Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und …...3.6 Seminar für Doktorierende an der VAW 78 4....

JAHRESBERICHT 2005

Versuchsanstalt für Wasserbau,

Hydrologie und Glaziologie

der

Eidgenössischen

Technischen Hochschule Zürich

Direktor: Prof. Dr.-Ing. H.-E. Minor

Adresse: Gloriastrasse 37-39 8006 Zürich Telefon: +41 1 632 40 91 Postadresse: Telefax: +41 1 632 11 92 ETH-Zürich e-mail: [email protected] 8092 Zürich Internet: http://www.vaw.ethz.ch

VORWORT

Drei Ereignisse haben für die VAW das Jahr 2005 bestimmt. Anfang 2005 haben wir den Bericht über unsere Evaluation, die Ende 2004 durchgeführt wurde, erhalten. Die ETH-Zürich hat ihr 150 jähriges Bestehen gefeiert. Und die VAW konnte auf eine 75 jährige Tätigkeit zurückblicken. Über beide Festveran-staltungen haben wir am Ende dieses Jahresberichtes eine kleine Zusam-menfassung gegeben. Zum Evaluationsbericht möchte ich jedoch an dieser Stelle einige Anmerkungen machen.

Zwölf internationale Experten, zehn davon von universitären Hochschulen und zwei von der Praxis aus der Schweiz, haben das Departement Bau, Umwelt und Geomatik der ETH Zürich evaluiert. Dabei wurden auch die einzelnen Institute genau unter die Lupe genommen. Umso erfreulicher ist es, dass wir eine sehr gute Bewertung bekommen haben. Die "peers", die ja gewohnt sind, Forschungsleistungen nach der Anzahl von fertig gestellten Dissertationen, nach Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften und der Anzahl von Zitaten von Veröffentlichungen zu bewerten, schreiben einen bemerkenswerten Satz: "An unrecognized benefit of this laboratory's research is the large sum of avoided damages and loss of life from natural catastrophes. If damages avoided and lives saved were used as a perfomance index, it might be comparable in significance to a high rating on the citation index." Es freut uns natürlich, dass internationale Wissenschaftler diese Leistung der VAW und ihrer Mitarbeiter so sehen.

Doch auch bei den üblichen Bewertungskriterien bekommen wir Lob: "The number of peer reviewed publications (average of 40 per annum in the last five years) demonstrates the excellence of the research activities of the scientific staff." Als grosse Stärke der VAW wird auch die konsequente Kombination von Feldbeobachtung, physikalischem Versuch und numerischer Modellierung an-gesehen sowie die gute und nahtlose Zusammenarbeit zwischen den Mitarbei-terinnen und Mitarbeitern der VAW, die die Kreativität und die überzeugenden Forschungsresultate mindestens teilweise erklären, so der Bericht.

Diese durchwegs positiven Aussagen des Evaluationsberichtes freuen uns und sind uns gleichzeitig Verpflichtung auf diesem eingeschlagenen Weg weiterzu-gehen.

So können wir im vorliegenden Jahresbericht wieder fünf abgeschlossene Dissertationen und eine grosse Anzahl von Publikationen vorweisen. Aber wir berichten auch gern über die beträchtliche Anzahl von Projekt-, Semester- und Diplomarbeiten, also über unsere Arbeit in der Lehre, sowie über die Aufträge, die wir für Ämter oder private Firmen durchführen.

Die Erfolge, über die ich hier berichte, wären nicht möglich ohne ein hoch-motiviertes Team von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, ohne die Finanzierung unserer Forschungsprojekte und ohne die Aufträge für angewandte Forschung, die uns von verschiedenen Stellen gegeben wurden.

Ich möchte mich bei allen bedanken, die uns auch im abgelaufenen Jahr wieder finanziell unterstützt haben. Und ein ganz grosses Dankeschön geht an die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der VAW, die stolz sein dürfen auf die Ergeb-nisse der Evaluation.

