Fische auf Wanderschaft

Doch diese gravierenden technischen Eingriffe fordern ihren ökologischen Tribut. Zum einen wird die Fließgeschwindigkeit des Wassers massiv gebremst. Dadurch verändert sich die Gewässersohle, sodass sich die Umweltbedingungen der dortigen Lebensgemeinschaft, die ja an die Strömung angepasst ist, deutlich verschlechtern. Zum anderen haben weder Fische noch Kleintiere am Gewässerboden eine Chance, solche Hindernisse zu überwinden. Sie können die höher gelegenen Gewässerabschnitte nicht mehr erreichen, wenn sie nach einem Hochwasser flussabwärts verdriftet wurden oder wenn sie auf der Suche nach Nahrung dorthin wandern wollen. Und sie können zur Fortpflanzung geeignete Laichplätze in den Oberläufen nicht aufsuchen.

Kraftvolle Seeforelle

Ein besonders beeindruckendes Beispiel ist die Seeforelle. Mit einer Länge von teils mehr als einem Meter ist sie ein imposanter Fisch und strotzt nur so vor Kraft. Und diese Kraft braucht sie reichlich: Genau wie ihr Verwandter, der Lachs, wandert sie zum Laichen in Flüssen und Bächen aufwärts, um in den Oberläufen ihre Eier abzulegen. Bei diesen Wanderungen sind viele natürliche Hindernisse zu überwinden. Die Bilder von Lachsen, die sich kraftvoll Stromschnellen hinaufkämpfen, sind legendär. Allerdings wechselt die Seeforelle nicht zwischen den beiden Lebensräumen Meer und Fließgewässer, sondern bleibt im Süßwasser. Von ihrem Wohnort See schwimmt sie zur Laichzeit im Herbst in die Zuflüsse.

Als besonders großwüchsige Form der Europäischen Forelle (Salmo trutta) lebt die Seeforelle in großen kühlen und sauerstoffreichen Seen zum Beispiel in Skandinavien, Island und im Baltikum, aber auch im Alpenraum. Am Bodensee hatte sie es in der Vergangenheit schwer: Die Seeforellen wurden intensiv befischt, zudem nahm die Wasserqualität der Zuflüsse ab. Vor allem aber versperrten immer mehr vom Menschen errichtete Wehre und andere Bauwerke in den Zuflüssen den Zugang zu den Laichplätzen mit dem für den Bruterfolg so wichtigen lockeren und daher gut durchströmten kiesigen Substrat. Dort scharrt das Weibchen eine Laichgrube und legt darin die Eier ab, die von dem wartenden Männchen gleich befruchtet werden.

Die Kombination zunehmend widriger Lebensbedingungen führte dazu, dass im Bodensee die Seeforellenfänge der Fischer massiv zurückgingen: Kamen bis in die 1950er-Jahre durchschnittlich zehn bis zwölf Tonnen pro Jahr zusammen, waren es 1985 nur noch gut 1,5 Tonnen. Und das in einer Zeit, in der durch die Eutrophierung, also die Anreicherung von Nährstoffen im See, die gesamten Fangerträge so hoch waren wie nie zuvor. Es musste also etwas geschehen, um die Seeforelle vor dem endgültigen Niedergang zu bewahren. Bereits 1983 wurde die „Arbeitsgruppe Seeforelle“ ins Leben gerufen. Neue Schonmaße wurden eingeführt, und man machte sich an die mühevolle Aufgabe, die Wanderungshindernisse zu beseitigen – sei es durch Fischtreppen, Umgehungsgerinne oder passierbare Rampen.

