Forschungsprojekte
zur Wasserkraft

Im Sinne eines nachhaltigen Betriebs von Wasserkraftwerken bedarf es einem fundierten Verständnis der dynamischen Prozesse in Fließgewässern. Eine Herausforderung für die Bewirtschaftung und wesentlicher Punkt für das Ökosystem Fluss ist dabei der Transport von Sedimenten.

Das CD-Labor erforscht die Grundlagen von Erosion und Sedimentation und analysiert den Transport und Remobilisierung von Feststoffen. Durch ein optimiertes Sedimentmanagement können ökologische, ökonomische und technische Lösungen erarbeitet, Hochwasserschutz gewährleistet und die Akzeptanz in der Gesellschaft erhöht werden.

In einer Kombination aus Laborversuchen und Untersuchungen im Feld wird ein besseres Prozessverständnis erworben. Die betrachteten Dimensionen reichen vom μm-Bereich bis hin zu ganzen Fluss-Einzugsgebieten.

Die gewonnen Erkenntnisse dienen als Basis um neue Monitoring- und Modellierungstechnologien zu entwickeln und neue Standards für die Wasserkraftnutzung zu schaffen. Zudem unterstützen sie die Entwicklung nachhaltiger Bewirtschaftungs-Konzepte in Flusslandschaften.

Badura, H., Knoblauch, H., Schneider, J., Harreiter, H., & Demel, S. (2007). Wasserwirtschaftliche Optimierung der Stauraumspülungen an der oberen Mur. Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 5(59), 61-68.

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Häckl, C., Klocke, R., Straßer, K. H., Loy, G., & Reckendorfer, W. (2022). Workshop zum Sedimentmanagement an Stauanlagen an großen Gewässern im Donaueinzugsgebiet. Wasserwirtschaft, 112(6), 52-55.

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Hauer, C., Haimann, M., Holzapfel, P., Flödl, P., Wagner, B., Hubmann, M., ... & Schletterer, M. (2020). Controlled Reservoir Drawdown—Challenges for Sediment Management and Integrative Monitoring: An Austrian Case Study—Part A: Reach Scale. Water, 12(4), 1058.

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Hauer, C., Holzapfel, P., Flödl, P., Wagner, B., Graf, W., Leitner, P., ... & Schletterer, M. (2020). Controlled reservoir drawdown—Challenges for sediment management and integrative monitoring: An Austrian case study—Part B: Local Scale. Water, 12(4), 1055.

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Loy , G. (2022). Sedimentmanagement in Staustufenketten - Notwendigkeit, Herausforderungen und Umsetzungsbeispiele. WASSERWIRTSCHAFT, Band 112, Ausgabe 2-3, 45-50.

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Mühlbauer, M., Lauber, W., Derntl, F., Ratschan, C., Schmalfuß, R., & Zauner, G. (2023). Dynamische Dotation und Sedimentmanagement zur Gewährleistung funktioneller Fließgewässerhabitate in Fischwanderhilfen. Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 75(1), 73-86.

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Reckendorfer, W. (2022). Sedimentmanagement in Stauketten-Ökologische Ziele und Herausforderungen. WASSERWIRTSCHAFT, Band 112, Ausgabe 2-3, 57-60.

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Reckendorfer, W., Badura, H., & Schütz, C. (2019). Drawdown flushing in a chain of reservoirs—Effects on grayling populations and implications for sediment management. Ecology and Evolution, 9(3), 1437-1451.

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Reckendorfer, W., Ogertschnig, K., Grüner, B., & Zornig, H. (2024). Kontrollierte Stauraumabsenkungen hatten keine nachweisbaren Auswirkungen auf die Fischpopulationen der Möll–ein Kommentar zu Pinter et al.(2024). Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 1-12.

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Schmalfuß, R. (2022). Sedimentmanagement bei Stauanlagen: Herausforderungen und Lösungen. WASSERWIRTSCHAFT, Band 112, Ausgabe 2-3, 65-68.

