Fischaufstiegsanlagen und Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Bauwerkefischpassierbare Bauwerke

Dr. Beate Adam

ÄÄnderungen und nderungen und Neuerungen im Neuerungen im RegelwerkRegelwerk

Institut für angewandte Ökologie Neustädter Weg 25 36320 Kritorf-Wahlen ifoe@schwevers.de

Eine Eine ÜÜberarbeitung des Regelwerks war angesichts des berarbeitung des Regelwerks war angesichts des schlechten Qualitschlechten Qualitäätsstandard dringend erforderlich!tsstandard dringend erforderlich!

mit Fischaufstiegsanlagen oder fischpassierbarem Bauwerk < 5 %

Stand der Technik < 10 %

… davon entsprechen dem

Definition der Zweckbestimmung von Definition der Zweckbestimmung von Fischaufstiegsanlagen (FAA)Fischaufstiegsanlagen (FAA)

Fischaufstiegsanlagen sind Bauwerke zur Gewährleistung der linearen und lateralen Durchgängigkeit für stromaufwärts

wandernde Fische und Wirbellose.

• FAA sind keine Ersatzlebensräume.

• FAA können den Fischabstieg nicht sicher stellen.

• Es gilt ihre Funktionsfähigkeit unabhängig von dem gewählten Konstruktionstyp,

den verwendeten Baumaterialien und der Ästhetik sicher zu stellen.

• FAA dienen nicht Freizeit- und Erholungszwecken.

FISCHAUFSTIEGSANLAGEN

Beckenpässe Gerinneartige Sonderbau-weisen Umgehungsgerinne

FISCHPASSIERBARE QUER- UND

KREUZUNGSBAUWERKE

am oder im Querbauwerk weitläufig um das Querbauwerk herum Anpassung des Querbauwerks

Beckenpass

Schlitzpass

Rauhgerinne-Beckenpass

Mischbauweisen

Denilpass

Borstenfischpass

Aalleiter

Raugerinne mit Störelementen

Fischaufzug

Fischschleuse

Gerinne mit Störsteinen oder in Mischbauweise

Sohlenbauwerke als raue Voll- oder Teilrampen, z. B.: als flächige Raugerinne mit Störsteinen mit Beckenstrukturen

Kreuzungsbauwerke Düker, Durchlässe Siel- & Schöpfbauwerke Bootsgassen Schiffsschleusen

Pegel

Hochwasserrückhaltebecken

In welche Bautypen bzw. Konstruktionsformen werden In welche Bautypen bzw. Konstruktionsformen werden FAA eingeteilt?FAA eingeteilt?

Bauweise, verwendete Materialien oder landschaftsästhetische Gesichtspunkte sind für

die Funktionsfähigkeit nachrangig!

FFüür die Sicherung der Qualitr die Sicherung der Qualitäät von FAA wurden t von FAA wurden eingefeingefüührthrt……

Grenzwert: Definierter geometrischer bzw. hydraulischer Wert, der sich aus der Morphologie bzw. dem Leistungsvermögen der Fische ableitet. Eine Überschreitung des Grenzwertes lässt Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit bis zum Versagen des Bauwerks erwarten.

Bemessungswert: Um die Überschreitung des Grenzwerts durch bereits geringfügige bauliche Abweichungen oder betriebliche Störungen zu vermeiden, wird jeder Grenzwert mit einem Sicherheitszuschlag versehen, der die Störanfälligkeit des jeweiligen Konstruktionstyps (!) berücksichtigt.

Für Planungen ist stets der Bemessungswert zu Grunde zu legen!

Was ist unter der FunktionsfWas ist unter der Funktionsfäähigkeit zu verstehen?higkeit zu verstehen?

• für die größten Fischarten und

• an mindestens 300 Tagen pro Jahr,

• auch bei Tideeinfluss,

• für die leistungsschwächsten Fischarten …

… der autochthonen Fischfauna.

