Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Wasserhaushaltsgesetz ist die Erzielung des guten \u00f6kologischen Zustands f\u00fcr Flie\u00dfgew\u00e4sser gesetzlich
\nverankert. Einen entscheidenden Baustein stellt dabei die Durchg\u00e4ngigkeit f\u00fcr die Fischfauna dar (\u00a734
\nWHG), die an Staubauwerken allgemein und an Wasserkraftanlagen im Speziellen behindert bzw. nicht
\ngegeben ist. Hauptziele sind eine bessere Vernetzung der Flie\u00dfgew\u00e4sser und eine Verringerung der Fischmortalit\u00e4t,
\ndie besonders bei der Abw\u00e4rtswanderung oftmals hoch ist. Es ist bislang noch weitgehend unklar,
\nwelche Faktoren das Fischverhalten bei der Abw\u00e4rtswanderung beeinflussen, wie diese Faktoren ggf.
\ngemessen und berechnet werden k\u00f6nnen und wie sie f\u00fcr die Leitung von Fischen zu Byp\u00e4ssen hin genutzt
\nwerden k\u00f6nnen. Ein Stand der Technik ist bisher nicht definiert. Hier setzt das aktuelle Forschungsvorhaben
\nan: Es soll zum einen das Wissen \u00fcber ma\u00dfgebende Str\u00f6mungssignaturen und das hydraulisch-reaktive
\nVerhalten abwanderungswilliger Fische erweitern. Zum anderen soll ein praxistaugliches Instrument
\nf\u00fcr die Messung verhaltensrelevanter Str\u00f6mungssignaturen sowie ein numerisches Prognosemodell (als
\nModul des Habitatmodells CASiMiR) zur Abgrenzung m\u00f6glicher Reaktionszonen entwickelt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie wesentlichen Arbeitsschritte des Projektes setzen sich aus den Lebendtierversuchen, der hydraulischen
\nAnalyse der Str\u00f6mung und der Kombination beider Aspekte f\u00fcr das ethohydraulische Vorhersagemodell
\nzusammen. Des Weiteren wurde in einem Arbeitspaket f\u00fcr die hydraulische Analyse eine fischf\u00f6rmige
\nMesssonde (Fischsinnessonde \u0096 FSS) an der Technischen Universit\u00e4t Tallinn (TalTech) entwickelt,
\nwelche verschiedene Sinnesorgane eines Fisches imitieren soll. Aufgrund der Fokussierung des Projektes
\nauf den Fischschutz und -abstieg, wurden f\u00fcr die Versuche zwei Schr\u00e4grechensetups (30\u00b0 und 55\u00b0 zur
\nAnstr\u00f6mung) gew\u00e4hlt. Die Tierversuche fanden mit verschiedenen Fischarten statt und wurden anschlie\u00dfend
\nunter anderem mittels einer Videoanalyse ausgewertet. F\u00fcr die Aufnahme der vorliegenden Str\u00f6mungssignaturen
\nund die Verifizierung der durchgef\u00fchrten 2D- und 3D-hydrodynamisch-numerischen Simulationen
\nwurden Geschwindigkeitsmessungen mit einem Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) sowie
\numfangreiche Tests mit der FSS durchgef\u00fchrt. Im Anschluss wurden die ethologischen und hydraulischen
\nBefunde verkn\u00fcpft und in das Prognosemodell implementiert. Zus\u00e4tzlich fand eine erste Erprobung der
\nFSS im Feld statt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zur Weiterentwicklung eines Mess- und Modelliersystems, mit dem sich m\u00f6gliche Faktoren f\u00fcr die Fischbewegung
\nund Verhaltenszonen an Abstiegsbarrieren erfassen bzw. Reaktionsr\u00e4ume prognostizieren lassen,
\nwurden umfangreiche Untersuchungen durchgef\u00fchrt. In beiden Systemen sind Gradienten die Hauptparameter.
\nBei der Fischsinnessonde (FSS) stellte sich der Druckgradient quer zum Fischk\u00f6rper (Differenz
\nzwischen linkem und rechtem Drucksensor) bzw. die daraus definierte Asymmetrie des Str\u00f6mungsangriffs
\nals vielversprechender Parameter heraus. Im Prognosemodell fanden der r\u00e4umliche Geschwindigkeitsgradient
\nim Kopfbereich (Spatial velocity gradient, SVG) und dessen Winkel zur Flie\u00dfrichtung Beachtung.
\nEs zeigte sich, dass Bereiche mit stark asymmetrischer Belastung auf den K\u00f6rper eher gemieden werden.
\nDie genannte Asymmetrie kann dabei sowohl durch den mit der FSS gemessenen Druckgradienten als
\nauch durch den Winkel zwischen Flie\u00dfrichtung und SVG im Modell beschrieben werden.
