Durchgängigkeit in Fließgewässern - Gewährleistung des Fischaufstiegs
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Formal Metadata
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| License | No Open Access License: German copyright law applies. This film may be used for your own use but it may not be distributed via the internet or passed on to external parties. | |
| Identifiers | 10.3203/IWF/C-1980 (DOI) | |
| IWF Signature | C 1980 | |
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| Production Year | 1996 |
Technical Metadata
| IWF Technical Data | Video ; F, 29 min |
Content Metadata
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Transcript: German(auto-generated)
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Feinde Fische an Wehren offenbaren ein gravierendes ökologisches Problem. Die Unterbrechung ihres Lebensraums durch Wanderhindernisse. Wie Adern durchfließen Bäche und Flüsse die unterschiedlichsten Naturräume.
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Über weite Entfernungen verbinden sie so Lebensräume des Binnenlandes und des Meeres.
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Fließgewässer werden von Menschen in mannigfacher Weise genutzt und gestaltet. Diese Nutzung unterbricht in vielen Fällen die Durchgängigkeit des Gewässersystems. Besonders Fische aber auch aquatische Wirbelose sind davon betroffen. Dieser Film gibt Einblicke in die Lebensräume von Fließgewässern und zeigt wie
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durch den Bau von Fischaufstiegsanlagen die zerschneidende Wirkung von Staubauwerken gemildert werden kann. Natürliche Fließgewässer zeichnen sich durch eine hohe Komplexität und einen ständigen Strukturwandel aus.
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Dennoch lassen sich die Lebensräume im Verlauf des Gewässers in charakteristische Fischregionen unterteilen. So wird der Oberlauf des Baches als Forellenregion bezeichnet. Daran schließt sich die Eschenregion an. Die Barbenregion bezeichnet den Übergang vom Bach zum Fluss.
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Der typische Flussabschnitt ist die Braxenregion. Im Mündungsbereich zum Meer befindet sich schließlich die Kaulbach-Schflunderregion. Den Beginn eines Fließgewässers bildet die Quellregion. Hier leben viele hochspezialisierte Wirbelose.
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Die Quellregion wird wegen der geringen Wasserführung nicht von Fischen besiedelt. Erst in der folgenden Forellenregion leben Fische. Typischerweise wachsen hier bachbegleitende Gehölze, deren Wurzeln die Ufer gegen Erosion schützen.
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Fels und große Steine bilden den Gewässerboden. Turbulente Strömungsverhältnisse und hohes Gefälle bewirken eine große Schleppkraft des Wassers. Schlechte Schwimmer unter den Kleinfischen und Wirbelosen finden Schutz vor der Strömung im Lückensystem des Bodens.
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Hier der Charakterfisch der Region, die Bachforelle. Dieser Raubfisch benötigt sauerstoffreiches Wasser, das sich auch im Sommer nicht über 20 Grad Celsius erwärmt. Mit ihrem stromlinienförmigen Körper ist die Bachforelle optimal an hohe Fließgeschwindigkeiten angepasst.
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Ein typischer Begleitfisch der Bachforelle ist die Groppe. Dieser bis 15 Zentimeter lange Kleinfisch hat nur eine geringe Schwimmleistung. Er sucht vorwiegend in Bodennähe Schutz vor der Strömung.
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In der Eschenregion hat sich das Gefälle deutlich verringert. Durch Erosion bilden sich am Ufer ausgeprägte Prall- und Gleithänge aus. Den Gewässerboden bilden steinige und kiesige Substrate. Aufgrund der stärkeren Wasserführung wird das Gewässer nun breiter und tiefer.
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Bis zu 20 verschiedene Fischarten siedeln hier. Der Leitfisch dieser Region ist die Esche. Erkennungsmerkmale für diesen bis zu 50 Zentimeter großen Fisch sind eine nach vorne spitz zulaufende Pupille und die große Rückenflosse.