Was ist die autochthone Fischfauna ? Was ist die autochthone Fischfauna ? autochthon = griech.: „alteingesessene“ Arten, die sich von alleine ange-

siedelt hatten bzw. haben:• ohne Zutun des Menschen (Besatz, Bilgewasser, über Kanäle etc.)• flussgebietsspezifisch• in Anpassung an die jeweils herrschenden abiotischen Bedingungen (Fließgewässerzonierung)

Obere- Forellenr.

Untere Forellrenr.

Äschen- region

Barben- region

Brachsen-region

KaulbarschFlunderr.

Potamodrome Arten Bachforelle Groppe Bachneunauge Elritze Schmerle 3-stachliger Stichling Äsche Huchen Schneider Hasel Döbel Gründling Rotauge Quappe Barbe Nase Zährte Aland Ukelei Brachsen Güster Rapfen Barsch Kaulbarsch Hecht Zander Wels (Wild-)Karpfen Schleie

Obere- Forellenr.

Untere Forellrenr.

Äschen- region

Barben- region

Brachsen-region

KaulbarschFlunderr.

Anadrome Arten Meerforelle Lachs Flussneunauge Meerneunauge aifisch Schnäpel Finte Stör Stint Katadrome Arten Aal Flunder

Das Das Artspektrum Artspektrum

einer einer FlieFließß-- gewgewäässerzonesserzone

… lässt sich anhand von Gefälle und Breite hinläng-

lich genau bestimmen

Abweichungen von der Abweichungen von der FlieFließßgewgewäässerzonierungsserzonierung

treten auf bei treten auf bei ……

• Fluss-Seen-Systemen

• küstennahen Gewässern

• Auegewässern

Bestimmung des konstruktionsrelevanten Artenspektrums durch einen

Sachverständigen.

Die Anforderungen an Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Die Anforderungen an Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Bauwerke ergeben sich aus den BedBauwerke ergeben sich aus den Bedüürfnissen der Fische rfnissen der Fische

Geometrie und Dimensionierung

Hydraulik

Positionierung im Gewässer und Anbindung im Unterwasser der Wanderbarriere

Orientierungs- verhalten

Auffindbarkeit

Morphologie der größten Arten

Passierbarkeit

Leistungsvermögen der schwächsten Arten und

Entwicklungsstadien

Passierbarkeit

• erstreckt sich großräumig vom stromabwärtigen Flussabschnitt bis zum Wanderhindernis

Es gilt dem Fisch einen Es gilt dem Fisch einen Wanderkorridor zu erWanderkorridor zu erööffnenffnen Der Wanderkorridor ist ein gedachter

Raum, in dem sich Fische aller Arten und Größen orientieren und stromauf

schwimmen können.

• reicht von der Sohle bis zur Wasseroberfläche

• zieht im Nahbereich vom Unterwasser der Barriere unterbrechungsfrei bis ins Oberwasser

• olfaktorisch mittels Riechgruben

Riechlamellen

Einström- öffnung

Der Fisch Der Fisch orientiert sich orientiert sich ……

• rheotaktisch mittels Seitenlinienorgan

Öffnungen des Seitenliniensystem

Der Fisch verhDer Fisch verhäält sich strikt positive lt sich strikt positive rheotaktischrheotaktisch, d. h. , d. h. gegen die Anstrgegen die Anströömung ausgerichtetmung ausgerichtet

Fließrichtung vm > 0,2 m/s

Weil meisten Fische ufernah der Weil meisten Fische ufernah der HauptstrHauptströömung folgen mung folgen ……

… müssen FAA stets am Ufer positioniert sein.

Ihr Einstieg muss unmittelbar am Wehrfuß liegen …

und sie sollten so parallel wie möglich zur Hauptströmung ausgerichtet sein

Das Problem mit MutterbettenDas Problem mit Mutterbetten

• Mutterbetten (ausgeleitete Gewässerstrecken) weisen die meiste Zeit im Jahr nicht nur zu geringe Wassertiefen, sondern auch zu geringe rheotaktische Fließgeschwindigkeiten auf.