Zürich, im Februar 2006

INHALT

Seite

1. Forschung 7

1.1 Hydraulik 7

1.2 Konstruktiver Wasserbau 19

1.3 Flussbau 29

1.4 Angewandte Numerik 45

1.5 Glaziologie 53

2. Lehre 66

2.1 Professur für Wasserbau und affiliierte Lehraufträge 66

2.2 Lehraufträge für Glaziologie an der ETHZ 71

2.3 Nachdiplomstudiengang „Hydraulic Structures“ gemeinsam mit dem LCH der EPFL in Lausanne

72

2.4 Nachdiplomstudiengang „Hydrology and Hydrogeology“ zusammen mit der EPFL, Modul „Stochastic Modelling, Hydrological Forecasting and Flood Risk in Zürich“

73

2.5 Diverses 73

3. Veranstaltungen 74

3.1 VAW 75 Jahre 1930-2005 74

3.2 ETH 150 Jahre “Welten des Wissens” 76

3.3 Hochwasserschutz und Flussrevitalisierung: Synergien für Mensch und Umwelt

77

3.4 Nachhaltiger Umgang mit Fliessgewässern: Beispiel Rhone und Thur

77

3.5 Öffentliche Kolloquien an der VAW 77

3.6 Seminar für Doktorierende an der VAW 78

4. Personelles 80

ANHANG 82

A.1 Grundlagenforschung 82

A.2 Angewandte Forschung 84

A.3 Mitarbeit in Kommissionen 87

A.4 Wissenschaftliche Publikationen 89

A.5 Vorträge von Mitarbeitern der VAW 93

A.6 Organigramm der VAW 99

7

1. Forschung

1.1 Hydraulik

Versagen von Buhnen im Flussbau

Buhnen stellen flussbauliche Elemente dar, mit deren Hilfe der Abfluss sowohl während Nieder- als auch bei Hochwasser kontrolliert wird. Abbildung 1 zeigt schematisch einen Buhnenverband in einem Rechteck-kanal; dieser wird durch eine Anzahl von Parametern beschrieben, etwa die hydraulische Belastung im Zuflusskanal, die Buhnengeometrie und die Sedimentologie sowohl des Bettsediments als auch des Ripraps. Insgesamt sind 15 Parameter in die Betrachtung einzubeziehen.

Abb. 1: Definitionsbild zum Versagen eines Buhnenverbands mit wichtigsten Bezeichnungen.

Aufbauend auf Vorversuchen wurden drei Versagensarten für den Riprap definiert, nämlich Rollen, Gleiten und Unterspülung eines sich direkt an der Buhnenperipherie befindlichen Riprap-Elements. Basierend auf dem Bewegungsmodell von Shields wurde weiterhin ein Versagensparameter R definiert, welcher sich auf die Einflüsse der Zuflusshydraulik im turbu-lent rauen Regime und die Granulometrie des Fluss-Sediments bezieht. Die weiteren Einflüsse aus Buhnengeometrie und Riprap-Granulometrie lassen sich demnach von den anderen Einflüssen entkoppeln. Damit wurde das komplexe Problem in Teilprobleme zerlegt, welche sich durch systematische Modellversuche untersuchen liessen.

In der Folge wurden die folgenden Einflüsse analysiert: (1) Riprap-Graduation, (2) Buhnen-Quergefälle, (3) Buhnenabstand, (4) Buhnen-

Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager Zusammenarbeit mit Seconda Università di Napoli: Prof. Dr. C. Gisonni

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länge, (5) Buhnenwinkel, (6) Buhnenhöhe, (7) Riprap-Durchmesser, (8) Riprap-Ausdehnung, (9) densimetrische Froudezahl und (10) Buhnenschutzmethoden. Mit insgesamt 101 Modell-Versuchen wurden diese Einflüsse experimentell untersucht. Weiter sind Zustände definiert worden, bei denen Buhnen keinen positiven Einfluss auf den Gesamtabfluss haben, da sie eine zu grosse Störung im Flussbett verursachen.

Abb. 2: Einfluss des Buhnenabstands auf den Kolkverlauf für Fd = 2.2 nach t = 3 h.