Ganz allgemein setzte sich in den späten 1980er- und verstärkt in den 1990er-Jahren in den Wasserbehörden die Erkenntnis durch, dass die vielen Wehre und Wasserkraftwerke in großen und kleinen Fließgewässern die dortigen Lebensgemeinschaften massiv stören. Und dass „die Durchgängigkeit in Fließgewässern eine herausragende Bedeutung für die Erhaltung und Wiederherstellung von natürlichen Fließgewässern mit artenreichen und gewässertypischen Lebensgemeinschaften hat“, wie es beispielsweise 2006 in den Leitlinien der baden-württembergischen Landesanstalt für Umwelt hieß. Gleichzeitig wuchs der politische Druck, die Empfehlungen der Gewässerbiologen umzusetzen. Vor allem die im Jahr 2000 von der EU erlassene Europäische Wasserrahmenrichtlinie leitete einen Paradigmenwechsel in der Wasserwirtschaft ein: Seither sind nicht mehr allein die chemischen und physikalischen Qualitätswerte zum Schutz der Gewässer maßgeblich, vielmehr spielt auch ihr ökologischer Zustand eine Rolle. Diesen gilt es zu erhalten – und in den meisten Fällen zu verbessern.

Das geht allerdings nur, wenn Ingenieure und Biologen gemeinsam daran arbeiten, die Gewässer durchgängiger zu machen. Dabei entstand eine neue interdisziplinäre Fachrichtung, die Ethohydraulik. Sie kombiniert die Ethologie, also die Erforschung des Verhaltens von Tieren, mit der Hydraulik, der Lehre von den Strömungen der Flüssigkeiten. So sollen auf der Grundlage fundierter Erkenntnisse über das Verhalten von Wassertieren, besonders von Fischen, Empfehlungen abgeleitet werden, um technische Eingriffe in Bäche und Flüsse gewässerökologisch möglichst verträglich zu gestalten. Noch ist der Forschungsbedarf auf diesem jungen Arbeitsgebiet des Wasserbaus ziemlich groß.

Naturnahe Technik

Hier will Ralph Eikenberg einen wichtigen Beitrag leisten, und zwar „mit naturbasierten Lösungen“, wie er sagt. Wenn ein Höhenunterschied in der Gewässersohle zu überwinden ist oder wenn bestimmte Wasserpegel im Oberwasser eingehalten werden müssen, etwa weil Wasser für einen Kraftwerkskanal entnommen werden soll, dann können Rampen eine geeignete Lösung darstellen. Wenn sie flach geneigt sind, also weniger als zehn Prozent Längsneigung haben, heißen sie auch „Sohlengleiten“. Im Gegensatz zu massiven, mehr oder weniger senkrechten Wehren wird der Höhenunterschied bei den Rampen über eine größere Strecke hinweg beispielsweise durch große, hintereinander gesetzte Steine überwunden. Dazwischen kann das Wasser nach unten rauschen. Wandernde Fische können diese Rampen gut überwinden. Und auch kleine Gewässertiere finden hier gute Lebensmöglichkeiten. Zum einen ist das Wasser durch den verwirbelten Eintrag von Luft mit Sauerstoff gesättigt, zum anderen bietet der strukturreiche Untergrund gute Besiedlungsgelegenheiten.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, solche Rampen zu gestalten. Zum Beispiel kann man die zum Bau erforderlichen großen Steine, Störsteine genannt, in regelmäßigen Abständen anordnen und der Rampe damit eine geregelte Struktur geben. Oder man kann die Rampe naturnah ohne streng vorgegebene Struktur gestalten. „Solche Bauwerke zeichnen sich durch die flächige, unregelmäßige Anordnung von Störsteinen aus, und sie weisen eine räumlich heterogene Gewässersohle mit vielfältigen Strömungsverhältnissen auf“, berichtet Eikenberg. Allerdings haben es die Ingenieure hier schwer, detaillierte hydraulische Berechnungen durchzuführen. Die sind aber notwendig, um die von den Wasserbehörden geforderten Nachweise zu erbringen, dass die Fische eine solche Rampe problemlos passieren können. „Deshalb wird dieser Rampentyp trotz seiner Vorteile in der Praxis oft nicht umgesetzt. Vielmehr wird auf eher technische, aber trotzdem als ,naturnah‘ eingestufte Bauformen zurückgegriffen“, bedauert Eikenberg. Und er fügt an, dass erfahrene Gewässerexperten unstrukturierte Rampen bevorzugen, um die Fließgewässer ökologisch durchgängiger zu machen.

