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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport
Vorlesung 1 fr Hydro 1 (Rolf Weingartner) 26. Oktober 2011 Jens M.
Turowski, Eidg. Forschungsanstalt WSL
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL bersicht Einfhrung
Relevanz des Geschiebetransports Prozess Geschiebetransport
Geschiebe Der Film Typische Beobachtung am Beispiel Erlenbach
Geschiebetransportberechnungen Bewegungsbeginn Transporteffizienz
Geschiebetransport in Wildbchen und Gebirgsflssen
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Was ist
Geschiebetransport? Zwei Arten des Sedimenttransports in Flssen
Schwebstofftransport Korngewicht wird durch turbulente Krfte
getragen Kein oder seltener Kontakt mit dem Bett Geschiebetransport
Korngewicht wird am Bett getragen Hufiger Kontakt mit dem Bett Ob
ein bestimmtes Korn als Schwebstoff oder als Geschiebe
transportiert wird, hngt von den Korneigenschaften und der
Hydraulik ab
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Einzugsgebietsgrsse / km 2 Aus: Turowski et
al., Sedimentology 2010
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Wasserbau Schleusen, Dmme, Brcken etc.
Naturgefahr Bankerosion Sedimentation Wirtschaftsfaktoren Schden in
Extremereignissen Stauraumverlust, Splungen Wissenschaftliche
Relevanz Sedimenttransfer (Landschaftsentwicklung) Gerinnedynamik
Felserosion / Abrasion
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Naturgefahr Whrend eines Hochwassers in
Baltschieder wurden mehr als 100000 m 3 Sedimente im Dorf
abgelagert Whrend der Hochwasser 2005 wurden 1/3 bis 1/2
Gesamtschadens von 3 Milliarden Franken durch Geschiebe verursacht
Baltschieder, Wallis, 2000
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Schweibbach, Eisten, Wallis: Wasserfassung
durch Geschiebetransport beschdigt
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Wissenschaftliche Relevanz Sedimenttransfer
Gerinnedynamik Felserosion
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Interaktion verschiedener, komplizierter Prozesse
Turbulenter Wasserfluss Grosse Anzahl Teilchen (granulre Prozesse)
Interaktion von beiden Feldbeobachtung schwierig / aufwndig Wenige
Daten verfgbar Schwierig zu simulieren Probleme der Skalierung
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Zusammenspiel von Gerinnemorphologie, Sedimenttransport und
hydrologischen / hydraulischen Prozessen Hydraulik abhngig von
Gerinnemorphologie und Hydrologie Transport abhngig von Hydraulik
und Gerinnemorphologie Transport formt das Gerinne
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Die Bewegung kann in drei Einzelprobleme aufgeteilt werden
Bewegungsbeginn Grenzabfluss Topographie Translation
Transportdistanz Ablagerung Grenzabfluss Topographie
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Trinity River Geschiebe Der Film
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Erlenbach, Alptal (Kt.
Schwyz): WSL Observatorium Kleines Gebiet (0.7 km 2 ) mit
langjhrigen Beobachtungen (>25 Jahre)
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Erlenbach, Alptal (Kt.
Schwyz): WSL Observatorium Geschiebesensoren: Geophonsystem Misst
Impulse, durch sich bewegende Krner Kalibriert durch Fangkrbe und
Sammler Geophonsensoren Geschiebesammler Fangkorb
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Hochwasser im Erlenbach
Erlenbach Als das Wasser kam Erlenbach Bigger, Better, Faster
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Transportereignisse im
Erlenbach 20th June 2007 9th September 2007 Time / min Discharge /
m 3 /s Impulses Discharge Impulses Zeit / Min
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportmessungen Erlenbach: Geschiebemessungen 2002-2010
1-Minutendaten 18990 Messpunkte 316.5 Stunden 128 Einzelereignisse
Abfluss / l/s
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportmessungen Grosse Streuung Erlenbach:
Geschiebemessungen 2002-2010 1-Minutendaten 18990 Messpunkte 316.5
Stunden 128 Einzelereignisse Abfluss / l/s
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Bedload transport predictions for
the Erlenbach with three commonly used bedload equations. Measured
transport rates Meyer-Peter and Mller (1948) Rickenmann (1991)
Wilcock and Crowe (2003) Discharge Bedload transport rate per unit
width / m 2 /s Time / min Discharge / m 3 /s Semi-empirische oder
Laborgleichungen Abhngig von Schleppspannungen oder Abfluss und
Neigung Es gibt dutzende Gleichungen und es braucht Erfahrung, um
zu wissen welche Gleichungen fr bestimmte Bedingungen geeignet
sind
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Beispiele: Meyer-Peter & Mller (VAW), 1948
Fernandez Luque & van Beek, 1976
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Einsteinzahl Korngrsse des Bettmaterials
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Shieldszahl Einsteinzahl Korngrsse des
Bettmaterials
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Shieldszahl Einsteinzahl Schleppspannung
Bettneigung Hydraulischer Radius Korngrsse des Bettmaterials
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Zwei empirische Parameter: Transporteffizienz
Grenzwert des Bewegungsbeginns Transporteffizienz Shieldszahl bei
Bewegungsbeginn
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bewegungsbeginn
Gravitation, hydraulischer Lift, Reibung Korngewicht und form,
lokale Topographie, lokale Hydraulik
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bewegungsbeginn Shields
Diagramm Bewegungsbeginn der Krner aus Experimenten Shieldszahl
gegen Reynoldszahl des Korns Klarer Trend Streuung (Faktor
2-3)
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bewegungsbeginn Shields
Diagramm Fr voll-turbulenten Abfluss (Re>2000) ist der
Shieldsparameter etwa konstant (0.03-0.07) Diese Werte werden hufig
fr Rechnungen benutzt
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportmessungen Grenzabfluss? Abfluss / l/s
Erlenbach
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grenzabfluss Grenzwert
abhngig von der lokalen Umgebung des Korns Reibungswinkel
Herausragung Lokale Hydraulik Abfluss Bewegungs- richtung?
