Morphologie lebendiger Gewässer - FLUSSGEBIETE NRW · Abiotik versus Biotik? Foto: Schüttrumpf,...

Morphologie lebendiger Gewässer

Oberhausen, 13.04.2016

Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH Aachen University

Die Internetversion des Vortrags wurde gegenüber dem tatsächlichen Vortrag gekürzt!

Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer

Morphologie von altgriechsch: morphé „Gestalt, Form“; lógos = Wort, Lehre, Vernunft

Hydromorphologie von altgriechisch: ὕδωρ, hydōr = Wasser; μορφή, morphé = Gestalt / Form und λόγος, lógos= Wort, Lehre, Vernunft

Morphodynamik von altgriechisch morphé = Gestalt / Form; δύναμις, dýnamis = Kraft

Begriffsdefinitionen

Nach EU-WRRL werden folgenden Qualitätskomponenten für die Betrachtung der Hydromorphologie verwendet:

Wasserhaushalt (Abfluss und Abflussdynamik, Verbindung zu Grundwasserkörpern)

Durchgängigkeit des Flusses Morphologische Bedingungen (Tiefen- u.

Breitenvariation, Struktur u. Substrat des Flussbettes, Struktur der Uferzone)

Begriffsdefinitionen

Die 10. Missverständnisse der Morphodynamik

1.) Natürliche Gewässer befinden sich in einem Gleichgewichtszustand2.) Erosion und Sedimentation haben immer anthropogene Ursachen3.) Natürliche Gewässer sind komplett durchgängig für Sedimente4.) In natürlichen Gewässern werden keine Feinsedimente transportiert5.) Kolmation findet in natürlichen Gewässern nicht statt6.) Eine Rückkehr zum natürlichen Ausgangszustand ist möglich7.) Die Wiederherstellung der Durchgängigkeit ermöglicht eine natürl. Morphodynamik8.) Maßnahmen an Querbauwerken reichen für die Sedimentdurchgängigkeit aus9.) Maßnahmen am Gewässer sind lokal begrenzt10.) Zur Beschreibung der Morphodynamik / Morphologie reichen Indikatoren aus

Abiotik versus Biotik?

Foto: Schüttrumpf, 2015

Morphologie von Gewässern

Foto: Frings, 2010

Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen

Lalla Tasserkout, Marokko

Sedimentation von Stauseen hat Folgen für :1.) den Hochwasserschutz

2.) das Stauvolumen3.) die Trinkwasserversorgung

4.) die Bewässerung5.) die Wasserkrafterzeugung

6.) Biodiversität, -produktivität und Ökosysteme7.) Hydrologie und Gewässerhydraulik

8.) Gewässergüte und Gewässerstruktur9.) Flussmorphologie und –morphodynamik

10.) Flusserosion und Küstenerosion11.) Sozio-ökonomische Faktoren

World Bank: “Last century was used to build reservoirs. This one will be used to solve sediment problems.”

Quelle: ICOLD, 2009

Quelle: Walling, 2015

Sedimentdefizit: 20 Mio. t/Jahr

http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf

Sedimentdefizit: 0,15 Gt/Jahr

Sedimenttransport: ca. 20%

Zunahme Sedimenttransport: 150%Ursache: Goldabbau

Erhöhte Morphodynamik

Globales Sedimentbudget

Anthropogene Einflüsse auf Sedimentfrachten• Talsperrenbau• Sandabbau• Landwirtschaft• Forstwirtschaft• Landnutzung• Klimawandel (?)• … Globales Sedimentbudget

Große Unsicherheiten!

Quelle: Walling, 2015http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf

Forschung

Shields ca. 1936(1908 - 1974)

Preussische Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau, 1936

Forschung

Hans Albert Einstein1904-1973

Professor ofHydraulic Engineering

California Institute ofTechnology

Wichtigstes Werk:The Bed-Load Function for Sediment

Transportation in Open Channel Flows

Foto: Frings, 2010

Forschungsfragen Wie verändern anthropogene Maßnahmen die Sedimentdynamik?

Was sind natürliche Gewässer? Welche Maßnahmen sind nachhaltig?

Forschung

From Source to Mouth

Unbekannt:Menschlicher Einfluss auf Kies- und

Sandtransport im Flusseinzugsgebiet Notwendigkeit

z.B. für Gewässerunterhaltung, Gewässerökologie

Dem Sediment auf den Grund gehen!

Foto: Frings, 2010

Untersuchungen zur Sohlstruktur auf der Sohle des Rheins

Rhein Rhein-km 690: KölnRhein-km 743: Düsseldorf

Rhein-km 865: Grenze D-NLQuelle: IWW, 2015

Quelle: IWW, 2015

Sedimentsenke: Bodensee

Hinweis: In 20.000 Jahren ist die Sedimentdurchgängigkeit wiederhergestellt!

Volumen: 50 Mrd. m³Sedimentfracht: 3 Mio. m³

Quelle: IWW, 2015

• Starker anthropogener Einfluss auf Sedimenttransport• Sedimente fehlen unterstrom• Sedimentdurchgängigkeit wird ein wichtiges Thema der Zukunft sein

Quelle: IWW, 2015

Gewässerstrukturgüte

Dynamische Prozesse

Abflussdynamik, Strömungsdynamik

Sedimentdynamik(Im- und Export Sedimente)

Morphodynamik(Im- und Export Sedimente)

Meteorologie HydrologieKo

Die 10. Regeln der Morphodynamik

1.) Gewässer sind dynamische Systeme. (Statische Indikatoren sind ungeeignet zur Bewertung der Morphodynamik eines Gewässers)

2.) Morphodynamisch aktive Gewässer sind räumlich und zeitlich variabel!3.) Eine reduzierte Abflussdynamik reduziert die Sediment- und Morphodynamik4.) Erosion und Sedimentation sind Bestandteil jeder morphodynamischen Entwicklung5.) Unterschiedliche Korngrößen sind Bestandteil jedes Gewässers.6.) Feinsedimente können sich bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten nicht ablagern. 7.) Maßnahmen am Gewässer beeinflussen das gesamte Gewässersystem (Integrale Gewässerbetrachtungen sind notwendig!).8.) „Building with Nature“ und nicht „Building against Nature“9.) Daten, Daten, Daten!!!10.) Hydronumerische Modellverfahren sind notwendig, um die Entwicklung einesGewässers zu beschreiben.

Viel Forschungsbedarf!

Oberhausen, 08.04.2016

Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH Aachen University

dynamik

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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