Telemetrie zur Fischdetektion. Die Blankaalabwanderung in der Mosel

Inhalt

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS

1. EINLEITUNG

2. DER EUROPÄISCHE AAL (ANGUILLA ANGUILLA L.)
2.1 Der Lebenszyklus des europäischen Aals
2.1.1 Die ozeanische Larvenperiode
2.1.2 Vom Glasaal bis zum Gelbaal
2.1.3 Lebensweise des europäischen Aals im Gelbaalstadium
2.1.4 Die Wanderung der Blankaale
2.2 Gefährdung des europäischen Aals
2.3 Bedeutung für die Wahl einer Detektionsmethode

3. DAS PROJEKTGEBIET MOSEL
3.1 Die Moselkraftwerke
3.2 Abiotische Faktoren
3.3 Bedeutung für die Wahl einer Detektionsmethode

4. METHODEN ZUR FISCHDETEKTION
4.1 Grundlagen
4.2 Radiotelemetrie
4.2.1 LOTEK Transmitter
4.2.2 Praxisbeispiele herkömmlicher Radiotelemetrie
4.2.3 NEDAP Trail® System
4.2.4 Praxisbeispiele NEDAP Trail System
4.3 Akustische Telemetrie
4.3.1 VEMCO Transmitter
4.3.2 Praxisbeispiele
4.4 PIT-Marken
4.4.1 BIOMARK Transponder
4.4.2 Praxisbeispiele
4.5 Sonar Systeme
4.5.1 Detektorreusen
4.5.2 DIDSON Sonar
4.5.3 Die EtWas FISH-ID V.1.0 Software
4.6 Gegenüberstellung der Systeme

5. KONZEPT FÜR EINE MESSKAMPAGNE AN DEN MOSELKRAFTWERKEN
5.1 Die Aalschutzinitiative (ASI) Rheinland-Pfalz/RWE Power AG
5.1.1 Bisherige Projekte
5.1.2 Das Frühwarnsystem
5.2 Wahl einer Detektionsmethode
5.2.1 Anforderungen an die Detektionsmethode
5.2.2 Vorüberlegungen
5.2.3 Fazit
5.3 Möglicher Versuchsaufbau und Durchführung
5.3.1 Beschaffung und besendern der Versuchstiere
5.3.2Versuchsaufbau und Einbau der Kontrollstationen
5.3.2.1 Standort Detzem
5.3.2.2 Standort Koblenz
5.3.2.3 Einbau der Kontrollstationen
5.3.2.4 Geschätzte Kosten
5.3.3 Versuchsdurchführung und Datenerhebung
5.3.4 Eignung des Systems zur Kontrolle des Frühwarnsystems

6. ERGEBNIS UND AUSBLICK

LITERATUR UND QUELLENVERZEICHNIS

ANHANG

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1: Entwicklung des Aals (A. anguilla) von der Larve (Leptocephalus) bis zum Glasaal (nach SCHMIDT 1909a, via TESCH 1999, bearbeitet)

Abbildung 2.2: An der westfranzösichen Vilaine gefangene Glasaale (Foto: E. Hahlbeck, via TESCH 1999)

Abbildung 2.3: Zwei in der Mosel, nahe Riol, von einem Sportfischer gefangene Gelbaale (Foto: Verfasser, 2010)

Abbildung2.4:gefangenerBlankaal(ADAM&LEHMANN2011)

Abbildung 2.5: Zeit des Wanderungsbeginns der Blankaale in der Nordhemisphäre aufgrund von Fängen der Berufsfischerei in Europa (TESCH 1999, bearbeitet)

Abbildung2.6:BeimTurbinendurchgangvollständigdurchtrennterAalkörper(BMUB 21/2012)

Abbildung 3.1: Luftbild des Moselkraftwerks Detzem (GOOGLE MAPS 2016)

Abbildung 4.1: LOTEK Radiotransmitter MST-Serie (LOTEK 2016)

Abbildung 4.2: Mobiles Empfangsgerät SRX800 der Firma LOTEK im Einsatz (links) und

Detailansichten (rechts) (LOTEK 2016)

Abbildung 4.3: Links: Schemazeichnung einer Kontrollstation; Rechts: Transponder in HDPE Kapseln (BAUER 2009)

Abbildung 4.4:ZusammenhangzwischenLeitfähigkeitundmaximalmöglicherDistanz

zwischen Transponder und Antenne, um eine Signalübertragung zu erzielen (BAUER 2009, bearbeitet)

Abbildung 4.5: Schematische Darstellung, Anordnung der Kontrollstationen in der Maas (BRUIJS et al. 2003)

Abbildung 4.6: Schifffahrtsboje an der ein Hydrophon befestigt ist (ADAM et al. 2013)

Abbildung 4.7: Mögliche Positionierung von Akustischen- und Radiotelemetriesendern (BUWAL 2002)

Abbildung 4.8: VEMCO V9 Transmitter und zugehörige Batterie Laufzeit (VEMCO 2016)

Abbildung 4.9:links: PIT-Marke Modell iTag162 ISO Standard. Rechts: PIT-Marken Rahmenantenne (aus BTS-ID 2016)

Abbildung 4.10: Besendern eines Amerikanischen Aals mit einer PIT-Marke (zur verfügung gestellt von BIOMARK)

Abbildung 4.11: Anbringen einer "pass-by" Antenne der Firma BIOMARK am Gewässergrund (BIOMARK 2016)

Abbildung 4.12.: Verschieden Aufbaumöglichkeiten des Cord Antenna Systems der Firma

BIOMARK, Maße in Fuß (1 Fuß = 0,3048 m) (BIOMARK 2016)

Abbildung 4.13: Standorte der Antennen an der FAA Gambsheim (TETARD et al. 2015)

Abbildung 4.14: links: Foto der Detektorreuse (Foto: Verfasser, 2016). rechts: Verwendetes Echolot der Firma LOWRANCE (WEBER 2015)