Zusätzlich sind auch Buhnengeometrien ermittelt worden, bei denen der Einsatz von Riprap-Elementen optimal erfolgt. Die Resultate beziehen sich sowohl auf vom Unterwasser uneingestaute als auch auf überströmte Buhnen. Die Abbildung 2 zeigt eine typische Aufnahme der Laboranordnung.

Tsunami-Auflaufvorgang

Im Dezember 2004 hat ein Tsunami im Indischen Ozean riesige Schäden verursacht und gleichzeitig der Öffentlichkeit die Gefährlichkeit solcher Naturereignisse eindrücklich vor Augen geführt. Die Abbildung 3 zeigt den Tsunami im Küstenbereich von Khao Lak und auf der Phi Phi Insel in Thailand. Ist diese Welle auf offenem Meer kaum wahrnehmbar, so steilt sie sich im Küstenbereich auf und bildet sich als eine Wasserwand aus, die alles ihr entgegentretende niederwalzt.

Im VAW-Wellenkanal wurde das Auflaufen eines Tsunamis experimentell simuliert; dabei sind mittels Particle-Image-Velocimetry PIV Aufnahmen ausgewertet worden, welche Hinweise auf das entstehende Geschwindigkeitsfeld geben (Abb. 4). Bei Tsunamis handelt es sich

Prof. Dr. W.H. Hager, V. Heller und J. Unger

9

prinzipiell um Schwerewellen, welche sich also mit der Propagations-Geschwindigkeit von (gh)1/2 fortbewegen, mit g als Erdbeschleunigung und h als der lokalen Wassertiefe. Im 1000 m tiefen Ozean beträgt demnach diese Geschwindigkeit rund 100 m/s, entsprechend 360 km/h. Die Wellen haben oft die Form einer Solitärwelle mit einem Wellenberg aber keinen Wellentälern. Typisch besitzt der Wellenberg eine Höhe von 10 m, die Wellenlänge kann rund 100 km sein, weshalb man einen Tsunami auf offener See kaum wahrnimmt.

Abb. 3: Auflaufender Tsunami in Thailand am 26.12.2004 (links: Khao Lak, courtesy of Knill Familiy, rechts: Phi Phi Island, courtesy of J.T.).

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Abb. 4: Auflaufvorgang eines Modell-Tsunamis mit instantanen Wasser-oberflächen und Geschwindigkeits-Feldern in acht Zeitschritten.

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Läuft nun der Tsunami an der Küste auf, so verformt er sich. Infolge des ansteigenden Meeresgrunds wird seine Front abgebremst; durch das nachfliessende Wasser steilt sich die Welle auf und nimmt die bereits beschriebene Dreieckform mit der fast vertikalen Wasserfront an. Die Abbildung 4 zeigt die zeitliche Entwicklung des Tsunamis während des Auflaufvorgangs.

Vorbelüftung von Treppen-Schussrinnen

Treppen-Schussrinnen sind eine attraktive Alternative zu glatten Schussrinnen, welche meistens bei relativ kleinen Fallhöhen und spezifischen Durchflüssen vorgesehen werden. Der Einsatz von Treppen-Schussrinnen wird heute durch zwei Begrenzungen eingeschränkt, die an der VAW weiter untersucht wurden, nämlich die Entstehung von Kavitationsschäden bei grossen spezifischen Durchflussbelastungen und die Entwicklung von Spray bei kleinen Durchflüssen. Mittels Modell-versuchen sind beide Einschränkungen bedeutend reduziert worden.

a) b)

c)

Abb. 5: (a) Definitionsskizze zur Treppen-Schussrinne mit dem Treppen-Belüfter in der ersten Treppe, (b) Detail zum Treppen-Belüfter und (c) prinzipielle Luftverteilung stromab des Treppen-Belüfters.

