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2011 | Buch

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Ethohydraulik

Grundlagen, Methoden und Erkenntnisse

verfasst von: Beate Adam, Boris Lehmann

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Wasserbauliche Maßnahmen und Bauwerke, die z. B. der Unterhaltung von Gewässern, der Energiegewinnung oder der Ausleitung von Wasser dienen, haben maßgeblichen Einfluss auf aquatische Lebensräume. Allerdings sind die genauen Auswirkungen vor allem auf Fische bislang kaum untersucht und verstanden, da sich die Tiere aufgrund von Strömung und Trübung einer direkten Beobachtung entziehen. Vor diesem Hintergrund wurde die Ethohydraulik entwickelt, um mit Hilfe von Lebendtierbeobachtungen in großskaligen, verglasten Laborrinnen zu untersuchen, wie sich aquatische Organismen in hydraulischen Situationen verhalten, die durch wasserbauliche Anlagen erzeugt werden. Die so gewonnenen Erkenntnisse erlauben die Ableitung konkreter Regeln und Grenzwerte in Hinblick auf eine gewässerökologisch verträglichere wasserbauliche Praxis. Das Buch erläutert die transdisziplinären biologischen und ingenieurtechnischen Grundlagen, dokumentiert die benötigten methodischen Instrumente und stellt anhand zahlreicher Beispiele den Erkenntnisgewinn der Ethohydraulik vor.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Anforderungen der Menschen an die Nutzung der Fließgewässer als Transport- und Entsorgungspfad, zur Energiegewinnung, zur Landschaftskultivierung sowie dem Schutz der Siedlungen vor Hochwasser führten zu einer nachhaltigen Umgestaltung der natürlichen Gewässerläufe. Diese anthropogenen Nutzungsansprüche haben nachhaltige Beeinflussungen des gewässerökologischen Gefüges zur Folge, aus denen nicht selten ein Lebensraumverlust für die aquatischen Organismen und eine Verarmung des Artenspektrums resultiert.

Beate Adam, Boris Lehmann

2. Fische im Wasserbau

Zusammenfassung

Die bisher unzureichende Berücksichtigung der Bedürfnisse aquatischer Organismen spiegelt sich nicht nur im Gefährdungsstatus der Fischfauna, sondern auch z. B. in der zumeist mangelhaften Funktionsfähigkeit vorhandener Fischaufstiegsanlagen wider. Dieser Situation steht die Forderung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie gegenüber, nach der alle Gewässer einen guten ökologischen Zustand aufweisen müssen, was am Zustand der darin lebenden Organismen zu bemessen ist. Hieraus leitet sich die Notwendigkeit ab, dass wasserbauliche Anlagen künftig fischökologisch zu optimieren sind.

Beate Adam, Boris Lehmann

3. Der Weg zur Ethohydraulik

Zusammenfassung

Die Ethohydraulik verschneidet inhaltlich und methodisch die Verhaltensbiologie mit dem wasserbaulichen Modellwesen, wozu eine enge Zusammenarbeit von Biologen und Ingenieuren erforderlich ist. Wenngleich bereits verschiedentlich das Verhalten einheimischer Fischen untersucht wurde, wird aufgezeigt, dass einerseits solcher Erkenntnisse bisher für die Anwendung in der wasserbaulichen Praxis nicht geeignet waren und andererseits die transdisziplinäre fachliche Durchdringung der beiden Disziplinen anspruchsvoll ist.

Beate Adam, Boris Lehmann

4. Die drei Phasen der Ethohydraulik

Zusammenfassung

Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Verhaltensbeobachtungen mit Fischen aus dem Labor in das Freiland gewährleisten zu können, gilt es sowohl biologische, als auch hydraulische Aspekte zu berücksichtigen. So sind im Rahmen der als Preprozess bezeichneten Planung die Parameter und Eigenschaften zu definieren, damit unter Wahrung von Modellgesetzen und der Berücksichtigung der Größe lebender Fische eine hydraulische Realsituation im Versuchsstand situativ ähnlich nachgebildet werden kann. Im ethohydraulischen Tests gilt es solche Reaktionen der Fische zu identifizieren, die im Sinne einer Antwort auf die eingestellte hydraulische Situation zu verstehen sind. Solche Verhaltensweisen müssen dabei unter gleichen Bedingungen reproduzierbar auftreten, können aber ggf. art- und größenspezifisch sein. In einem weiteren Schritt wird die hydraulischen Signatur der jeweiligen Situation aufgemessen und parametrisiert, um sie letztlich mit Hilfe eines Transferprozesses im Form von Regeln oder Grenzwerten der ingenieurlichen Arbeit verfügbar zu machen.

Beate Adam, Boris Lehmann

5. Grundlagen der Ethohydraulik

Zusammenfassung

Grundlage ethohydraulischer Untersuchungen bilden in Hinblick auf die beabsichtigte Nutzanwendung sowohl sinnesphysiologische, verhaltensbiologische und fischökologische, wie auch ingenieurwissenschaftliche Kenntnisse über Hydraulik und das wasserbauliche Modellversuchswesen. Darüber hinaus gilt es beim Umgang mit lebenden Tieren auch rechtliche Rahmenbedingungen einzuhalten. Da solche zum Verständnis der Ethohydraulik erforderlichen Informationen bisher auf verschiedene Fachbücher verteilt sind, werden die essentiellen Grundlagen dargestellt. Aufbauend darauf werden Beispiele ethohydraulisch relevanter Verhaltensweisen von Fischen erläutert, die im Sinne eines Ursachen-Wirkungsgefüges vor allem durch hydraulische Reize ausgelöst werden.

