HydroFish-prosjektet: Sluttrapport for undersøkelsene 2007 - 2010

Dette er sluttrapport for HydroFish (2007-2010), som er et samarbeidsprosjekt mellom NIVA og LFI-Oslo. Målsetningen har vært å benytte en kombinasjon av nye og vel etablerte metoder/analyser for å klarlegge virkninger av vassdragsreguleringer (reguleringshøyde og manøvrering), samt årlige variasjoner i klima og fisketetthet på ørretens viktigste næringsdyr i regulerte og uregulerte fjellsjøer i Sør-Norge. Det er identifisert kritiske faktorer for produksjon av næringsdyr og fisk slik at et best mulig fiske kan utøves i kraftverksmagasin. Resultatene fra prosjektet har vist betydningen av variasjoner i vær og klima for fiskens rekruttering, årsklassestyrke og kvalitet, samt forekomst av viktige næringsdyr. Det er utviklet tålegrenser for ørretens næringsdyr i kraftverksmagasin i fjellet med hensyn til reguleringshøyde og manøvreringen av vannstand. For marflo er tålegrensen satt til 6 m, for snegl 8 m, og vårfluer 10-12 m. For pelagiske og profundale næringsdyr er det ikke påvist tålegrense mht. reguleringshøyde. Skjoldkreps tåler store reguleringshøyder, men er følsom for manøvreringer der det skjer sen fylling. Vi gir anbefalinger til forvaltningen om frekvensen i basisovervåkning av fiskebestander i fjellet i regi vannforskriften, og tiltak for å øke kvaliteten av fisk i høyfjellsmagasin

Groundwater, critical habitats, and behaviour of Atlantic salmon, brown trout and Arctic char in streams

Heggenes, J., Bremset, G. & Brabrand, Å. 2010. Groundwater, critical habitats, and behaviour of Atlantic salmon, brown trout and Arctic char in streams. – NINA Report 654, 28 pp Streams are characterized by turbulent hydraulic forces, varying discharge and temperatures, short water retention times, bedload transport and dynamic channel morphology. Alluvial groundwater is more stable with laminar flow, longer residence times, less variable tempera-tures, and constant sediment structure. Surface waters and groundwaters are closely connected in the hyporheic ecotone which can act as a source or sink, depending on complex physical and chemical spatial and temporal patch characteristics, direction and volume of flows, in-substrate pore space and connectivity, and movement patterns of organisms. Outflow-ing groundwater provides base flows, differs in temperature, dissolved oxygen levels and water quality from the surface water. Areas of groundwater inflow may at times provide moderated habitat conditions and possibly refugia for mobile stream salmonids. A literature review suggests that groundwater may be important to salmonids by 1) modulating temperatures, 2) influencing water quality (nutrients, oxygen), 3) providing river base flows, and 4) providing refugia. It is well documented that salmonids may use groundwater inflow sites for behavioural thermoregulation to avoid near-lethal temperatures, and maintain energetically favourable body temperatures. Such thermoregulation may be effected through short vertical movements into the substrate, in particular for small fish, or through longer longitudinal movements. Such behaviour is observed during summer high temperatures and low flows, and at the onset of winter and ice formation. Actual field documentation varies among species, but it is likely a general behavioural strategy in mobile salmonids. Because of the local complexity in surface-subsurface and hyporheic flow connectivity and pattern in space and time, in situ studies are required. Spawning site selection, egg burial, overwinter egg survival and hatching time may be affected by groundwater inflow. However, the spatial and temporal complexity of groundwater flow integrated over time is a research challenge. It is well documented that groundwater flow may be critical in lacustrine spawning habitats. A general conclusion cannot be reached for lotic spawning habitats, probably because it varies locally. The importance of groundwater in providing baseflows in summer and winter is rather obvious. Evidence with respect to the hyporheic refuge hypothesis is scarce and equivocal. Increasing evidence corroborates the function of the hyporheic zone, and associated groundwater flows, as a refugium for macroinvertebrates during low flow events in summer. However, little is known as to how young salmonids may use the hyporheic habitat in summer. In winter, the hyporheic zone is largely a daytime refuge for stream salmonids. Surprisingly, there is a lack of studies to substantiate the hypothesis that fish and macroinvertebrates may take refuge in the hyporheic zone in response to other environmental stressors, e.g. adverse chemical conditions. KEY WORDS : groundwater, streams, substrate, hyporheic zone, juveniles, salmon, trout, cha