Wie sich hydraulisch nachweisen lässt, treten bei Treppen-Schussrinnen ab einer spezifischen Belastung von rund 30 m2/s Kavitationsschäden stromauf des Bodenbelüftungspunkts auf. Bekanntlich erreicht die turbulente Grenzschicht am Selbstbelüftungspunkt die Fliessoberfläche und belüftet von der Oberfläche her weiter stromab den gesamten Strömungsquerschnitt. Zwischen der ersten Stufe und diesem Punkt ist der Abfluss jedoch unbelüftet, weshalb an der ersten vertikalen Treppenfläche der Einfluss eines Belüfters auf den Abfluss untersucht

Forschungsprojekt VAW Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager Sachbearbeiter: M. Pfister

11

wurde. Die Abbildung 5 (a) zeigt eine Definitionsskizze der Treppen-Schussrinne mit Vorbelüftung, die Abbildung 5 (b) stellt den gewählten Treppen-Belüfter (Step aerator) dar, während Abbildung 5 (c) die typische Konzentrationsverteilung stromab des Treppen-Belüfters widergibt.

Die experimentellen Untersuchungen betrafen die Entwicklung der Belüftungsdicke zA(x), die Konzentrationsverteilung C(z) nahe des Pseudobodens PB, die Höhe zmax der maximalen Luftkonzentration sowie den Gesamt-Lufteintrag durch den Treppen-Belüfter. Weitere Angaben betrafen die Profile des Reinwasserabflusses und die Geschwindigkeits-Entwicklung längs der Treppen-Schussrinne. Es wurde schliesslich gefunden, dass der Treppen-Belüfter eine beschränkte Luftmenge dem Abfluss beimischt; dieser Anteil ist jedoch so klein, dass lediglich der kavitationsgefährdete Treppenbereich vorbelüftet wird und somit die heutigen Kenntnisse zu Treppen-Schussrinnen weiterhin gelten.

Abb. 6: Vergleich des konventionellen (links) mit dem vorbelüfteten (rechts) Abfluss auf Treppen-Schussrinnen für drei Durchflüsse. Man beachte den mit zunehmendem Zufluss sich vergrössernden unbelüfteten Bereich ab der ersten Treppe und die entsprechende Erhöhung des Kavitationspotenzials.

Die Abbildung 6 bezieht sich auf konventionellen und vorbelüfteten Abfluss über Treppen-Schussrinnen. Die Ermittlung der optimalen Geo-metrie des Treppen-Belüfters soll in zukünftigen Modelluntersuchungen ermittelt werden.

12

Geschichte der Hydraulik

Der Name von Auguste Graeff (1812-1884) ist heute fast vergessen, obwohl dieser bedeutende Bauingenieur wesentliche Neuerungen im 19. Jahrhundert bewirkte. Nach dem Durchlaufen der französischen Standard-Erziehung an der Ecole Polytechnique und der Ecole des Ponts et Chaussées wurde Graeff ab 1837 nahe seiner elsässischen Heimat in den Vogesen dem Corps zugeteilt, wo er sich in den folgenden 20 Jahre mit Ingenieurproblemen beschäftigte. Nachdem er 1856 Chef-Ingenieur wurde, versetzte man ihn ins Loiregebiet, wo er sich mit einem bedeutenden Staumauerprojekt beschäftigte. Ab 1875 war dann Graeff ein General-Inspektor und gehörte ab 1876 dem Vorstand des Ponts et Chaussées Corps an. Bis zu seinem Lebensende leitete er dieses Corps und legte ein beachtliches Buchwerk über den Wasserbau vor (Abb. 7).

Abb. 7: Auguste Graeff (1812-1884).

Graeff ist besonders bekannt geworden durch die Planung und die Aus-führung der Staumauer Furens im engen Tal von Gouffre d’Enfer südlich von Saint Etienne in Frankreich.

Abb. 8: Staumauer Furens, Querschnitt (links) und Ansicht (rechts) nach Graeff.

Bei dieser 50 m hohen Staumauer mit einer maximalen Stauhöhe von 45 m wurden erstmals physikalische Massstäbe angewendet, die unter anderem eine maximale Schubspannung von 60 MPa in die Bemessung einbezog.

