In Austria, more than a half of all electricity is produced with the help of hydropower plants. To reduce their ecological impact, dams are being equipped with fish passages that support connectivity of habitats of riverine fish species, contributing to hydropower sustainability. The efficiency of fish passages is being constantly monitored and improved. Since the likelihood of fish passages to be discovered by fish depends, inter alia, on flow conditions near their entrances, these conditions have to be monitored as well. In this study, we employ large-scale particle image velocimetry (LSPIV) in seeded flow conditions to analyse images of the area near a fish passage entrance, captured with the help of a ready-to-fly consumer drone. We apply LSPIV to short image sequences and test different LSPIV interrogation area sizes and correlation methods. The study demonstrates that LSPIV based on ensemble correlation yields velocities that are in good agreement with the reference values regarding both magnitude and flow direction. Therefore, this non-intrusive methodology has a potential to be used for flow monitoring near fish passages on a regular basis, enabling timely reaction to undesired changes in flow conditions when possible.

To establish good ecological status in European rivers, firstly there is the question of how to re-establish unhindered migration for fish at barriers. This article documents a project to re-establish longitudinal connectivity at a large epipotamal river at the Schwabeck Hydro Power Plant, Carinthia/Austria, from the selection of an appropriate fish pass system to the final function control. Instead of a standard vertical slot, the innovative enature^® fish pass shape with a significant reduction of flow, velocities, energy dissipation rate, and turbulences, but with a clear enhancement of fish passage capability, was chosen. Using 2D hydraulic modelling and a statistical evaluation of fish passage, physical and ecological effects were reviewed, with the clear result that there is no identifiable, positive ecological effect on the number of fish migrating with an increase of concurrent flow in the fish pass. Passability and findability were monitored with the new FishCam, an automatic, precise, and constant (24/7 24 h a day, seven days a week) collection and pre-evaluation field data survey method which does not involve trapping of, contact with, or stress for fish. It was shown that the enature^® fish pass enables an unhindered migration for all available fish species. As >99% of fish migrate from April to November, there is no ecological need to operate a fully functional fish pass year-round. Combining all the individual factors together, the fish pass at the Schwabeck Hydro Power Plant is an almost exemplary solution for a fully functioning restauration of the continuum with a minimized loss of generation of electricity.

Zusammenfassung: Die Entwicklung eines fischökologischen Monitorings 4.0 mittels FishCam und FishNet hatte zum Ziel, automatisierbare Aufgaben, wie die präzise, ausdauernde und rund um die Uhr einsetzbare Erfassung von Felddaten und die Vorauswertung derselben mit den finalen Expertisen einer Artbestimmung und Bewertung durch Fachkräfte zu verknüpfen. Mit dem neu entwickelten System zur Felddatenerfassung mittels LAN-Kamera in einem Reinwassergehäuse und einem Erfassungstunnel wird die Fischmigration automatisch ohne hydraulischen Einfluss, ohne Hälterung der Fische in Reusen und ohne Kontakt und Stress für die Fische erfasst. Die Bildklassifizierung in Fish- und NoFish-Objekte erfolgt auf Basis eines trainierten Deep Convolutional Neural Network und erreicht eine Genauigkeit einer Differenzierung von ca. 97 %. Neben der Standardanwendung einer Funktionskontrolle für Organismenwanderanlagen wurden Sonderanwendungen wie die Überwachung von Rechenanlagen, Reusenkehlen, Fang- und Transportkörben, Schwemmleitungen und Abstiegs-Bypässen sowie die Überwachung bei extremer Laubdrift erfolgreich durchgeführt. Basierend auf der sekundengenauen Erfassung der Wanderzeiten der Einzelindividuen erfolgten über Sonderauswertungen die Analyse eines Blockadeeffekts bei der Annäherungen der Fische zu intermittierend arbeitenden Organismenwanderanlagen sowie die Analyse der Auffindbarkeit, der Tages- und Jahresgänge der Fischwanderung und die Auswertung von Massenwanderungen.

Restoring the longitudinal connectivity of rivers through fish passes is of great importance for achieving good ecological status of surface waters. However, the key stimuli determining the findability of the entrance of these structures is still subject to debate. In this article, the influence of water temperature, light and acoustic stimuli in addition to flow parameters on fish movement is assessed. Analyses are based on a comprehensive dataset of 40,000 fish migrations covering time accurate recording of ascending individuals during the observation periods from 2015 to 2020 in various fish passes on the river Drava in Carinthia, Austria. The data are assessed by technical, fish ecological and statistical methods. Results indicate that the effect of the water temperature gradient between the fish pass and the main river has most impact on the ascent rates, whereas the two factors of light and acoustic, as well as most of the flow parameters, have no or negligible effect on the findability. A favourable thermal environment can be important to ensure efficient upstream migration and thus facilitate the findability of fish passes.

Zusammenfassung Das Thema Auffindbarkeit von FAH wirft nach wie vor eine Reihe unbeantworteter Forschungsfragen hinsichtlich der Instinktbewegung von Fischen, ausgelöst durch Schlüsselreize, auf. Demzufolge ist eine systematische Abklärung für bestehende und insbesondere für zukünftige FAH Projekte zielführend. Die Auffindbarkeit von FAH wird in verschiedenen Leitfäden, neben der Positionierung der Lage des Einstiegs, primär am Parameter Strömung (Rheotaxis) festgemacht. Aus hydraulischer Sicht hat jedoch die am Einstieg austretende Strömung schon von der Größe des Ausbreitungsfeldes her lediglich eine maximal untergeordnete Wirkung. Andere, äußere, die Wanderung beeinflussende Faktoren wie z. B. Licht, Temperatur, Sauerstoffgehalt, akustische Impulse u. a. m. wurden bislang vollkommen bzw. weitgehend außer Acht gelassen. Felduntersuchungen, die das Aufstiegsverhalten der Grundgesamtheit der migrierenden Individuen mit den Umgebungsreizen zeitgenau in Zusammenhang bringen, fehlen bisher. Ziel dieses Papers ist die systematische Abklärung der Wirkung alternativer Schlüsselreize auf die Auffindbarkeit von Fischaufstiegshilfen im Rahmen eines mehrstufigen Forschungsprojekts der VERBUND Hydro Power GmbH. Bei der hier beschriebenen Studie wurden die Daten des Frühjahrs- und des Herbstmonitorings 2019 in der FAH am Kraftwerksstandort Edling/Drau analysiert. Neben den Reizen in Form der verschiedenen Strömungsparameter werden künstliche Reize, welche auf die Phonotaxis, also die Orientierung aufgrund von akustischen Reizen, und die Phototaxis, die Orientierung an Lichtreizen abzielen, gesetzt. Auf der Grundlage der zeitgenauen Erfassung jedes einzelnen aufsteigenden Individuums wurde mittels technischer, fischökologischer und mathematischer Methoden der Zusammenhang zwischen den Schlüsselreizen und der Auffindbarkeit bzw. den Aufstiegsraten in der FAH untersucht. Zum Einsatz kamen hierbei neben dem FishCam-System zur zeitgenauen Erfassung der Wanderbewegungen die FishNet-Software sowie statistische Methoden zur Variablenselektion auf Basis von Regressionsmodellen mit unterschiedlichen Pönalisierungstermen wie LASSO, SCAD und MCP. Die anthropogen angebotenen zusätzlichen Schlüsselreize Licht und Akustik am Einstieg der FAH KW Edling bewirkten keine Steigerung der Aufstiegsraten und somit keine Verbesserung der Auffindbarkeit der FAH.