\nAufbauend auf den Erkenntnissen wurde f\u00fcr das Prognosemodell ein Passage Hamper Index (PHI; Passage-
\nBehinderungs Index) entwickelt, der sich aus den beiden genannten Parametern (SVG und dessen
\nWinkel zur Flie\u00dfrichtung) ermitteln l\u00e4sst. Er stellt ein Ma\u00df f\u00fcr die Bevorzugung bzw. Meidung bestimmter
\nStr\u00f6mungsbereiche dar (0 = Bevorzugung bis 1 = Meidung).
\nDie entwickelte Fischsinnessonde erm\u00f6glicht weiterhin eine neuartige Erfassung verhaltensrelevanter
\nGr\u00f6\u00dfen unter Ber\u00fccksichtigung der Interaktion von Fischk\u00f6rper und Str\u00f6mung, die bei konventionellen
\nStr\u00f6mungsmessungen nicht m\u00f6glich ist. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss hydraulisch wirksamer
\nStrukturen (z.B. vertikale St\u00fctzen des Rechens) auf die Str\u00f6mungssignaturen bzw. die genannten Parameter
\nmessbar ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Einzelne Aspekte des Projektes wurden bereits ver\u00f6ffentlicht und sind hier frei zug\u00e4nglich:
\nBensing, K.; Tuhtan, J. A.; Toming, G.; Khan, A. H.; Lehmann, B. (2022): Fish body geometry reduces the
\nupstream velocity profile in subcritical flowing waters. In: Aquatic Sciences 84(32):1-14.
\nhttps:\/\/doi.org\/10.1007\/s00027-022-00863-6
\nBensing, K.; Tuhtan, J.A.; Lehmann, B. (2022): Fischverhalten besser verstehen mithilfe von Multiparameterdaten;
\n45. Dresdner Wasserbaukolloquium am 14. und 15. Juni 2022; online verf\u00fcgbar:
\nhttps:\/\/henry.baw.de\/bitstream\/handle\/20.500.11970\/108930\/10_Fischverhalten_Multiparameterdaten_
\nBensing_.pdf?sequence=1&isAllowed=y
\nDes Weiteren werden beim 14. International Symposium on Ecohydraulics (ISE, 10.-14. Oktober in Nanjing,
\nChina) zwei Vortr\u00e4ge zu Teilaspekten des Projekts gehalten:
\nBensing et al.: Application of a Fish-Shaped Probe at an Angled Rack: Introducing the Fish Sensory Sonde
\n(FSS) (inkl. Tagungsbeitrag);
\nKopecki et al.: Towards Understanding Fish Behavior Near an Angled Rack: An Approach for Fish Tracing
\nUsing Open-Source Software;
\nWeitere Vortr\u00e4ge sowie Beitr\u00e4ge in deutschen und internationalen Fachjournalen, die sich z.B. mit den
\nM\u00f6glichkeiten beim Einsatz der neuen Messtechnik oder auch dem Modellierungsansatz in CASiMiR besch\u00e4ftigen,
\nsind in Planung. Durch verschiedene Social Media Posts (v.a. in LinkedIn und ResearchGate)
\nwurde zus\u00e4tzlich versucht \u00f6ffentliches Interesse f\u00fcr das Projekt zu wecken. Au\u00dferdem sind Informationen
\nzum Projekt auf den Internetseiten des Fachgebiets Wasserbau und Hydraulik (www.wasserbau.tu-darmstadt.
\nde) sowie des Ingenieurb\u00fcros SJE (www.sjeweb.de) zu finden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Mess- und Modelliersystem liefert in den neuen Ans\u00e4tzen bez\u00fcglich der Betrachtung von Str\u00f6mungsgradienten
\ngute Ans\u00e4tze. Diese sollten zuk\u00fcnftig durch weitere Grundlagenuntersuchungen mit st\u00e4rker
\nausgepr\u00e4gten hydraulischen Variationen, welche wiederum deutlichere Verhaltensunterschiede bei den
\nFischen hervorrufen, weiterverfolgt werden. Dies hat zum Ziel genaue Toleranzwerte extrahieren und f\u00fcr
\ndie Planung und Optimierung von Anlagen nutzen zu k\u00f6nnen.
\nDie FSS zeigte au\u00dferdem in ihrem Einsatz als \u0084bewegte\u0093 Sonde gro\u00dfes Potential, um kleinste Str\u00f6mungsschwankungen
\nr\u00e4umlich hochaufgel\u00f6st erfassen zu k\u00f6nnen. Hier bedarf es zuk\u00fcnftig noch weiterer Optimierungen
\nsowie Tests im Freiland.
\nDas vorgestellte Projekt geht im Bereich der Ethohydraulik innovative Wege. Der Wissensstand bez\u00fcglich
\ndes Verhaltens sowie der Wahrnehmung von Fischen bei der Abw\u00e4rtswanderung wurde erweitert. Die
\nKorrelation der Fischbewegungsmuster mit den gefundenen Str\u00f6mungsfaktoren sind in weiteren Untersuchungen
\nzu best\u00e4tigen und lassen eine zuk\u00fcnftige Bewertung und Optimierung von Fischabstiegsanlagen
\nmit dem Mess- und Modelliersystem realistisch erscheinen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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