Description: Das Einschwimmen in eine Fischaufstiegsanlage ist ein eigenständiger Prozess. Mittels individuenbasierter Modellierung soll das Verhalten vor allem von kleinen, schwimmschwachen Fischarten modelliert werden, um die Einstiege von Fischaufstiegsanlagen hydraulisch optimieren zu können. Aufgabenstellung und Ziel Für die Funktionsfähigkeit einer Fischaufstiegsanlage (FAA) müssen die Auffindbarkeit und Passierbarkeit gewährleistet sein. Die Verbindung von Auffinden und Passieren ist das Einschwimmen in den Einstieg der FAA, das als separater Prozess betrachtet werden kann. Es geht mit deutlichen Änderungen der Umgebungsbedingungen des aufwärts schwimmenden Fischs einher: In der FAA ist der Bewegungsraum deutlich beschränkter und die Fließgeschwindigkeiten sind stellenweise deutlich höher als im Fluss. Für die möglichst verzögerungsfreie Überwindung einer Staustufe mittels einer FAA ist anzustreben, dass diese Änderungen keine negativen Auswirkungen auf die Wanderung haben. Für die Betrachtung des Einschwimmverhaltens soll ein individuenbasiertes Modell (IBM) erstellt werden, welches die räumlich kaum begrenzte Unterwasserumgebung von Stauanlagen mit der räumlich stark begrenzten FAA-Beckenumgebung verbindet. Dazu sollen die an der BAW gewonnenen Daten aus ethohydraulischen Versuchen genutzt werden (Titelbild, z. B. Schütz et al. 2024). Aus den Fischbeobachtungen und den hydraulischen Daten sollen durch „Pattern-oriented Modeling” Verhaltensmuster und Verhaltensregeln entwickelt werden. Mit den Verhaltensregeln soll das Verhaltensmodell „ELAM-de“ (Gisen et al. 2022) weiterentwickelt werden. Für die Erstellung des Verhaltensmodells kommt zunächst der manuelle, explorative Ansatz in Frage. Zusätzlich sollen auch KI-Ansätze wie z. B. Entscheidungsbäume oder künstliche neuronale Netze untersucht werden. Ziel des Projekts ist es, das Einschwimmverhalten ausgewählter einheimischer potamodromer Fischarten von der Wahrnehmung der Leitströmung bis zum Einschwimmen in die FAA besser zu verstehen, um beurteilen zu können, ob der Einstieg einer FAA im Detail hydraulisch optimal gestaltet ist. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Für die Erreichung der Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie ist der Bau funktionsfähiger FAA von zentraler Bedeutung. An den Bundeswasserstraßen müssen von der WSV insgesamt ca. 250 FAA errichtet werden. Alle Erkenntnisse, die den Einschwimmerfolg in FAA erhöhen, tragen zur Zielerreichung bei. Das Modell soll die Entwicklung effizienter Alternativen zur Einsparung von Baukosten für die WSV ermöglichen. Untersuchungsmethoden Das Titelbild zeigt die ethohydraulische Versuchsrinne (EH-Rinne) der BAW. In den Versuchen wurde die Einstiegserfolgsrate unter verschiedenen Fließgeschwindigkeiten (Schütz et al. 2024) und mit glatter oder rauer Sohle (Wiering et al. 2024) untersucht. Die höchste Fließgeschwindigkeit betrug 1,8 m/s, wurde aber stationär oder periodisch variiert. Die Fischbewegung wurde während der Versuche mit mehreren Fischaugenkameras aufgenommen. Dabei schwammen jeweils drei Fische derselben Art (Rotauge oder Gründling) so lange, bis sie den Schlitz passierten oder die maximale Versuchsdauer von einer Stunde erreicht war. Um den Einfluss der hydraulischen und geometrischen Randbedingungen auf das Fischverhalten zu untersuchen und daraus ein Fischverhaltensmodell zu erstellen, ist zunächst ein Fish Tracking zur Erfassung der kleinskaligen Fischbewegung aus den Kameradaten notwendig. YOLO ist ein bestehendes Python-Modell zur Objekterkennung und Bildsegmentierung (Jocher et al. 2023). Es basiert auf einem vortrainierten Convolutional Neural Network (CNN), das Merkmale verschiedener Hierarchieebenen aus einem Eingabebild extrahiert. Das Modell wurde mit verschiedenen Bildern aus den Videos (mit Fischen und ohne Fische) trainiert. Anschließend wurde es angewendet, um alle Fischpositionen in jedem Frame jedes Videos zu extrahieren. (Text gekürzt)
SupportProgram
Origins: /Bund/UBA/UFORDAT
Tags: Bundeswasserstraße ? Verhaltensmuster ? Fluss ? Fisch ? Staustufe ? Stauanlage ? Wasserrahmenrichtlinie ? Fischpass ? Fließgeschwindigkeit ? Modellierung ? Fluss ?
Region: Baden-Württemberg
Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Time ranges: 2024-01-01 - 2027-12-31
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