Prof. Dr. W.H. Hager

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Weiter wurde die Mauer mittels einer Stabilitätsberechnung gegen Kippen bemessen. Die Mauer selbst hat keine Hochwasser-Entlastung, da ab einem bestimmten See-Wasserstand der Zufluss seitlich abgeleitet wird. Das Bauwerk wird auch heute noch genutzt; anlässlich eines Besuchs im Jahr 2004 staunt man über die Pionierleistung von Graeff und seinen Mitarbeitern, welche den Talsperrenbau bis um mindestens 1900 massgeblich beeinflussten. Abbildung 8 zeigt die wesentliche Schnitte dieses historischen Bauwerks. Weiter Arbeiten von Graeff betrafen die Bekämpfung von Hochwassern, welche sich hauptsächlich auf das Einzugsgebiet der Loire bezogen.

Schussrinnenbelüfter Lufttransport durch interne Abflussstrukturen

Durch das Zumischen von Luft in eine Hochgeschwindigkeitsströmung lassen sich Kavitationsschäden unterbinden. Üblicherweise wird daher oberhalb von gefährdeten Abschnitten auf Hochwasserentlastungs-anlagen ein Sohlbelüfter in Form eines Deflektors angeordnet. Dieser löst den Strahl vom Boden und erzeugt einen Unterdruck unterhalb des Abflusses. Wird an dieser Stelle ein Zuströmen von Luft ermöglicht, so wird diese in das abfliessende Wasser eingemischt.

Bis heute ist über den Lufttransport im Wasser unterstrom eines Deflektors wenig bekannt. Zudem konnte auf glatten und getreppten Schussrinnen nachgewiesen werden, dass beim Wiederanlegen des Wurfstrahls ein grosser Teil der Luft infolge massiven Bodendrucks ausgetragen wird. Daher sind im Rahmen dieser Dissertation an der VAW Modellanlage Messungen der Luftkonzentrationen unterstrom von Deflektoren verschiedenster Geometrie vorgenommen worden. In einem ersten Schritt wurde der Einfluss der Belüfterhöhe unter sonst gleich bleibenden geometrischen und hydraulischen Randbedingungen untersucht. Diese umfassen den Rinnensohlwinkel von 50°, eine Zuflusstiefe von ca. 8 cm, Reinwasser-Froudezahlen am Belüfteranfang um 7 und ein überall identischer Luftzufluss.

Der Einfluss der Belüfterhöhe auf die Luftkonzentrationsverteilung unterstrom vom Deflektor ist aus Abbildung 9 ersichtlich. Ein hoher Belüfter erzeugt einen deutlich grösseren Luftraum stromab des Deflektoren mit entsprechend grösseren Abflusstiefen. Auch liegen die Linien gleicher Konzentration beim Wasserspiegel weiter auseinander, was auf die Bildung eines intensiven Sprays schliessen lässt. Unterhalb des Wiederanlegens des Strahls an den Schussrinnen-Boden sind die mittlere Luftkonzentration und die Sohlluftkonzentration bei hohen Belüftern grösser als bei niedrigen.

Die in Abbildung 9 dargestellten Luftkonzentrations-Konturen deuten auf einen überraschend schnellen Luftaustrag entlang der Schussrinnen-

Forschungsprojekt SNF Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager Doktorand: M. Pfister

14

Sohle: Bereits nach einer Distanz von etwa zwei Strahlwurflängen hat sich die Boden-Luftkonzentration von 100% direkt unterstrom des Belüfters auf wenige Prozente reduziert. Demnach wird sogar bei einer hochturbulenten Strömung die Luft extrem schnell aus dem Wasser ausgetragen.

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(c)

Abb. 9: Luftkonzentrationsprofile unterstrom der Belüfter mit der Belüfterhöhe t = (a) 6.7 mm, (b) 13.3 mm und (c) 26.7 mm.

In einem zweiten Schritt werden unterschiedlich steile Belüfter untersucht. Zusätzlich zum Verhältnis 1:10 nach Abbildung 9 werden auch Belüfter mit den Steigungen 1:7 und 1:5 eingebaut und vermessen. Bei gleich hohen Belüftern wird die Belüftersteigung einen wesentlichen Einfluss auf den Luftraum und auf die maximale Wassertiefe ausüben. Weiter wird das Luftkonzentrationsfeld für einen Belüfter mit unterschiedlichen Lufteintragskoeffizienten analysiert.