Abbildung 4.15: Bildsequenz aus drei Standbildern eines Splitbeam-Echolots, die das Verhalten eines Blankaals am sohlnahen Bypass eines Wasserkraftwerks zeigt (SCHMIDT 2010 via BMUB 21/2012 )

Abbildung 4.16: DIDSON (Mitte) mit Halterung vor dem Rechen (linkes Bild) und vor dem Wehr (rechtes Bild) (HOFFMANN et al. 2014)

Abbildung 4.17: Programmauszug aus der entwickelten Erkennungssoftware (HOFFMANN et al. 2014)

Abbildung 5.1:ZumRheintransportierteAaledurchdieAalschutzinitiative,Angabenin tausend kg (JÖRGENSEN 2013)

Abbildung 5.2: Spezieller Operationstisch für Schlangenförmige Fischarten mit Beatmungswasser in separater Schale (ADAM et al. 2013)

Abbildung 5.3: Übersicht des möglichen Versuchsaufbaus am Standort Detzem, mit eingezeichneten Stationen (schwarz) und Stationsnummern (rot) und Fließrichtung (blaue Pfeile) (zur Verfügung gestellt durch NEDAP, bearbeitet)

Abbildung5.4: ÜbersichtdesmöglichenVersuchsaufbausamStandortKoblenz,mit eingezeichneten Stationen (schwarz) und Stationsnummern (rot) und Fließrichtung (blaue Pfeile) (zur Verfügung gestellt durch NEDAP, bearbeitet)

Abbildung 5.5: Übersicht der Kontrollstationen vor, bzw. hinter den Standorten (zur Verfügung gestellt durch NEDAP)

Abbildung 5.6: Vorhandene Kontrollstationen in Rhein und Maas (BREUKELAAR 2015, bearbeitet)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 4-1: Gegenüberstellung der verschiedenen Systeme

Tabelle 5-1: Kostenschätzung des NEDAP Trail® Systems bei optimalem Aufbau

Tabelle 5-2:Möglicher Aufbau einer Tabelle zur Erfassung der besenderten Aale (mit fiktiven Daten)

1.Einleitung

In den letzten Jahrzehnen scheint es zu einem signifikanten Bestandrückgang des europäischen Aals (Anguilla anguilla L.) gekommen zu sein (siehe ADAM & LEHMANN 2011). Ein Grund hierfür könnte der Verbau der natürlichen Wanderruten der Blankaale durch Querbauwerke wie Wehre und Wasserkraftwerke sein. Scheinbar verenden viele der Tiere währen oder direkt nach dem durchschwimmen von Turbinenanlagen, aufgrund dabei entstehender Verletzungen. Um die verbleibenden Bestände zu schützen wird daher seitens der Kraftwerksbetreiber versucht die Turbinen fischfreundlicher zu beschicken um die Mortalitätsrate möglichst gering zu halten.

Bisher konnten zu diesem Zweck einige Vorhersagetools, welche auf bisherigen Daten aus Fangversuchen und historischen Fängen basieren erstellt werden, um Wanderbewegungen des europäischen Aals in der Mosel abzuschätzen. Um diese Frühwarnsysteme zu verbessern beziehungsweise den Zusammenhang zwischen Blankaalwanderungen und Umwelteinflüssen besser zu verstehen ist es notwendig eine Methode zum Monitoring der der Tiere zu finden.

In dieser Arbeit wurden daher Möglichkeiten untersucht, Blankaale mittels telemetrischer Methoden zu detektieren und ihre Wanderrouten nachzuvollziehen. Dabei soll zunächst auf die Grundlagen eingegangen und darauffolgend die verschiedenen Systeme und Möglichkeiten näher beschrieben werden. Auch die Systeme einiger Hersteller, sowie die zu erwartenden Kosten werden angesprochen. Um die Funktionstüchtigkeit der Methoden zu belegen werden im Anschluss an jede Systembeschreibung einige Praxisbeispiele angeführt.

Ziel dieser Arbeit ist es ein geeignetes System, für eine Messkampagne zur Detektion von Blankaalen, speziell für die Mosel, zu finden. Auf Grundlage der gegebenen Randbedingungen soll abschließend ein Konzept für eine Messkampagne zur Blankaaldetektion in der Mosel erarbeitet und näher ausgeführt werden, sowie dessen Eignung zur Erfolgskontrolle der vorhandenen Frühwarnsysteme abgeschätzt werden.

2.DereuropäischeAal(AnguillaanguillaL.)

Wie bereits beschrieben kam es in den vergangenen Jahrzehnten zu einem signifikanten Rückgang der Aalpopulationen. Um zu verstehen warum die Bestandzahlen abnehmen, aber auch welche telemetrischen Systeme sich für das detektieren dieser Tiere eignen, muss man zuerst die Lebensweise und Eigenheiten des europäischen Aals kennen. Mit dieser Begründung sollen im Folgenden zunächst der Lebenszyklus und das Verhalten, soweit bekannt, des europäischen Aals näher betrachtet werden.

2.1 Der Lebenszyklus des europäischen Aals

Der europäische Aal besitzt einen der komplexesten Lebenszyklen, der in Europa heimischen Fischarten. Dieser Umstand gestaltet auch die Erforschung seiner Lebensweisen schwierig.

Nach TESCH (1999) lässt sich der Lebenszyklus des europäischen Aals in zwei völlig eigenständige Abschnitte unterteilen:

1. Die ozeanische Larvenperiode,
2. Die Periode auf dem Kontinent.

Diese wiederum umfassen insgesamt neun verschiedene Stadien (1-4 in der ozeanischen Larvenperiode, 5-9 in der Periode auf dem Kontinent). Im Folgenden sollen die verschieden Perioden beziehungsweise Stadien kurz beschrieben werden. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf das letzte Stadium, das des abwanderungswilligen Blankaals gelegt, da dieses Stadium mit den im Folgenden beschriebenen telemetrischen Methoden untersucht werden soll.