Target strength of tiny roach

Seven frozen specimens of surface-adapted roach (Rutilus rutilus), of lengths 32-40 mm and masses 0.20-0.49 g, have been sectioned with a precision microtome. The swimbladder contours have been digitized and the swimbladder volumes determined. For ordinary ultrasonic frequencies the wavelength is much longer than the particular characteristic swimbladder dimensions. However, it is shorter than the wavelength at resonance. The sound scattering is computed according to a resonant swimbladder model

Vurdering av konsekvenser for fisk ved endrede fyllingskrav for Tesse, Lom og Vågå kommuner

Stein I. Johnsen & Åge Brabrand 2017. Vurdering av konsekvenser for fisk ved endrede fyllingskrav for Tesse, Lom og Vågå kommuner - NINA Kortrapport 78. 14 s. + vedlegg I 2011 ble reguleringskonsesjonene for Tesse revidert og fornyet, og ny samlet konsesjon ble gitt til Glommens og Laagens Brukseierforening (GLB). De nye konsesjonsvilkårene har bl.a. krav om magasinfylling til 3,5 m under HRV innen 1. juli. Det har nå vært 5 år med de nye konsesjonsvilkårene og det har vært større produksjonstap enn forventet. GLB har derfor søkt om justering av dato for fyllingskravet fra 1. til 10. juli. I den forbindelse ønsket GLB at NINA i samarbeid med LFI gjør en vurdering av konsekvenser for fisk i Tesse Næringstilbudet i strandsonen er sterkt redusert som følge av reguleringen, og produksjon av ørret i Tesse er i svært stor grad basert på næringsdyr i den pelagiske næringskjeden i form av zooplankton. Det avgjørende her er at primærproduksjonen i form av fytoplankton opprettholdes. Her er turbiditeten (siktedypet) en avgjørende faktor. Dersom siktedypet reduseres vil produksjonen i den pelagiske næringskjeden bli tilsvarende redusert. Utsatt fylling av Tesse er derved vurdert å ha betydning for fiskeproduksjonen dersom konse-kvensen av sen fylling reduserer siktedypet. Redusert fylling vil gjøre at strandsonen med fine sedimenter i den nedre delen av reguleringssonen vil bli eksponert for bølgeerosjon, noe som kan gi redusert siktedyp dersom lav vannstand etter isgang og vind opptrer samtidig. Denne kombinasjonen opptrer selvsagt uforutsigbart, der vind og hvilken fyllingsgrad dette eventuelt opptrer ved, er viktige faktorer. Virkningen på den pelagiske næringskjeden avhenger av sikte-dypreduksjonen og varigheten av dette, men vil ha virkning på fisk mest sannsynlig i form av redusert tilvekst og kondisjon. I det store bildet vil raskere fylling gi mindre sannsynlighet for vindeksponering og bølgeerosjon ved lav vannstand. I tillegg vil raskere fylling i gjennomsnitt gi raskere tilgang på skjul for småfisk. Av dette følger at et fyllingskrav innen 1. juli er bedre enn 10. juli. Intet fyllingskrav, som i den gamle konsesjonen, ga mindre forutsigbarhet og dårligere forhold for fisk sammenlignet med fyllingskrav enten 1. juli eller 10. juli

Økologisk tilstandsklassifisering og kartlegging av fiskesamfunnet i tre vannforekomster i Glomma mellom Bingsfoss og Sarpsfossen i 2016

