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Ökologische Durchgängigkeit, Erzeugung von Aufstiegskorridoren im Unterwasser von Querbauwerken an Bundeswasserstraßen

Im Rahmen des Projekts wird die Auswirkung verschiedener Dotationswassermengen auf die Ausbildung einer signifikanten Leitströmung und somit geeigneten Aufstiegskorridoren von FAA im Unterwasser von Querbauwerken untersucht. Die mit den Strömungsmustern verbundenen hydraulischen Parameter (Geschwindigkeitsgradienten, Turbulenz) werden für unterschiedliche geometrisch-hydraulische Konstellationen (Einstiegsdimensionen, Fließgeschwindigkeiten, Dotationswassermengen) untersucht und mit den Fischbewegungen im Nahbereich der Einstiege verschnitten. Aus den Ergebnissen können die für die Erzeugung von signifikanten Leitströmung und Aufstiegskorridoren optimalen Dotationswassermengen entwickelt werden.

Flussbereich Sangerhausen (Sitz: Oberröblingen) Deich- und Gewässerschau 2025

Flussbereichsleiter: Herr Heling Telefon: 03464 5435-15 Vertreter: Herr Bolze Telefon: 03464 5435-16 Kontakt Einzugsgebiete: Helme, Unstrut, Weida und Wipper. Betriebsstellen: Edersleben, Wangen, Wansleben (HWS-Materiallager Wangen) Gesamtlänge der zu unterhaltenden Deiche 88,78 km Gesamtlänge der zu unterhaltenden Gewässer 1. Ordnung 321,42 km Gesamtzahl der durch den Flussbereich zu betreibenden und zu unterhaltenden Anlagen 216 davon: 1 Doppeldüker 1 Hochwasserschutzlager 1 Schöpfwerk 3 Flutmulden 3 Lattenpegel 4 Probenahmestellen 5 Kaskaden 5 Schiffsschleusen 5 Sedimentbecken 16 Schreibpegel 21 Fischaufstiegsanlagen 23 Siele und Fluttore 40 Sohlbauwerke 42 Wehre 46 Sohlgleiten Die Termine für die Schauen finden Sie hier .

Wasserbuch anlagenbezogen

Zu den anlagenbezogenen Wasserbucheinträgen zählen u.a. folgende wasserrechtliche Tatbestände: Benutzungen von Grundwasser und/oder Oberflächenwasser gemäß § 9 WHG i.V.m. § 5 SächsWG; Einleiten von Abwasser in Gewässer gemäß § 57 WHG (Direkteinleitung) i.V.m. § 51 SächsWG; Einleiten von Abwasser in öffentliche Abwasseranlagen gemäß § 58 WHG (Indirekteinleitung) i.V.m. § 53 SächsWG oder Einleiten von Abwasser in private Abwasseranlagen gemäß § 59 WHG; Errichtung, Betrieb, wesentliche Änderung, Unterhaltung und/oder Stilllegung von Anlagen in, an, über und unter oberirdischen Gewässern gemäß § 36 WHG i.V.m. § 26 SächsWG; Errichtung, Betrieb sowie die wesentliche Veränderung oder Beseitigung einer Abwasserbehandlungsanlage gemäß § 60 WHG i.V.m. § 55 SächsWG; Errichtung, Betrieb sowie die wesentliche Veränderung oder Beseitigung von öffentlichen Wasserversorgungsanlagen gemäß § 55 SächsWG i.V.m. § 50 Abs. 4 WHG; Nutzung von Fernwasser gemäß § 44 SächsWG i.V.m. § 50 Abs. 2 WHG; Errichtung, Betrieb und/oder wesentliche Änderung von Anlagen zum Lagern, Abfüllen oder Umschlagen wassergefährdender Stoffe gemäß § 63 WHG; Gewässerausbau sowie Errichtung von Deich- und Dammbauten gemäß § 68 WHG i.V.m. § 63 SächsWG; Herstellung, wesentlichen Änderung oder Beseitigung eines Flutungspolders gemäß § 63 SächsWG; Übertragen der Unterhaltungslast zur Gewässerunterhaltung gemäß § 40 WHG i.V.m. § 33 SächsWG, Übertragen der Pflicht zur Abwasserbeseitigung gem. § 56 WHG, Übertragen der Pflicht zur öffentlichen Wasserversorgung gemäß § 43 SächsWG; Duldungs- und Gestattungsverpflichtungen nach § 99 SächsWG (Zwangsrechte)

