Möglichkeiten und Grenzen der Minderung von Umweltauswirkungen der Wasserkraftnutzung und Querbauwerke. U. Dumont, Erfurt

Transkript

1 Möglichkeiten und Grenzen der Minderung von Umweltauswirkungen der Wasserkraftnutzung und Querbauwerke U. Dumont, Erfurt

2 Übersicht Wasserkraftnutzung Fischaufstiegsanlagen Fischschutz- und Fischabstieg Effekte für Flusseinzugsbegiete Auswirkungen auf Fischpopulationen Dipl. Ing. U. Dumont, Ingenieurbüro Floecksmühle, Bachstr , Aachen Tel. 0241/

3 Wasserkraftnutzung in Deutschland EEG-Daten 2007 ca kleine WKA 2,8 TWh Jahreserzeugung Große Wasserkraft (> 1 MW) ca. 410 WKA GW 17,8 TWh

4 Aktuelle Wasserkraftnutzung nur Deutsche Anteile gesamt WKA mit P 1 MW WKA mit P < 1 MW Pumpspeicherkraftwerke Zahl der WKA ca. 750 Eigenbedarf 31 Install. Leistung [GW] Jahresarbeit D [TWh] 4,05 3,40 0,65 a (6,5) 20,9 17,5 (RAV) 2,8 c,a 0,6 d 100% 5% 80% 60% 95% 85% > 1 MW < 1 MW 40% 20% 15% 0% Zahl der WKA Jahresarbeit

5 NRW: passierbare / nicht passierbare Querbauwerke

6 Habitat-Verlust durch Stau-und Ausleitung: ca. 5 50% der FLZ

7 Habitat-Verlust durch Stau-und Ausleitung: ca. 5 50% der FLZ Wieviel Wasserkraftnutzung verträgt ein Gewässer?

8 Gewässerökologische Konflikte an Wasserkraftanlagen Unterbrechung auf-/abwärtsgerichtete Durchgängigkeit Lebensraumverlust für aquatische Fauna Schäden an Fischen in Turbine/an Rechen Veränderungen im Staubereich: Abflussdynamik Tiefen-& Breitenvarianz Temperaturhaushalt Sauerstoffhaushalt Geschiebehaushalt Sedimentation/Transport Transport von Totholz ggf. Schwall/Sunk

9 Wanderdistanzen Wanderform Distanz [km] Art aufwärts abwärts diadrom potamodrom anadrom: Fluß- und. Meerneunauge Stör, Maifisch, Finte Lachs, Meerforelle mehrere zwischen dem Meer und den Oberläufen im Binnenland katadrom: Aal, (Flunder) Barbe Nase Döbel Aland Karpfen mehrere 100 Zährte > 800 Quappe > 200 Quelle: Institut für angewandte Ökologie

10 Rückbau von Querbauwerken Gewässerökologische Vorteile: Wiederherstellung der freien Fließstrecke Weniger Wanderhindernisse im Gewässer Prüfung: Ist die Funktion des Querbauwerks heute noch erforderlich? Vorhandene Wasserrechte Eigentumsverhältnisse Technische Realisierbarkeit (Sohlengefälle, Stabilität)

11 Anforderungen an Fischaufstiegsanlagen (DWA 2010) Angemessene Größe der FAA im Verhältnis zum Gewässer Große und mittlere Gewässer: 1 bis 5% des konkurrierenden Q Kleine Gewässer: 5 bis 10% Auffindbarkeit Passierbarkeit

12 Großräumige Anordnung von FAA Einschwimmsperre Qmin Konkurrenzströmung

13 Ausleitungsstrecken: Qmin Wanderkorridor Fließtiefe & -geschwindigkeit entsprechend Fischregion

14 Energetische/ökonomische Auswirkungen auf WKA Die Minderzeugung ist stark vom Ausbaugrad und dem Abflussverhalten abhängig Qmin 1/3 MNQ 1/2 MNQ 1 MNQ Jährl. Mindererzeugung 5 bis 15 % 6 bis 20% 12 bis 40%

15 Kleinräumige Auffindbarkeit: Werra / Schleuse Positionierung des Einstiegs nah am Wanderhindernis Keine Sackgasse zulassen

16 Wehr Allendorf

17 Einstieg an Wasserkraftanlagen

18 Vertical Slot Pass neben Qmin-Schnecke (Werra)

19 Passierbarkeit der FAA Bemessung entsprechend dem Schwimmvermögen der Fische

20 Vertical Slot Pass: unterschiedliche Bauformen

21 Niedrigwasserrinne bei Ausleitungswehren: groß dimensionieren

22 Aufgelöste Rampe (Riegelstruktur)

23 Aufgelöstes flächiges Raugerinne Quelle: SUA Suhl

24 Fischaufstiegsanlagen: Stand der Technik Quelle: SUA Suhl Aktueller Kenntnisstand erlaubt den Bau von effektiven Fischaufstiegsanlagen Erforderlich: Anwendung der Standards... und Controlling bei Bau & Betrieb