• Die Fische folgen der Hauptströmung zur Wasserkraftanlage.

Fische schwimmen zur Kraftanlage

Verhalten gegenVerhalten gegenüüber Turbulenzber Turbulenz

• Fische durchschwimmen selbst hochturbulente Zonen, z. B. Wehrüberfälle

Anbindung im NahbereichAnbindung im Nahbereich

• grundsätzlich ohne Sackgasse • möglichst uferseitig• parallel bis max. 30 ° zur Hauptströmung

Bei falscher BemessungBei falscher Bemessung……… gilt sinngemäß das Gesetz von JUSTUS von LIEBIG (1855):

„Wachstum und Ertrag von Pflanzen werden durch dasjenige Element bestimmt, das sich im Minimum befindet."

„Die Funktion wird durch denjenigen Parameter beeinträchtigt, der sich im Pessimum befindet."

Parameter relevant für

maximale Absturzhöhe Leistungsschwache

minimale Abmessungen für Becken oder beckenartige Strukturen größte Arten

minimale Abmessungen von Durchlässen und Engstellen größte Arten

minimale Höhe von Durchlässen hochrückige Arten

minimale Wassertiefe größte Arten

maximale Fließgeschwindigkeiten in Durchlässen und Engstellen Leistungsschwache

minimale Fließgeschwindigkeit anadrome, Rheophile

minimale Rauhigkeit leistungsschwache Bodenorientierte

Turbulenzgrad Leistungsschwache sowie Hecht u. Zander

Anforderungen Anforderungen grogroßßer Arten an FAA er Arten an FAA

Atlantischer Störüber 3 m

Rapfen bis 1 m

Lachs bis 1,2 m

Karpfen bis 0,8 m

Aal über 1 m

Atlantischer Stör bis 5,0 m

Die Bemessungen der Dimensionierung und GeometrieDie Bemessungen der Dimensionierung und Geometrie

LFisch

Totallänge: LFisch

DFisch

HFisch

Körperdicke: HFisch

Körperhöhe: DFisch

… muss sich maßgeblich nach den Körpermaßen der größten Arten der autochthonen Fischfauna richten:

Fischrelevante Dimensionen im WanderkorridorFischrelevante Dimensionen im Wanderkorridor

LFisch DFisch

HFisch Kronausschnitt

Schlupfloch

lichte Länge

lichte Breite

ax

ds

Parameter fischrelevante Dimension

Wassertiefe an einer Engstelle hmin,Engstelle = 2 HFisch

Breite eines Durchlasses Smin = 3 DFisch

Dimension für Schlupflöcher dmin = 3 DFisch & hmin = 3 HFisch

Dimension für Kronausschnitte dmin = 4,5 DFisch & hmin = 2 HFisch

lichte Länge beckenartiger Strukturen lB = 3 LFisch

lichte Breite beckenartiger Strukturen Bb = lB x 1/2 bis 2/3

Abstand von Störsteinen aX - ds > 3 LFisch

PlanungsPlanungs-- relevante relevante

KKöörpermarpermaßßee

Hauptverbreitung Art Fo

relle

nreg

ion

Äsc

henr

egio

n

Bar

benr

egio

n

Bra

chse

nreg

ion

Kau

lbar

sch-

Flun

der-

Reg

ion

Gesamt-länge

adulter Exemplare

LFisch [m]

relative Körper-

höhe Khoch

absolute Körper-

höhe HFisch [m]

minimale Wasser-

tiefe 2,5 HFisch

[m]