Museth, J., Brabrand, Å., Taugbøl, A. 2017. Økologisk tilstandsklassifisering og kartlegging av fiskesamfunnet i tre vannforekomster i Glomma mellom Bingsfoss og Sarpsfossen i 2016 - NINA Rapport 1347. 28 s. + vedlegg. Fylkesmannen i Oslo og Akershus initierte i 2015 basisovervåking av ulike vannforekomster fra Kongsvinger til Rånåsfoss. Disse undersøkelsene er rapportert i NINA Rapport 1262. I 2016 ønsket Fylkesmannen i Oslo og Akershus en overvåking av følgende vannforekomster i Glomma: Fet-Maarud (nedstrøms Bingsfoss), Øyeren – Solbergfoss og Furuholmen – Sarpsfossen. I denne rapporten er økologisk tilstand for de tre vannforekomstene klassifisert ved bruk av kvalitetselement fisk. Det er brukt data fra elektrisk båtfiske til beskrivelse av fiskesamfunnet og økologisk tilstandsklassifisering er gjort ved bruk av den europeiske fiskeindeksen EFI+. Metoder og indekser for tilstandsklassifisering av store, artsrike elver er i utviklingsfasen, og resultatene fra denne undersøkelses må derfor vurderes deretter. Det ble fanget totalt 934 fisk fordelt på 12 fiskearter. Total effektiv fisketid var 7.42 timer fordelt over et areal på 47 419 m2. På strekningen Fet-Maarud ble det bl.a. fanget ørret, sik, harr og steinsmett. På strekningen Øyeren-Solbergfoss ble det bl.a. fanget ørret, harr og steinsmett. Dette omfattet de artene av laksefisk (ST-arter) som man forventet å finne. At kvalitetselement fisk gis tilstandsklasse «moderat» og til dels «dårlig» i disse vannforekomstene skyldes relativt lav forekomst av ST-artene og relativt høy forekomst av arter av karpefisk som kan gyte på rennende vann. Sammenliknet med naturtilstanden er fallet redusert på begge disse strekningene. Redusert vannhastighet og oppstuvning fra en høyere vannstand i Øyeren mellom Øyeren og Bingsfoss, og demningseffekten fra dammen i Solbergfoss gir reduserte arealer med stryk. Reduserte arealer med stryk, i tillegg til at dammene representerer vandringshindre, vil være særlig negativt harr og ørret. De påviste fiskeartene og mengdeforholdet mellom dem virker imidlertid rimelig ut fra artenes økologiske krav og dagens hydromorfologiske forhold. På strekningen Furuholmen-Sarpsfossen var ST-artene nesten fraværende, og strekningen ble beregnet til tilstandsklasse «svært dårlig» med fisk som kvalitetselement. Det presiseres at strekningen ned mot Sarpsfossen, av sikkerhetsmessige årsaker ikke ble fisket. Det er kjent at det forekommer harr og ørret på strekningen Furuholmen-Sarpsfossen, selv om vi ikke påviste disse under det elektriske båtfisket. I regi av FoU-prosjektet «Fisk i store elver» planlegges det å gjenta elektrisk båtfiske på strekningen Furuholmen – Sarpsfossen i 2017. Dette vil gi ytterligere kunnskap om fiskesamfunnet, og om tilstandsklassifisering ved bruk av EFI+ er konsistent over tid. Leira og Nitelva ble båtelfisket i 2014. I dette prosjektet ble disse vannforekomstene klassifisert til tilstandsklasse 5 – svært dårlig basert på de tidligere undersøkelsene. I denne undersøkelsen ble det også gjort et forsøk med elektrisk båtfiske i mørke. Dette ga langt høyere fangster enn på dagtid (65 – 80 %). Hvis det ut i fra sikkerhetsmessige vurderinger er forsvarlig anbefales derfor fiske i mørke når det av praktiske årsaker er mulig. I tillegg ble det gjennomført et forsøk på å på å filtrere DNA fra to vannprøver på strekningen Fet – Maarud. Testen viste at MiljøDNA kan være en effektiv metode for å påvise hvilke fiskearter som er tilstede i artsrike vannforekomster. Metoden må imidlertid evalueres og videreutvikles for å avgjøre om denne kan brukes til å beskrive tetthet og sammensetning av fiskesamfunnet

