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Auswirkung von gewässerbreiten Raugerinnen mit Beckenstruktur auf den Oberwasserstand

Raugerinne mit Beckenstruktur stellen für die WSV eine Regelbauweise für die Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit dar. Derzeit ist unklar, welche Auswirkung Raugerinne auf die Stauhaltung im Oberwasser haben. Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen Methoden für die Vorhersage der Stauwirkung von Raugerinnen mit Beckenstruktur entwickelt werden. 1 Aufgabenstellung und Ziel Gewässerbreite Raugerinne mit Beckenstruktur (Titelbild) gehören bei der Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Bundeswasserstraßen zu den Regelbauweisen der WSV. Für die Genehmigung dieser Bauwerke ist der Nachweis der Auswirkungen auf die Wasserspiegellagen im Oberwasser zu erbringen. Die Hydraulik von Raugerinnen mit Beckenstruktur ist komplex, da in Abhängigkeit der Parameter Abfluss, Gefälle und Geometrie verschiedene charakteristische Fließzustände auftreten, die sich auf die Oberwasserspiegel auswirken. Bei geringen Abflüssen wird das Bauwerk im Wesentlichen durch die Durchgangsöffnungen der Riegel durchströmt, die aus Gründen der ökologischen Durchgängigkeit angeordnet werden. Bei steigendem Abfluss findet ein Übergang in ein gewelltes Abflussregime mit stehenden Wellen an den Riegeln und Froude-Zahlen um 1 statt. Bei großen Abflussereignissen wird das Bauwerk komplett überströmt und die Riegel wirken als Sohlrauheit. In der Praxis werden für die Berechnung der Wasserspiegellagen häufig 1D- oder 2D-Modelle verwendet, welche die vorherrschenden hydraulischen Verhältnisse nur vereinfacht wiedergeben. Hingegen werden von der Genehmigungsseite hohe Genauigkeiten erwartet. Die BAW sieht sich dabei häufig in der Rolle, die Güte der Modelle Dritter beurteilen zu müssen. Aus diesem Grund ist es das Ziel des Forschungsprojektes, geeignete Berechnungsmethoden für die Vorhersage des Oberwasserstandes zu entwickeln. 2 Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Der Nutzen für die WSV liegt in einer verbesserten Aussagequalität für einen wichtigen genehmigungsrelevanten Teilaspekt bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen. Mithilfe einer prognosefähigen Berechnungsmethode werden Planungsprozesse vereinfacht und Risiken hinsichtlich einer Oberwasserspiegellagenveränderung verringert. Zudem können aufwendige Vergaben von Modellrechnungen unterbleiben oder diese anhand der Projektergebnisse für eine belastbare Anwendung kalibriert werden. Untersuchungsmethoden Die Entwicklung der Berechnungsmethoden wird in drei Phasen durchgeführt. In der ersten Phase wurden grundsätzliche hydraulische Zusammenhänge zwischen der Strömung im Oberwasser und der Strömung auf einem Raugerinne mit Beckenstruktur analysiert. Hierfür wurden zunächst vereinfachte Raugerinnegeometrien (ohne Böschung, Durchgangsöffnungen etc.) betrachtet. Um in der Literatur beschriebene Ansätze (z. B. Dust und Wohl 2012, Baki et al. 2017) zu testen und weiterzuentwickeln, wurden an der BAW verfügbare Messdaten und Daten aus einer Kooperation mit dem Bundesamt für Wasserwirtschaft in Wien (Österreich, Hengl 2023) ausgewertet. In der zweiten Projektphase werden vorhandene Berechnungsansätze um weitere Parameter (Böschung und Durchgangsöffnungen etc.) ergänzt, um naturgetreue Raugerinnegeometrien abzubilden. Die Untersuchungen in dieser Projektphase werden mit 3D-HN-Modellen durchgeführt, die mit den Datensätzen aus der ersten Projektphase kalibriert werden. In der dritten Projektphase werden die gewonnenen Erkenntnisse für Raugerinne unter realen Bedingungen getestet. Hierfür werden Messungen an bestehenden Raugerinnen durchgeführt (Bild 1) und deren Ergebnisse mit denen der neu entwickelten Berechnungsmethoden verglichen. Begleitend wird mittels der HN-Modelle eine Empfehlung zum methodischen Vorgehen bei Modellierungen entwickelt werden. Diese soll bei Standorten mit Sonderanordnungen, wie z. B. teilbreite Raugerinne, oder im Falle von gekrümmten Raugerinnen als Modellierungsgrundlage dienen.