Bachforelle 0,50 0,17 0,09 0,21 Äsche 0,50 0,17 0,09 0,21 Huchen 1,00 0,17 0,17 0,43 Seeforelle 1,00 0,17 0,17 0,43 Perlfisch 0,70 0,20 0,14 0,35 Döbel 0,60 0,20 0,12 0,30 Lachs 1,00 0,17 0,17 0,43 Meerforelle 0,80 0,17 0,14 0,34 Quappe 0,70 0,18 0,13 0,32 Plötze 0,40 0,25 0,10 0,25 Barbe 0,80 0,16 0,13 0,32 Nase 0,60 0,25 0,15 0,38 Zährte 0,50 0,25 0,13 0,31 Sterlet 0,90 0,17 0,15 0,38 Aland 0,70 0,25 0,18 0,44 Brachsen 0,70 0,30 0,21 0,53 Rapfen 0,80 0,23 0,18 0,46 Barsch 0,40 0,28 0,11 0,28 Hecht 1,00 0,17 0,17 0,43 Zander 1,00 0,16 0,16 0,40 Wels 1,60 0,22 0,35 0,88 Maifisch 0,80 0,20 0,16 0,40

Anforderungen Anforderungen leistungsschwacher Arten leistungsschwacher Arten

Atlantischer Stör, juvenil & adult

Glasaale

Elritze

Kaulbarsch

Stichling

Stint

Das LeistungsvermDas Leistungsvermöögen ist eine Funktion der Zeitgen ist eine Funktion der ZeitSc

hwim

mge

schw

indi

gkei

t [L F

isch

/s]

Daueradult: 10 bis 12 LFisch /s juvenil: 12 bis 15 LFisch /s

etwa 50 % der Sprintgeschwindigkeit rheoaktive

Fließgeschwindigkeit 0,2 bis 0,3 m/s

Es existiert ein Zusammenhang zwischen der Größe eines Fisches und seinem

Leistungsvermögen.

Die hydraulischen Grenzwerte wurden fDie hydraulischen Grenzwerte wurden füür r jede Fliejede Fließßgewgewäässerzonen festgelegtsserzonen festgelegt

obere untere

Äschen-region

Barben-region

ForellenregionBrachsen-

regionKaulbarsch-

Flunder-Region

Fließgewässerregion Gesamthöhen-unterschied

Obere Forellen-

region

Untere Forellen-

region

Äschen- region

Barben-region

Brachsenregion

Kaulbarsch-Flunder-Region

< 3 m 2,2 m/s 2,1 m/s 2,0 m/s 1,8 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s 3 bis 6 m 2,1 m/s 2,0 m/s 1,9 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s 1,5 m/s 6 bis 9 m 2,0 m/s 1,9 m/s 1,8 m/s 1,6 m/s 1,5 m/s 1,4 m/s

> 9 m 1,9 m/s 1,8 m/s 1,7 m/s Einzelfallentscheidung

Die hydraulischen Grenzwerte berDie hydraulischen Grenzwerte berüücksichtigen auch die cksichtigen auch die HHööhe des Wanderhindernis und die Lhe des Wanderhindernis und die Läänge der FAAnge der FAA

Fließgewässerregion Gesamthöhen-unterschied

Obere Forellen-

region

Untere Forellen-

region

Äschen- region

Barben-region

Brachsenregion

Kaulbarsch-Flunder-Region

< 3 m 2,2 m/s 2,1 m/s 2,0 m/s 1,8 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s 3 bis 6 m 2,1 m/s 2,0 m/s 1,9 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s 1,5 m/s 6 bis 9 m 2,0 m/s 1,9 m/s 1,8 m/s 1,6 m/s 1,5 m/s 1,4 m/s

> 9 m 1,9 m/s 1,8 m/s 1,7 m/s Einzelfallentscheidung

spezifische Leistungsdichte, Grenzwert für Fischaufstiegsanlagen

und fischpassierbare Bauwerke Fließgewässerzone

Beckenbauweise Störsteinbauweise Obere Forellenregion 250 W/m³ 300 W/m³ Untere Forellenregion 225 W/m³ 275 W/m³ Äschenregion 200 W/m³ 250 W/m³ Barbenregion 150 W/m³ 200 W/m³ Brachsenregion 125 W/m³ 175 W/m³ Kaulbarsch-Flunder-Region 100 W/m³ 150 W/m³

Es gilt: Je wenige Ruhezonen ein Konstruktionstyp hat, desto kürzer darf die FAA und geringer dürfen Turbulenzen sein.