Groundwater, critical habitats, and behaviour of Atlantic salmon, brown trout and Arctic char in streams

Heggenes, J., Bremset, G. & Brabrand, Å. 2010. Groundwater, critical habitats, and behaviour of Atlantic salmon, brown trout and Arctic char in streams. – NINA Report 654, 28 pp Streams are characterized by turbulent hydraulic forces, varying discharge and temperatures, short water retention times, bedload transport and dynamic channel morphology. Alluvial groundwater is more stable with laminar flow, longer residence times, less variable tempera-tures, and constant sediment structure. Surface waters and groundwaters are closely connected in the hyporheic ecotone which can act as a source or sink, depending on complex physical and chemical spatial and temporal patch characteristics, direction and volume of flows, in-substrate pore space and connectivity, and movement patterns of organisms. Outflow-ing groundwater provides base flows, differs in temperature, dissolved oxygen levels and water quality from the surface water. Areas of groundwater inflow may at times provide moderated habitat conditions and possibly refugia for mobile stream salmonids. A literature review suggests that groundwater may be important to salmonids by 1) modulating temperatures, 2) influencing water quality (nutrients, oxygen), 3) providing river base flows, and 4) providing refugia. It is well documented that salmonids may use groundwater inflow sites for behavioural thermoregulation to avoid near-lethal temperatures, and maintain energetically favourable body temperatures. Such thermoregulation may be effected through short vertical movements into the substrate, in particular for small fish, or through longer longitudinal movements. Such behaviour is observed during summer high temperatures and low flows, and at the onset of winter and ice formation. Actual field documentation varies among species, but it is likely a general behavioural strategy in mobile salmonids. Because of the local complexity in surface-subsurface and hyporheic flow connectivity and pattern in space and time, in situ studies are required. Spawning site selection, egg burial, overwinter egg survival and hatching time may be affected by groundwater inflow. However, the spatial and temporal complexity of groundwater flow integrated over time is a research challenge. It is well documented that groundwater flow may be critical in lacustrine spawning habitats. A general conclusion cannot be reached for lotic spawning habitats, probably because it varies locally. The importance of groundwater in providing baseflows in summer and winter is rather obvious. Evidence with respect to the hyporheic refuge hypothesis is scarce and equivocal. Increasing evidence corroborates the function of the hyporheic zone, and associated groundwater flows, as a refugium for macroinvertebrates during low flow events in summer. However, little is known as to how young salmonids may use the hyporheic habitat in summer. In winter, the hyporheic zone is largely a daytime refuge for stream salmonids. Surprisingly, there is a lack of studies to substantiate the hypothesis that fish and macroinvertebrates may take refuge in the hyporheic zone in response to other environmental stressors, e.g. adverse chemical conditions. KEY WORDS : groundwater, streams, substrate, hyporheic zone, juveniles, salmon, trout, cha

Rivers need floods: Management lessons learnt from the regulation of the Norwegian salmon river, Suldalslågen

The Norwegian river Suldalslågen, known for its population of large‐sized Atlantic salmon (Salmo salar ), has been regulated for hydropower in 1966–1967 and in 1980. The initial regulation increased winter flows and reduced summer flows and major floods. The second regulation, involving abstraction of water to a power station in an adjacent fjord, led to a strong reduction in flow. In addition to implementing different flow regimes, many remedial actions have been taken, often concurrently, making it almost impossible to detect the effect of single measures. In addition, the monitoring data have not always been consistent as regards methods and scope, and also, few data are available for preregulation conditions. This highlights major challenges in the long‐term management of regulated rivers. The absence of major floods after regulation led to increased sedimentation and encouraged carpet mosses. This reduced interstitial spaces, creating a poor habitat for salmon fry and benthic invertebrates. The knowledge gained from the wide‐ranging studies of the different flow regimes have enabled the environmental authorities to devise a final regulation regime from 2012. The final flow regime focused on biological values and functions to sustain the strain of wild, large adult salmon. The catch of wild salmon >7 kg has in fact increased since 2010 and stabilized between 1 and 2 metric tons, although the yield of large salmon prior to 1994 is unknown. In addition, the increase in the catch of large salmon is based on hatchery fish. Hatchery fish have also to a large extent contributed to the increase in the total salmon catch in recent years. Thus, that the catches in Suldalslågen are now at an all‐time high is not due to improved conditions in the river but likely to hatchery fish