Konsolidierung der ethohydraulischen Grundlagen sowie Entwicklung eines Planungs- und Optimierungswerkzeugs für den Fischabstieg

Zielsetzung: Die ökologische Durchgängigkeit von Fließgewässern ist eine entscheidende Voraussetzung für das Erreichen des im deutschen Wasserhaushaltsgesetz geforderten guten ökologischen Zustands. Während für Fischaufstiegsanlagen in der Fachwelt anerkannte Planungsempfehlungen existieren, fehlen wissenschaftlich fundierte und übertragbare Vorgaben für Fischabstiegsbypässe. Dies betrifft insbesondere die hydraulischen Bedingungen am Bypasseinstieg. Bisherige Empfehlungen zur hydraulischen Gestaltung beruhen auf Einzelbefunden mit begrenzter Übertragbarkeit. Vor allem an Wasserkraftanlagen (WKA), bei welchen die Gefahr von Fischverletzungen in der Turbine besteht, stellt die unzureichende Effektivität von Fischschutzsystemen ein gravierendes Problem dar. Viele WKA verfügen aktuell noch nicht über wirksame Fischabstiegseinrichtungen. Die drei zentralen Funktionskomponenten von Fischschutzsystemen sind das „Blockieren“ (des Einschwimmens in die Turbine), das normalerweise über Rechen erfolgt, das „Leiten“ in Richtung eines Bypasses und das „Ableiten“ von Fischen durch den Bypass. Insbesondere für die Komponente „Ableiten" fehlt es bislang an wissenschaftlichen Grundlagen und Vorgaben für die Praxis. Das Projekt OptiPass baut auf wissenschaftliche Erkenntnisse auf, die im DBU-Projekt MeMo und im vom BMBF geförderten Projekt RETERO gewonnen wurden. Von ihnen ließ sich ableiten, dass der räumliche Geschwindigkeitsgradient (SVG=Spatial Velocity Gradient) einen maßgeblichen, das Fischverhalten beeinflussender Strömungsparameter darstellt. Je nach Magnitude und Orientierung des SVG lässt sich bei Fischen eine Meidung oder Nutzung von Bereichen beobachten. Das ist vor allem im Einlauf von Bypässen von großer Bedeutung, da hier eine Beschleunigung von geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Rückstaubereich auf hohe Werte im Bypass unvermeidbar ist. Im sich in der Endphase befindlichen Projektteil OptiPass I konnte mittels ethohydraulischer Versuche im Labor der Einfluss des SVG auf das Fischverhalten an Bypasseinstiegen bereits für die Gruppe der Cyprinodei analysiert werden. Es wurden Empfehlungen erarbeitet, wie empfindliche Abschnitte des Wanderkorridors unabhängig vom Standort gestaltet werden sollten. In OptiPass II sollen die Erkenntnisse auf die Gruppe der Salmonidae erweitert werden. Die Forschungsergebnisse sollen in ein einfach nutzbares Planungs- und Optimierungswerkzeug für die Praxis einfließen.

Ökologische Durchgängigkeit, Klassifizierung der Wanderwege für den Fischabstieg

Im Rahmen des Projekts soll ein neues Verfahren entwickelt werden, welches als Grundlage für die Klassifizierung von Wanderwegen für den Fischabstieg dient. Basis des Verfahrens ist zunächst die Annahme, dass einzelne Stauanlagenkomponenten wie Kraftwerk, Wehr, Schleuse, Fischauf- oder -abstiegsanlage potenzielle Wanderkorridore darstellen können. Das Verfahren soll die Möglichkeit bieten, hydrologische und hydraulische Aspekte der Stauanlage mit dem Fischverhalten beim Abstieg zu koppeln.

