschleuse Borstenfischpass Mäanderpass Schlitzpass Umgehungsgerinne Sohlrampe Art der FAA Dotation FAA < 100 l/s l/s l/s l/s > 1000l/s

37 Praxiserfahrung BWK Methodenstandard Ergebnisse der Gesamtbewertung 25 Standardbewertung 20 Expertenbewertung t Niedersächsisches Landesamt Funktionskontrollen an Fischaufstiegshi ilfen 30. August 2011 Anzahl Kontro llen un ni gut mäßig befriedigend schlecht cht bewertet

38 BWK Methodenstandard Praxiserfahrung Maßnahmevorschläge Turbinenmanagement/Steuerung Wehrfelder Umbau FAA/ Beseitigung Baumängel (häufig Substratauswaschung) Abflussverhältnisse l Anbindung Ober / Unterwasser Leiteinrichtungen Zusätzliche FAA Neubau FAA

39 Praxistauglichkeit BWK Methodenstandard Fangtechnik: Eignung von Reusen insgesamt bestätigt, aber Problemebeistarkem bei Geschwemmselanfall Einfluss auf hydraulische Bedingungen in FAA Zeiträume: Je nach Fischregion meist 2 3 Monate Kontrollzeitraum ausreichend (wenn Fischfauna und Wanderzeiten bekannt) Je mehr Fischarten desto längere Untersuchungszeiträume Technisch hydraulische Charakterisierung: Defizitbeseitigung vor aufwändiger Reusenkontrolle möglich Ursachenhinweise falls Defizite bei biologischer Kontrolle Aufwand: Ausgewogenes Kosten Nutzen Verhältnis, praxistauglich, verfahrensrechtlich durchsetzbar

40 BWK Methodenstandard Praxistauglichkeit it Qualitätsmerkmale Focus auf adulte Fische während Laichzeit: Artenselektivität sehr gut, Größenselektivität? Normierte Aufstiegszahl: bisher plausible Ergebnisse Akkumulation/Sackgasseneffekt: in der Regel plausibler Hinweis zu Auffindbarkeit, Probleme bei sehr geringem Unterwasserbestand & sehr großen Gewässern

41 BWK Methodenstandard Vorteile und Einschränkungen Vorteile Klar abgrenzbarer Untersuchungsumfang (wichtig bei behördlicher Festsetzung) Objektive, vergleichbare, nachvollziehbare (!) Bewertung Einschränkungen Große Flüsse Ermittlung aufstiegswillige illige Fischfauna im Unterwasser (ergänzende ende Methoden und Datenquellen) Charakterisierung von Durchflussquerschnitten (ADCP) Reusenfang Große Geschwemmselmengen Sehr große Anlagen

42 BWK Methodenstandard Perspektiven schaufstiegshi ontrollen an Fis Funktionsko Berücksichtigung neuer technischer Entwicklungen und deren Erprobung z.b. Einsatz des VAKI (Testprojekt der BfG an der Aller in Marklendorf und an der Mosel in Koblenz), Sonar, Kamerasysteme Überprüfung der Praxistauglichkeit der Qualitätsmerkmale in allen Fließgewässertypen Weiterentwicklung des Methodenstandards

43 BWK Methodenstandard Wichtige Grundlage zur Weiterentwicklung Wit t ikl des Methodenstandards: Mthd t d d Rückmeldungen über bereits durchgeführte Kontrollen nach dem BWK Methodenstandard Berichte über die Praxistauglichkeit Anwendung gbei künftigen tge Kontrollen o Fachlich reger, konstruktiver Austausch!

44 Wir danken folgenden Kollegen für: Angaben zu Funktionskontrollen P. C. Rathcke, Dr. D. Ritterbusch, Dr. K. Seifert Zusammenfassung der Funktionskontrollen M. Schmalz ust 2011 ilfen 30. Augu schaufstiegshi ontrollen an Fis Funktionsko Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!