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Die Elritze ist ein Begleitfisch der Eschenregion. Die Bestände dieser nur etwa 12 Zentimeter großen Schwarmfischart sind in Folge von Gewässerverschmutzung und Gewässerausbau stark zurückgegangen.
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Eine auffällige Netzzeichnung der Schuppen kennzeichnet einen weiteren Begleitfisch, den Döbel. Dieser Fisch wird bis zu 60 Zentimeter lang.
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Auch die Schmerrle lebt hier. Dieser Grundfisch sucht mit seinen Geschmacks- und tastempfindlichen Barteln den Gewässerboden nach Nahrung ab. In der folgenden Barbenregion weitet sich der Bach zum kleinen Fluss. Die Fließgeschwindigkeit hat weiter abgenommen. Ausgedehnte Kiesbänke lagern sich ab.
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Längs- und Querbänke strukturieren das Gewässerprofil. Die verringerte Strömung pendelt von einer zur anderen Uferseite und erzeugt eine abwechslungsreiche Struktur.
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Die Barbe, der Leitfisch dieser Region, ist hauptsächlich in den strömenden Abschnitten zu finden. Zur Leichtzeit wandert sie in großen Schwärmen über viele Kilometer stromaufwärts. Die Braxenregion bezeichnet den typischen Flussabschnitt.
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Das Gewässer ist breit und tief geworden. Röhrichte und Wasserpflanzenbestände schaffen neue Lebensräume für zahlreiche Tier- und Pflanzenarten. Die Strömung ist träge.
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Unter den Fischen sigeln hier bevorzugt strömungsmeidende Arten, die höhere Wassertemperaturen tolerieren. Der Flussbarsch ist ein Vertreter dieser Region.
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Für ihn sind Wasserpflanzen ideale Leichsubstrate, an denen er seine Eier in langen Galertschnüren befestigen kann. Im Uferbereich lebt hier der Hecht, der als lauer Jäger auf Beutefische wartet.
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Die Kaulbarsch-Flunderregion schließlich markiert den Mündungsbereich des Flusses ins Meer. Die Gezeiten beeinflussen diesen Lebensraum.
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Neben Marinenfischarten leben hier salztolerante Süßwasserarten wie der Kaulbarsch oder der Aal. Der Aal zählt zu den Wanderfischen, deren Lebenszyklus einen Wechsel zwischen Fließgewässer und Meer einschließt. Die Grafik stellt diesen Zyklus zwischen Meer, links symbolisiert, und Fluss, rechts vor.
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Die Eiablage des Kathadromen Aales erfolgt in den Tiefen der Sagasso See vor der Ostküste Amerikas. Mit der Meeresströmung werden die Aallarven an die europäischen Küsten verdriftet. Hier wandeln sie sich zu wenige Zentimeter langen Glasaalen um.
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Diese wandern bis in die Barbenregion hinauf, wo sie in acht bis zehn Jahren zur Geschlechtsreife heranwachsen. Danach wandern sie die Flüsse stromabwärts in ihre Laichgebiete zurück. Einen gegenläufigen Zyklus hat der Anadrome Lachs.
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Er pflanzt sich im Süßwasser fort und vollzieht seine Entwicklung zum Geschlechtsreifentier im Meer. Paarung und Eiablage finden in der Eschenregion statt. Die jungen Brütlinge besitzen einen Dottersack, den sie bis zur eigenständigen Nahrungsaufnahme aufzehren.
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Die jungen Lachse bleiben ein bis zwei Jahre in den Fließgewässern, bis sie als sogenanntes Smolz ins Meer abwandern. Hier wachsen sie auf bis zu ein Meter lange Laichfische heran. Zur Fortpflanzung wandern sie, von ihrem Geruchssinn geleitet, wieder die Flüsse hinauf.
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Früher hatte der Lachs eine große Bedeutung für die Fischerei, wie diese historische Aufnahme von der Ahr aus dem Jahr 1915 belegt. Zahlreiche schwergewichtige Lachse wurden gefangen, ohne dass hier von eine erkennbare Bestandsgefährdung ausging. Die Wanderung von Fischen wird heute durch zahlreiche Querverbauungen behindert oder ganz unterbunden.