2.1.1 Die ozeanische Larvenperiode

Nh adcem heutigen Wissensstand laicht der europäische Aal in der Sargassosee (in der Nähe der Bermudas) es handelt sich also um eine katadrome Fischart. Diese ist in ihrer adulten Lebensphase größtenteils im Süßwasser anzutreffen, bevor sie zum ablaichen zurück ins Salzwasser wandert.

Nach dem Schlupf weisen die Larven (Leptocephalus) des Anguilla anguilla eine Größe von vier Millimetern auf. Auf Grund der schmalen, hochrückigen Form spricht man in diesem Stadium auch von Weidenblattlarven. Diese verändern ihre Form auf dem Weg durch den Ozean in Richtung der Flussmündungen. Diese Entwicklung lässt sich in die Entwicklungsstadien eins bis vier unterteilen (siehe Abb. 2.1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.1: Entwicklung des Aals (A. anguilla) von der Larve (Leptocephalus) bis zum Glasaal (nach SCHMIDT 1909a, via

TESCH 1999, bearbeitet)

Ergänzung zu Abbildung 2.1:

- 1 ausgewachsene Larve von 75 mmm Gesamtlänge (Stadium 1)

- 2-6 Metamorphose der Larve bis zum Stadium 4, kurz vor der eigentlichen Aalform

- 7 Glasaal der jüngsten Entwicklungsstufe (Stadium 5)

- 8 Aal mit erster Pigmentierung (Stadium 6)

Ab dem Stadium fünf spricht man von Glasaalen, diese besitzen bereits die Körperform der adulten Tiere, jedoch fehlt ihnen jegliche Pigmentierung, diese entwickelt sich erst im sechsten Stadium, das den Übergang zwischen Glas- und Jungaal darstellt.

2.1.2 Vom Glasaal bis zum Gelbaal

Mit Erreichen des Glasaal Stadiums beginnen die Tiere mit dem Aufstieg in die Flüsse. Während des Aufstiegs erlangen sie ihre volle Pigmentierung (Stadium 6) und werden dann als Jungaale (Stadium 7) bezeichnet. Diese sind in einer Länge von sechs bis dreizehn Zentimetern anzutreffen.

In der Vergangenheit war der Aufstieg der Glas- und Jungaale vielerorts zu beobachten. TESCH (1999) führt hierzu mehrere Quellen an, nach denen der Aufstieg in vielen europäischen Flüssen eine Massenwanderung darstellte, betont aber auch, dass solche Größenordnungen heute kaum noch anzutreffen sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.2: An der westfranzösichen Vilaine gefangene Glasaale (Foto: E. Hahlbeck, via TESCH 1999)

Gelb- und Jungaal lassen sich optisch kaum unterscheiden. Von Gelbaalen (Stadium 8) spricht man in der Regel ab einer Körperlänge von dreißig Zentimetern. Ebenso sind Fische in diesem Stadium standorttreu und wandern nur, wenn meteorologisch-hydrographische, durch populationsdruck und jahreszeitlich bedingte Umwelteinflüsse einen Standortwechsel notwendig machen. Nach TESCH (1999) wird daher auch von sich im Ernährungsstadium befindlichen Tieren gesprochen. Die Namensgebung ist auf die gelbliche Färbung der Rückenpartie zurückzuführen (siehe Abb. 2.3).

2.1.3 Lebensweise des europäischen Aals im Gelbaalstadium

Da Anguilla anguilla nur im Stadium des Gelbaals standorttreu ist und dieses den größten Teil des Lebenszyklus in Anspruch nimmt, macht diese Phase das eigentliche Leben des europäischen Aals aus.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.3: Zwei in der Mosel, nahe Riol, von einem Sportfischer gefangene Gelbaale (Foto: Verfasser, 2010)

Die Ernährung des europäischen Aals ist nach TESCH (1999) abhängig von der Körpergröße der Individuen und der Jahreszeit. So sinkt im Winter mit der Aktivität der Aale auch deren Nahrungsaufnahme.

Da die Tiere bodennah leben sind sie folglich auf den dort vorkommenden Tierbestand angewiesen. Es handelt sich bei dieser Spezies um eine räuberisch lebende Art. Im Wesentlichen setzt sich die Nahrung aus Muscheln, Wasserschnecken, Insektenlarven, Krebstieren und Fischen zusammen. Wobei größere Exemplare eher Fische und Schalentiere erbeuten, während ihre kleineren Artgenossen öfter Wasserschnecken und Insektenlarven fressen. Auch Landlebewesen wie Würmer und Landschnecken gehören zum Beutespektrum des Aals. Diese werden bei Überschwemmungen der Uferbereiche erbeutet (TESCH 1999).

Während die Tiere im Glasaalstadium sowohl bei Tag als auch Nacht stromaufwärts schwimmen, sind sie während des Gelbaalstadiums überwiegend nachtaktiv und scheuen Sonnenlicht. Entsprechend ihrer bodennahen Lebensweise verstecken sie sich tagsüber in Unterständen. Dies können Röhren im Schlamm, Felsspalten oder Ähnliches sein. Erst mit Einbruch der Dämmerung oder Nacht verlassen sie ihr Versteck um auf Nahrungssuche zu gehen, dies gelingt auch bei Dunkelheit auf Grund ihres sehr guten Geruchssinns. Dieses Verhalten behalten die Tiere bei, sofern es die Umweltbedingungen zulassen, bis die Umwandlung zum Blankaal beginnt (TESCH 1999).

2.1.4 Die Wanderung der Blankaale

Gegen Ende der Zeit in den Binnengewässern und auf dem Weg zurück ins Meer beginnt sich der Körper des europäischen Aals erneut zu verändern. Die Färbung der Tiere wechselt langsam zu silbrig-grau, der After zieht sich ein und die Augen vergrößern sich. Der Gelbaal wird zum Blankaal (Stadium 9). Diese letzte Umwandlung dauert circa vier Wochen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.4: gefangener Blankaal (ADAM & LEHMANN 2011)

Während dieser Zeit wird die Nahrungsaufnahme immer weiter eingeschränkt und schließlich ganz eingestellt, da sich auf der Wanderung der Verdauungstrakt der Tiere immer weiter zurückbildet. Stattdessen wird die Leibeshöhle der Tiere vollständig von den erst jetzt ausgebildeten Geschlechtsorganen eingenommen. Die Bildung dieser Organe geschieht mit Hilfe der im Körper des Aals gespeicherten Fettreserven.

