Einige ausgewählte Referenzprojekte

Auftraggeber:

Tractebel Engineering GmbH

Projekthintergrund:

Der Fluss Mamasa in Sulawesi, Indonesien ist seit den 1980er Jahren von der Wasserausleitung in das Kraftwerk Bakaru I und häufigen, schnellen Abflussschwankungen stromabwärts durch den Schwallbetrieb der Anlage betroffen. Bisher gab es keine ökologische Mindestabflussregelung, und nur höhere Abflüsse, die die Turbinenkapazität überstiegen, erreichten das Mutterbett. Da solch hohen Abflüsse allerdings regelmäßig und häufig auftraten und die Morphologie des Flussbetts intakt ist, fanden einige Fische und andere aquatische Arten trotz der starken Auswirkungen der Wasserkraft geeignete Lebensbedingungen vor. Die Artenzusammensetzung außerhalb der Mindestwasserstrecke ist jedoch wesentlich vielfältiger und die Biomasse höher. Das geplante Kraftwerk Bakaru nutzt Wasser aus demselben Reservoir wie Bakaru I. Die installierte Kapazität wird sich zukünftig in etwa verdoppeln, und damit auch zumindest zeitweise der aus dem Gewässer entnommene Abfluss für die Wasserkraft. Dadurch werden die Zeiträume und die Häufigkeit des natürlichen überlaufs am Ausleitungsdamm erheblich reduziert und die Schwallwirkung deutlich stärker. D.h. mit dem Bau des zweiten Wasserkraftwerks ergeben sich neue Anforderungen, insbesondere für den ökologischen Mindestabfluss unterhalb des Damms und den Schwallbetrieb.

Projektbeschreibung:

Zur Untersuchung der Möglichkeiten der umweltverträglichen Wasserkraftnutzung im Kraftwerk Bakaru wurden vier Abschnitte im Fluss Mamasa untersucht. Befischungen , terrestrische Vermessungen, Probenahmen, Pegelinstallationen, Drohnenflüge und Kartierungen waren Teil der Datenerhebung. Mit den gesammelten Daten wurden hydrodynamisch-numerische 2D-Modellierungen und Habitatmodellierungen mit CASiMiR Fish durchgeführt. In einem zweiten Schritt wurden die Schwall/Sunk-Auswirkungen auf die betroffenen Fischarten untersucht (CASiMiR Hydropeaking).
Basierend auf den Ergebnissen der Modellierungen wurden für das zusätzliche Wasserkraftwerk Bakaru II Wasserabgaberegelungen und Vorgaben für den Schwall/Sunk-Betrieb empfohlen. Diese verringern den Einfluss der Wasserkraft im betroffenen Abschnitt des Mamasa auf ein ökologisch vertretbares Maß.

Untersuchungsstrecke im Fluss Mamasa

Berechnetes Strandungsrisiko während eines Sunkereignisses

Auftraggeber:

Royal Government of Bhutan - National Environment Commission

Projekthintergrund:

Wasserkraft ist mit einem Potential von mehr als 30 GW eine der wichtigsten natürlichen Ressourcen in Bhutan. Die Erschließung dieser Ressource ist ein Schlüssel zur Energieversorgung und damit zur wirtschaftlichen Entwicklung Bhutans. Um die wichtigen ökologischen Funktionen der Gewässer und angebundenen Systeme zu erhalten, sind ökologisch erforderliche Abflüsse und die Sicherstellung der Fischwanderung von großer Bedeutung. Die derzeit in wasserkraftbezogenen Umweltverträglichkeitsuntersuchungen in Bhutan empfohlenen Mindestabflüsse stehen jedoch in Widerspruch zu den Umwelt-Schutzzielen im Königreich Bhutan. Sie entsprechen nicht den internationalen Standards und werden zu einem dramatischen Rückgang innerhalb der betroffenen Flussökosysteme führen.
Ziel dieser Studie ist es, Maßnahmenempfehlungen und einen Aktionsplan zu entwickeln, der von den zuständigen bhutanischen Behörden sofort umgesetzt werden kann. Es wird ein Leitfaden entwickelt, der detailliert Verfahren und Methoden beschreibt, die bei der Planung und Umsetzung von Wasserkraftprojekten mit Ausleitungen anzuwenden sind, um ökologisch begründete Abflussregelungen zu entwickeln.