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Zu den ältesten Querverbauungen zählen Mühlenwehre, die der Energiegewinnung durch Wasserkraft dienten.
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Heutige Wasserkraftwerke arbeiten hingegen wesentlich effizienter. Die zugehörigen Stauanlagen sind viel höher und massiver gebaut. Daneben dienen Staubauwerke der Regulation des Hochwasserabflusses und zur Brechung der Erosionskraft.
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Selbst für die Sandgewinnung werden Querbauwerke genutzt, wie hier an der Wohra. Man sammelt deren Sedimentationsfracht durch Aufstau und nutzt den Sand für Bauzwecke. Alle diese Maßnahmen führten dazu, dass die Wanderwege der aquatischen Fauna unterbrochen wurden.
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Viele Wanderfischarten sind nicht zuletzt ausgestorben, weil ihnen der Zugang zu den Leichgebieten abgeschnitten wurde. Die Querverbauungen im Lahnsystem, wie dieses Wehr in Gießen, wurden katastromäßig erfasst. Damit ist eine Grundlage für die Beurteilung der Durchgängigkeit geschaffen.
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Das Wehr Nummer 17 ist eines von insgesamt 519 Querbauwerken alleine im hessischen Teil des Lahnsystems. Eine Zusammenstellung der aktuellen Nutzung zeigt, an 6% der Verbauungen wird Wasser für die Speisung von Teichanlagen ausgeleitet.
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3% dienen als Saugstellen für Löschwasser. Nur an 20% der Wehre erzeugen Wasserkraftwerke Energie. 5% dienen sonstiger Nutzung. Dies bedeutet, dass über zwei Drittel aller Wanderhindernisse keinerlei Nutzung zukommt.
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Sucht man nach vorhandenen Fischaufstiegsanlagen an Querbauwerken, fällt die Bilanz nüchtern aus. Nur etwa 6% der 519 Hindernisse enthalten überhaupt eine Fischaufstiegsanlage.
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Die meisten dieser wenigen Anlagen sind aufgrund von Bau- und Konstruktionsmängeln nicht funktionsfähig. Wie kann man Querverbauungen passierbar gestalten? Das Naheliegendste ist deren Beseitigung. Gerade alte Kulturwehre sind heute funktionslos, aber als Barrieren weiterhin wirksam.
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Andererseits haben sich in alten Mühlstauen oft ökologisch wertvolle Feuchtbiotope entwickelt, die unter Naturschutzaspekten zu erhalten sind. Wo eine Beseitigung nicht möglich ist, müssen Fischaufstiegsanlagen erbaut werden.
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Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Aufstiegshilfen nur einen kleinen Bereich des Gewässerquerschnitts einnehmen und deshalb von den Fischen sicher gefunden werden müssen. Zahlreiche Anlagen sind nicht oder nur eingeschränkt funktionstüchtig, weil verschiedene Anforderungen an die Gestaltung nicht berücksichtigt wurden oder beim Bau noch nicht bekannt waren.
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Den Nadelöreffekt einer Aufstiegsanlage veranschaulicht dieses Moselwehr besonders deutlich. Die Fische orientieren sich an der Hauptströmung und gelangen so in den Kraftwerksbereich statt in den Aufstieg. Erschwerend kommt hinzu, dass der Aufstieg um 180 Grad gewendelt ist.
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Wesentlich für die Auffindbarkeit des Einstiegs ist eine für den Fisch deutlich wahrnehmbare Strömung die sogenannte Leitströmung. Sie soll dem Fisch den Weg weisen. Hier wird die Leitströmung durch die Turbulenzen am Wehrüberfall vollständig verwirbelt.
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Wo Aufstiegsanlagen nicht gewendelt und breit angelegt sind, wie hier an einem Wehr in Marburg, kann es passieren, dass die Leitströmung zu gering ist.