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Abflusscharakteristik um Brückenpfeiler

An umströmten Brückenpfeilern können aufgrund der angreifenden hydraulischen Kräfte lokale Erosionen entstehen. Insbesondere während Hochwasser vermögen die Ausmasse dieser so genannten Kolke die Standsicherheit des gesamten Bauwerks zu gefährden. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Ursache der Kolke, also das Strömungs-feld um kreiszylindrische Brückenpfeiler, darzustellen und qualitativ sowie quantitativ zu analysieren.

Zur Visualisierung der Umströmungscharakteristik von Brückenpfeilern wurde im bestehenden VAW-Kolkkanal ein Particle Image Velocimetry (PIV) Setup implementiert. PIV ist ein optisches Messverfahren zur nicht-intrusiven, simultanen Erfassung momentaner Geschwindigkeitsfelder und ist aufgrund dieser Eigenschaften eine optimale Methode zur Aufnahme der instationären und turbulenten Strömungsstrukturen. Die Abbildung 10 zeigt eine schematische Prinzipskizze des innerhalb dieser Forschungsarbeit entwickelten PIV-Messystems.

Abb. 10: Schematische Skizze des PIV-Setups.

Mittels dieses Messsystems konnten die Geschwindigkeitsfelder sowohl in vertikalen als auch in horizontalen Schnitten um den Brückenpfeiler aufgenommen werden. Die Abbildung 11 zeigt exemplarisch für den Zeitpunkt t = 1 d die aus den Geschwindigkeitsvektoren berechneten Stromlinien in zwei horizontalen Schnittebenen: (a) oberhalb des Kolks nahe der Wasseroberfläche und (b) im Kolk auf Höhe der halben Kolktiefe. Durch die Präsenz des Pfeilers wird die Strömung zwischen der ursprünglichen Sediment- und der Wasseroberfläche in Kanalquer-richtung abgelenkt und zu den Pfeileraussenseiten hin beschleunigt.

Forschungsprojekt SNF Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager Doktorand: J. Unger

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Unter einem Winkel von ~100°, gemessen aus der Hauptströmungs-richtung, löst sich die Strömung ab und es entsteht stromab vom Pfeiler ein hoch turbulentes Nachlaufwirbelgebiet. Ausserhalb davon ist eine relativ gleichförmige und wirbelfreie Strömung vorhanden. Im Gegensatz dazu legt sich die Strömung im Kolk über die gesamte Pfeilerperipherie an und ähnelt hier der Coanda-Strömung. Stromauf vom Pfeiler ist hingegen infolge des Hufeisenwirbelsystems ein hochturbulentes Strömungsfeld zu beobachten.

Abb. 11: Horizontale Umströmung eines kreiszylindrischen Brückenpfeilers, Stromlinien in den Tiefen (a) z/ho = +0.7 und (b) z/ho = −0.5 für ho = 0.13 m, Vo = 0.39 m/s, Fd = 2.83 und D = 0.26 m; (---) momen-tane Kolkbegrenzung.

Aus der Kenntnis der sohlnahen Geschwindigkeitsverteilung war es im nächsten Schritt möglich, die kolkverursachenden Sohlschub-spannungen τo zu berechnen. In der Abbildung 12 ist der Verlauf dieser zu den Zeitpunkten (a) t = 1 min und (b) t = 1 d dargestellt. Dabei ist der Bewegungsbeginn bei τo/τc = 1 definiert. Zum Anfang des Kolkvorgangs entstehen am Pfeiler unter einem Winkel von ~75° hohe Schubspannungen und folglich ist dort der Kolkbeginn.

Abb. 12: Sohlschubspannungen τo/τc zum Zeitpunkt (a) t = 1 min und (b) t = 1 d.