Projektbeschreibung:

Auf Grundlage der Untersuchungen in vier Pilotstrecken in vier unterschiedlichen Flusssystemen wird ein Leitfaden für die Ermittlung ökologischer Mindestabflüsse in Bhutan entwickelt, wobei alle verschiedenen Disziplinen berücksichtigt werden. Die SJE Ecohydraulic Engineering GmbH ist an der Datenerhebung und Vermessung beteiligt und führt die hydrodynamisch-numerische Modellierung, Habitatmodellierung sowie die entsprechende Schulung von Mitarbeitern der bhutanischen Behörden durch.
In Phase 2 des Projekts liegt der Schwerpunkt auf der Institutionalisierung der Ausbildung und der Schulung für bhutanische Experten. Zu diesem Zweck werden Lehrplanmodule für die Untersuchung und Festlegung ökologischer Mindestabflüsse in den damit verknüpften Fachbereichen entwickelt, und in die bestehenden akademischen Richtlinien und Lehrpläne des College of Science and Technology (CST), des Ugyen Wangchuck Institute for Conservation and Environmental Research (UWICER) und des College of Natural Resources (CNR) integriert. In enger Zusammenarbeit mit dem akademischen Personal der jeweiligen Einrichtungen werden Lehrmaterialien erstellt sowie die Durchführung der Lehrveranstaltungen in Pilotkursen trainiert.

Pilotstrecke im Fluss Parochhu Bhutan

Kursteilnehmer 2022

Auftraggeber:

Bezirk Oberfranken

Projekthintergrund:

Die Wiesent – Hauptstrom der Fränkischen Schweiz – durchfließt als eines der letzten verbliebenen guten Äschengewässer (Thymallus thymallus) Bayerns eine kulturell und geologisch attraktive Region in Oberfranken. Sie ist gleichzeitig ein attraktiver Fluss für Kanuten und entlang der Wiesent besteht die Möglichkeit, Boote bei gewerblichen Kanuverleihern zu mieten. Je nach Abflusssituation und vor allem während der in den letzten Jahren immer häufiger auftretenden Niedrigwasserperioden im Sommer, kann durch die Kanubefahrung jedoch eine erhebliche Störung der örtlichen Fischfauna erfolgen.
Ziel der vorliegenden Studie ist es die Beeinträchtigung von Fischhabitaten durch die Kanubefahrung bei unterschiedlichen Abflussverhältnissen in der Wiesent zu untersuchen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse soll ein Managementkonzept erarbeitet werden, welches sowohl ökologische Anforderungen als auch Nutzungsinteressen berücksichtigt.

Projektbeschreibung:

Um die Beeinträchtigung der Fischhabitate durch die Kanubefahrung zu beurteilen, wurden in mehreren Teilstrecken entlang der Wiesent Kartierungen und Vermessungen durchgeführt. Auf Basis dieser Daten wurden hydrodynamisch-numerische Modelle erstellt und die Habitate der vorhandenen Fischfauna mit dem Habitatmodell CASiMiR-Fish berechnet. Mittels Elektrobefischungen und Fangkartierungen konnten die Ergebnisse des Habitatmodells in allen betrachteten neun Wiesent Teilstrecken validiert werden.
Zur Beurteilung der Habitatstörung durch die Kanubefahrung wurde das Habitatmodell erweitert und mit einem Agenten-basierten Modell Kanupfade berechnet, welche die potentiellen Fahrrouten von Kanus abbilden. Auf diese Weise können die Überschneidungen von Habitaten und der Bootsbefahrungen abgebildet werden. Durch einen wassertiefenbezogenen Ansatz für die aus Befahrungen resultierende Reduktion der Habitateignungen kann die Intensität der Störung quantifiziert werden. Die Modellierungen erfolgten für unterschiedliche Abflüsse, um abflussabhängige Regelungen für die Befahrung zu entwickeln.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Management-Konzept entwickelt, welches Kanubefahrungen mit deutlich verringerten Auswirkungen auf die Wiesent-typischen Fische ermöglicht.