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Auch zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten können auftreten, wenn die Neigung zu groß ist. So ist diese Fischaufstiegsanlage unüberwindlich. In verschiedenen Gewässersystemen werden die Grundlagen für eine optimale
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Gestaltung der Fischaufstiegsanlagen in einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt untersucht. Biologen und Wasserbautechniker erforschen interdisziplinär die Anforderungen an solche Anlagen und deren bautechnische Umsetzung. Welche Fischart, zu welcher Jahreszeit bevorzugt wandert, wird im
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Freiland beispielsweise durch Reusenfänge im Oberwasser von Aufstiegsanlagen ermittelt. Verschiedene Fischarten wandern zu unterschiedlichen Jahreszeiten. Die Salmoniden, die Lachsartigen und Neunaugen ziehen während der Herbst- und Wintermonate.
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Im Frühjahr bei Wassertemperaturen über 10 Grad Celsius ziehen große Schwärme von Cypriniden, den Karpfenartigen. Hier am Stöber in Brandenburg werden zur Hauptwanderzeit die durchziehenden Fische täglich abgefangen. An manchen Tagen finden sich in der Reuse bis zu 500 Tiere.
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Bei jedem Fisch wird die Art und Länge erfasst.
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Alle Tiere werden nach der Begutachtung im Oberwasser freigelassen. Auch die Wirbellosen werden in die Untersuchung einbezogen. In den Durchbruchstälern der Nebel eines Fließgewässers in Mecklenburg-Vorpommern sind die Unterseiten von Steinen stark besiedelt.
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Hier leben zahlreiche Nahrungsspezialisten. Neben Bachflohkrebsen findet man hier Eintags- und Köcherfliegen.
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Für die aquatische Nahrungskette spielen solche Bachabschnitte eine wichtige Rolle. Die Flugkrebse bauen beispielsweise das Falllaub der Ufergehölze ab. Die Krebse wiederum bilden eine wichtige Nahrungskundlage für die Fische.
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Finden Wirbellose keinen Schutz vor der Strömung, werden sie schnell verdriftet. Es stellt sich die Frage, inwieweit sie Rückwanderungen durchführen, um in ihren angestammten Lebensraum zurück zu gelangen. Die Wanderungen werden im Bereich von Prallhang, Gewässermitte und Gleithang jeweils durch ein sogenanntes Bentos-Rohr untersucht.
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Mit dieser Methode können unterschiedliche Wanderungskorridore im Querprofil nachgewiesen werden. Nur gegen die Strömung ist ein Einstieg möglich. Stromaufwärts ist das Rohr durch ein engmaschiges Netz verschlossen. Mit Hilfe entnehmbarer Körbchen, die unterschiedliches Substrat enthalten, wird zusätzlich die Substratpräferenz der Tiere untersucht.
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Auch solche Erkenntnisse sind bei der Konstruktion wirksamer Aufstiegsanlagen zu berücksichtigen, da viele der wasserlebenden Insektenarten aktuell in ihrem Bestand stark gefährdet sind.
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Dies gilt beispielsweise für die Steinfliegen. Sie verleben ihre Jugend im Fließgewässer. Im Erwachsenenstadium verlassen sie das Wasser und verbinden so aquatische und terrestrische Lebensräume miteinander.
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Allein aus Freilanduntersuchungen lassen sich allgemeingültige Aussagen über die Anforderungen an Aufstiegsanlagen nicht ableiten. Dazu sind die naturräumlichen Gegebenheiten wie Gewässerquerschnitte, Strömungsverhältnisse und Substrate zu vielfältig.
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Aus diesem Grund wird der Fischaufstieg auch im Labor erforscht. In der Versuchshalle des Zentrums für Agrarlandschaftsforschung in Münchenberg. Hier lassen sich Detailaspekte unter kontrollierten Bedingungen in Modellgerinnen genau untersuchen. Große Umwelsanlagen erzeugen eine definierte Wasserströmung.
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Mit Stechpegeln wird die Höhendifferenz zwischen Ober- und Unterwasser registriert. So lassen sich Aussagen beispielsweise über die wasserbautechnische Strömungsgestaltung sowie die Anforderungen an die Baumaterialien machen.