Im Verlaufe des Kolkprozesses nehmen die Schubspannungen an der Pfeilerperipherie kontinuierlich ab und der Kolk vertieft sich nur noch in der hauptströmungsparallelen Pfeilersymmetrieachse aufgrund des dort ausgebildeten Hufeisenwirbels.

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Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden die vertikalen sowie hori-zontalen Umströmungsstrukturen systematisch ermittelt und ausgewertet. Dabei konnte die Umströmung in vier prinzipielle temporäre Phasen aufgeteilt werden und die wesentlichen Strukturen sowie die resultierenden Sohlschubspannungen in Bezug auf die hydraulischen und geometrischen Randparameter allgemeingültig hergeleitet werden.

Impulswellen Einflüsse des Eintauchwinkels und der Granulometrie

Impulswellen entstehen in Seen, Stauseen oder Ozeanen als Folge von Erdrutschen und Uferinstabilitäten, Fels- und Bergstürzen sowie Gletscherabbrüchen und Schneelawinen. In den Alpen ist das Gefahrenpotenzial aufgrund von vielen Stauhaltungen mit steilen Ufern gross. Dies zeigte sich beispielsweise 1963 im nord-italienischen Vajont, als eine riesige Felsmasse in einen Stausee rutschte und dabei die bis dahin grösste Bogenstaumauer der Welt überschwappte. Die Mauer hielt der mehrfachen Bemessungseinwirkung praktisch unbeschadet stand, es mussten aber über 2000 Unterlieger in Folge der Flutwelle ihr Leben lassen. Obwohl sich solche Naturereignisse kaum aufhalten lassen, kann man den Schaden mit einer künstlichen Seespiegelabsenkung oder Evakuierungen mindern. Um angemessen zu reagieren, sind Kenntnisse über die maximale Wellenhöhe und die Wellendämpfung entscheidend.

Abb. 13: Definitionsskizze mit Rutschmächtigkeit s, Rutschdichte ρs, Rutschmasse ms, Eintauchgeschwindigkeit Vs, Rutschvolumen Vs, Hangneigungswinkel α, Wasserdichte ρw, Maximalamplitude aM, Ruhewassertiefe h sowie dem xz-Koordinatensystem.

Dieses Forschungsprojekt soll den Einfluss des Hangneigungswinkels α und der Granulometrie des Eintauchmaterials auf die Impulswellenge-nerierung mittels einer hydraulischen Versuchsanlage zweidimensional untersuchen. Mit den bereits früher untersuchten Parametern Rutschein-tauchgeschwindigkeit Vs, Ruhewassertiefe h, Rutschmächtigkeit s, Rutschvolumen Vs sowie Rutschdichte ρs ergibt sich somit das vollständige Set der sieben wichtigsten Einflussgrössen (Abb. 13).

Forschungsprojekt SNF Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager Doktorand: V. Heller

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Versuche zum Einfluss des Hangneigungswinkels α wurden bei 30°, 45° und 60° durchgeführt und werden mit der momentanen Position vom 90° abgeschlossen. Daten bei 0° wurden der Literatur entnommen und ebenfalls in die Bemessungsdiagramme integriert. Weiter konnte das speziell angefertigte Material für die Untersuchung des Einflusses der Kornzusammensetzung auf Impulswellen im nächsten Jahr beschafft werden.

Mit der Umstellung der Einflussgrössen in dimensionslose Parameter wird der Versuchsaufwand beträchtlich vermindert und die Resultate lassen sich allgemeingültig darstellen. Für die Impulswellengenerierung ergeben sich aus den sieben Einflussgrössen nach Abbildung 13 sowie der Erdbeschleunigung g und der konstanten Kanalbreite b nur noch fünf unabhängige Parameter, nämlich die Eintauch-Froudezahl des Rutsches F = Vs/(gh)0.5, die relative Rutschmächtigkeit S = s/h, die relative Rutschdichte D = ρs/ρw, die Verdrängungszahl V = Vs/(bh2) sowie der Hangneigungswinkel α. Den weitaus grössten Einfluss auf die Wellen-parameter besitzt die Grösse F. Die relative Maximalamplitude AM = aM/h wird durch die Wurzel des Kosinus (cosα)1/2 für 0 ≤ α ≤ 60° beeinflusst.

