Ethohydraulische Versuche

Die Fischversuche 2020/21 mit der Forschungsfrage, ob sich die Passagewahrscheinlichkeit für kleine schwimmschwache Fische durch eine raue Sohle im Vergleich zu einer glatten Sohle verbessert, sind beendet. Sowohl die Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) als auch deren Schützlinge haben die BAW verlassen. Während die Fische wieder in ihre Herkunftsgewässer gesetzt wurden, befinden sich die Biolog*innen der BfG und die Hydrauliker*innen der BAW für die Datenauswertung an den Schreibtischen.

Zwei Fischarten, Rotaugen und Gründlinge, haben in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekts „Ökologische Durchgängigkeit“ den Versuchsaufbau in einer Laborrinne der BAW durchschwommen. Jeweils in Dreiergruppen wurden die Fische mit der hydraulischen Situation in Form eines Einstiegsschlitzes und einer rauen oder glatten Sohle konfrontiert. Um die Versuchsbedingungen zu dokumentieren und vor allem das Fischverhalten im Nachgang zu analysieren, wurde im Vorfeld der Versuche die Hydraulik im Ober- und Unterwasser sowie im Einstiegsschlitz gemessen.

Die Bemessungsgeschwindigkeit in dieser Untersuchung wurde als die maximale Geschwindigkeit im Schlitzquerschnitt definiert und sollte für die glatte und raue Sohle gleich sein. Die Geschwindigkeit im und unterhalb des Schlitzes korreliert mit der Wasserspiegeldifferenz von Ober- und Unterwasser. Durch die Variation des Durchflusses und des Unterwasserstands wurde die vorgegebene Geschwindigkeit eingestellt, sodass die hydraulischen Zustände bei rauer und glatter Sohle vergleichbar sind.

Im Einstiegsschlitz sind die Geschwindigkeitswerte unabhängig von der Sohlstruktur über die Tiefe annähernd konstant. Das sich im Schlitz bei rauer Sohle, anders als in der Gerinnehydraulik, im messbaren Bereich (ca. 2cm oberhalb der höchsten Steinspitze) keine geschwindigkeitsreduzierte Schicht einstellt, bestätigt die zuvor getroffene Annahme über die hydraulische Situation am Schlitz.

Bevor tiefer in die weitere Auswertung eingestiegen werden kann, müssen zunächst alle erstellten Unterlagen, wie z.B. die handschriftlichen Protokolle, digitalisiert und die vielen Fischvideos gesichert werden. Ob sich die Schlitzpassagerate bei rauer Sohle von der bei glatter Sohle signifikant unterscheidet und wie groß der mögliche Unterschied sein wird, kann erst nach umfangreichen statistischen Tests gesagt werden.

BAW und BfG sind auf die Erkenntnisse gespannt, die sich aus diesem Versuchsaufbau ableiten lassen, und schielen schon jetzt mit einem Auge auf die nächsten Fischversuche, die für 2022 geplant sind.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.

Der Startschuss für die diesjährigen Fischversuche ist gefallen. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen beherbergt die BAW Gründlinge, eine von zwei Fischarten, deren Verhalten in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekts „Ökologische Durchgängigkeit“ in einer Laborrinne untersucht werden.

Das Kernstück des Versuchsaufbaus in der 2,5 m breiten Laborrinne ist ein Schlitz, der dem Einstiegsschlitz in eine Fischaufstiegsanlage (FAA) nachempfunden ist und die Versuchsrinne in einen Oberwasser- und einen Unterwasserbereich teilt. Um zu untersuchen, ob und wie sich die Passagerate der Fische bei rauer und glatter Sohlstruktur ändert, wurde auf rund 6 m eine lagestabile Steinsohle eingebaut auf die eine stabile Plattenkonstruktion verschraubt werden kann. Der Versuchsaufbau ist so gestaltet, dass innerhalb von einer halben Stunde die Sohlstruktur zwischen rau und glatt geändert werden kann.