Überlagerung der Äschenhabitate mit berechneten Kanupfaden für einen Abfluss

Unterwassermonitoring Fischverhalten während Kanubefahrung

Auftraggeber:

Regierungspräsidium Freiburg

Projekthintergrund:

Aufgrund von Begradigungen und morphologischen Veränderungen sind Brigach und Breg im Bereich ihres Zusammenflusses in Donaueschingen stark degradiert. Deshalb weisen beide Gewässer nicht mehr die ursprünglich vorhandenen Lebensräume auf, die für eine gewässertypische Besiedlung notwendig sind. Diese Besiedlung ist jedoch Voraussetzung für das Erreichen des ökologisch guten Zustands nach den Vorgaben der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Zur Aufwertung des Donauursprungs am Zusammenfluss von Brigach und Breg werden deshalb ökologische Umgestaltungen durchgeführt. Mit morphologischen und strukturellen Aufwertungsmaßnahmen sollen die Habitate der gewässertypischen Fischfauna nachhaltig verbessert bzw. wieder geschaffen werden. Zusätzlich soll durch diese Maßnahmen ein Erhalt oder sogar eine Verbesserung des Hochwasserschutzes erreicht werden.

Projektbeschreibung:

Zur Untersuchung der ökologischen Wirksamkeit wurden hydrodynamisch-numerische Modelle für den Status Quo und den Planzustand nach Umsetzung der Maßnahmen erstellt. Der Planzustand wird nicht als Bauzustand modelliert, sondern seine morphologische Entwicklung wird über morphodynamische Modellierung mit berücksichtigt. Auf Grundlage der Ergebnisse des HN Modells wurden Habitatmodellierungen für Zielarten der Referenzfischzönose durchgeführt. Auf diese Weise wurde die ökologische Wirksamkeit der Umgestaltungsentwürfe beurteilt und die Entwürfe iterativ optimiert.
Mit den folgenden drei Webcams kann der aktuelle Baufortschritt der Umgestaltung betrachtet werden.
Webcam 1

Ausschnitt Berechnungsnetz Breg mit umgesetzten Maßnahmen

Bauphase Mündung Brigach

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

Räumliche Verteilung der Habitateignung, Äsche adult

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

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.

Hydraulische Modellierungen, Aare am Auslauf des Thuner Sees, Berechnungsgitter

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.

Ergebnisse des CASiMiR Modells für verschiedene Abflussszenarien

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.

Leistungsdiagramm der WKA Nachrodt an der Lenne.

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

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

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.

Modellnetz des Einstiegsbereichs zur FWH

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

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 bestmögliche Ziel erreicht war.

Habitatflächen Ist-Zustand (Mesomodell), Laichplätze Bachforelle

Habitatflächen Planungsvariante (Mikromodell), Laichplätze Bachforelle

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.

Monotoner Verlauf der Panke im urbanen Stadtgebiet

Mögliches Szenario mit struktureller Aufwertung

Entwurf einer Mosaikvariante von ube, Essen

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.

Fließgeschwindigkeit und Fließrichtungen im Bereich des Turbinenauslaufs und der Fischwanderhilfe

Käferfundstellen und kartierte Sohlsubstrate

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.

Mögliches Szenario der Auenentwicklung Ausgangszustand 2009 und nach 150 Jahren

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.

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

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.

Allgemeiner Präferenzansatz

Grundlage des fuzzy-logischen Habitatmodells

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.

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