Wasserbuch Flächengebiet Festsetzung

Bei den Wasserbucheinträgen zur Flächengebietsfestsetzung handelt es sich u.a. um folgende wasserrechtliche Tatbestände: Wasserschutzgebiete gemäß § 51 WHG i.V.m. § 46 SächsWG; Heilquellenschutzgebiete gemäß § 53 WHG i.V.m. § 47 SächsWG; Überschwemmungsgebiete an oberirdischen Gewässern sowie vorläufig gesicherte Überschwemmungsgebiete gemäß § 76 WHG i.V.m. § 72 SächsWG; Risikogebiete gemäß § 74 WHG bzw. überschwemmungsgefährdeter Gebiete gemäß § 75 SächsWG; Hochwasserentstehungsgebiete gemäß § 78d WHG i.V.m. § 76 SächsWG; Festsetzung von Gewässerrandstreifen nach § 38 Abs. 3 WHG i.V.m. § 24 Abs. 4 SächsWG

Querbauwerke und Fischaufstiegsanlagen

Die Verbesserung der biologischen Durchgängigkeit in Fließgewässern gehört zum Gesamtpaket "Verbesserung der hydromorphologischen Gewässersituation" und leistet einen Beitrag zur Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL). Das Landesamt für Umwelt (LfU) hat eine bayernweite Datenerhebung durchgeführt. Der bereitgestellte Datensatz umfasst alle Querbauwerke und Fischaufstiegsanlagen, die sich in dem Gewässernetz befinden, das für die EG-WRRL zu betrachten ist.

Modellierung des Einschwimmens in Fischaufstiegsanlagen

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)

Zeitlich-räumliche Relevanz des Fischabstiegs über Wehre und Schädigungspotenzial verschiedener Wehrtypen

Veranlassung Um die Ziele des Wasserhaushaltsgesetzes zu erreichen, sind neben dem Fischauf- auch der Fischabstieg zu gewährleisten. Im Rahmen von Ersatz- oder Instandsetzungsmaßnahmen von Wehranlagen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) ist daher auch der Fischabstieg zu beachten. Verschiedene Maßnahmen sind denkbar, um den Fischabstieg schadlos zu gestalten, wie Bypässe, Wehrumgestaltung oder gezielte Wehrsteuerung. Das Schädigungspotenzial verschiedener Wehrtypen unter verschiedenen hydraulischen Szenarien muss dafür bekannt sein. Hier spielen Faktoren wie die Überfallhöhe, Aufreißer am Wehr, Tosbeckengestaltung und Wasserpolster beim Aufprall eine Rolle. Während für einige Faktoren bereits gute Literaturgrundlagen vorhanden sind, um Fachempfehlungen auszusprechen (z.B. Fische folgen i.d.R. der Hauptströmung), müssen andere noch gezielt untersucht werden (notwendige Überfallhöhen an der Wehrkante, ausreichende Dicke des Wasserpolsters im Unterwasser). Ziele - Schädigungspotenziale verschiedener Wehrtypen ermitteln und parametrisieren - Auswirkung der Überfallhöhe auf den Fischabstieg ermitteln - Beratungstool für WSV weiterentwickeln, um Relevanz Fischabstieg für konkrete Wehrplanungen zu ermitteln - Maßnahmen erarbeiten, um Fischschädigungen beim Abstieg zu minimieren (betrieblich und baulich) und für die Fachberatung verfügbar machen (z.B. als Beitrag zum Handbuch 'Ökologische Durchgängigkeit' der WSV) Fische wandern im Laufe ihres Lebenszyklus im Fluss sowohl aufwärts als auch abwärts. Beim Abstieg müssen sie an Stauanlagen regelmäßig auch Wehre überwinden. Der Fischabstieg über Wehre wird in der Regel als unproblematisch angesehen. Tatsächlich besitzen aber auch manche Wehranlagen und Wehrtypen - je nach Konstellation - das Potenzial, Fische beim Abstieg zu schädigen oder zu töten. Welche Anforderungen sind an einen schadlosen und verzögerungsfreien Fischabstieg über Wehranlagen zu stellen? Welche Faktoren bilden das größte Risiko? Abwandernde Fische überwinden in Bundeswasserstraßen zahlreiche Wehre. Dabei gibt es Risiken, sich zu verletzen oder gar zu sterben. Wir untersuchen, unter welchen Bedingungen die Fische schadlos und ohne Verzögerung Wehre passieren.