Im Projekt MigRamp zeigen die Braunschweiger Forscher systematisch, wie und auf welchen Wegen Fische solche naturnahen Rampen passieren können. Einer der Projektpartner ist der für die Unterhaltung von Gewässern in Südniedersachsen zuständige Leineverband, der bereits gute Erfahrungen mit diesen Bauwerken gemacht hat. Anhand einer gut funktionierenden flachen Rampe in der Ilme erkundet das Team, wie die Fische zurechtkommen. Dazu haben sich die Fachleute eine recht aufwendige und bisher einmalige Untersuchungsmethode einfallen lassen: Das Bauwerk war 2011 vom Leineverband errichtet worden – als Ersatz für ein Wehr, mit dem die Ilme aufgestaut worden war, um einen Mühlkanal mit Wasser zu versorgen. Nun sollte die Rampe als gleich großes Modell in einem Labor-Versuchungskanal nachgebaut werden. Dazu war zunächst eine detaillierte Vermessung erforderlich – die aber nur mit einer völlig trocken gelegten Rampe möglich war. Also wurde die Ilme mithilfe von kiesgefüllten Säcken („Big Bags“) aufgestaut. Das ankommende Wasser floss zum einen in den Mühlkanal, zum anderen wurde es in die Ilme unterhalb der Rampe gepumpt, damit diese nicht gänzlich trocken fiel. Die Fische im Bereich des Bauwerks wurden unmittelbar vor der Aktion durch den örtlichen Fischereiverein geborgen und in Sicherheit gebracht.

Die detaillierte Vermessung der etwa 90 Quadratmeter großen Rampenfläche lieferte rund 85 Millionen Datenpunkte, aus denen sich ein digitales Höhenmodell erstellen ließ. Hier kam nun der zweite Projektpartner ins Spiel, die Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Energiekonzerns Vattenfall. Sie verfügt im schwedischen Älvkarleby mit dem sogenannten Laxelerator über die erforderliche Infrastruktur, um großskalige Laborversuche mit Fischen vornehmen zu können. In einem vier Meter breiten künstlichen Kanal können unter kontrollierten Bedingungen unterschiedliche Strömungsverhältnisse simuliert werden, wie sie am Bauwerk in der Ilme bei Niedrig- bis Mittelwasserbedingungen vorliegen.

Die dreidimensionale Ansammlung aus Steinen, kleinen Kanälen und Pools der ausgemessenen Rampe wurde nun zunächst im Maßstab 1 zu 1 aus besonders festem Styropor herausgefräst. Anschließend wurde das Modell in den Laxelerator eingebaut. Mit bis zu 31 Kameras ließen sich nun die Wege der Fische gegen die Strömung vom Unterwasser der Modellrampe zum Oberwasser verfolgen. Untersucht wurden junge Altersklassen von Forellen und Äschen, die aus Zuchten stammten, sowie unterschiedlich große Wildfänge von Flussbarschen und Groppen. 51 Bachforellen und 16 Flussbarsche konnten über den gesamten Weg vom Unterwasser- zum Oberwasser verfolgt werden. Alle Fische wurden nach den Versuchen im benachbarten Fluss Dalälven ausgesetzt, aus dem auch das Wasser für den Laxelerator kommt. Dank kontrollierter Bedingungen und unterschiedlicher Messgeräte im Versuchskanal ließen sich zudem die Wassertiefen, Fließgeschwindigkeiten und Strömungsverhältnisse auf den Wanderstrecken der einzelnen Fische exakt dokumentieren.

Vom Labor in die Natur

Im zweiten Teil des Projekts haben die Braunschweiger Forscher kürzlich an der flachen Rampe in der Ilme überprüft, ob sich die Fische im Freiland ähnlich wie im Laxelerator verhalten. Dabei nutzten sie die Erfahrungen im Versuchskanal, um 15 Kameras sowie die Messsensoren optimal zu platzieren. Die Untersuchungen fanden vier Wochen lang statt – bei ähnlichen Durchflussbedingungen wie im Labor.