Økologisk tilstandsklassifisering av vannforekomster i Glomma og Vorma. Kan den europeiske fiskeindeksen (EFI+) brukes i artsrike elver på Østlandet?

Museth, J., Brabrand, Å., Dervo, B. K. & Sandlund, O. T. 2016. Økologisk tilstandsklassifisering av vannforekomster i Glomma og Vorma. Kan den europeiske fiskeindeksen (EFI+) brukes i artsrike elver på Østlandet? - NINA Rapport 1262. 27 s. + vedlegg Overvåking i henhold til vannforskriften skal gi informasjon om sammensetning, mengde og aldersstruktur for alle de viktigste fiskeartene som er tilstede. Tradisjonelle metoder som garnfiske og bruk av bærbart elektrisk fiskeapparat er lite egnet i store elver som f.eks. Glomma og Vorma. Målsettingen med dette prosjektet har vært gjøre et forsøk på å klassifisere kvalitetselement fisk for ulike deler av Glomma fra Braskereidfoss (Hedmark fylke) til Rånåsfoss (Akershus fylke) og i Vorma nedstrøms Svanfoss. Forsøksvis tar vi i bruk den europeiske fiskeindeksen EFI+ for å klassifisere vannforekomsten, og gjør en vurdering av hvordan denne felleseuropeiske indeksen fungerer under norske forhold. Som en del av dette prosjektet ble det høsten 2015 gjennomført båtelfiske i Glomma oppstrøms Kongsvinger kraftverk, i Glomma opp- og nedstrøms Rånåsfoss kraftverk og i Vorma nedstrøms Svanfoss. I tillegg har vi benyttet data fra tidligere båtelfiske i Glomma ved de samme lokalitetene (2011 – 2013) og i Vorma ved Svanfoss (2011-2013). Vorma ved Svanfoss: I 2015 ble det fanget 153 fisk fordelt på 11 fiskearter ved båtelfiske nedstrøms dammen ved Svanfoss. Det er også gjennomført båtelfiske på denne lokaliteten i 2011, 2012 og 2013, og EFI+ er beregnet for hvert av disse årene. Beregnet fiskeindeks (EFI+) for Vorma nedenfor Svanfoss var på 0,76-0,94, noe som gir strekningen «svært god» og «god» økologisk tilstand iht. til den europeiske fiskeindeksen. At indeksen viser laveste verdi i 2015 kan trolig tilskrives at båtelfiske ble gjennomført relativt sent om høsten pga. at flom ikke gjorde det mulig å gjennomføre båtelfisket tidligere. For å belyse betydningen av substrat og fall, som er viktige inngangsparametere for indeksen, ble det gjort beregning av EFI+ med tre forskjellige substratkategorier (silt, sand, grus) og tre forskjellige fallverdier (0,32 m/km, 0,5 og 1,0), mens de øvrige inngangsparameterne ble holdt konstant. Effekten av større fall med de samme elbåt-fangstene gir lavere EFI+ indeks. Dette var forventet fordi økt vannhastighet (større fall) burde gi bedre forhold og derved større fangster av flere arter som tilhører et «Salmonide-type» fiskesamfunn. Indeksverdien ble imidlertid relativt lite endret og det var bare for 2015 at fiskesamfunnet i dette konstruerte tilfellet ble klassifisert som «moderat». Glomma ved Braskereidfoss, Kongsvinger og Rånåsfoss: I 2015 ble det gjennomført båtelfiske opp- og nedstrøms Rånåsfoss kraftverk og oppstrøms Kongsvinger kraftverk i Glomma. Det ble totalt påvist 10 fiskearter ved Rånåsfoss og 10 fiskearter ved Kongsvinger. Data fra tidligere undersøkelser ved Braskereidfoss ble også benyttet til beregning av EFI+. På grunnlag av observasjon under fiske ble sand angitt som dominerende substrat, og det er beregnet et fall i elva mellom Kongsvinger og Braskereidfoss på 0,24 m/km. Nedstrøms og oppstrøms Braskereidfoss kraftverk og Kongsvinger kraftverk ble fiskesamfunnet klassifisert som «moderat» til «dårlig», mens det både ovenfor og nedenfor Rånåsfoss er klassifisert som «god». Årsaken til dette ligger i andel harr, sik og ørret i fangstene var betydelig større ved Rånåsfoss enn ved Kongsvinger. De beregnede indeksene varierte lite ved manipulering av fall og substrat. Det gjennomførte båtelfisket i Glomma og Vorma og beregningene av EFI+ viser at dette kan være en effektiv metode for å kartlegge fiskesamfunn i store og artsrike elver og for å fastsette økologisk tilstand. Det er imidlertid fortsatt et stort behov for å teste og videreutvikle metoden, og dataene fra denne undersøkelsen er inkludert i et pågående europeisk interkalibreringsprosjekt for tilstandsklassifisering av store elver.© Norsk institutt for naturforskning. Publikasjonen kan siteres fritt med kildeangivelse

