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- Original title:
- Fish behavior- and movement in front of hydropower plants and hydro engineering installations
- Translated title:
- Fischverhalten vor Wasserkraftanlagen und wasserbaulichen Anlagen
- Author:
- Egg, Leonhard Tassilo Alfons Erich
- Year:
- 2020
- Document type:
- Dissertation
- Faculty/School:
- Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan
- Advisor:
- Geist, Jürgen (Prof. Dr.)
- Referee:
- Geist, Jürgen (Prof. Dr.); Pfaffl, Michael (Prof. Dr.)
- Language:
- en
- Subject group:
- BIO Biowissenschaften
- TUM classification:
- BIO 140d
- Abstract:
- The present thesis used sonar-based technology (Adaptive Resolution Imaging Sonar, ARIS Explorer 3000) to understand fish movement and behavior in front of hydropower plants (HPP) and hydro engineering installations (HEI). In a first phase, the sonar-based system was tested against the state of the art net-based monitoring technique in order to detect a potential bias in the record of quantitative downstream fish movement and consequently validate this new monitoring approach. According to this study (Chapter 3), the sonar-based system demonstrated a 62% detection rate compared with the net-based technique. Moreover, the sonar-based system revealed an size and species specific limitation in detecting fish < 100 mm and the high suitability for migration studies of fish with characteristic body shapes like the elongated European Eel (Anguilla anguilla, L. 1758). In a second phase, the findings were used to observe the natural downstream migration of the European Eel at a HPP during two consecutive years. In this study (Chapter 4), rising discharge and decreasing water temperatures < 9° C were identified as major triggers for the onset of the downstream migration of this critically endangered species. The lunar cycle and air pressure did not affect the migration behavior. The observed behavior patterns of the migrating Silver Eels in front of the HPP were used in the decisions to modify the flow regime. The opening of an undershot sluice gate modified the flow regime and successfully attracts the Silver Eels to this new alternative corridor. Taking advantage of this new corridor, 190 Silver Eels could successfully pass the hydropower plant in one night, during the observation period, making this approach highly promising for European Eel conservation. Additional to the usage of attraction flows for the successful guidance of fish individuals, this thesis tested the potential of electric stimuli to guide or block fish of certain corridors. Consequently an electric fish fence (Aufleger et al. 2014) was mounted in front of one of the biggest pumping stations in Bavaria in order to observe the fish behavior and their response to the electric stimuli in front of this structure. The findings of this study (Chapter 5) confirmed the functionality of the fish fence as a behavioral barrier. The fish turning rate measured up to 72% under realistic field conditions. Consequently, the promising results of this chapter might change the general pessimistic European perspective concerning the functionality of electric fish fences. In a holistic view, this thesis explored and applied new monitoring techniques under field conditions that generated new findings about fish behavior which have since successfully been applied in fish conservation means in front of HPP’s and HEI’s.
- Translated abstract:
- In der vorliegenden Dissertation wurde mithilfe neuester Sonartechnologie (Adaptive Resolution Imaging Sonar, ARIS Explorer 3000) das Verhalten von Fischen vor Wasserkraftanlagen und wasserbaulichen Anlagen untersucht, um Rückschlüsse über die Funktion von Fischschutzmaßnahmen zu sammeln und neue Ansätze auf Grundlage von Verhaltensmustern für die Praxis bereitzustellen. In einem ersten Schritt (Kapitel 3) wurde die Eignung des Geräts für verhaltensbasierte Untersuchungen unter Freilandbedingungen untersucht. Ziel war es mögliche Einschränkungen des Geräts, wie größen- oder artspezifische Detektionsfehler, im Vorfeld herauszustellen und so zukünftige Untersuchungen methodisch abzusichern. Hierfür wurde der „Stand der Technik“ in Form einer netzbasierten Methode (Multimaschen-Hamennetz) mit der infrage kommenden innovativen sonar- und kamerabasierten Technologie verglichen. Hierbei ergab sich für das sonarbasierte System im Vergleich zum Stand der Technik eine Detektionsrate von 62%. Des Weiteren zeigte sich, dass mit dem sonarbasierten System Fische < 100 mm nicht sicher detektiert werden konnten und Fischarten mit ähnlichen sich überschneidenden Körperformen nicht klar differenziert werden konnten. Einzig Fischarten mit charakteristischen Körperformen, wie der schlangenförmige Aal konnten einwandfrei bestimmt werden. Diese Erkenntnisse wurden in einem zweiten Schritt dazu verwendet, die flussabwärtsgerichtete Wanderung der Blankaale (adulte Form von Anguilla anguilla, L. 1758) mittels des sonarbasierten Systems vor einem nachträglich nachgerüsteten „fischfreundlichen“ Wasserkraftwerk über zwei Jahre hinweg zu untersuchen. Im Zuge dieser Untersuchung (Kapitel 4) konnten einerseits der steigende Abfluss des Gewässersystems in Verbindung mit sinkenden Wassertemperaturen (< 9° C) als Hauptauslöser für den Beginn der Wanderung dieser stark bedrohten Fischart Richtung Meer identifiziert werden, wohingegen der lunare Zyklus und der Luftdruck eine untergeordnete Rolle spielten. Darüber hinaus konnten die beobachteten Verhaltensmuster dazu verwendet werden, die Passierbarkeit der Anlage durch die Öffnung eines turbinennahen Leerschützes signifikant zu erhöhen und damit die „Fischfreundlichkeit“ der Anlage und Kleinwasserkraftanlagen generell zu steigern. Durch die konsequente Anwendung der in dieser Studie gesammelten Erkenntnisse und der Öffnung des turbinennahen Leerschützes konnten alleine in einer Nacht 190 Blankaale bei der erfolgreichen Wanderung in das Unterwasser des Kraftwerks nachgewiesen werden. Neben der in Kapitel 4 aufgeführten Möglichkeit Fische durch Änderungen im Strömungsregime in passierbare Korridore abzuleiten, wurde zudem der Effekt von elektrischen Impulsen in Form des elektrifizierten Seilrechens (Aufleger et al. 2014) und dessen Eignung als Verhaltensbarriere untersucht (Kapitel 5). Dazu wurde der Seilrechen vor das Einlaufbauwerk eines der größten bayerischen Pumpwerke installiert und das Fischverhalten mithilfe des sonarbasierten Systems untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie bestätigten zum ersten Mal die Funktionalität des elektrischen Seilrechens als Verhaltensbarriere unter realistischen Feldbedingungen mit einer Ableitrate von bis zu 72%, was in einem klaren Kontrast zu den bisherigen meist negativen Bewertungen über die Funktionalität von elektrischen Fischscheuchanlagen in Europa steht. Zusammengefasst konnten durch die Erkenntnisse dieser Dissertation, durch die Etablierung einer neuen sonarbasierten Monitoringmethode und deren konsequente Anwendung vor Wasserkraftanlagen und wasserbaulichen Anlagen, neue bislang unbekannte Erkenntnisse über Fischverhalten vor Wasserkraftanlagen generiert werden, welche in Form von Managementempfehlungen zum Betrieb von Wasserkraftanlagen und wasserbaulichen Anlagen umgesetzt wurden und so den Fischschutz vor Wasserkraftanlagen und wasserbaulichen Anlagen signifikant steigern konnten.
- WWW:
- https://mediatum.ub.tum.de/?id=1521993
- Date of submission:
- 28.10.2019
- Oral examination:
- 29.06.2020
- File size:
- 4462714 bytes
- Pages:
- 112
- Urn (citeable URL):
- https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20200629-1521993-1-9
- Last change:
- 17.07.2020
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