QualitQualitäätssicherungtssicherung

Grenzwert x Sicherheitsbeiwert = Bemessungswert

Sicherheitsbeiwerte berücksichtigen: • Unsicherheiten bei der hydraulischen Berechnung• Baumaterialien• Anfälligkeit gegenüber Verlegung

Ist die Auffindbarkeit sowie die Einhaltung aller Grenzwerte sicher gestellt, erübrigt sich eine biologische „Funktionskontrolle“.

Bew

ertu

ng d

er F

unkt

ions

fB

ewer

tung

der

Fun

ktio

nsf ää

higk

eit

higk

eit Ausschlaggebend ist das Qualitätskriterium, das

sich im Pessimum befindet.

Bewertung A oder B

kein Handlungsbedarf

Bewertung C, D, oder E

Änderungen möglich?

Bewertung der Konsequenzen und Zulässigkeit einer Einschränkung der Durchgängigkeit am Standort sowie im Gewässersystem.

Bewertung EBewertung DBewertung C

nein

Differenzierte Bewertung des/der pessimalen Qualitätskriterien

eingeschränkte Funktionsfähigkeit !

ja

ADAM, Beate Dr. Dipl.-Biol., Sachverständige für Fischereiwirtschaft, Kirtorf-Gleimenhain (Obfrau)

BOSSE, Rainer Dipl.-Ing., RWE Power AG, Essen (stellvertretender Obmann)

DUMONT, Ulrich Dipl.-Ing., Ingenieurbüro Floecksmühle, Aachen

GÖHL, Christian Dr.-Ing., RMD-Consult GmbH, München

GÖRLACH, Jens Dipl.-Fischereiingenieur, Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie, Jena

HEIMERL, Stephan Dr.-Ing., Fichtner GmbH, Stuttgart (vorm. EnBW, Stuttgart)

KALUSA, Bernhard Dipl.-Ing., E.ON Wasserkraft GmbH, Landshut

KRÜGER, Frank Dr.-Ing., Landesumweltamt Brandenburg, Frankfurt/Oder

REDEKER, Marq Dipl.-Ing., Dipl.-Wirt. Ing., Opus International Consultants, Wellington / Neuseeland (vorm. Ruhrverband, Essen)

SCHWEVERS, Ulrich Dr. Dipl.-Biol., Institut für angewandte Ökologie, Kirtorf-Wahlen

SELLHEIM, Peter Dipl.-Biol., Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz, Hannover/Hildesheim

BRUNKEN, Heiko Prof. Dr., Hochschule Bremen, Bremen

MAIER, Dirk Dipl.-Ing., vorm. Universität Karlsruhe, Institut für Wasser und Gewässerentwicklung

LARINER, Michel Prof., Universität Toulouse, Toulouse / Frankreich

OVERHOFF, Georg Dipl.-Ing. Bayerisches Landesamt für Umwelt, DWA-Fachausschuss „Talsperren“, München

TIELE, Volker Dr., Institut biota GmbH, Bützow

TRAVADE, Francois Dr., Energie de France, Chatou Cedex / Frankreich

HASSINGER, Rainer Dr.-Ing., Universität Kassel, Kassel

MÜLLER, Uwe Stedten

PETERS, H.-W. Dipl.-Ing., Fa. Peters Ökofisch, Höxter-Godelheim

Am Entwurf des Regelwerks haben mitgewirkt:Am Entwurf des Regelwerks haben mitgewirkt: