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Referenzen

Auftraggeber:

Rheinaubund, Schaffhausen, Schweiz
Bundesamt für Energie, Bern, Schweiz

Projekthintergrund:

Zwei Hilfswehre, die in der Ausleitungsstrecke in der Rheinschleife bei Rheinau (CH) errichtet worden sind, um die Restwassermenge auf die vor dem Bau des Kraftwerkes vorhandenen mittleren Wasserstände aufzustauen, verhindern die Ausbildung eines natürlichen Fließcharakters. Die Konzession des Kraftwerks läuft zwar erst im Jahre 2036 aus, doch nach dem Gewässerschutzgesetz der Schweiz müssen die Mindestwasserstrecken an Ausleitungskraftwerken saniert werden. Die anstehende Turbinenrevision und die dadurch resultierende erhöhte Wasserführung in der Ausleitungsstrecke waren Anlass dafür, die gegebenen Verhältnisse zu untersuchen und potenzielle Verbesserungsmaßnahmen zu definieren. Es sollten damit Vorgaben für die Sanierung von Restwasserstrecken nach dem Gewässerschutzgesetz erarbeitet werden.

Projektbeschreibung:

SJE hat mehrere Maßnahmenszenarien für das Kraftwerk Rheinau am Hochrhein durchgeführt. Mit Hilfe des Simulationsmodells CASiMiR wurden Habitat-Simulationen für Fische und Vertreter des Makrozoobenthos unter verschiedenen strukturellen und hydraulischen Randbedingungen durchgeführt. Ein Rückbau der Hilfswehre, das Anlegen von Sohlrampen, Inseln und Kiesbänken und die Veränderung der Abflussverhältnisse fanden Berücksichtigung. In Zusatzuntersuchungen wurden die Auswirkungen einer Dotationsturbine und einer morphologischen Umgestaltung des „Chly Rhy“ bei der Klosterinsel betrachtet. Weiterhin wurden Animationen für die Visualisierung des Landschaftsbilds bei veränderten Wasserspiegeln erstellt. Eine Animation einer simulierten Variante finden sie hier

Leistungen:

Räumliche Verteilung der Habitateignung, Äsche adult

Räumliche Verteilung der Habitateignung, Brütlinge Nase, Variante B3-M2

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Auftraggeber:

EAWAG - Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz, Kastanienbaum, Schweiz

Projekthintergrund:

Das Hochwasserereignis im Mai 1999 hat zum wiederholten Male gezeigt, dass der Thuner See in bestimmten meteorologischen Situationen nicht über eine ausreichende Abflusskapazität verfügt und damit nicht jederzeit den gesamten Zufluss abführen kann. Vom Wasser- und Energiewirtschaftsamt des Kantons Bern (WEA) wurden daher überlegungen zu einer Querschnittsvergrößerung durch Tieferlegung der Aaresohle im Bereich des Seeauslaufs untersucht. Dadurch können die Abflussverhältnisse verbessert und die Hochwassergefahr für die Stadt Thun entschärft werden. Verschiedene Ausbaggerungsvarianten wurden hydraulisch untersucht und auf ihre Abflusswirksamkeit hin geprüft. Das WEA hat daraufhin weitergehende Untersuchungen in Auftrag gegeben, welche die Umweltauswirkungen ausgewählter Ausbaggerungsvarianten aufzeigen sollen. Einen wichtigen Punkt der ökologischen Untersuchungen stellte die Frage dar, inwiefern die wertvollen Äschenlaichplätze im Bereich des Seeauslaufs bei den unterschiedlichen Ausbaggerungsvarianten beeinträchtigt werden.

Projektbeschreibung:

In Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (EAWAG) führte SJE Untersuchungen der Laichplätze in der Aare am Auslauf Thuner See durch. Dabei wurde zunächst ein hydraulisches 2D-Modell erstellt. Auf Grundlage von vor Ort erhobenen Sohlsubstrat-Informationen und Laichplatzkartierungen mit ergänzenden Strömungsmessungen wurden mit der Software CASiMiR Prognosen des Laichplatzangebotes erstellt. Diese lieferten Aussagen über die Auswirkungen verschiedener Ausbaggerungsvarianten und damit eine wertvolle Basis für das weitere Vorgehen zur Erhaltung der Laichplätze von nationaler Bedeutung.

Leistungen:

Hydraulische Modellierungen, Aare am Auslauf des Thuner Sees, Berechnungsgitter

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Auftraggeber:

EdF – Electricité de France, Kembs, Frankreich

Projekthintergrund:

Im Rahmen der Neukonzessionierung des von der EdF betriebenen Wasserkraftwerks Kembs am Canal d’Alsace war die Einstellung eines ökologisch verträglichen Mindestabflusses eine der dringlichsten Fragen. Da die Restrheinstrecke im Hinblick auf die Wiederansiedlung des Atlantischen Lachses große Bedeutung - insbesondere als Laichareal - hat, war die Bereitstellung geeigneter Lebensräume einer der Hauptfaktoren für die zukünftige Abflussregelung. Des Weiteren stand die Erhaltung der in diesem Rheinabschnitt vorhandenen wertvollen Brutstätten und Pionierstandorte im Brennpunkt des Interesses.

Projektbeschreibung:

In der ca. 40 km langen Ausleitungsstrecke des Oberrheins wurden in insgesamt 5 Untersuchungsstrecken ökohydraulische Simulationen durchgeführt. Ziel dabei war es, die abflussabhängigen Veränderungen der Fischlebensräume, insbesondere für den Atlantischen Lachs, zu untersuchen. Grundlage für die Berechnungen waren Vor-Ort-Aufnahmen der Gerinnemorphologie und –geometrie. Zusätzlich wurden im Rahmen von Dotationsversuchen Wasserspiegel- und Strömungsmessungen durchgeführt, die zur Kalibrierung der verwendeten 2D-Hydraulikmodelle dienten. Da Wassertiefen, Fließgeschwindigkeiten und benetzte Flächen, und daraus abgeleitet die Habitatbedingungen, im Modell für beliebige Abflusssituationen ermittelt werden können, ließen sich auf den Jahresverlauf abgestimmte, optimierte Abflussregelungen entwickeln. Ergebnisse aus zusätzlichen, weniger hoch aufgelösten hydraulischen 1D-Modellierungen über den kompletten 40 km langen Abschnitt wurden in Verbindung mit vorhandenen Informationen über die Gerinneform und zugeordnete Vegetationseinheiten betrachtet. Sie wurden zur Prognose der Auswirkungen von Abflussvariationen im gesamten Restrhein genutzt.

Leistungen:

Ergebnisse des CASiMiR Modells für verschiedene Abflussszenarien

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Auftraggeber:

Privater Betreiber, Nachrodt, Deutschland

Projekthintergrund:

An der Wasserkraftanlage Nachrodt, Lenne, lag das durchschnittliche Jahresarbeitsvermögen deutlich unter dem technisch nutzbaren Potenzial. Dies war, wie bei vielen Anlagen mit langer Betriebszeit, vor allem darin begründet, dass die Turbinen und Generatoren einen hohen Verschleiß aufwiesen und die Betriebsweise nicht automatisiert war. Hinzu kamen Verluste durch Stillstandszeiten infolge von Defekten an der Wasserkraftanlage. In vielen Fällen gestaltet sich die Entscheidung zur Revision bzw. die Wahl einer neuen Turbine sehr schwierig, da die örtlichen Randbedingungen nicht ausreichend berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Projektbearbeitung war der Einsatz des Moduls CASiMiR-Hydropower sehr hilfreich, da die Randbedingungen der vorliegenden Angebote für die Anlagenmodernisierung auf ein vergleichbares Maß gesetzt werden konnten. Bei der objektiven und individuellen Betrachtung einzelner Varianten waren vor allem die angesetzten Konzessionsdauern, geforderte Amortisationszeiträume und erzielbare Einspeisevergütungen maßgebend.

Projektbeschreibung:

Für eine zur Modernisierung vorgesehene Wasserkraftanlage wurden Berechnungen des Arbeitsvermögens und der daraus resultierenden Erlöse angestellt. Dabei waren die folgenden Turbinenvarianten Gegenstand der Betrachtung: Revision der vorhandenen drei Francisturbinen, sowie Kombinationen einer überholten Francisturbine mit neuen Kaplan-, Francis-, Kegelrad- oder Rohrturbinen. Die energiewirtschaftlichen Berechnungen wurden mit dem Modul CASiMiR-Hydropower durchgeführt. Die darauf aufbauende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, auf Basis der Barwertmethode mit variablen Laufzeiten und Einspeisevergütungen, lieferte die Grundlage für eine auf die Bedürfnisse des Betreibers zugeschnittene Wahl der Modernisierungsvariante.

Leistungen:

Leistungsdiagramm der WKA Nachrodt an der Lenne.

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Auftraggeber:

IRKA – Internationale Regierungskommission Alpenrhein, Sils im Domleschg, Schweiz

Projekthintergrund:

Der Alpenrhein weist aufgrund seines Verbauungsgrads derzeit in langen Abschnitten einen morphologisch und hydrologisch naturfernen, strukturarmen Zustand auf und ist von künstlich erzeugten, starken Abflussschwankungen (Schwall-Sunk) geprägt. Diese haben erhebliche Auswirkungen auf die Ökologie und Morphologie des Gewässers. Eine Quantifizierung der Schwall-Sunk Auswirkungen soll die Grundlage für einen nachhaltigen Betrieb der oberhalb liegenden Speicherkraftwerke sein, der sowohl ökologische als auch ökonomische Aspekte berücksichtigt.

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Projektes wurden in einem ersten Schritt verschiedene Schwallszenarien (Anforderungsprofile, kurz: AP) definiert. Neben der aktuellen Situation (AP0), wurden vier unterschiedlich stark gedämpfte Schwall-Sunk Abflussganglinien bei Niederwasser im Winter (AP1 bis AP4) entwickelt. Ergänzend wurde als Bezugsmaßstab der Zustand vor der Abflussveränderung durch Speicher mit natürlicher Morphologie anhand der Verhältnisse in eine naturnahen Gewässerstrecke mit Restaue bei Mastrils betrachtet (AP0a). Um die durchschnittlichen Verhältnisse, die über den gesamten Winter herrschen, abzuschätzen, wurde ein Szenario mit dem mittleren Winterabfluss definiert (AP4a). In weiterer Folge wurden die morphologisch unterschiedlichen Modellstrecken vermessen und hydraulisch modelliert. Darauf aufbauend wurden mittels des Ansatzes der Habitatmodellierung die Risiken durch den Schwallbetrieb für die Indikatorfischarten Bach- bzw. Seeforelle und Wirbellose an der Flusssohle (benthische Invertebraten) modelliert. Neben den Faktoren Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit und Substratverteilung wurden auch die Faktoren Kolmation und Wasserspiegeländerungsrate berücksichtigt. Den Projektbericht finden Sie hier

Leistungen:

Ermittlung der „Effektiven Lebensraumeignung“ (HSI – Habitat Suitability Index) um Aussagen über die Entwicklung der Eier bis zum Schlüpfen der Larven zu treffen

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Auftraggeber:

TIWAG – Tiroler Wasserkraft AG, Innsbruck, Österreich

Projekthintergrund:

Die TIWAG beabsichtigt im Rahmen der Erweiterung des Kraftwerks Imst die Errichtung einer Fischwanderhilfe (FWH) am Wehr Runserau. Die von der TIWAG durchgeführten Vermessungen und die bereitgestellten Konstruktionsunterlagen der FWH bilden die Grundlage für diese Untersuchung. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Beurteilung der Auffindbarkeit der Fischwanderhilfe, die ein entscheidendes Kriterium für deren Funktionstüchtigkeit darstellt. Die Auffindbarkeit ist beeinflusst durch die Lage des Einstiegs, bezogen auf den Wanderkorridor der Fische, dem Abstand von der Wanderbarriere und einer für die Fische erkennbaren Leitströmung. Mit Hilfe von hydrodynamisch-numerischen Modellen (HN-Modellen) die mit Fischverhaltensmustern verschnitten werden lässt sich überprüfen, ob die Mindestanforderungen an die Auffindbarkeit erfüllt sind.

Projektbeschreibung:

Basierend auf den Ergebnissen des HN-Modells (Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten) wurden die von der TIWAG vorgegebenen Szenarien hinsichtlich der Auffindbarkeit der FWH-Einstiege bewertet. Unter Verwendung ethohydraulischer (auf das strömungsinduzierte Verhalten bezogen) Strömungskategorien wurde das Vehalten verschiedener Fischaltersstadien untersucht. Um auch die Strömungsrichtung zu berücksichtigen, implementierte SJE einen „backward particle tracking“ Euler Ansatz in das damit neu entwickelte Modul CASiMiR-Migration. Es konnten Wanderpfade für verschiedene Abflussszenarien berechnet werden, welche Prognosen der Leiströmung Richtung Fischpasseinstieg darstellen.
Eine wissenschaftliche Veröffentlichung die im Zuge dieses Projekts entstand, finden Sie hier.