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Das Forschungsprojekt untersucht die Auswirkungen von Schwall- und Restwasserbelastungen auf die aquatische Lebenswelt. An ausgewählten Pilotstrecken wird die Möglichkeit, diese durch ökologische Maßnahmen zu mindern untersucht und bewertet. 

Gleichzeitig erfolgt eine Beurteilung der energiewirtschaftlichen und systemrelevanten Einschränkungen die bei der Umsetzung ökologischer Maßnahmen auftreten können. Das Projekt erarbeitet auch wissenschaftliche Grundlagen über die Möglichkeiten und Auswirkungen einer verbesserten Restwasserabgabe, insbesondere im Hochgebirge. Die Forschungsarbeiten sind auf sechs Jahre angelegt. Die lange Projektdauer ergibt sich vor allem aus den notwendigen Feldarbeiten im hochalpinen Lebensraum. Diese werden in beeinflussten Gewässern und Referenzgewässern durchgeführt. Zusätzlich werden Dotationsversuche an repräsentativen Versuchsstandorten gestartet. Darauf aufbauend wird bis zum Ende der Projektlaufzeit ein ökologisches Bewertungs- und Monitoringsystem entwickelt.

Grundlage für das aktuelle Forschungsprojekt ÖkoResch war das Projekt „Sustainable Rivermanagement – Energiewirtschaftliche und umweltrelevante Bewertung möglicher schwalldämpfender Maßnahmen“, mit den beiden Modulen „SuREmMa„ und „SuREmMa+“. Mit diesen Projekten wurde erstmals eine Basis für ein österreichweit einheitliches Bewertungsinstrument für Schwallsanierungsmaßnahmen geschaffen.

In einem ersten Schritt wurde ein ökonomisches und ökologisches Bewertungssystem für schwalldämpfende Maßnahmen wie betriebliche Einschränkungen, Schwalldämpfungsbecken, Schwallausleitungskraftwerke und morphologische Sanierungsmaßnahmen entwickelt. Aus volkswirtschaftlicher Sicht führen Nutzungseinschränkungen von Speicherkraftwerken unmittelbar dazu, dass bei Ausfall volatiler Energien wie Wind und Sonne Ausgleichsenergie zur Netzstabilisierung durch fossile Energieträger oder Kernenergie bereitgestellt werden muss. Diesen volks- und betriebswirtschaftlichen Effekten wurde die gewässerökologische Wirksamkeit der Maßnahmen gegenübergestellt und bewertet. Das Bewertungsinstrumentarium wurde repräsentativ an zehn österreichischen Speicherkraftwerken getestet. 

In SuREmMa+ wurde die Maßnahmenbewertung verfeinert, ein auf die Bewertungsmethoden abgestimmtes Monitoringkonzept entwickelt und an ausgewählten Fallbeispielen angewendet. Die Bewertung umfasst die Strandung und Verdriftung von aquatischen Organismen (Fische, Makrozoobenthos), die Habitatverfügbarkeit und -qualität sowie eine Abschätzung der ökonomischen Auswirkungen.

Mit den erarbeiteten Bewertungskriterien ist es möglich, für bestimmte Gewässerabschnitte gezielte Maßnahmen zur Erreichung des guten gewässerökologischen Zustands bzw. Potenzials unter Berücksichtigung ökologischer und energiewirtschaftlicher Auswirkungen zu setzen.

Greimel, F., Grün, B., Hayes, D. S., Höller, N., Haider, J., Zeiringer, B., ... & Schmutz, S. (2023). PeakTrace: Routing of hydropeaking waves using multiple hydrographs—A novel approach. River Research and Applications, 39(3), 326-339. 

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Greimel, F., Neubarth, J., Fuhrmann, M., Führer, S., Habersack, H., Haslauer, M., ... & Zeiringer, B. (2017). SuREmMa-Sustainable River Management-Energiewirtschaftliche und umweltrelevante Bewertung möglicher schwalldämpfender Maßnahmen. Forschungsbericht, Wien. 