Inzwischen läuft die Auswertung der Videosequenzen und Daten auf Hochtouren. Ersten Erkenntnissen zufolge verhielten sich die Fische in der Modellrampe des Versuchskanals ganz ähnlich wie in der Natur. Beeindruckt waren die Forscher von der Leistung der Tiere – und zwar nicht nur von den schwimmstarken Forellen, sondern auch von den kleineren Elritzen, die das Hindernis in der Ilme locker überwanden: „Es ist schon erstaunlich, was die Fische so alles schaffen und wo sie sich aufhalten. Sie waren wirklich in der gesamten Rampe zu finden, wenn auch nicht in der superstarken Wasserströmung. Aber sie haben Wege gefunden, da hochzukommen“, zieht Eikenberg eine erste Bilanz des Projekts.

Die Erkenntnisse werden dazu beitragen, noch mehr Bäche und Flüsse für wandernde Fischarten durchgängiger zu machen. Das ist auch für die Seeforellen im Bodensee wichtig. Zwar haben sich die Bestände in den letzten Jahrzehnten wieder deutlich erholt. „Über den Berg ist die Seeforelle aber noch nicht“, sagt Alexander Brinker, Leiter der Fischereiforschungsstelle in Langenargen.

Noch immer versperren ihr zahlreiche künstliche Hindernisse den Weg fluss- und bachaufwärts zu manchen früheren Laichgebieten. Und nicht alle Fischwanderhilfen funktionieren so, wie sie es eigentlich sollen. Hinzu kommt, dass der Weg der jungen Seeforellen zurück zum Bodensee gefährlich ist, da etliche von ihnen in die Turbinen von Kraftwerken gelangen. Daher fordern Fachleute, diese mit Schutzanlagen auszurüsten, die ihren Namen auch verdienen – was dann auch den anderen in den Fließgewässern lebenden Fischarten zugutekäme.

Kalte Pools in heißen Zeiten

Brinker weist allerdings noch auf eine neue Bedrohung hin, die vielen heimischen Fischarten zunehmend zu schaffen macht: die Erwärmung der Bäche und Flüsse im Zuge des Klimawandels. Hier gehöre die kälteliebende Seeforelle ebenso wie die Bachforelle zu den Verlierern. „Es wird den Fischen nicht nur zu warm, auch der Sauerstoff löst sich schlechter im Wasser. Zudem setzen Krankheiten, die von den wärmeren Temperaturen begünstigt werden, den Forellen stark zu“, so der Fischexperte. Und er gibt zu bedenken, dass Wanderfische wie die Seeforelle bei zu niedrigen Abflüssen oft ihre Heimatgewässer nicht finden und zudem Hindernisse noch schlechter überwinden können.

Daher wird es immer wichtiger, dass für die Fische die – noch – ausreichend kühlen Oberläufe der Gewässer erreichbar sind oder kühlere Stellen im Fließgewässer, die es durch Grundwassereintritte oder den Zufluss von Seitengewässern durchaus gibt. Diese müssen als Refugien während der immer häufigeren Hitzeperioden besonders geschützt werden und ans Fließgewässer angebunden bleiben.

Hier kann der Mensch mit sinnvollen Eingriffen in das Gewässer tatsächlich segensreich wirken und den durch Wärme und Niedrigwasser bedrohten Fischen helfen: zum Beispiel mit einer geeigneten Uferbepflanzung, die durch Beschattung mehrere Grad Kühlung bringen kann. Oder mit Kaltwasserpools, also ausgebaggerten tiefen Stellen, an denen kaltes Wasser in das Gewässer eintritt. Verwirklicht wurde ein solches Projekt in diesem Sommer zum Beispiel im Flüsschen Dreisam, das durch Freiburg fließt. Das nur noch spärlich im Flussbett vorhandene Wasser war über weite Strecken 28 bis 30 Grad warm. Nun soll ein Monitoring-Programm zeigen, ob solche Kaltwasserpools den Fischen wirklich helfen können. Unerlässlich ist aber auch hier, dass keine Hindernisse den Weg zu den rettenden Kaltwasseroasen versperren.