Nach TESCH (1999) finden Wanderungen erst gegen Ende des Jahres statt (siehe Abb. 2.5). Es wird jedoch angemerkt, dass auch Wanderungen im Frühjahr beobachtet werden konnten. Es wird davon Ausgegangen, dass es sich dabei um Nachzügler der Winterwanderung handelt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.5: Zeit des Wanderungsbeginns der Blankaale in der Nordhemisphäre aufgrund von Fängen der Berufsfischerei in Europa (TESCH 1999, bearbeitet)

Zu berücksichtigen ist, dass nach TESCH (1999) diese Wanderungen hauptsächlich nachts stattfinden und mehrere Faktoren einen Einfluss auf die Wanderungen des europäischen Aals zu haben scheinen. Hierzu zählen:

- Die Wassertrübung
- Die Mondphase
- Der Luftdruck
- Wasserstand und Strömung
- Die Temperatur

So kann bei erhöhter Wassertrübung auch von einer erhöhten Wanderbereitschaft der Blankaale ausgegangen werden. Der Einfluss der Mondphase dagegen scheint recht komplex, jedoch schließt TESCH (1999) aus den bisher gewonnen Daten, dass die Aktivität der Tiere zur Zeit des letzten Mondviertels, also bei abnehmendem Halbmond am größten ist. Noch unklarer ist der Einfluss des Luftdrucks, zwar wird davon ausgegangen das auch er Auswirkungen auf das Verhalten der Tiere hat, jedoch ist dieser nach TESCH (1999) bisher nicht ausreichend erforscht. Dagegen haben Wasserstand und Strömung nach TESCH (1999) einen signifikanten Einfluss auf die Wanderungen. Mit der Erhöhung dieser Faktoren durch Niederschlag oder Schneeschmelze kann von einer größeren Bereitschaft abzuwandern ausgegangen werden. Diese Annahme wird auch durch Aussagen und Fangzahlen von Berufsfischern an der Mosel bekräftigt. Bisher gewonnene Erkenntnisse lassen zudem nach TESCH (1999) vermuten, dass die Temperatur eine Ober- und Untergrenze für das Wanderverhalten setzt, diese scheinen für jedes Gewässer leicht unterschiedlich zu sein. Es sind Berichte vorhanden, nach welchen sich die Blankaale auch noch bis nahe 0 °C die Flüsse passiv herunter treiben lassen.

Wie bereits beschrieben stellt das Blankaalstadium den letzten Abschnitt des Lebenszyklus des europäischen Aals dar, die Tiere haben nun folglich ihre maximale Größe erreicht. TESCH (1999) hat diesbezüglich Daten verschiedener Studien zusammengetragen. Männliche Blankaale weisen demnach eine Länge von 29 bis 48 Zentimeter auf, wobei sie ein Alter von 3,9bis9Jahren(MittelwerteausunterschiedlichenFanggebieten)erreichthaben.Weibliche Tiere sind bedeutend größer, sie besitzen Längen von 39 bis 100 Zentimeter und ein Alter von 5,9 bis 12,5 Jahren (Mittelwerte aus unterschiedlichen Fanggebieten).

Haben diese Elterntiere nun nach ihrer Wanderung durch die Binnengewässer und Ozeane das Laichgebiet in der Sargassosee erreicht, laichen sie dort ab und verenden. Dies konnte bisher jedoch nicht beobachtet werden.

2.2 Gefährdung des europäischen Aals

Von der International Union for Conservation of Nature and Natural Resources (IUCN) wird der europäische Aal als „ Đ ritiĐally eŶdaŶgered“, also „voŵ AussterďeŶ ďedroht“ eingestuft.

Besonders der vorab beschriebene komplexe Lebenszyklus des europäischen Aals macht diese Spezies anfällig für Störungen. Zu den Haupauslösern für den enormen Rückgang der Populationen zählen, zum einen die Befischung in der Vergangenheit, aber auch der Ausbau einiger Binnengewässer, wie zum Beispiel der Moselausbau in den Jahren 1958 bis 1964.

Das Aufkommen der Glasaale an den europäischen Küsten beträgt nur noch 1 bis 2 % gegenüber der Durchschnittswerte aus den 1970er Jahren (ADAM & LEHMANN 2011). Der Massenaufstieg der Glas und Jungaale an verschiedenen Stellen Europas kommerziell genutzt. In der Vergangenheit wurden die Tiere massenhaft gefangen und zu Speise- oder Futterzwecken verwendet. In manchen Regionen wurden die Tiere auch als Düngemittel verwendet. Heute geschieht das abfischen der aufsteigenden Aale hauptsächlich zu Besatzzwecken (TESCH 1999).

Auch die Wanderung der Blankaale wird schon lange kommerziell genutzt, da der Aal als ausgezeichneter Speisefisch gilt. Hier gehen die Fangzahlen immer weiter zurück. Nach TESCH (1999) lag der Gesamtfang in Deutschland 1963 bei 2100 Tonnen, 1993 nur noch bei 1000 Tonnen.AussagenundAufzeichnungenanderMoselansässigerBerufsfischer,beispielsweise von Herrn Kröber, der die Stauhaltung zwischen Lehmen und Müden befischt, untermauern diese Aussage.