Die Fische werden pro Einzelversuch jeweils zu dritt zunächst von den Hälterungsbecken in den Startbereich im Unterwasser des Versuchsstands transportiert. Dort bekommen sie kurz Zeit, sich an die neue Umgebung und die Strömungsverhältnisse zu gewöhnen. Wenn das Startgitter gezogen wird, beginnt der Fischversuch. Zunächst müssen die Fische eine sogenannte Motivationslinie passieren, mit der sie ihre generelle Wanderbereitschaft flussauf signalisieren. Nur Fische, die die Motivationslinie überschwimmen, werden später in der Auswertung berücksichtigt. Danach läuft die Versuchszeit von einer Stunde. Sollten die Fische innerhalb dieser Zeit den Schlitz passieren, ist der Versuch vorzeitig beendet. Nach dem Versuch werden die Fische aus der Laborrinne gefischt und wieder in die Hälterungsbecken gesetzt, wo sie bis zur Freilassung in ihre Herkunftsgewässer versorgt werden.

Zu zweit protokollieren die Biolog*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) das Fischverhalten im Untersuchungsbereich. Die Fische werden dabei mithilfe kleiner Unterschiede in der Länge, der Färbung oder der Flossenform auseinandergehalten. Neben den händischen Protokollen werden gleichzeitig Videos von zum Teil eingetauchten Kameras aufgenommen.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.

Die Vorbereitungen für den in den kommenden Wochen geplanten Aufenthalt der Gründlinge an der BAW laufen auf Hochtouren. Bei den Gründlingen handelt es sich um eine der zwei Fischarten, deren Verhalten in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekt „Ökologische Durchgängigkeit“ in einer Laborrinne an der BAW untersucht werden.

Ziel des Verbundprojektes ist es, die flussauf- und -abwärts gerichtete Vernetzung der Bundeswasserstraßen für Fische und aquatische Organismen wiederherzustellen. Durch Querbauwerke, wie z.B. Wehre, wird die Verbindung von Laich-, Aufzucht und Nahrungshabitaten durchschnitten. Fischauf- und Fischabstiegsanlagen als technische Bauwerke werden gebaut, um die negativen Folgen für die aquatische Umwelt zu minimieren.

Ethohydraulische Versuche, d.h. das Verschneiden der Fachdisziplinen Ethologie (vergleichende Verhaltensforschung) und Hydraulik, finden seit 2016 regelmäßig an der BAW statt. Da die Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegsanlagen (FAA) unter anderem wesentlich davon abhängt, dass Fische den Einstieg in die FAA durchschwimmen können, fokussieren sich die Untersuchungen derzeit auf den Einstiegsschlitz. Seit 2018 wird die Forschungsfrage behandelt, ob die bisher für den FAA-Einstieg vorgegebenen Fließgeschwindigkeiten kleine, schwimmschwache Fische überfordern und ggf. an der Passage hindern oder ob die Fische andere Effekte nutzen, um den Einstieg zu bewältigen.

Mit dem derzeitigen Versuchsaufbau soll der Einfluss einer rauen Steinsohle auf die Passage des Einstiegsschlitzes untersucht werden. Bei zwei verschiedenen Sohlstrukturen (rau/glatt) wird verglichen, wie erfolgreich die Fische den nachgebauten Einstieg in eine FAA durchschwimmen und wie sie sich dabei verhalten. Der Versuchsaufbau ist deshalb modular gestaltet: Auf die fest verklammerte Steinsohle kann eine Plattenkonstruktion aufgelegt und somit eine glatte Sohle hergestellt werden. Der Versuchsaufbau und die schnelle Möglichkeit die Sohlstruktur zu ändern, hat sich bereits im 1. Teilversuch mit Rotaugen, die im Frühjahr 2020 stattgefunden haben, bewährt. Der Versuchszeitraum wird dabei auf die jeweilige Wanderperiode der Art abgestimmt, wobei auch zusätzliche Faktoren, wie z.B. die Wassertemperatur, berücksichtigt werden müssen.

BAW und BfG befinden sich gerade in den letzten Zügen der Vorbereitungen (die Laborrinne ist geputzt, frisches Wasser ist eingelassen und die Hälterungsbecken sind bezugsfertig) und freuen sich auf die anstehenden Versuche.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.