Druckverhältnisse in großen Kaplan-Turbinen und deren Auswirkungen auf die Überlebensraten von Fischen

Bei Fischeiern traten bisher bei keiner Untersuchung druckbedingte Schädigungen auf. Eier vom Weißen Stör (Acipenser transmontanus), vom Australischen Silberbarsch (Bidyanus bidyanus), und vom Australischen Goldbarsch (Macquaria ambigua) zeigten selbst bei extrem niedrigen Drücken (Nadir von 1 kPa bis 5 kPa), wie sie nur in Extremfällen beim Turbinenbetrieb auftreten können, kein Anzeichen von Schädigung (Tabelle 2).

Bei Fischlarven trat beim Großteil der untersuchten Arten keine druckbedingte Mortalität auf. Larven des Weißen Störs (Acipenser transmontanus) zeigten am neunten Tag mit Beginn des Fressens eine erhöhte Empfindlichkeit mit Mortalitätsraten von 10 % bis 20 %, alle jüngeren und älteren Larven überlebten selbst Nadirwerte von 5 kPa bzw. Druckreduktionen auf 1/20 des Akklimatisationsdrucks (Tabelle 3). Larven des Silberbarsches (Bidyanus bidyanus), des Goldbarsches und des Murray-Dorsches (Maccullochella peelii) überlebten Druckänderungen auf 1/9 des Akklimatisationsdrucks (Nadir = 11 kPa).

Einige Arten (Aale, Neunaugen, Störe) sind gegenüber niedrigen Drücken bzw. Druckänderungen unempfindlich. Aale und Störe überlebten selbst Nadir-Werte von ca. 2 kPa bzw. eine Druckreduktionen auf 1/50 des Akklimatisationsdrucks (Tabelle 4).

Für einige Arten konnte die Mortalitätsrate durch logistische Regressionen in Abhängigkeit von PA/PE dargestellt werden:

\({P}_{mort}=(\frac{ (EXP({\beta }_{0}+{\beta }_{1}ln(PA/PE))}{(1+EXP({\beta }_{0}+{\beta }_{1}ln(PA/PE))})\) (1)

In Tabelle 5 sind die Regressionskoeffizienten für diese Arten angeführt, eine grafische Darstellung des Zusammenhanges zeigt Bild 2.

Der Unterschied zwischen physoclisten Arten und physostomen Arten ist nicht so ausgeprägt wie erwartet. Die Unterschiede sind zum Teil auch Methoden bedingt, da sowohl unterschiedliche Endpunkte dokumentiert wurden als auch andere Versuchsbedingungen vorlagen: Von Brown et al. [9] und Pflugrath et al. [10] wurden als Endpunkt nicht die Überlebensraten dokumentiert, sondern artspezifische Parameter, die mit der Überlebensrate bzw. Mortalitätsrate signifikant korreliert waren, es wurde also nicht die tatsächliche Mortalität ermittelt, sondern ein Index ("mortally injured") [11]. Diese Vorgehensweise kann die tatsächlichen Überlebensrate beträchtlich unterschätzten, da das Auftreten jeder einzelnen Verletzung, die einen signifikanten Zusammenhang mit der Mortalität zeigt, dazu führt, das ein Fisch als "mortally injured" bzw. "tot" klassifiziert wird. Von Brown et al. [7] wurden die Parameter, welche für den Königslachs entwickelt wurden [6], übernommen, d. h. keine artspezifischen Parameter entwickelt. Die Autoren nehmen an, dass dadurch die Mortalitätsraten ("mortally injured") für Muskellunge und Zander im Vergleich zum Königslachs überschätzt wurden. Unterschiedliche Versuchsbedingungen betreffen die Gassättigung. Die Versuche am Königlachs [9] wurden bei Gasübersättigung (113 % bis 128 %) durchgeführt (Bild 3). Bei diesen Konzentrationen reagieren die Fische wesentlich empfindlicher auf Druckänderungen als bei normaler Gassättigung ([9], [12]).

Für Oberflächen-adaptierte Fische ergeben sich im Großteil der untersuchten Fälle keine Mortalitäten, da nur bei ca. 15 % der Turbinenpassagen überhaupt Nadir-Werte unter dem normalen atmosphärische Druck auftraten, die theoretisch zu Schädigungen führen können (Tabelle 6). Die in der Tabelle 6 ausgewiesenen Mortalitäten geben zwar auch oberhalb des atmosphärischen Luftdrucks Mortalitäten an, diese ergeben sich aber Formel bedingt, da die logistischen Regressionen nicht durch den Ursprung laufen. Bereiche mit niedrigen Drücken, die für Fische letal sein können, sind örtlich eng begrenzt, bei nur ca. 1 % der Turbinenpassagen traten Drücke von unter 50 kPa auf. Integriert man Auftrittshäufigkeiten und Mortalitäten über den relevanten Bereich (<101 kPa), so ergeben sich bei allen bisher untersuchten Arten für oberflächenadaptierte Fische Gesamtmortalitäten von deutlich unter einem Prozent. Wenn man davon ausgeht, dass die Turbinen in der Regel im Bereich der höchsten Effizienz betrieben werden, wären die Mortalitätsraten zwar etwas höher, aber immer noch sehr gering.

Da der Großteil der abwärtswandernden potamodromen Fische Larven und Juvenile sind, die in der Regel oberflächenadaptiert sind, sind Auswirkungen auf potamodrome Fischpopulationen durch Turbinen bedingtes Barotrauma an großen Anlagen wahrscheinlich nicht signifikant bzw. nicht nachweisbar. Einschränkend muss allerdings hinzugefügt werden, dass bisher keine vergleichbaren Untersuchungen an Cypriniden durchgeführt wurden, die den Hauptteil der Fische in großen europäischen Gewässern darstellen. Um auch für diese Arten belastbare Daten zu erhalten, wird derzeit ein Forschungsprojekt von Oesterreichs Energie Forschung & Innovation "Flussabwärts gerichtete Fischwanderung an mittelgroßen Fließgewässern in Österreich: Populationsbiologische Grundlagen und Implikationen für den Fischschutz und Fischabstieg" durchgeführt, welches von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) im Rahmen eines Collective Research Projektes (857 801) gefördert wird [13].