Aber nicht nur die Fischerei, sondern auch die in den Binnengewässern oder an den Küsten errichteten Querbauwerke, wie zum Beispiel Stauwehre zwecks der Wasserkraftgewinnung, verhindern oder erschweren die Wanderung der Aale. An manchen Stellen, wie auch an der Mosel, werden Aalleitern eingesetzt um den Glas und Jungaalen den Aufstieg in den Flüssen zu ermöglichen. Zusätzlich wird an der Mosel auf den Besatz mit Jungaalen gesetzt (RWE c2h01f3ü)r. dAiue absteigenden Blankaale stellen insbesondere Wasserkraftwerke eine Gefahr da. Sie folgen der Strömung der Turbinen und werden nicht selten beim durchschwimmen durch die Turbinenschaufeln verletzt, letal geschädigt oder getötet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.6: Beim Turbinendurchgang vollständig durchtrennter Aalkörper (BMUB 21/2012)

Nach TESCH (1999) liegt die mortalitätsrate beim Turbinendurchgang je nach Bauart und Strömung bei 5 bis 75 Prozent. Aber auch der Rechen an Wasserkraftanlagen kann für die Wandernden Aale zur Gefahr werden. Nach BMUB (21/2012) erhöht sich die Mortalität am Rechen mit steigender Strömungsgeschwindigkeit und geringer werdendem Stababstand. Ist die Strömung zu stark werden die Tiere gegen den Rechen gepresst und können sich nichtmehr davon lösen, sie werden dann von der Rechenreinigungsanlage erfasst und mit dem restlichen Treibgut entfernt.

Da Aale nur einmal in ihrem Leben ablaichen stellt der Verlust eines einzelnen Individuums einen großen Verlust für die Art dar.

2.3 BedeutungfürdieWahleinerDetektionsmethode

An dieser Stelle sollen die aus den vorangegangenen Abschnitten, für die Wahl einer Methode zur Fischdetektion, relevanten Erkenntnisse bezüglich des europäischen Aals kurz zusammengefasst werden.

Auf Grund der bodennahen Lebensweise des Aals ist es empfehlenswert, dass die Reichweite der gewählten Methode bis zum Gewässergrund reichen sollte. Ebenso muss das System sowohl bei Dunkelheit funktionieren, als auch bei erhöhter Trübung, Wasserstand und Durchfluss. Hierbei scheint zum Beispiel, die Annahme einer mittleren Trübung nicht ausreichend, da mit Erhöhung des Durchflusses diese und damit vermutlich auch die Wanderaktivität steigt. Zusätzlich ist anzunehmen, dass eine dauerhafte Messung notwendig ist, da Beginn und Ende der Wanderbewegungen kaum abzuschätzen sind.

All diese Einflüsse sollten bei der Betrachtung der Eignung von verschiedensten Systemen und Methoden berücksichtigt werden. Da sie teilweise vom Versuchsstandort, also dem betrachteten Gewässer, abhängen soll auch dieses im Folgenden kurz beschrieben werden.

3.Das Projektgebiet Mosel

Die Wasserstraße Mosel weißt eine Länge von 544 Kilometern auf. Sie entspringt in den Vogesen und fließt durch Frankreich, Luxemburg sowie Deutschland, bevor sie bei Koblenz in den Mittelrhein mündet. Wie bereits erwähnt wurde der Fluss zwischen 1958 und 1964 kanalisiert. Die Fahrrinne weißt eine Breite von circa 40 Metern auf und ist in den Kurven verbreitert. Im Zuge dessen wurden insgesamt 28 Staustufen im Flussbett errichtet um die Wasserstraße auch für die Großschifffahrt nutzbar zu machen. Die so entstanden Fallhöhen werden mit Hilfe von Wasserkraftwerken zur Energiegewinnung genutzt.

3.1 Die Moselkraftwerke

Von den bereits erwähnten 28 Staustufen befinden sich 10 an der deutschen Mosel und damit auch 10 Wasserkraftwerke die von der Firma RWE INNOGY betrieben werden. Nach Angaben aus RWE (2016) befinden sich die Kraftwerke an den Standorten Koblenz, Lehmen, Müden, Fankel, Neef, Enkirch, Zeltingen, Wintrich, Detzem und Trier. Die Staustufen bestehen aus jeweils einem Betriebsgebäude des RWE, in welchem die Turbinen untergebracht sind, drei Wehrsektoren, ein bis zwei Schifffahrtsschleusen und einer Sportbootschleuse.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1: Luftbild des Moselkraftwerks Detzem (GOOGLE MAPS 2016)

Dabei sind nach Angaben des RWE fast alle Wasserkraftwerke ähnlich aufgebaut (ausgenommen Koblenz). In jedem wurden vier Kaplan-Rohrturbinen (Koblenz: vier konventionelle Kaplanturbinen) eingebaut, welche bei Volllast mit 400 m³/s beschickt werden (Koblenz: 380 m³/s). Die Fallhöhen der Staustufen liegen dabei zwischen 5,3 m (Koblenz) und 9 m (Detzem). Damit liegt am Kraftwerk Detzem nach Bauplänen des RWE auch die größte Wassertiefe vor dem Turbineneinlass, mit 14 m im Hochwasserfall (circa 13m Stauziel), vor. Die Rechen vor den Kraftwerkseinlässen haben dabei Abmessungen von circa 10 Metern Höhe und 40 Metern Breite und werden durch Räumvorrichtungen von Treibgut befreit. Vor und Hinter den Turbinen befinden sich betonierte Sohlplatten.

Eine Übersicht der Moselkraftwerke befindet sich in Anhang 3.1.

3.2 AbiotischeFaktoren

An dieser Stelle soll zwecks der Übersicht nur solche abiotischen Faktoren behandelt werden, die auch für die Wahl einer Detektionsmethode relevant sind. Dies soll nicht bedeuten, dass hier nicht behandelte Faktoren bei einer späteren Messkampagne außeracht gelassen werden sollten.

Bei der umfangreichen Vorrecherche für diese Arbeit hat sich gezeigt, dass die meisten abiotischen Faktoren, wie Beispielsweise pH-Wert und Sauerstoffkonzentration keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Funktionstüchtigkeit beziehungsweise Leistungsfähigkeit der unter Kapitel 4. beschriebenen Detektionsmethoden haben. Lediglich die Leitfähigkeit des Wassers und die Trübung scheinen auf manche Systeme Einfluss zu nehmen. Zwar arbeiten die meisten telemetrischen Sender nur in bestimmten Temperaturbereichen, jedoch liegen diese Grenzen weit über beziehungsweise unter den erreichbaren Temperaturen des Moselwassers.