Entwicklung eines Methodenstandards zur biologischen Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen an Bundeswasserstraßen

Veranlassung Um eine FAA beurteilen zu können, muss man vergleichen, wie viele Fische aufsteigen wollen und wie viele tatsächlich aufsteigen. Während man in der FAA die Fische gut erfassen kann, ist dies aber im freien Unterwasser mit keiner bekannten Erfassungsmethode vollständig möglich. Es wird umso schwieriger, je größer ein Fluss wird. Die Anzahl der aufwanderwilligen Fische kann daher nicht direkt mit den tatsächlich aufsteigenden Fischen verglichen werden, sondern muss indirekt eingeschätzt werden. Verschiedene nationale und internationale Ansätze befassen sich mit dieser Fragestellung, von denen allerdings keine die Anforderungen an Bundeswasserstraßen abdeckt. Ausgehend von diesen Ansätzen wird der neue Methodenstandard entwickelt: - Aus den gesetzlichen Anforderungen werden Bewertungskriterien formuliert. - In umfangreichen Feldtests werden verschiedene Erfassungsmethoden über einen längeren Zeitraum parallel eingesetzt und verglichen. - Ein Ansatz für die quantitative Bewertung der Aufstiegszahlen wird erarbeitet. Ziele Die Arbeiten münden in eine Methode zur biologischen Bewertung einer FAA in Bundeswasserstraßen. In einem Multikriterienkatalog werden die Ansprüche an die Erfassung der Funktionsfähigkeit konkret benannt. Darauf basierend werden die möglichen und notwendigen Felderfassungen für die Funktionsbewertung der FAA zusammengestellt und die erforderlichen Erfassungszeiträume festgelegt. Die Vorgaben für die konkrete Ausschreibung dieser Arbeiten werden für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) erarbeitet. Neue FAA sollen an mehr als 200 Staustufen der Bundeswasserstraßen die Durchgängigkeit für Fische herstellen, um die Ziele der EU-WRRL zu erreichen. Zwar kann man bei Planung und Bau der FAA auf standardisierte Bemessungsempfehlungen zurückgreifen, doch bergen die komplexen und individuellen Randbedingungen jedes Standorts viele Unsicherheiten hinsichtlich der Funktionalität, insbesondere an großen Flüssen. Eine biologische Funktionskontrolle soll den Erfolg der Maßnahmen für die Fische überprüfen und das Risiko von Fehlinvestitionen senken. Wie gut funktioniert eine Fischaufstiegsanlage (FAA)? Dies ist wichtig zu wissen, aber nicht leicht zu messen, vor allem nicht an großen Flüssen. Daher soll hierfür ein Methodenstandard entwickelt werden.