• Link zu Bericht: SuREmMa – Forschungsbericht (bml.gv.at)

Greimel, F., Neubarth, J., Fuhrmann, M., Zoltan, L., Zeiringer, B., Schülting, L., & Schmutz, S. (2021). SuREmMa+: Entwicklung einer Methode zur ökologischen und energiewirtschaftlichen Bewertung von Maßnahmen zur Minderung von negativen schwall-und sunkbedingten ökologischen Auswirkungen. Forschungsbericht, Wien. 

• Link zu Bericht: SuREmMa+ - Forschungsbericht (bml.gv.at)

Schmutz, S., Fohler, N., Friedrich, T., Fuhrmann, M., Graf, W., Greimel, F., ... & Zeiringer, B. (2013). Schwallproblematik an Österreichs Fließgewässern–Ökologische Folgen und Sanierungsmöglichkeiten. BMFLUW, Wien, 176. 

• Link zu Bericht: Schwallproblematik an Österreichs Fließgewässern – Ökologische Folgen und Sanierungsmöglichkeiten (bml.gv.at)

An der Donau werden seit vielen Jahren Projekte zur Verbesserung der Habitat- und Artenvielfalt im aquatischen Lebensraum durchgeführt. Über den kumulierten Mehrwert der einzelnen Projekte bzw. deren Ausstrahlungseffekte ist jedoch wenig bekannt. Das CD Labor MERI unter der fachlichen Leitung der Universität für Bodenkultur beschäftigt sich mit diesen Fragen.

Um die dynamischen Prozesse in der Donau besser zu verstehen, verbindet der Meta-Ökosystem-Ansatz biologische Prozesse, menschliche Aktivitäten und Ökosystemdienstleistungen auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen. So werden beispielsweise das Wanderverhalten und die Habitatwahl von Fischen untersucht, um Habitatpräferenzen und -defizite zu identifizieren. Nahrungsnetzbeziehungen in verschiedenen Flussabschnitten werden ebenso analysiert wie die Ökosystemleistungen der Flusslandschaft und die Auswirkungen der fischereilichen Nutzung der Gewässer. Mit den gewonnenen Erkenntnissen sollen in Zukunft Strategien für eine noch bessere Treffsicherheit ökologischer Maßnahmen entwickelt und zielgerichtete Managemententscheidungen ermöglicht werden.

Erste Ergebnisse zeigen, dass die neu geschaffenen Habitate an der Traisen oder der Großen Tulln von Donaufischen in großem Ausmaß als Laichhabitate angenommen werden. Die im Rahmen von LIFE geschaffenen großen Umgehungsgewässer an der Donau (LIFE-NETZWERK-DONAU.AT) ermöglichen sogar Fischen aus dem Stauraum Freudenau das Laichen im neu gestalteten Unterlauf der Traisen (LIFE-TRAISEN.AT).

Die Pit Tag Technologie wird in mehreren Forschungsprojekten in Österreich und Bayern großflächig eingesetzt. Sie eignet sich besonders gut, um das Wanderverhalten von Fischen über einen Längeren Zeitraum zu erfassen und ihre Bewegungsmuster zu rekonstruieren.

Es können damit die Passierbarkeit, die Auffindbarkeit und die Nutzung des Abstiegs von Fischwanderhilfen untersucht werden, ebenso der zeitliche und räumliche Verlauf der Wanderungen, die Verteilung der Fische und die Habitatnutzung. Ziel der Untersuchungen ist es, das Verständnis für die Lebensraumansprüche der Fischfauna zu verbessern und insbesondere überregionale Fragestellungen zum Wanderverhalten und zur Habitatwahl zu untersuchen. Damit soll in Zukunft die Wirksamkeit gewässerökologischer Maßnahmen besser beurteilt werden können. In weiterer Folge können diese Erkenntnisse für die Weiterentwicklung bereits umgesetzter Renaturierungsmaßnahmen und Fischwanderhilfen genutzt werden.