Leistungen:

Modellnetz des Einstiegsbereichs zur FWH



Maßgebende Fließgeschwindigkeitsklassen für das Schwimmvermögen von Äsche und Bachforelle, Startpositionen der Fische und berechnete Schwimmpfade

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Auftraggeber:

Regierungspräsidium Freiburg, Freiburg, Deutschland

Projekthintergrund:

Zur Erfüllung der Vorgaben aus der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL), sollte eine Machbarkeitsstudie für die Glatt im Bereich Gewässer 1. Ordnung erstellt werden. Da die Glatt auf langen Strecken kanalartig ausgebaut und teilweise aus dem Taltiefpunkt herausverlegt worden ist, stellte sich in diesen Bereichen die Frage nach einem intensiven naturnahen Ausbau bzw. einer an die historische, natürliche Situation angelehnte Laufverlegung. Solch erhebliche Veränderungen bedürfen zur Beurteilung der Umsetzbarkeit und der beabsichtigten Wirkung einer Vorstudie. Dabei ist das Entwicklungspotenzial unter Einbeziehung des Hochwasserschutzes und konkurrierender Nutzungen (Wasserkraft, Landwirtschaft, Freizeitnutzung) aufzuzeigen.

Projektbeschreibung:

Mithilfe der Fischhabitatmodellierung ließ sich eine Defizitanalyse erstellen, auf deren Grundlage naturnahe Umgestaltungsmaßnahmen mit besonderem ökologischem Nutzen für den betrachteten Wasserkörper detailliert abgeleitet werden konnten. Neben der genauen Lokalisierung der defizitären Abschnitte konnten notwendige Planungsziele, wie beispielsweise die Schaffung von Laichplätzen oder Jungfischhabitaten mit Lage und Umfang dargestellt werden. Verschiedene entwickelte Planungsvarianten wurden hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Fischlebensräume des Wasserkörpers geprüft und beurteilt. Die Planung der einzelnen Maßnahmen wurde in einem iterativen Prozess mehrfach bewertet und optimiert, bis das bestmöglichste Ziel erreicht war.

Leistungen:

Habitatflächen Ist-Zustand (Mesomodell), Laichplätze Bachforelle



Habitatflächen Planungsvariante (Mikromodell), Laichplätze Bachforelle

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Auftraggeber:

Technische Universität Berlin, Berlin, Deutschland

Projekthintergrund:

Urbane Fließgewässer sind meist hohen morphologischen, chemisch-physikalischen und damit ökologischen Belastungen ausgesetzt. Zur Erfüllung der Vorgaben der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL), sollte eine Studie für das stark anthropogen veränderte, urbane Fließgewässer Panke durchgeführt werden. Der Einbau leitbildkonformer Ersatzstrukturen und die Optimierung ihrer Wirksamkeit sollte in einem iterativen, interdisziplinären Prozess entwickelt werden. Hoch aufgelöste, hydrodynamisch-numerische 2D-Modelle wurden mit Habitatmodellierungen kombiniert und in enger Zusammenarbeit mit Ökologen optimiert und bewertet.

Projektbeschreibung:

Auf Basis der hydraulischen Modellierungen und der vor Ort erhobenen morphologischen Daten wurden mit dem Habitatmodell CASiMiR Simulationen für die Panke-typischen Fischarten Gründling, Hasel und dreistachliger Stichling, sowie für 4 Strömungstypen des Makrozoobenthos durchgeführt. Es zeigte sich, dass im Ausgangszustand ein sehr eingeschränktes Angebot an Lebensräumen vorhanden ist, das sich zusätzlich mit dem Abfluss deutlich verändert und für bestimmte Abflusssituationen nahezu komplett verloren geht. Nach Implementierung der geplanten Ersatzstrukturen ändern sich die Verhältnisse deutlich zum Positiven. Die Habitate sind weniger abflussabhängig und sowohl bei niedrigen als auch höheren Abflüssen vorhanden. Die durchgeführte Sensitivitätsanalyse belegte, dass die Modellierungen vergleichsweise stabil sind und keine Diskontinuitäten bei Variation der Eingangsgrößen auftreten. Insgesamt zeigten sich für die Planvariante sehr viel größere Zuwächse an geeigneten Habitaten für gewässertypische Arten als bei der reinen Abflusserhöhung. Morphologische Aufwertungen der weitgehend monotonen Panke sind demnach stark zu empfehlen und lassen deutliche Verbesserungen der Gewässerökologie erwarten.

Leistungen:

Monotoner Verlauf der Panke im urbanen Stadtgebiet

Mögliches Szenario mit struktureller Aufwertung

Entwurf einer Mosaikvariante von ube, Essen

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Auftraggeber:

TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG, Innsbruck, Österreich

Projekthintergrund:

Für die Erweiterung des Kraftwerks Kirchbichl am Inn war eine umfangreiche Umweltverträglichkeitstudie (UVS) durch den Betreiber Tiroler Wasserkraft AG durchzuführen. Eine der Hauptzielstellungen zur Verbesserung der ökologischen Situation in Fließgewässern ist die Herstellung der Durchwanderbarkeit und Erhaltung/Wiederherstellung von gewässertypischen Lebensräumen. Somit waren auch für die UVS die drei Aspekte Wanderkorridor, Habitatausstattung in der Ausleitungsstrecke für Fische und Makroinvertebraten, sowie die Leitströmung zur Fischwanderhilfe am Ausleitungswehr wichtige Bearbeitungspunkte. Zusätzlich war die Beeinflussung der semiterrestrischen Lebensräume aufgrund der veränderten Anlagenauslegung zu untersuchen.

Projektbeschreibung:

Neben der Beseitigung lokaler Barrieren ist die Herstellung eines durchgehenden Wanderkorridors, mit für die Zeigerarten ausreichenden Wassertiefen und Mindestgeschwindigkeiten, für die Durchwanderbarkeit maßgebend. Die Erfüllung dieser Mindestanforderungen wurde anhand von hydrodynamisch-numerischen Modellierungen überprüft, in CASiMiR dargestellt und nachfolgend beurteilt und optimiert. Als weiterer Aspekte wurden die semiterrestrischen Lebensräume mit modellgestützten Ansätzen untersucht. Es wurde ein Habitateignungsmodell für Laufkäfer erstellt, für welche ufernahe, periodisch überflutete Bereiche und deren morphologische Eigenschaften eine wichtige Rolle spielen. Diese Habitate wurden unter Verwendung des fuzzy-logischen Ansatzes des Modellsystems CASiMiR untersucht. Es wurden Prognosen für die Beeinflussung der Lebensräume durch die veränderten hydrologischen und hydraulischen Verhältnisse in der Innschleife angestellt und eine ökologische Bewertung vorgenommen.

Leistungen:

Fließgeschwindigkeit und Fließrichtungen im Bereich des Turbinenauslaufs und der Fischwanderhilfe

Käferfundstellen und kartierte Sohlsubstrate

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Auftraggeber:

BFG-Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz, Deutschland

Projekthintergrund:

Infolge Eindeichungen, Laufverkürzungen, Begradigungen und durchgehenden Ufersicherungen wurde das Fluss- und Auenökosystem der Elbe, in den letzten Jahrhunderten, erheblich in seiner Natürlichkeit reduziert. Eine Auezone, die durch die Unterbrechung des vorgelagerten Deichs und damit in ihrem Effekt einer Deichrückverlegung entsprechend, wieder regelmäßiger überflutet wird, liegt bei Lenzen. Das vorgestellte Projekt befasste sich mit der Modellierung der langfristigen Vegetationsentwicklung im Deichrückverlegungsgebiet. Zentrales Projektziel war die Beantwortung der Frage, durch welche Sukzessionsphasen und mit welcher Entwicklungsgeschwindigkeit sich das ehemals landwirtschaftlich genutzte Gebiet nach Aufgabe der Nutzung und Wiederherstellung nahezu natürlicher Überflutungsverhältnisse in den nächsten 150 Jahren entwickeln wird. Die Vegetationsentwicklung wurde mit dem Auensukzessionsmodell CASiMiR-Vegetation simuliert.

Projektbeschreibung:

SJE war im Projekt für die hydraulische Modellierung relevanter Abfluss-Szenarien zuständig, welche als Eingabe-Parameter in die Vegetationsmodellierung eingehen. Modellierungen wurden sowohl für den Ist-Zustand (Topographie), als auch für eine veränderte Geometrie des obersten Einströmbereichs durchgeführt. Es wurde ein zweidimensionales numerisches Modell verwendet, das auf Basis von Daten der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) erstellt wurde und über gemessene Wasserspiegellagen bei Mittelwasser und für mehrere Hochwasserereignisse kalibriert werden konnte. Abhängig von der Landnutzung und der Ausprägung von Flutrinnen in der Zone hinter dem geschlitzten Deich ergaben sich sehr unterschiedliche Entwicklungen der Vegetation. Die Modellierungen sind damit Grundlage für die zukünftige Bewirtschaftungsstrategie, eine an deren Ziele angepasste Landnutzung und eine etwaige Veränderung der Durchströmungsbereiche im Deich.

Leistungen:

Mögliches Szenario der Auenentwicklung Ausgangszustand 2009 und nach 150 Jahren

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Auftraggeber:

Wasserwirtschaftsamt Weilheim, Weilheim, Deutschland
Lebensraum Lechtal e.V., Augsburg, Deutschland

Projekthintergrund:

Der Lech ist in Deutschland zwischen dem Forggensee bis zur Mündung in die Donau stark durch die Wasserkraftnutzung geprägt und durch zahlreiche Staustufen in seinem Abflussverhalten und seiner morphologischen Dynamik deutlich verändert. Die Litzauer Schleife ist die letzte verbliebene freifließende Strecke des Lech und hinsichtlich der morphologischen Strukturen als naturnah zu bezeichnen, auch wenn die Morphodynamik und der Aufbau der Flusssohle verändert sind. Aufgrund ihrer besonderen Bedeutung ist dieser Abschnitt zum Naturschutzgebiet erklärt worden. Der gewässerökologische Zustand hinsichtlich der Fischbesiedlung nach WRRL ist mäßig. In diesem Projekt soll der Einfluss des Schwellbetriebs auf Fischhabitate, insbesondere die Jungfische der Leitart Äsche, beurteilt und Maßnahmen zur Verbesserung der Situation vorgeschlagen werden.

Projektbeschreibung:

Mithilfe einer erweiterten Version des Habitatmodells CASiMiR-Fish können auch instationäre Parameter, wie die Geschwindigkeit von Wasserspiegeländerungen, berücksichtigt werden. Diese spielen für die Gefährdung von Fischen durch Schwellbetrieb eine wichtige Rolle. Alle Untersuchungen bauen auf dem zwei-dimensionalen hydrodynamisch-numerischen Modell (2D HN-Modell) der Litzauer Schleife auf. Zur Analyse der Durchwanderbarkeit und zur Erfassung des Habitatangebots wurden die Ergebnisse aus den stationären HN-Berechnungen mit dem Habitatmodell CASiMiR-Fish weiter untersucht. Instationäre Berechnungen zur Abbildung von ausgewählten Schwallszenarien dienten der Analyse von ökologischen Auswirkungen des Schwalls im Ist-Zustand und für Schwallszenarien bzw. morphologische Maßnahmenvarianten. Außerdem wurde das Strandungsrisiko für Jungfische mit einem fuzzy-logischen Ansatz berechnet. Unter Berücksichtigung aller Aspekte konnte abschließend eine Empfehlung für eine Betriebsweise mit geringerer Gefährdung von Fischjungstadien erarbeitet werden. Ein hochgenaues Flussmodell mit detaillierter Abbildung der flachen Kiesbänke war hierfür erforderlich. Dies wurde durch eine Drohnenbefliegung und die Structure from Motion Technik verwirklicht. Auf Basis der Projektdaten wurde eine neue Methode zur Berücksichtigung tiefenabhängiger Modellrauheiten in HN-Modellierungen entwickelt. Die dazugehörige Publikation finden Sie hier.

Leistungen:

Habitateignungen für die laichende Äsche bei unterschiedlichen Abflüssen





Grundschema der Structure from Motion Methode: Fotos mit Drohne und Ground Control Points (Referenz), gefilterte Punktwolke, DGM

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Auftraggeber:

TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG, Innsbruck, Österreich

Projekthintergrund:

Um dem Strömungsempfinden von Fischen, welches auf Interaktionen der Strömung mit dem Fischkörper beruht, näherzukommen, wurde im Projekt FILOSE des 7ten Rahmenprogramms der Europäischen Kommission eine fischförmige seitenlinienorganähnliche Messsonde entwickelt, die unter Laborbedingungen kalibriert und getestet wurde. Vertical-Slot-Fischpässe stellen den meistverbreiteten Typ technischer Fischpässe dar. Die fischförmige seitenlinienorgan-ähnliche Messsonde konnte erstmals in Vertical-Slot-Fischpässen eingesetzt werden.

Projektbeschreibung:

Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die oben genannte Fischsonde in den Vertical-Slot-Fischpässen von drei Wasserkraftanlagen der TIWAG einzusetzen, um die in der Praxis auftretenden Strömungssignaturen in den Schlitzen und Becken zu erfassen. Dabei wurde für jede Fischwanderhilfe eine typische Signatur ermittelt, anhand welcher die Becken charakterisiert werden können. Diese konnte mit den Messungen in den einzelnen Schlitzen verglichen werden und so die Uniformität und etwaige Abweichungen, bezogen auf die entsprechenden Vorgaben des Österreichischen Wasser- und Abfallwirtschaftsverbands, ermittelt werden.
Eine wissenschaftliche Veröffentlichung, die im Zuge dieses Projekts entstand, finden Sie hier.

Leistungen:





Entwickelter "Robofish" und damit gemessene Strömungssignatur (unten)

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Auftraggeber:

TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG, Innsbruck, Österreich

Projekthintergrund:

Die Abwärtswanderung ist nach der Aufwärtswanderung ein weiterer wichtiger Aspekt in Zusammenhang mit der Durchgängigkeit von Fließgewässern. Querbauwerke können die Abwärtswanderung unterbrechen indem sie nur einem kleinen Teil der aquatischen Arten eine Passierbarkeit erlauben. Das Wissen und die entsprechenden technischen Einrichtungen für die Abwärtswanderung sind weniger weit entwickelt als jene für die Aufwärtswanderung. Es ist Stand der Technik direkt vor dem Einlauf von Wasserkraftanlagen physische Barrieren zu installieren, um den Einzug von Totholz und Fischen in die Turbine zu verhindern. Es ist daher wichtig, die Strömungsbedingungen oberhalb dieser Rechen zu studieren, um das Fischverhalten bei Annäherung und die Strömungsabhängigkeit zu analysieren.

Projektbeschreibung:

Obwohl bekannt ist, dass die Turbulenz in Strömungen das Schwimmverhalten von Fischen und deren hydraulische Präferenzen maßgeblich beeinflusst, gibt es momentan keine Messmethode, um Turbulenzen in geeigneter Weise im Feld zu erheben. Dies war eines der ersten Projekte, das sich mit der Entwicklung und dem Einsatz eines neuartigen, von der Biologie inspirierten Strömungsmessgeräts beschäftigt, welches sich an dem druckempfindlichen Seitenlinienorgan von Fischen orientiert. Die Kombination von räumlich explizit gemessenen zeitlich gemittelten Fließgeschwindigkeiten aus ADCP- Messungen und den Druckschwankungen aus einer Druck-Box-Messung ermöglichen eine Darstellung der komplexen, dynamischen Strömungsbedingungen am Einlauf von Wasserkraftanlagen und eine Annäherung an das von Fischen empfundene Strömungsbild.

Leistungen:





Entwickelter Sensor (oben), gemessene Strömungssignatur (mittig) und untersuchte WKA Kirchbichl (unten)

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Auftraggeber:

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe, Deutschland

Projekthintergrund:

Im Forschungsprojekt „Klimawandel und modellhafte Anpassung in Baden-Württemberg– Angewandte Forschung und Modellprojekte“ wurde eine Prognose der Auswirkungen des Klimawandels auf die Rastatter Rheinaue und die interdisziplinäre Entwicklung von Anpassungsstrategien zu deren langfristiger Sicherung angestrebt. Dabei kam das Auesukzessionsmodell CASiMiR-Vegetation zum Einsatz, für dessen Erstellung ein hydrodynamisch-numerisches Modell (HN-Modell) die Grundlage war. Das Modell wurde nicht nur für die aktuelle Situation entwickelt, sondern es wurden verschiedene Szenarien untersucht. Diese betrafen zum einen die Abflussentwicklung in den nächsten Jahrzehnten und die damit zu berechnenden Abflusswerte. Zum anderen waren die Geometrie der Auetopographie und die Steuerung der vorhandenen Flutdurchlässe in die Szenarien zu integrieren.

Projektbeschreibung:

SJE war im Rahmen des Projektes für die hydraulische Modellierung des Abschnitts zuständig. Um sowohl die Geometrie des Flussschlauches, wie auch die Vorländer und besonders den Deich korrekt abzubilden, wurden im gesamten Modellgebiet während der Erstellung des Berechnungsnetzes manuell Bruchkanten erstellt. Weitere topographische Besonderheiten und Bauwerke wurden während einer Ortsbegehung identifiziert und im Modell berücksichtigt. Das hydraulische Modell wurde anhand von 6 verschiedenen Hochwasserabflüssen (HQ 1 – HQ 100) entlang des Flussschlauches im Rhein kalibriert.
Die folgende Abbildung (unten) zeigt das Flussdiagramm des Moduls CASiMiR-Vegetation.

Leistungen:

Übersicht des modellierten Bereichs als Berechnungsnetz

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Auftraggeber:

Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing, China

Projektbeschreibung:

In Form eines Online-Seminars wurde eine Einführung zu ökohydraulischen Untersuchungen für das Nanjing Hydraulic Research Institute gegeben. Zunächst wurde die Motivation bzw. das Potential der Anwendung von Habitatmodellierungen zu ökologischen Fragestellungen an Fließgewässern erläutert. Darauf aufbauend wurden die Schnittstellen von Physik und Biologie dargestellt und erläutert wie diese im Modul CASiMiR-Fish integriert werden. Neben Möglichkeiten zur morphologischen Aufwertung von Fließgewässern wurden umweltfreundliche Betriebsweisen von Wasserkraftanlagen dargestellt. Nach einer Unterweisung zur Umsetzung von Habitatpräferenzen in ein fuzzy-logisches Regelsystem, wurde anhand eines Anwendungsbeispiels eine detaillierte Anleitung zum Umgang mit der Software CASiMiR-Fish präsentiert.

Leistungen:

Allgemeiner Präferenzansatz

Grundlage des fuzzy-logischen Habitatmodells

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Auftraggeber:

SINTEF Energy Research, Trondheim, Norwegen

Projekthintergrund:

Schwall-Sunk Betriebsweisen haben einen erheblichen Einfluss auf die ökologischen Funktionen eines Fließgewässers. Aufgrund der erneuerbaren Energien, die einen zunehmenden Anteil des häufig unbeständigen Energiemarktes darstellen, gewinnt dieser Einfluss zunehmend an Bedeutung. Ein naturfernes Abflussregime mit extremen Bedingungen (Schwall vs. Niedrigwasser) stellt für die aquatischen Arten eine große Herausforderung dar. In diesem Projekt wurde der Schwall-Sunk Einfluss in norwegischen Fließgewässern, speziell auf angesiedelte Arten des Makrozoobenthos, untersucht.

Projektbeschreibung:

In diesem Projekt wird der Einfluss eines Schwall-Sunk Betriebs auf makrobenthische Habitate mit einem fuzzy-logischen Ansatz untersucht. Für die drei Makrozoobenthos Taxa Baetis rhodani, Hydroptila spp. und Allogamus auricollis mit den zugehörigen charakteristischen, unterschiedlichen Präferenzen wurden mit dem Modul CASiMiR Habitatmodellierungen durchgeführt. Für verschiedene Betriebsweisen erstellte SJE Karten der persistenten Habitate, d.h. Habitate, die auch bei variierendem Abfluss relativ konstante hydraulische Bedingungen aufweisen. Durch diesen Ansatz wurde berücksichtigt, dass Organismen mit geringer Mobilität die Besiedlung von Bereichen mit dauerhaft-stabilen Bedingungen bevorzugen. Eine Publikation, die im Zuge dieses Projekts entstand, finden Sie hier.

Leistungen:

Vergleich des Habitatangebots für verschiedene Abflüsse und persistente Habitate für 2 verschiedene Schwallbetriebe

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