Berücksichtigung zeitabhängiger Strömungsprozesse bei der Beurteilung der Hydraulik von Fischaufstiegsanlagen

Das Forschungsprojekt hat das Ziel, das Schwimmverhalten von kleineren Fischarten in Fischaufstiegsanlagen besser zur verstehen. In ethohydraulischen Versuchen wird die Bewegung von Fischen in unterschiedlich turbulenten Strömungen in einer Fischaufstiegsanlage untersucht. Aufgabenstellung und Ziel Fischaufstiegsanlagen (FAA) in Schlitzpassbauweise sind so bemessen, dass im Einstieg und in den Schlitzen hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Diese dienen der schnellen Wanderung leistungsstarker Fischarten, können aber die bisher angenommene, experimentell ermittelte Leistungsfähigkeit kleiner und schwimmschwacher Arten überschreiten (z. B. Katopodis und Gervais 2016). Zudem treten in den Schlitzen Strömungsschwankungen verschiedener Größenordnungen auf, die in Versuchen zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit nicht vorhanden waren. Beobachtungen kleiner Fische in solchen FAA legen nahe, dass diese leistungsfähiger sind als erwartet. Eine weitere Erklärung dafür kann sein, dass Fische die auftretenden Strömungsschwankungen für die Passage nutzen. Da nach der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie auch kleine Arten durchgängigkeitsrelevant sind und Schlitzpässe zu den bevorzugten Bauweisen gehören, ist es wichtig zu verstehen, wie solche Fische die Passage bewältigen. Im ersten Teil des vorliegenden FuE-Vorhabens wurde in ethohydraulischen Versuchen die Bewegung von Fischen unter unterschiedlich turbulenten Strömungsbedingungen in einem Schlitz beobachtet und die Passageraten der Fische ermittelt. Während der Versuche wurden Videos der Fischbewegung aufgezeichnet. Im zweiten Projektteil werden diese Daten hinsichtlich auftretender Bewegungsmuster als Reaktionen der Fische auf die unterschiedlich turbulenten Strömungen analysiert. Durch eine geeignete Parametrisierung der turbulenten Strömung kann die Passierbarkeit unterschiedlicher hydraulischer Szenarien bewertet werden. Mithilfe der Ergebnisse sollen hydraulische Parameter aus numerischen Strömungssimulationen oder Messdaten fischökologisch bewertet werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) FAA müssen für alle Fischarten geeignet sein. FAA in Schlitzpassbauweise sind ein häufig verwendeter Bautyp, der vorrangig für stärkere Fischarten entwickelt wurde. Der Nachweis, dass dieser Bautyp für schwächere Arten geeignet ist, ermöglicht es der WSV, ökonomische und effiziente Anlagen zu bauen. Das Verständnis, wie Fische die Hydraulik der FAA beim Aufstieg nutzen, wird zudem eingesetzt, um die Ergebnisse hydraulischer Modelle nicht standardisierter Bauteile aus fischökologischer Sicht zu bewerten. In vorherigen Forschungsvorhaben wurde bereits der Einfluss von Fließgeschwindigkeiten (Schütz et al. 2024) und einer rauen Sohle (Wiering et al. 2024) auf die Fischpassage in Engstellen untersucht. Untersuchungsmethoden Der Untersuchungsbereich befindet sich in einer 2,5 m breiten und 50 m langen Rinne in der Versuchshalle der BAW in Karlsruhe. Die Strömungsverhältnisse im Schlitz und im Unterwasser wurden mit einem Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) an über 300 Punkten in zwei horizontalen Ebenen (bodennah und in der Mitte der Wassersäule) vermessen. Aus den Zeitreihen der Strömungsgeschwindigkeiten wurden die mittleren und turbulenten Kenngrößen bestimmt. Die im Jahr 2022 und 2023 durchgeführten Versuche wurden mit ca. 350 aus umliegenden Fließgewässern entnommenen Fischen der Arten Gründling (Gobio gobio) und Rotauge (Rutilus rutilus)für einen turbulenten und wenig turbulenten Strömungszustand durchgeführt. Während der Versuche wurden die Fischbewegungen mit Videokameras aus verschiedenen Blickwinkeln mit einer Frequenz von 19 Bildern pro Sekunde aufgezeichnet. Aus den Videos wurden in mehreren Schritten dreidimensionale Pfade der Fischbewegungen ermittelt. Dazu wurden für insgesamt 30 Versuche Videosequenzen identifiziert, in denen Fische sich in einem definierten Bereich unterhalb des Schlitzes aufhalten. (Text gekürzt)

Geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren

In der Praxis hat sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) für geotechnische Verformungsnachweise durchgesetzt. Über den vorhandenen Kenntnisstand hinaus soll Wissen zum Nachweis von Standsicherheitsbetrachtungen unter Einsatz numerischer Methoden erworben werden. Ziel ist es, Grundlagen und Empfehlungen für eine durchgehende geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren zu geben. Aufgabenstellung und Ziel Bauvorhaben der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) werden zunehmend komplexer. Das liegt zum einen daran, dass sie fast alle in unmittelbarer Nähe von vorhandener, oftmals maroder Infrastruktur liegen und räumlich oft keine Ausweichmöglichkeiten bestehen (z. B. Wehre, Schleusen und Fischaufstiegsanlagen an Neckar, Mosel und Main, Schleuse Lüneburg). Zum anderen liegt es auch an erhöhten Anforderungen an das Bauvorhaben, die sich einerseits aus den Einwirkungen ergeben (z. B. Bemessungshochwasser) und die andererseits im Hinblick auf die Beeinflussung der Umwelt gestellt werden (z. B. Grundwasser). Die Komplexität von Geometrie und Belastungen, Baugrundeigenschaften und Grundwasserverhältnissen ist mit analytischen Modellen nur schwer zu erfassen. Mithilfe numerischer Verfahren können die vorhandene Altsubstanz im Baufeld, die Belastungsgeschichte des Baugrunds, die angrenzende Infrastruktur, die reellen Baugrundeigenschaften und insbesondere die nichtlinearen Zusammenhänge realitätsnäher abgebildet werden. In der Praxis hat sich hierfür die Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgesetzt. Derzeit werden mit der FEM Gebrauchstauglichkeits- bzw. Verformungsnachweise geführt oder Eingangswerte für die Bemessung mit analytischen Verfahren (z. B. Erddruck) ermittelt. Für eine durchgehende Bemessung von Bauwerken und Bauteilen mithilfe numerischer Verfahren fehlen in Deutschland erprobte Grundlagen und Regeln. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Beratungsleistungen der BAW gewinnbringend ergänzen. Die fachliche Zusammenarbeit mit der WSV in Projekten an den Bundeswasserstraßen wird damit qualitativ weiter verbessert. Mit der Einführung des neuen Eurocode DIN EN 1997-1 (EC7) ist mit einem zunehmenden Einsatz numerischer Verfahren in der geotechnischen Bemessung zu rechnen. Diese Thematik wird auch im „Arbeitskreis Baugruben“ und im „Arbeitsausschuss Ufereinfassungen“ ausführlich diskutiert. Für die Beurteilung der Standsicherheit, z. B. von bestehenden und neu zu planenden Bauwerken, wird ein vertieftes Verständnis numerischer Bemessungsverfahren bei der Beratung der WSV zwingend erforderlich sein. Untersuchungsmethoden Für im Wasserbau übliche geotechnische Bauwerkskonstruktionen sollen verschiedene Nachweisformate numerisch untersucht und Anwendungsgrenzen definiert werden. Die Nachweisführung soll entsprechend dem Teilsicherheitskonzept zusätzlich mit bewährten analytischen Berechnungsverfahren erfolgen, um einen Vergleich der Berechnungsergebnisse zu ermöglichen. Fragen zu Einfluss und Sensitivität von Baugrundkenngrößen und Grundwasserverhältnissen bei der durchgehenden Bemessung mit numerischen Verfahren stehen über die praktischen Fragestellungen hinaus im Fokus. Es ist geplant, die analytischen und numerischen Berechnungen an Bemessungsbeispielen bestehender Bauvorhaben bzw. Projekten durchzuführen. Reale Bemessungsbeispiele bestehender Vorhaben bieten den Vorteil, dass Messdaten von Verformungen vorliegen. Somit können die FEM-Berechnungen abglichen bzw. kalibriert werden. (Text gekürzt)

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