PIT-Tags sind passive Sender zur elektronischen Markierung von Fischen. Schwimmen markierte Fische an einer im Gewässer oder in einer Fischwanderhilfe montierten Antenne vorbei, so werden sie registriert und identifiziert. Mithilfe der Aufzeichnungen in einem Gewässersystem mit vielen Antennen kann das Wanderverhalten einzelner Fische und ganzer Populationen nachvollzogen werden. Das von VERBUND bearbeitete Projektgebiet erstreckt sich vom Kraftwerk Freudenau bei Wien entlang der Donau bis zum Inn in Bayern. 

Erste Untersuchungen zeigen überraschende Ergebnisse. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass Schiffsschleusen in nicht unerheblichem Ausmaß zur Wanderung genutzt werden. Außerdem zeigte sich, dass die Fische - entgegen der vorherrschenden Lehrmeinung - die Fischwanderhilfen auch für die Abwärtswanderung nutzen. Darüber hinaus bestätigte sich, dass mehrere Arten ein ausgeprägtes „Homing“ zeigen, d.h. jedes Jahr zum Laichen in dasselbe Gewässer zurückkehren.

 Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulationen in wasserkraftgeprägten Gewässern konzentrieren sich bisher fast ausschließlich auf die longitudinale Durchgängigkeit für Fische. Die Zielarten dieser Maßnahme sind vor allem Lang- und Mittelstreckenwanderer. Insbesondere Kurzstreckenwanderer können von Habitat verbessernden Maßnahmen im Gewässer und seiner Aue vermutlich deutlich mehr profitieren als von der reinen Herstellung der Durchgängigkeit.

Um die Bedeutung einzelner Maßnahmen und deren Vernetzung für die Fischpopulationen des Inn besser zu verstehen, wurde zunächst im Rahmen von Voruntersuchungen 2013-2015 ein Forschungskonzept erarbeitet. 

Darauf aufbauend werden seit 2015 im Hauptprojekt praxisnahe Freilanduntersuchungen durch die Technische Universität München durchgeführt. Das Hauptprojekt ist auf zehn Jahre angelegt und gliedert sich in drei Projektteile, in denen Maßnahmen in den Neben- und Stillgewässern der Innaue (Teil I), Uferaufweitungen und wasserbauliche Strukturen im Hauptstrom Inn (Teil II) und die Vernetzung der verschiedenen Teillebensräume (Teil III) untersucht werden. Die bisherigen Ergebnisse zeigen deutlich, dass die naturnahen Umgehungsgewässer einen wichtigen Lebensraum für Fische und benthische Evertebraten darstellen und als Biodiversitätsquelle für den Hauptstrom fungieren. 

Das Forschungsprojekt beschäftigt sich seit 2018 mit einer Reihe von offenen Fragen zur Auslösung von Fischwanderungen und zur Orientierung von Fischen im Gewässer. Die bisherige Lehrmeinung geht davon aus, dass sich Fische primär an hydraulischen Reizen orientieren. Andere äußere Faktoren wie Licht, akustische Reize, Sauerstoffgehalt oder Temperatur werden weitgehend vernachlässigt. Felduntersuchungen, die das Aufstiegsverhalten von Wanderfischen mit den verschiedenen Schlüsselreizen in hoher zeitlicher Auflösung in Beziehung setzen, fehlten bisher.

Im Rahmen des Projektes werden die vier Reize Akustik, Licht, Wassertemperatur und Strömung untersucht. Thermische Reize, akustische Reize und Lichtreize werden in situ am Eingang der Fischwanderhilfe erzeugt. Zur Messung der Strömungs- und Temperaturverhältnisse werden drohnengestützte, hochauflösende optische Kameras und Wärmebildkameras eingesetzt. Die Strömungsmessung erfolgt berührungslos mit optischen Verfahren wie der Particle Image Velocimetry (PIV) und der Particle Tracking Velocimetry (PTV). Dabei werden Partikel im Gewässer in kurzen Zeitabständen fotografiert. Aus den Positionen der Partikel können Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit bestimmt werden. Darüber hinaus werden bestehende Softwaretools erprobt, weiterentwickelt und an die Fragestellungen angepasst und optimiert.