Bedeutung der Durchgängigkeit für Populationen wandernder Fischarten in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Mit der Novellierung des Wasserhaushaltsgesetzes am 1. März 2010 (WHG) wurde die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) dazu verpflichtet, die ökologische Durchgängigkeit an ihren Staustufen wiederherzustellen. Ziele sind der gute ökologische Zustand (GÖZ) bzw. das gute ökologische Potenzial (GÖP) der Wasserkörper gemäß Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) bzw. WHG. Die WSV hat zunächst Maßnahmen zur Herstellung der fischökologischen Durchgängigkeit und hier speziell zum Fischaufstieg priorisiert. An mehr als 200 Standorten der BWaStr müssen dazu Fischaufstiegsanlagen (FAA) sowie teilweise auch Fischabstiegsanlagen (FAbA) gebaut werden. Die Funktionsfähigkeit dieser Anlagen lässt sich direkt am Standort bewerten. Das BfG-Projekt "Entwicklung eines Methodenstandards zur biologischen Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen an Bundeswasserstraßen" adressiert hierzu die Herausforderungen an BWaStr. Um aber einzuschätzen, ob die Maßnahmen Bedingungen schaffen, unter denen GÖZ oder GÖP des Wasserkörpers tatsächlich erreichbar sind, muss es möglich sein, die Betrachtung auf den betroffenen Flussabschnitt und darüber hinaus zu erweitern. Dafür ist entscheidend, ab welchem Grad der Durchgängigkeit sich dort stabile Populationen der Fischzönose etablieren können. Dies ist in den BWaStr bislang nicht quantifizierbar, da es aktuell keine passenden Modelle oder Werkzeuge gibt, die eine entsprechend integrative Beurteilung ermöglichen. An dieser Stelle setzt das Projekt FischPop an. Für die BWaStr soll es ein Werkzeug entwickeln, welches Populationsaspekte in Verbindung mit der Ausprägung und Verfügbarkeit von Habitaten sowie ihrer Konnektivität modellhaft abbildet. Durch einen Metapopulationsansatz sollen die drei Komponenten miteinander verknüpft werden, um großskalig populationsökologische Prozesse zu modellieren. Dies ermöglicht es nicht nur, die Auswirkungen einer konkreten FAA auf die Populationen zu beurteilen, sondern auch kumulative Auswirkungen mehrerer Barrieren einzuschätzen, was der Realität der meisten BWaStr entspricht. Während zunächst der Fokus auf der Bewertung der Durchgängigkeit liegen wird, kann ein solches Modell perspektivisch auch dabei helfen, die Bedeutung der verfügbaren Fischhabitate für die Fischpopulationen zu quantifizieren und zu beurteilen. Ziele Gesamtziel: - Modellanwendung entwickeln, mit der abgeschätzt werden kann, ob die gegebene Durchgängigkeit einer FAA bzw. eines Querbauwerks-Standortes die Entwicklung vitaler Fischpopulationen ermöglicht (Populationsmodell inklusive Konnektivitätsmodul und Habitatmodul) Teilziele: - theoretisches Modell entwickeln, zunächst für eine Art/Artengruppe - theoretisches Modell ausweiten auf insgesamt mindestens drei Arten/Artengruppen mit unterschiedlichen Ansprüchen an den Lebensraum - Modellanwendung anhand konkreter Projektgebiete kalibrieren und verifizieren - auf Grundlage der Modellanwendung Bewertungswerkzeug für konkrete Querbauwerks-Standorte entwickeln Das Projekt "Bedeutung der Durchgängigkeit für Populationen wandernder Fischarten in Bundeswasserstraßen" ist Teil des FuE-Rahmenkonzeptes zur ökologischen Durchgängigkeit der Bundeswasserstraßen (BWaStr). Die übergreifenden Ziele und die weiteren in diesem Rahmen durchgeführten FuE-Projekte sind unter der Projektnummer M39630404009 nachzulesen (Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit für Fische an den Staustufen der Bundeswasserstraßen - Rahmenkonzept für Forschung und Entwicklung). Die ökologische Resilienz von Fischpopulationen in Flussökosystemen basiert auf einer erfolgreichen Fortpflanzung und Rekrutierung, dem Zugang zu verfügbaren Ressourcen und der Erreichbarkeit von unterschiedlichen Habitaten. Bei der Restaurierung von Flüssen verbessern vor allem solche Projekte die Diversität der Fischfauna und die Bestandsentwicklung einzelner Fischarten, deren Maßnahmen eine Verbesserung sowohl der hydromorphologischen Habitate als auch der ökologischen Durchgängigkeit beinha

Wasserrechtliche Gestattung für den Umbau und den Betrieb der Wasserkraftanlage "Mittermühle" am Saußbach, Stadt Freyung