25 Fischschutz? Fischabstieg? Source: Karl Ebel

26 Aufkommen von Glasaalen an den Küsten Index of juvenile stocks (% of 1960s-1970s) 150 A.japonica A.rostrata A.anguilla Year nach: AFS, 14. Aug. 2003

27 Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen Verhaltensbarrieren: nicht wirksam Mechanische Barrieren Physische Verhinderung der Passage Wirken auch als Verhaltensbarriere Bypässe Großräumig ( Abflussverteilung am Standort) Kleinräumig ( Position Einstieg, Leitströmung & Hauptströmung)

28 Blankaale: Verhalten an Rechen d = 20 mm Fotos: Institut für Angewandte Ökologie

29 Diadrome Zielarten: Aal, Lachs, Meerforelle Für effektiven Schutz: Lachs-Smolt: d R < 10 mm Blankaal: d R < 15 mm Anströmgeschwindigkeit v A <= 0,5 m/s

30 Anordnung mechanischer Barrieren & Bypässen Schräg zur Fließrichtung

31 Horizontalrechen mit Bypass (Saale), Q a = 50 m³/s, d R = 20 mm

32 Horizontalrechen mit Bypass (Saale), Q a = 50 m³/s, d R = 20 mm Planena Aktuelle Planung: 15 mm Rechen für 70 m³/s

33 Anordnung mechanischer Barrieren & Bypässen Schräg zur Sohle (α) α

34 Wasserkraftanlage mit Fischschutz- und Abstiegsanlage (α-anordnung) Bottom-Gallery

35 WKA Mihla: FAA und Fischschutz: 15 mm, 40 m³/s

36 WKA Mihla: Feinrechen d = 15 mm

37 Roermond/NL Q a = 16 m³/s d R = 10 mm Hohe Reinigungsfrequenz

38 Fischschutz: Stand der Technik Max m³/s pro Recheneinheit bei d R = 10 mm

39 Fischschutz: Stand der Technik Fischschutzrechen mit dr = mm sind aktuell machbar bis > 50 m³/s pro Recheneinheit Oft verbunden mit betrieblichen Vorteilen Forderungen des WHG können erfüllt werden

40 Flussgebietsstrategie Ziel Etablierung von selbstreproduzierenden Fischpopulationen in einem Flussgebiet Methode Betrachtung ganzer Flussgebiete (nicht Einzelstandorte) Berücksichtigung des kumulativen Effekts der Querbauwerke und WKAs entlang einer Wanderroute

41 Aufstiegsrate = Wahrscheinlichkeit für Durchwanderung (artspezifisch) Ist-Zustand

42 Gesamtüberlebensrate bei Abwanderung Plan-Zustand: r = 74 %

43 UBA-Projekt Weser Ermittlung der Schädigungsraten durch Turbinen Durch Schokker unterhalb von WKA (Berufsfischer) Validierung der Berechnungsmodelle Populationsdynamische Betrachtung für diadrome Arten

44 Erorderlich: Betrachtung von Lebenzyklus & Populationen Lachs Aal

45 Modellierung: Statische Betrachtung Beispiel: Leine-Rhume 18 Querbauwerke davon 12 WKA + 2 WKA in der Weser 49 14

46 Modellierung durch dynamische Betrachtung: Lachs

47 Weser: Populationsdynamische Betrachtung (Lebenszyklus) Meer Erreichbarkeitsrate ab n adulte Lachspaare Einflussfaktoren für Lachs Aufkommen: Zahl der Smolts Natürliche Verluste bei Abstieg (Prädatoren) Turbinenschäden Erreichbarkeitsrate-Meer q Smolts Zahl Eier Erreichbarkeitsrate auf Rückkehrrate aus Meer Natürliche Verluste beim Aufstieg Wanderhindernisse Aufstieg Erreichbarkeitsrate-Areal p

48 Weser: Ergebnisse des populationsdynamischen Modells (Lachs) Biologische Ist-Werte und optimierte Durchgängigkeit (FAA, Fischschutz 10 mm)

49 Weser: Obere Ausbreitungsgrenze Biologische Bestwerte und Optimierte Durchgängigkeit & Fischschutz an WKA

50 Konsequenzen Flussaufwärtsgerichtete Wanderung Gesamtanzahl aller Querbauwerke in einem Gewässer beeinflusst potamodrome und diadrome Fischpopulationen Möglichst Rückbau von Wanderhindernissen Hohe Qualität von Fischaufstiegsanlagen erforderlich Controlling von Planung & Bau

51 Konsequenzen Flussabwärtsgerichtete Wanderung Gesamtanzahl aller Wasserkraftanlagen in einem Gewässer beeinflusst diadrome und potamodrome Fischpopulationen Hochwertiger Fischschutz erforderlich zum Erhalt/Aufbau von Fischpopulationen Forderung WHG Integrierte Planung für Verbindungs- und Nebengewässer

52 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Quelle: LÖBF