Die bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass von den untersuchten Parametern nur die Temperatur für die Auslösung von Fischwanderungen und auch für die Orientierung der Fische eine Rolle spielt. Eine Wirkung von akustischen Reizen, Strömung und Licht konnte nicht festgestellt werden. Diese Ergebnisse stellen auch das derzeit vorherrschende Paradigma in Frage, dass Flussfische eine ausgeprägte „Lockströmung“ benötigen, um den Einstieg von Fischwanderhilfen zu finden.

Bondar-Kunze, E., Funk, A., Haidvogl, G., Unfer, G., Muhar, S., Hohensinner, S., ... & Hein, T. (2022). Der Meta-Ökosystem Ansatz in der Praxis–Integration von hydromorphologischen Veränderungen und menschlichen Eingriffen in die Meta-Ökosystem-Theorie zur Entwicklung eines nachhaltigen Flussmanagements an der österreichischen Donau. Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 74(11), 501-509.

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Brandl, A., Käfer, S., Fillitz, B., Pinter, G., Laaha, G., & Mader, H. (2020). Relevance of key stimuli, in particular light and acoustics, for the findability of fish passes. Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 72, 187-201.

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Brandl, A., Käfer, S., Laaha, G., & Mader, H. (2022). Temperatur Als Schlüsselreiz Für Die Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen. Wasserwirtschaft, 12-18.

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Brandl, A., Laaha, G., Käfer, S., & Mader, H. (2022). Key Factors for the Findability of Fish Passes in Large Epipotamal Rivers: The Case of the River Drava. Water, 14(10), 1530.

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Käfer, S. (2019). Verbesserung der ökonomischen Effizienz bei gleichbleibender ökologischer Effektivität. WASSERWIRTSCHAFT, 109(10), 45-47.

• Link zum Fulltext: WaWi 10/2019 | WaWi emagazine (springerprofessional.de)

Kaufmann, T., Frik, G., Schmalfuß, R., Haidvogl, G., Eberstaller, J., Wimmer, H., Jungwirth M. (2018). LIFE+ Traisen: Der lange Weg zum neuen Fluss. Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 70 (5-6), 264-271.

• Link zum Fulltext: LIFE+ Traisen: Der lange Weg zum neuen Fluss | SpringerLink

Loy, G., & Reckendorfer, W. (2022). Creation and Use of “Compensation” Habitats—An Integrated Approach. In Novel Developments for Sustainable Hydropower, 157-165. Cham: Springer International Publishing.

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Nagel, C., Mizerakis, V., Pander, J., & Geist, J. (2022). The overlooked contribution of a fish bypass channel to the density and diversity of macroinvertebrate drift in a heavily modified river system. River Research and Applications, 38(10), 1696-1707.

• Link zum Fulltext: The overlooked contribution of a fish bypass channel to the density and diversity of macroinvertebrate drift in a heavily modified river system - Nagel - 2022 - River Research and Applications - Wiley Online Library

Nagel, C., Mueller, M., Pander, J., & Geist, J. (2020). Making up the bed: Gravel cleaning as a contribution to nase (Chondrostoma nasus L.) spawning and recruitment success. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 30(12), 2269-2283.

• Link zum Fulltext: Making up the bed: Gravel cleaning as acontribution to nase (Chondrostoma nasus L.) spawning and recruitment success(tum.de)

Nagel, C., Mueller, M., Pander, J., Stoeckle, B. C., Kuehn, R., & Geist, J. (2021). Going with the flow: Spatio‐temporal drift patterns of larval fish in a large alpine river. Freshwater Biology, 66(9), 1765-1781.

• Link zum Fulltext Going with the flow: Spatio‐temporal driftpatterns of larval fish in a large alpine river - Nagel - 2021 - FreshwaterBiology - Wiley Online Library

Nagel, C., Pander, J., Mueller, M., & Geist, J. (2020). Substrate composition determines emergence success and development of European nase larvae (Chondrostoma nasus L.). Ecology of Freshwater Fish, 29(1), 121-131.