Die List Andreas und Reinhard GbR hat die wasserrechtliche Bewilligung für den Umbau und den Betrieb der Wasserkraftanlage „Mittermühle“ für einen Zeitraum von 30 Jahren beantragt. Für die geplante Wasserkraftanlage am Saußbach wird die Erteilung der Bewilligung nach § 8 Wasserhaushaltsgesetz (WHG) beantragt zum: - Aufstauen des Saußbaches bis zu 603,861 m ü. NN - Ableiten von Wasser aus dem Saußbach von bis zu 1,8 m³/s in das Triebwerk 2 - Wiedereinleiten derselben Wassermenge nach der energetischen Nutzung in den Saußbach - Abgabe von Restwasser von mindestens 170 l/s in die Fischaufstiegsanlage Des Weiteren wird für folgende Maßnahmen eine Plangenehmigung beantragt: - Umbau der bestehenden Fischaufstiegsanlage - Umbau des bestehenden Feinrechens am Triebwerk 2

Schaffung der ökologischen Durchgängigkeit im Ruhlander Schwarzwasser an den Wehren 17.33 und 17.33a in Jannowitz“ im Landkreis Oberspreewald-Lausitz

Der Gewässerverband „Kleine Elster-Pulsnitz“ plant die ökologische Durchgängigkeit im Ruhlander Schwarzwasser an den Wehren 17.33 und 17.33a. Das Vorhaben untergliedert sich in 4 Teilmaßnahmen: - bauzeitliche Sicherung des Wehres 17.33, - Ersatzneubau des Wehres 17.33a, - Umbau des Wehres 17.33 zur Sohlgleite und - Umbau des Dubteichzuleiters und des Teiches Rohnaer Weg. Das Vorhaben erstreckt sich über Flur 3, Flurstücke 78, 79 und 249 der Gemarkung Jannowitz.

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

Ingenieurbiologische Planungen und Bewertungen

In Sachsen-Anhalt war in den vergangenen 10 Jahren an diversen Wasserkraftanlagen bis 2,3 MW Fischschutz und Fischabstieg sicherzustellen. Dies gelang durch das Leitrechen-Bypass-System EBEL, GLUCH  & KEHL  (2001) . In gemeinsamer iterativer Berechnung und Planung durch Fischökologen, Ökohydrauliker und Bauingenieur konnten jeweils die fallspezifische Lösung entwickelt und damit die gesetzlichen Anforderungen zur Gewährleistung von Fischschutz und Fischabstieg an Wasserkraftanlagen tatsächlich erfüllt werden (EG-WRRL, EG-FFH-RL, EG-AalSchutzVO, WHG § 33 Mindestwasser, WHG § 34 Durchgängigkeit oberirdischer Gewässer, WHG § 35 Wasserkraftnutzung, § 38 FischG LSA Fischschutz und Fischabstieg „Wer Anlagen zur Wasserentnahme oder Triebwerke errichtet oder betreibt, hat auf seine Kosten durch geeignete Vorrichtungen das Eindringen von Fischen zu verhindern und für die schadlose Ableitung der Fische in das Unterwasser zu sorgen“, § 44  FischG LSA Gewährleistung Fischwechsel an Stauanlagen, § 3 NatschG LSA Biotopverbund, § 38 NatschG LSA Gewässervernetzung). In der Regel ergaben sich mit dem System neben der Umweltverträglichkeit der Wasserkraftanlage auch noch erhebliche Betriebs- und Unterhaltungs-Vorteile für den Kraftanlagen-Betreiber. Fischwissenschaftliche Grundlagen, Modellierung und Bemessung finden sich in „Fischschutz und Fischabstieg an Wasserkraftanlagen, Handbuch Rechen- und Bypasssysteme“ (EBEL 2013) . Das Prinzip und wichtige praktische Detailes aus 10 Jahren Planung, Genehmigung und Betrieb des Leitrechen-Bypass-Systems EBEL, GLUCH & KEHL (2001) finden Sie hier .

Gewässerdurchgängigkeitsprogramme

Im Rahmen von div. Gewässerdurchgängigkeitsprogrammen soll in den sächsischen Fließgewässern die ökologische Durchgängigkeit an Stau- und Wasserkraftanlagen verbessert werden, um damit die gesetzlich Vorgaben zum Fischartenschutz umzusetzen. Wichtiges Hilfmittel ist dabei die sächsische Querbauwerks-Datenbank (ehm. Wehr-DB)

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