Herausragung
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grenzabfluss lokale
Topographie Transport wenn Abfluss > Grenzabfluss
Bettkonfiguration ndert sich stndig Kein Transport wenn Abfluss
< Grenzabfluss Die Bettkonfiguration bei Bewegungsende wird
gespeichert Daraus folgt: Abfluss bei Beginn = Abfluss bei Ende vom
vorherigen Ereignis
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grenzabfluss lokale
Topographie Beginn und Ende des Transports Aus: Turowski et al.,
GRL 2011
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Transporteffizienz
Typischerweise ein Wert um 5 (bei grsseren Flssen) Abhngig von der
relativen Abflusstiefe oder Bettneigung Grnde werden erforscht Aus:
Rickenmann, WRR 2001
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebe in Wildbchen
und Gebirgsflssen Die beobachtete Abweichung ist besonders in
steilen Gerinnen wichtig (im Gebirge!) Geschieberechnung fr den
Erlenbach (Kt. Schwyz) mit drei verbreiteten Geschiebeformeln.
Gemessene Frachten Meyer-Peter und Mller (1948) Rickenmann (1991)
Wilcock und Crowe (2003) Abfluss Geschiebefracht pro Einheitsbreite
/ m 2 /s Zeit / min Discharge / m 3 /s
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebe in Wildbchen
und Gebirgsflssen Gemessene Frachten Meyer-Peter und Mller (1948)
Rickenmann (1991) Wilcock und Crowe (2003) Abfluss Discharge / m 3
/s Typische Beobachtungen: Vorhersagen sind bei grossen Abflssen
besser Hohe Variabilitt der Transportraten Geschieberechnung fr den
Erlenbach (Kt. Schwyz) mit drei verbreiteten Geschiebeformeln.
Geschiebefracht pro Einheitsbreite / m 2 /s Zeit / min
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebe in Wildbchen
und Gebirgsflssen Warum gibt es diese Abweichungen?
Sedimentverfgbarkeit Topographie Makrorauigkeit Bettformen
Stufen-Becken Systeme Breite Korngrssenverteilung Anstehender
Fels
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grobe Blcke
Stufen-Becken Systeme Anstehender Fels Aktive Hnge
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Alexander Beer, WSL
Sediment supply Transport-limitiert Verfbarkeits-limitiert
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung der
Gerinnemorphologie Heterogenes Bett Sediment wird hinter Hlzern,
Stufen etc. gespeichert
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung der
Gerinnemorphologie Grosse Ereignisse knnen stabile Strukturen im
Bett aufbrechen Dies beeinflusst das Transport- verhalten
nachhaltig Transporteffizienz Bewegungsbeginn Aus: Turowski et al.,
ESPL 2009
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Zusammenfassung
Geschiebetransport ist wichtig fr das Verstndnis von: Naturgefahren
Wasserbau Wissenschaftlichen Fragen Gesellschaft / Wirtschaft
allgemein Trotz Forschung seit mehr als 100 Jahren gibt es viele
offene Fragen Bewegungsbeginn / Grenzwerte Translation
Ablagerung
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Was Sie wissen sollten
Grundlegende Geschiebeformeln Einsteinzahl Shieldszahl Grenzwert
Shieldsdiagramm Einfluss der lokalen Topographie Transporteffizienz
Makrorauigkeit Stufen-Becken Systeme Sedimentverfgbarkeit
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- Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Vielen Dank fr die
Aufmerksamkeit! Fragen?