• Link zum Fulltext: Substrate composition determines emergencesuccess and development of European nase larvae (Chondrostoma nasus L.) - Nagel- 2020 - Ecology of Freshwater Fish - Wiley Online Library

Oberlerchner, D. (2018). LIFE Netzwerk Donau Umsetzung ökologischer Projekte im Spannungsfeld von Kosten und Schutzwasserwirtschaft. Wasserbausymposium 2018 Wasserwirtschaft Innovation aus Tradition, 147-152.

• Link zum Buch: Wasserbausymposium Graz 2018 - Verlag der TU Graz(tugraz-verlag.at)

Pander, J., Nagel, C., Ingermann, H., & Geist, J. (2022). Water level induced changes of habitat quality determine fish community composition in restored and modified riverbanks of a large alpine river. International Review of Hydrobiology, 107(1-2), 46-59.

• Link zum Fulltext:Water level induced changes of habitatquality determine fish community composition in restored and modifiedriverbanks of a large alpine river - Pander - 2022 - International Review ofHydrobiology - Wiley Online Library

Perks, M. T., Dal Sasso, S. F., Hauet, A., Jamieson, E., Le Coz, J., Pearce, S., ... & Manfreda, S. (2020). Towards harmonisation of image velocimetry techniques for river surface velocity observations. Earth System Science Data, 12(3), 1545-1559.

• Link zum Fulltext: ESSD - Towards harmonisation of imagevelocimetry techniques for river surface velocity observations (copernicus.org)

Reckendorfer, W., Schabuss, M., & Petz-Glechner R. (2023). Abwärtswanderung durch eine Fischaufstiegsanlage - neue Erkenntnisse durch Untersuchungen mittels PIT-Tags. WASSERWIRTSCHAFT 113,31 - 34.

• Link zum Abstract: Abwärtswanderung durch eine Fischaufstiegsanlage - neueErkenntnisse durch Untersuchungen mittels PIT-Tags | springerprofessional.de

Reckendorfer, W., Zornig H., Schabuss, M., & Petz-Glechner, R. (2023). Effekte der Dotation auf die Auffindbarkeit von Fischwanderhilfen – Ergebnisse von PIT Tag Untersuchungen an der Donau. Wasserbausymposium Wallgau.

Strelnikova, D., Paulus, G., Käfer, S., Anders, K. H., Mayr, P., Mader, H., ... & Schneeberger, R. (2020). Drone-based optical measurements of heterogeneous surface velocity fields around fish passages at hydropower dams. Remote Sensing, 12(3), 384.

• Link zu Fulltext: Remote Sensing | Free Full-Text |Drone-Based Optical Measurements of Heterogeneous Surface Velocity Fieldsaround Fish Passages at Hydropower Dams (mdpi.com)

Strelnikova, D., Paulus, G., Käfer, S., Anders, K. H., Mayr, P., Mader, H., ... & Schneeberger, R. (2020). Drohnenbasierte optische Ermittlung von heterogenen Oberflächenströmungsmustern in der Nähe von Fischaufstiegshilfen/Drone-based Optical Detection of Heterogeneous Surface Flow Patterns in the Vicinity of Fish Ladders. AGIT Journal Angew. Geoinformatik, 6, 206-216.

• Link zum Fulltext: Microsoft Word - 404_Strelnikova_Am_go_final.docx (gispoint.de)

Strelnikova, D., Perks, M. T., Paulus, G., Käfer, S., Anders, K. H., Mayr, P., ... & Schneeberger, R. (2022). Rapid Detection of the Change in Surface Flow Patterns Near Fish Passages at Hydropower Dams With the Use of UAS Based Videos Under Controlled Discharge Conditions. Frontiers in Remote Sensing, 3, 14.

• Link zum Fulltext: Frontiers | Rapid Detection of the Change in Surface Flow Patterns Near Fish Passages at Hydropower Dams With the Use of UAS Based Videos Under Controlled Discharge Conditions (frontiersin.org)