Nach Daten der Gewässer-Untersuchungsstation Mosel-Saar (Messstation Fankel) von Mai 2011 bis Dezember 2015, liegt die minimale Leitfähigkeit in diesem Zeitraum bei 507 [µS/cm] (19.07.2012) und das Maximum bei 1421 [µS/cm] (4.11.2011). Die Daten sind nicht vollständig, jedoch kann hier davon ausgegangen werden, dass dieser Überblick ausreicht um die Funktionstüchtigkeit abzuschätzen. Der Vollständigkeit halber befinden sich die zur Verfügung stehenden Daten, der Messstation Fankel, zur Leitfähigkeit der Mosel in Anhang 3.2.

Die Trübung eines Gewässers scheint hauptsächlich auf akustische Detektionsmethoden (siehe Abschnitt 4.3) Einfluss zu nehmen. Da jedoch keine Angaben verfügbar sind, ab welchen Trübungen Beeinflussungen der Detektion auftreten müssten Feldversuche zur Funktionstüchtigkeit durchgeführt werden.

Der Durchfluss als solcher, und die daraus resultierende Fließgeschwindigkeit, kann bei manchen Systemen eine leichte Verdriftung von Signalen bewirken (BUWAL 2002). Jedoch scheint diese Abweichung der detektierten Position vernachlässigbar zu sein. Wogegen Schäden, durch von Hochwasser mitgeführtem Treibgut, an Versuchsaufbauten unter Wasser nicht vernachlässigt werden sollten.

3.3 BedeutungfürdieWahleinerDetektionsmethode

Bei der Mosel handelt es sich augenscheinlich um einen hochgradig veränderten Fluss. Die Breite des Gewässers, so wie seine Tiefe variiert, so dass sich an möglichen Stellen für Versuchsaufbauten teils sehr unterschiedliche Bedingungen ergeben.

Anzunehmen ist, dass ein geeignetes Messsystem mindestens eine Kontrolle der gesamten Breite vor den Betriebsgebäuden ermöglichen sollte, welche circa 50 Metern entspricht. Eine Abdeckung des gesamten Fließquerschnittes scheint noch vorteilhafter. Zudem sollte hier Bemerkt werden dass, nach Aussagen des RWE, keine Versuchsaufbauten direkt am oder kurz vor dem Rechen der Kraftwerkseinlässe erfolgen können, da diese durch die Rechenreinigungsanlage beschädigt würden.

Des Weiteren sollte die gewählte Methode generell mit den an der Mosel herrschenden Bedingungen, sprich Wassertiefe am Ort des Versuchsaufbaus und Leitfähigkeit des Wassers, arbeiten können. Es erscheint nicht zweckmäßig, ein System zu wählen, welches durch die gegebenen Bedingungen an seinen Leistungsgrenzen arbeitet, da es zu technischen Problemen kommen könnte. Werden Versuchsaufbauten unter Wasser erforderlich, sollten diese möglichst gegen Kollisionen mit Treibgut (z.B. Baumstämme) geschützt sein, um den Verlust des Equipments zu verhindern.

Zusätzlich sollte vorab geklärt werden ob, und wenn ja in wie fern, die Detektionsmethode durch die, beim Turbinenbetrieb entstehenden, Elektromagnetischen Felder beeinträchtigt wird.

4. Methoden zur Fischdetektion

4.1 Grundlagen

Telemetrische Systeme bestehen grundsätzlich aus einem Sender, der ein Signal aussendet und einem Empfänger in Form einer Antenne bzw. eines Hydrophons, der das Signal aufnimmt und entschlüsselt (BMUB 21/2012). Es kann in Radiotelemetrie und akustische Telemetrie unterschieden werden. Beide Systemtypen besitzen sowohl vor, als auch Nachteile (BUWAL 2002). Hinzu kommen noch PIT-Marken (engl.: passive integrated transponder), diese verhältnismäßig neue Technik sendet kein Signal aus, sondern kann mit Lesegeräten oder speziellen Antennen erfasst werden.

Im Gegensatz zu anderen Markierungstechniken, wie zum Beispiel Kältebrand- oder Farbmarken haben telemetrische Systeme den enormen Vorteil, dass einmal markierte Fische nicht wieder eingefangen werden müssen, sondern mit den jeweiligen Antennen oder Empfangsgeräten geortet beziehungsweise detektiert werden können.

Bei dem hier ebenfalls beschriebenen Echoloten und dem splitbeam Echolot, welches aufgrund seiner hohen Auflösung und videoähnlichen Bildsequenzen auch als akustische Kamera bezeichnet wird (siehe BUWAL 2002), handelt es sich im Prinzip nicht um ein telemetrisches System, da es keinen Sender benötigt. Da besonders das splitbeam Echolot jedoch den momentanen Stand der Technik im Bereich der Visualisierungs-Sonare darstellt (HOFFMANN et al. 2014), soll es in dieser Arbeit zusätzlich Beachtung finden.

Im Folgenden sollen die angesprochenen Systeme kurz erläutert und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile, auch im Hinblick auf ihren Nutzen für die Blankaaldetektion an der Mosel, aufgezeigt werden. Ebenso soll auf eine begrenzte Auswahl der auf dem Markt verfügbaren Produkte eingegangen werden. Da sich die Systeme der verschiedenen Hersteller kaum unterscheiden, werden jeweils ein bis zwei Systeme beispielhaft genauer erläutert und anschließend einige Praxisbeispiele angeführt. Diese Beispiele beziehen sich des Öfteren nicht auf Untersuchungen bezüglich der Wanderbewegungen von Aalen, sondern häufig auf andere Fischarten. Daher sind sie eher als Beleg für die Funktionalität der Systeme, so wie als Beispiel für die Einsatzmöglichkeiten zu sehen.