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In einem großen Versuchsgerinne wird geprüft, wie Fische den Einstieg in eine Aufstiegsanlage finden. Hier können unterschiedliche Einstiegssituationen vorgegeben werden.
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In dem kleinen Modellgerinne können die Bewegungsabläufe der Fische während der Passage über ein Hindernis beobachtet werden. In der Regel macht die hohe Schwimmgeschwindigkeit der Fische eine Bewegungsanalyse unter zeitgleichen Bedingungen unmöglich. Zeitgedehnte Aufnahmen sind daher eine geeignete Analysemethode.
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In den folgenden Sequenzen ist die Schwimmgeschwindigkeit der Fische um das 16-fache verlangsamt dargestellt. Bereits bei einer Absturzhöhe von 20 cm haben hochrückige Arten wie der Braxen große Probleme, diese zu überwinden.
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Sie werden oft von der starken Strömung seitlich weggedrückt. Auch Arten wie die Plötze gelangen hier bereits an ihre Leistungsgrenze.
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Nur mit großer Kraftanstrengung überwinden sie die Schwelle. Für gute Schwimmer wie diese Bachforelle stellt diese Strömungssituation kein Problem dar.
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Auch die Barbe überwindet leicht diese Anordnung.
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In dem großen Gerinne können verschiedene Einstiegssituationen an einem simulierten Wehr vorgegeben werden. Im Experiment wird erforscht, wie die optimale Anordnung des Einstiegs in einer Aufstiegsanlage beschaffen sein sollte.
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In dieser Konstellation ist die Einstiegsöffnung links dem Wehr rechts weit vorgelagert. So stellt sich diese Variante unter Wasser dar.
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Stromabwärts werden Versuchsfische in einen Startkäfig gegeben, indem sie sich zunächst an die Temperatur, Strömungs- und Lichtverhältnisse gewöhnen können.
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Danach wird der Startkäfig geöffnet und die Fische schwimmen auf die Testkonstellation zu. Bei dieser Anordnung nehmen sie jedoch den Einstieg nicht an, sondern streben, der Hauptströmung folgend, an der Aufstiegsanlage vorbei zum Wehr.
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Die Fischgruppe steht nun vor dem unüberwindlichen Hindernis. In einer zweiten Konstellation befinden sich das Wehr und der Einstieg auf gleicher Höhe. Auch hier gelangen die Fische zunächst vor das Wehr.
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Bei dem Versuch, das Hindernis zu überwinden, finden sie nun leicht die Einstiegsöffnung, die sie zügig durchschwimmen. Diese Einstiegssituation ist somit wesentlich günstiger.
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Fischaufstiegsanlagen können in technischer oder naturnahe Bauweise ausgeführt werden. Eine naturnahe Bauweise kann in Form einer rauen Rampe in die Stauanlage eingegliedert werden. Generell sollte das Gefälle nicht steiler als 1 zu 20 sein. Wie die Modellversuche belegen, sollte die Aufstiegsanlage möglichst unmittelbar am Fuße des Wehres einmünden.
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In einer weiteren Naturnahe Bauweise stellt das Umgehungsgerinn da. Dieses nimmt mehr Raum im Umfeld einer Stauanlage ein und lässt sich harmonisch in die Landschaft integrieren.
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Auch hier sollte ein Gefälle von 1 zu 20 eingehalten werden. Die Strömung darf nur lokal, im Bereich von Verengungen, maximal 2 Meter pro Sekunde erreichen. Ferner sollte sich die Leitströmung in Ufernähe möglichst parallel zur Gewässervliesrichtung ausbreiten.
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An der Dill in Hessen wurde in dieses Wehr ein Umgehungsgerinne integriert. In die Planung und Umsetzung des Bauwerks gingen die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt ein. Das Umgehungsgerinne ist 60 Meter lang und mündet am Fuß des Wehres in das Unterwasser.