Hydropower operations in groundwater-influenced rivers: implications for Atlantic salmon, Salmo salar, early life stage development and survival

During their early life stages (egg maturation, hatching, alevin development), between late autumn and early spring, young Atlantic salmon are exposed to surface-groundwater interactions in the hyporheic zone and may depend on influx of subsurface water during periods of regulated low discharge for survival. Two studies, one in a seasonally regulated river and one in a river exposed to hydropeaking, displayed unexpectedly high survival of eggs in surface de-watered areas because of the influx of oxygen-rich subsurface water. Field observations of newly hatched alevins in these two rivers showed them to be more sensitive (i.e. suffered higher mortality from) to surface de-watering than were eggs. Exposure to dry conditions in drawdown areas was highlighted as the main cause for alevin mortality. Therefore, shorter periods of surface de-watering in the river with hydropeaking resulted in higher alevin survival than the seasonally regulated river when still permanently drained after egg hatching. Greater consideration should be given to all early life-history stages when implementing discharge release strategies, and the extent of groundwater influence and the potential for flexible hydropower operations should be taken into account

The impact of hydropeaking on juvenile brown trout (Salmo trutta) in a Norwegian regulated river

The Norwegian electrical energy supply system is based on hydropower. The now deregulated energy market has led to increased use of hydropeaking production, leading to greater fluctuations in discharge and water levels below hydropower stations. The power station HOL 1, with an outlet to the Storåne River, is a large hydropeaking facility. With over 300 rapid flow increases and decreases per year since 2012, it is a river subjected to frequent hydropeaking. To quantify the stranding risk downstream of the power plant, the effect of a series of different turbine shutdown scenarios was simulated in an earlier study. The residual flow of 6 m3·s−1 and a full production of 66 m3·s−1 were considered as the baselines for the calculation of dewatered areas. A three-year study of juvenile fish density both upstream as a reference and downstream of the power plant was undertaken. There were very low densities or even an absence of brown trout (Salmo trutta) older than young-of-the-year (YoY) below the outlet of the power station, despite high densities of YoY in previous years. This is probably due to the large and rapid changes in flow below the power station. Hydropeaking has less impact on the earliest life stages of brown trout during spring and summer, as well as on spawning and egg development during winter. This is attributed spawning in late autumn occurring at a low flow seldom reached during hydropeaking. The high survival of YoY during the first summer and early autumn is likely due to a lower frequency of hydropeaking and higher residual flows, leaving a larger wetted area