4.2 Radiotelemetrie

Nach Angaben von BUWAL (2002) ist Radiotelemetrie besonders für Flüsse und Bäche mit geringer Leitfähigkeit und Tiefe geeignet. Sie wird demnach dort eingesetzt, wo Ultraschall, als akustische Telemetrie, versagt und umgekehrt. Zur Detektion werden Radiosignale in verschiedenen Frequenzbereichen verwendet.

Der Sender enthält eine Batterie und eine 20 bis 30 cm lange Antenne; seine Lebensdauer beträgt zwischen 30 Tagen und 2 Jahren – abhängig von der Größe des Senders (BUWAL 2002). Nach Angaben der Firma LOTEK sind auch höhere Lebensdauern von mehr als 3 Jahren möglich. Radiotelemetrische Emitter senden ihr Signal mehr oder weniger kontinuierlich auf einer festgelegten Wellenlänge in einem Frequenzbereich zwischen 147 und 168 MHz aus (ADAM et al. 2013).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.1: LOTEK Radiotransmitter MST-Serie (LOTEK 2016)

Die Sender werden in der Regel in die Bauchhöhle des Fisches implantiert, was eine Operation am lebenden Tier notwendig macht, wobei die Antenne an der Bauchseite des Fisches herausragt. Es ist zu vermuten, dass dies, besonders für am Grund lebende Tiere wie den Aal, zu einer Beeinträchtigung des Verhaltens führen könnte. Zudem besteht nach ADAM et al. (2013) ein erhöhtes Infektions- und Mortalitätsrisiko durch den Eingriff. Es kann angenommen werden, dass die Sender auch extern, zum Beispiel am Rücken der Tiere, angebracht werden könnte. Dies erscheint jedoch im Falle des Aals schwierig und unzweckmäßig (siehe auch Abb. 4.7 in Abschnitt 4.3).

Eine Ausnahme hierzu stellt das NEDAP Trail System dar, es ermöglicht eine Detektion mittels Radiotelemetrie ohne außenliegende Antenne (siehe Abschnitt 4.2.3).

Der Empfang des ausgesandten Signals erfolgt mittels an der Luft stationär angebrachten Antennen (BUWAL 2002). Auch der Einsatz von mobilen Empfangsgeräten scheint möglich. Nach BUWAL (2002) ist diese Technik für ein ständiges Monitoring und die individuelle Identifikation von Individuen durch codierte Sender geeignet, sowie eine Ortung über weite Distanzen. Angemerkt wird jedoch auch, dass das System technisch kompliziert und nicht für tiefe Flüsse oder Seen geeignet ist. Nach ADAM et al. (2013) ist diese Technik relativ unempfindlich gegen Trübung oder Gasblasen im Wasser, jedoch scheint keine genaue Positionsbestimmung möglich. Zusätzlich ist zu bemerken das Radiotelemetrie nicht in Gewässern mit hoher Leitfähigkeit, wie zum Beispiel im Salzwasser, eingesetzt werden kann. Die jeweiligen Grenzbereiche können je nach Hersteller variieren.

Da sich das NEDAP Trail System trotz Verwendung der gleichen Signale enorm von herkömmlichen Radiotelemetrie-Systemen unterscheidet, soll auf mögliche Versuchsstandorte und Aufbauten erst unter 4.2.1 beziehungsweise 4.2.3 eingegangen werden.

4.2.1 LOTEK Transmitter

Die Transmitter der Firma LOTEK können in verschiedenen Größen geliefert werde, abhängig von der Größe ist auch die jeweilige Lebensdauer. Für europäische Aale scheint der LOTEK MST-930 Transmitter (9,5 x 26 mm; 4 g an der Luft) am geeignetsten. Nach LOTEK (2016) entspricht seine Lebensdauer circa 266 Tage. Die TraŶsŵitter ǁäreŶ auĐh als „Beeper“, also wesentlich kleinere Sender ohne ID-Code, erhältlich. Dies scheint jedoch für die vorgesehene Verwendung unzweckmäßig. Da vermutlich keine Beeinflussung der Sendeleistung des Systems durch den Turbinenbetrieb zu erwarten ist, könnte das Signal beispielsweise mit entsprechenden Empfangsstationen und Antennen nahe der Wasserkraftwerke detektiert werden. Anders als bei dem System der Firma NEDAP, senden herkömmliche Radiotransmitter ein Signal in Intervallen aus um die Batterie zu schonen, was auch eine mobile Ortung möglich macht.

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Abbildung 4.2: Mobiles Empfangsgerät SRX800 der Firma LOTEK im Einsatz (links) und Detailansichten (rechts) (LOTEK 2016)

Das Empfangsgerät SRX800 der Firma LOTEK beispielsweise weist inklusive Batterien nur ein Gewicht von 2,2 kg auf, was auch die Verfolgung einzelner Versuchstiere zu Fuß denkbar macht. Die Daten können im Anschluss über einen USB-Port herunter geladen werden. Für verschieden Einsatzgebiete stehen auch verschiedene Antennentypen zur Verfügung. Welche Antenne für eine bestimmte Anwendung in Frage kommt, sollte für jeden speziellen Fall, mit der Firma LOTEK abgestimmt werden um die Funktionstüchtigkeit zu gewährleisten. Leider lagen zum Bearbeitungszeitpunkt keine Preisangaben bezüglich der Produkte vor.

In der Mosel wären sowohl feste Antennen an den Betriebsgebäuden des RWE denkbar, sowie mobile Antennen mit denen die besenderten Aale zu Fuß oder von Booten aus detektiert werden könnten. Bei festen Standplätzen wäre eine dauerhafte Stromversorgung zu gewährleisten.

Die technischen Datenblätter der einzelnen LOTEK-Systemkomponenten befinden sich in Anhang 4.1 – 4.4.

