Universität zu Köln

Langkau, Manuel (2018). Echoes in motion: An acoustic camera (DIDSON) as a monitoring tool in applied freshwater ecology. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF DissertationManuelLangkau.pdf Download (2MB)

Abstract

Aquatic environments are increasingly faced with anthropogenic impact. Rivers have been fully developed into navigable waterways resulting in a dramatic loss of habitats and longitudinal and horizontal disconnection. Human sewage polluted rivers and in addition with overfishing and a rising recreational use, most European diadromous fish species have suffered and can be graded as vulnerable. Species-conservation and re-stocking projects support to save diverse fish communities. Capable monitoring- and assessment tools are urgent, given that knowledge is the key for sustainable management. The DIDSON, a multibeam sonar, delivers video-like live images in high resolution, enabling the measurement of fish length and behavioral observations even in turbid water and by night in a non-invasive manner. It could be shown that a special application of the sonar offers potential to discriminate fish species based on their characteristic acoustic shadows. Beside the possibility to count and measure fish and to observe their behavior this provides additional valuable information in certain monitoring applications. New insights in the spawning behavior of Alosa Alosa could be revealed on a spawning site in the Garonne River, France. It could be observed that spawning events are not restricted to one couple since additional individuals join. Drifting clouds of sexual products and micro bubbles could be detected with the sonar and were consistent with the number of sound based spawning measurements (by human hearing) and thus served as an indicator for spawning activity. A mid- term application of the sonar in front of a trash rack of a hydro power plant demonstrated the potential to gain knowledge in the field of spatial ecology of fish with high temporal resolution. An hourly fish abundance raster was chosen as a measure of fish activity to intuitively illustrate alternating diel and seasonal activity patterns at a glance. Distinct patterns and migration peaks of three groups ‘fish’, ‘eels’ and ‘shoals’ could be identified. The size class potentially at risk to pass the trash rack, was faced the power production data to identify time windows of higher and lower risk of entrainment and respective fish protection requirements.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Aquatische Ökosysteme erfahren eine wachsende Beeinflussung durch anthropogene Veränderungen. Vor allem der industrielle Ausbau von Flüssen führte zum Verlust von Habitaten und horizontaler und longitudinaler Vernetzung. Die Bestände der meisten europäischen diadromen Fischarten gelten als gefährdet. Wissen über Populationsentwicklungen, Verhalten und ökologische Ansprüche der Arten in allen Phasen ihrer Lebenszyklen, ist essentiell für die erfolgreiche Umsetzung von Managementmaßnahmen. Hierfür sind geeignete Monitoring- und Erhebungsmethoden grundlegend. Das DIDSON, ein hochauflösendes Multibeam-Sonar, bietet eine nicht-invasive Methode zum Vermessen und Zählen von Fischen und der Verhaltensbeobachtung unabhängig von Wassertrübung und Dunkelheit. Das Potential zur hydroakustischen Artunterscheidung konnte anhand der Analyse charakteristischer akustischer Schatten von vier Fischarten gezeigt werden. Neben der Möglichkeit zur Erfassung von Fischverhalten, Fischlängen und Anzahlen, können so zusätzlich wertvolle artspezifische Informationen erfasst werden. Es konnten neue Erkenntnisse zum Laichverhalten von Maifischen in der Garonne gewonnen werden. Laichakte waren nicht auf jeweils ein Pärchen beschränkt. In etwa einem Drittel der Fälle wurden zusätzlich teilnehmende Individuen beobachtet. Driftende Wolken aus Geschlechtsprodukten konnten hydroakustisch detektiert werden. Die Anzahl der Wolken diente als Indikator für die Laichaktivitäten und war im Trend übereinstimmend mit den Auswertungen der gehörten Laichakte, die traditionell in Frankreich als Maß für die Laichaktivität dienen. Das Sonar wurde oberhalb des Rechens einer Wasserkraftanlage von April bis Dezember installiert, um tageszeitliche und saisonale Fischaktivitätsmuster, basierend auf stündlicher Abundanz dreier definierter Gruppen („Fisch“, „Aal“ und „Schwarm“), intuitiv erfassbar darzustellen. Es konnten klare Muster und Migrationspeaks dokumentiert werden. Eine Gegenüberstellung der Aktivität kleinerer Fische und der Energieproduktion der Anlage, konnte Zeiträume mit hoher und niedriger potentieller Gefahr für einen Rechendurchtritt, sowie die Notwendigkeit von Fischschutzmaßnehmen aufzeigen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Langkau, Manuel langkau@lfv-westfalen.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-82855
Date:	2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences Technology (Applied sciences)
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language DIDSON, fish activity, fish protection, fish species discrimination, hydro acoustic, spawning activity English DIDSON, Fischaktivität, Fischschutz, Fischartenunterscheidung, Hydroakustik, Laichaktivität German
Date of oral exam:	26 February 2018
Referee:	Name Academic Title Borcherding, Jost Prof. Dr. Arndt, Hartmut Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8285