Beate Adam, Boris Lehmann

6. Vorbereitung ethohydraulischer Untersuchungen

Zusammenfassung

Im Zusammenhang mit Verhaltensbeobachtungen von Fischen im wasserbaulichen Labor sind zahlreiche tierschutzrechtliche und technische Aspekte zu berücksichtigen. Es werden konkrete Empfehlungen zum Umgang mit Fischen, vor, während und nach ethohydraulischen Tests gegeben und ausführlich die für den Aufbau und den Betrieb eines ethohydraulischen Versuchsstandes benötige Infrastruktur sowie Mess- und Dokumentationsgeräte beschrieben.

Beate Adam, Boris Lehmann

7. Methodische Instrumente der Ethohydraulik

Zusammenfassung

Damit ethohydraulische Tests reproduzierbare und nachvollziehbare Ergebnisse erbringen, muss die Durchführung von Verhaltensbeobachtungen mit Fischen unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten nach eindeutigen Verfahrensregeln und mit transparenten Dokumentationsverfahren erfolgen. Dies betrifft vor allen die Aufzeichnung, Auswertung und Analyse eines Tests sowie die zur Erarbeitung der ethohydraulischen Signatur benötigten hydraulischen Mess- und Auswertungsverfahren. Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung beschreibt die nach den vorliegenden Erkenntnissen sinnvollste Vorgehensweise.

Beate Adam, Boris Lehmann

8. Transferprozess Transferprozess

Zusammenfassung

Die Ergebnisse ethohydraulischer Tests einschließlich ihrer Auswertung und Interpretation bereichern nicht nur die Grundlagenforschung, sondern dienen vor allem der wasserbaulichen Praxis, um diese gewässer- und naturschutzverträglicher zu machen. Damit ethohydraulische Erkenntnisse im Rahmen von Planungen und bei der Umsetzung wasserbaulicher Maßnahmen berücksichtigt werden können, müssen sie auf die Anwenderebene transferiert werden. Das Kapitel erläutert, welche Transferarten möglich sind und was es dabei zu beachten gilt.

Beate Adam, Boris Lehmann

9. Beispiel einer ethohydraulischen Untersuchung

Zusammenfassung

Anhand eines Praxisbeispiels wird die Anwendung der Ethohydraulik erläutert. Das Ziel der vorgestellten Untersuchung war es, für Aufstiegszählungen an einer Fischaufstiegsanlage eine Fanganlage zu konzipieren, mit der tagtäglich unter allen Abflussverhältnissen im Gewässer Fische aller Arten und Größen sicher und maximal schonend erfasst werden können. An diesem Beispiel wird die gesamte Methodenanwendung einer ethohydraulischen Untersuchung von der Problemanalyse, über den Preprozess bis hin zu den diversen Tests mit unterschiedlichen Modelleinbauten aufgezeigt. Es wird deutlich, wie einzig und allein durch die Befunde aus den Tests ein funktionsoptimiertes Anlagendesign entwickelt und bemessen werden konnte.

Beate Adam, Boris Lehmann

10. Erkenntnisse aus ethohydraulischen Projekten

Zusammenfassung

Mit Hilfe der Ethohydraulik wurden von den Autoren verschiedene Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse bis dato nicht oder nur auszugsweise veröffentlich sind. Vor diesem Hintergrund werden die Erkenntnisse aus bisherigen Projekten zu Aspekten der Funktionsoptimierung von Fischaufstiegsanlagen, der Wirksamkeit von Fischschutzeinrichtungen, der Auffindbarkeit von Bypässen, der Reaktionsweise von Fischen gegenüber Wasserrädern sowie auch der Möglichkeit numerische Strömungssimulationen für eine fischverträglichere Planung wasserbaulicher Anlagen einzusetzen dargestellt. Hieraus werden Regeln und Bemessungswerte für die Planung und das Design solcher wasserbaulichen Anlagen abgeleitet und kritisch beurteilt.

Beate Adam, Boris Lehmann

11. Ausblick

Zusammenfassung

Da die Transdiziplin Ethohydraulik eine vergleichsweise junge Disziplin darstellt, besteht zweifellos ein großes Potential in Hinblick auf die Entwicklung und Verbesserung der Methode und ihrer Auswertungswerkzeuge. Auch wird kritisch hinterfragt, wie übertragbar die Ergebnisse ethohydraulischer Befunde vom Labor- auf eine Natursituation tatsächlich sind und auf welche Weise eine Validierung und Überprüfung der Erkenntnisse erreicht werden könnte.

Beate Adam, Boris Lehmann

Backmatter

Titel: Ethohydraulik
verfasst von: Beate Adam
Boris Lehmann
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-17210-6
Print ISBN: 978-3-642-17209-0
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-17210-6