4.2.2 Praxisbeispiele herkömmlicher Radiotelemetrie

Nach CROZE (2005) wurde 1999-2000 eine Studie zum Wanderverhalten des atlantischen Lachses (Salmo salar) im Fluss Aulne in Nordwest-Frankreich durchgeführt. Hier wurde der Wanderweg der Tiere durch mehrere Wehre im Flussquerschnitt versperrt. Um die Wanderruten der Fische zu verfolgen und somit die Passierbarkeit des Flusses abzuschätzen wurden insgesamt 132 Lachse mit Radiotransmittern besendert. Davon konnten 129 detektiert werden. Dies geschah mit festen Antennen, welche direkt an den Wehren angebracht waren. Es war mit dem Radiotelemetrie-System scheinbar möglich die Tiere sowohl beim Aufstieg als auch beim Abstieg im Fluss zu detektieren. Scheinbar hat sich diese Methode für diesen Anwendungsfall bewährt.

Ein weiteres Praxisbeispiel findet sich in DE VOCHT&BARAS (2005). Hier wurden 14 weibliche Barben (Barbus barbus) in den Jahren 2001 und 2002 mit Radiotransmittern (Typ ATS 40 MHz) versehen. Der Versuchsort war der stauregulierte Fluss Maas welcher einen Teil der Grenze zwischen Belgien und den Niederlanden bildet. Zur Detektion wurden mobile Spulenantennen und einfache Empfänger der Firma ATS verwendet. Auch bei diesen Versuchen konnten die meisten Tiere detektiert werden. Hier wurde mit mobilen Antennen gearbeitet, was sich scheinbar für die Detektion von Einzelnen Individuen bewährt hat.

Weitere Praxisbeispiele finden sich in SPEDICATO et al. (2005) und ALMEIDA et al. (2007).

4.2.3 NEDAP Trail® System

Das NEDAP Trail® System wurde in den Niederlanden entwickelt, um das individuelle Wanderverhalten von Fischen speziell in großen Flüssen wie Rhein und Maas zu untersuchen (ADAM et al. 2013). Dazu werden Antennenstationen installiert, welche aus jeweils drei massiven Kabeln bestehen, die im Abstand von 10 Metern parallel zueinander quer durch das Gewässer verlegt werden (BAUER 2009; siehe ADAM et al. 2013). Nach Angaben der Firma NEDAP gelingt dies bis zu Gewässerbreiten von 2 Kilometern und Tiefen von circa 15 Metern.

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Abbildung 4.3: Links: Schemazeichnung einer Kontrollstation; Rechts: Transponder in HDPE Kapseln (BAUER 2009)

Zu jeder Kontrollstation gehören zusätzlich eine Antennen-Box, ein Transmitter Modul, ein Empfängermodul, ein Datenlogger –Modul und ein Modem um die Daten weiter zu leiten (siehe Abbildung 4.3). Von der Firma NEDAP wird ein mobiles Übermitteln der Daten mittels einer im Modem befindlichen Sim-Card empfohlen.

Auch bei dieser Methode müssen die Tiere zunächst gefangen und operativ mit Sendern versehen werden. Um die notwendige Sendeleistung zu erreichen, ist die Spule eines NEDAP Trail® Transponders wesentlich größer als bei anderen Systemen und das Signal wird durch eine Knopfbatterie zusätzlich verstärkt (ADAM et al. 2013). Die für Blankaale geeigneten Sender weisen eine Lebensdauer von circa zwei Jahren auf.

Nach BAUER (2009) ist bei einer Leitfähigkeit < ϲϬϬϬ μS/Đŵ die ÜďertraguŶg ŶiĐht gefährdet. Da die Leitfähigkeit der Mosel, wie unter 3.2 bereits beschrieben, zwischen circa 500 und 1400 μS/Đŵ sĐhǁaŶkt,ist keine Beeinträchtigung zu befürchten (siehe Abb. 4.4).

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Abbildung 4.4: Zusammenhang zwischen Leitfähigkeit und maximal möglicher Distanz zwischen Transponder und Antenne, um eine Signalübertragung zu erzielen (BAUER 2009, bearbeitet)

Nach Abbildung 4.4 ist in der Mosel mit einer maximalen Detektionsleistungen von über 20 Metern zu rechnen. Für die Übertragungsfunktion wurde ein enger, niedriger Frequenzbereich (33,25 kHz) gewählt. Dies kombiniert einen hoch sensiblen Empfänger mit einem niedrigen Risiko von Störungen durch zum Beispiel Radiosignale oder andere durch Menschen verursachte Störungen (BAUER 2009).

Nach Angabe von NEDAP erfolgt die Detektion durch eine induktive Kupplung zwischen der Antenne am Gewässergrund und der Eisenoxidantenne innerhalb des Transponders. Dabei wird die individuelle ID-Nummer des Transponders ausgelesen und in einem Datenspeicher erfasst. Diese Methode stellt also eine Mischung zwischen Radiotelemetrie und PIT-Marken (siehe Abschnitt 4.4) dar. Bei den am Gewässergrund verlegten Antennen handelt es sich folglich um eine Kombination aus Sende- und Empfangsgerät. Zur erfolgreichen Detektion muss das besenderte Versuchstier über das Antennenkabel schwimmen.

Da es sich um ein fest installiertes System handelt, ist davon aus zu gehen dass es dauerhaft eingesetzt werden kann, vorausgesetzt es werden jährlich neue Versuchstiere besendert. Der Einbauort der einzelnen Kontrollstationen sollte dabei geschickt gewählt werden, um die geforderten Daten zu erhalten.

Nach Angaben der Firma NEDAP würde für ein Telemetriesystem zur Blankaaldetektion in der Mosel Kosten von circa 35.000 € pro Kontrollstation anfallen. Die Kosten eines Transponders (Glass encapsulated RFID tag 62,5 x 15 mm) belaufen sich auf circa 170 € (Netto Preisangaben).

Datenblätter zu einigen Systemkomponenten der Firma NEDAP befinden sich in Anhang 4.5.

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