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Die Strömungsgeschwindigkeit ist begrenzt. Lediglich zwischen den Querriegeln treten Maximalwerte von 2 Meter pro Sekunde auf. Die einzelnen Becken sind mit natürlichem Substrat gefüllt.
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Die Strömungs- und Strukturverhältnisse sind sehr abwechslungsreich. Daher werden solche Umgehungsgerinne von Fischen und Wirbellosen gerne als Ersatzlebensraum angenommen. Im Unterwasser bildet sich eine gut wahrnehmbare ufernahe Leitströmung aus.
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Aufstiegskontrollen belegen die Funktionsfähigkeit der Anlage für die gesamte in der Dill vorkommende Fischfauna.
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Dieses an der Nebel in Mecklenburg-Vorpommern liegende Wehr befindet sich unter einer Brücke. Eines der drei Wehrfelder wurde durch eine raue Rampe ersetzt. Hierdurch konnte der Barriereffekt dieser Querverbauung im Naturschutzgebiet Nebeltal erfolgreich beseitigt werden.
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Für Fließgewässer mit großen Wasserstandsschwankungen oder beengten topografischen Verhältnissen bieten sich technische Lösungen an. Das Ziel, den Gefällesprung aufzulösen und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit zu verringern, wird dabei unterschiedlich erreicht.
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Bei dem ältesten Bauprinzip, dem sogenannten Beckenpass, wird die Strömung durch Querwände gebrochen und fließt durch wechselseitig angeordnete bodennahe Öffnungen. Oft sind oben zusätzlich Kronausschnitte angebracht.
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Ein großes Wehr in Fürfurt an der Lahn dient der Stromerzeugung. Hier existiert schon seit langem ein Beckenpass. Obwohl der Einstieg zu weit in das Unterwasser ragt, wird die Anlage gut von den Fischen angenommen, denn sie liegt außerordentlich günstig im Spitzenwinkel des schräg verlaufenden Wehres.
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Bei einer weiteren technischen Lösung, dem sogenannten Schlitzpass, fließt das Wasser durch seitliche vertikale Schlitze, die die gesamte Höhe der Querwände einnehmen.
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Ein nachfolgender Umlenkblock verhindert, dass sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen eine Kurzschlussströmung ausbildet. Die Strömungsenergie wird dem Becken abgebaut. Hier ist ein Schlitzpass im Bau zu sehen.
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Dadurch, dass das Wasser in voller Fließtiefe durch die Aufstiegsanlage strömen kann, funktioniert ein Schlitzpass weitgehend unabhängig von schwankenden Wasserständen in Ober- und Unterwasser. Natürliches Substrat ermöglicht auch Wirbelosen den Aufstieg.
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Der Schlitzpass ist in der Regel gut in einen Stauwerkskörper eingliederbar. Hier ein Schlitzpass an einem Wehr im Spreewald in Funktion.
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Im Unterwasser bildet sich eine effektive Leitströmung aus. Schon früh wurden spezielle Sonderformen technischer Anlagen, zum Beispiel für laxartige Fische, entwickelt. So ist der Denilpass mit einer Neigung von 1 zu 8 bis 1 zu 4 sehr steil.
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V-förmig ausgeschnittene Lammeln, 45 Grad zur Gerinnesohle geneigt, brechen zwar die Strömung, Fische können die Anlage aber nur in einem Hochleistungsanlauf überwinden. Spezielle Aalleitern wurden für die Aufwanderung von Aalen konstruiert.
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Die Tiere sollen sich zwischen senkrecht stehenden Bürsten oder Reisigbündeln hinaufschlängeln. Neben der Gewässerverschmutzung zählen Querverbauungen zu den schwerwiegendsten Beeinträchtigungen von Fließgewässern.
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Durch den Bau wirksamer Aufstiegsanlagen können die vielfältigen ökologischen Probleme, die mit Stauhaltungen verbunden sind, deutlich gemildert werden. Die Lebensraumqualität für die aquatische Fauna, insbesondere die Fische, kann so nachhaltig verwässert werden.