Abb. 14: Eintauchendes Versuchsgranulat in den Wellenkanal mit F = 2.27, S = 0.40, D = 0.96, V = 0.47 und α = 30°.

In der hydraulischen Versuchsanlage lassen sich vier verschiedene Wellentypen beobachten, die sich am ehesten wie Stokes-, Cnoidal-, Solitär- und Schwallwellen verhalten. Die Abbildung 14 zeigt einen Versuch mit eher klein gewählten dimensionslosen Grössen: Mit Ausnahme des Hangneigungswinkels α nimmt die Maximalamplitude aM mit grösser werdenden dimensionslosen Parametern zu.

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1.2 Konstruktiver Wasserbau

Kraftwerk Eglisau, Hydraulische Modellversuche im Zusammen-hang mit der Neukonzessionierung

Die NOK nutzen die Staustufe im Rhein bei Eglisau zur Erzeugung elektrischer Energie. Auf der Grundlage eines neuen NOK-Konzessions-gesuchs wurde die abgelaufene Konzession 1998 erneuert und trat 2002 in Kraft. Die Neukonzessionierung ermöglicht den Kraftwerksausbau, der durch eine Modernisierung der Energieerzeugungsanlage und einer erhöhten Wassernutzung von 400 m3/s auf 500 m3/s erreicht werden kann.

Die Turbinen der heute bestehenden Anlage werden z.T. äusserst ungünstig und ungleichmässig angeströmt, was bei einer Erhöhung der Ausbauwassermenge sich weiter verschlechtern wird.

Abb. 15: Strömungsverlauf im Rhein und im Vorbecken des Kraftwerks Eglisau beim geplanten Ausbaudurchfluss von 500 m3/s.

Der Eintritt der Strömung in das Vorbecken erfolgt im wehrnahen Drittel der Aussenrechenanlage, denn die Strömung im Rhein dreht erst vor dem Wehr zur schweizerischen Uferseite bei (Abb. 15). Im Vorbecken schwenkt die Strömung dann zu der Zentrale hin ab. Dieses grossräumige Strömungsfeld stellt sich infolge der Abflusskonzentration in der Kurvenaussenseite des Rheins ein und schränkt das Potential von baulichen Massnahmen zur Optimierung der Strömverhältnisse im Vorbecken unter den gegebenen Randbedingungen stark ein.

Auftrag: Kraftwerk Eglisau-Glattfelden AG Projektleiter: A. Lais Sachbearbeiter: M. Wickenhäuser

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Die Geschwindigkeitsverteilungen in den ufernahen Turbineneinläufen weisen leichte Asymmetrien auf. Dagegen sind bei der wehrnahen Turbine die Geschwindigkeiten stark asymmetrisch um die Mittelachse verteilt und der Durchfluss ist deutlich reduziert. Die unvorteilhaften Strömungsverhältnisse stehen im Zusammenhang mit dem strömungs-technisch sehr ungünstig geformten Trennpfeiler zwischen Wehr und Zentrale, an dessen quaderförmigen Umrandung sich die Strömung ablöst.

Durch eine günstigere Ausbildung des Trennpfeilers können die Anströmverhältnisse optimiert und damit eine Leistungssteigerung der Turbine erreicht werden.

Im zweiten Teil der Untersuchung liegt der Fokus auf den Unterwasser-verhältnissen des Kraftwerks.

Gemäss den Aufzeichnungen der Wasserspiegellagen im Ober- und Unterwasser hat sich das mittlere Bruttogefälle im Laufe der Zeit reduziert. Als massgebliche Ursache hierfür gilt ein Hangrutsch auf deutscher Seite auf der Höhe der Glattmündung während des Hoch-wassers im Sommer 1999.

Die hydraulischen Modellversuche zeigen, dass sich die veränderte Sohlentopographie im Unterwasser signifikant auf die Strömungs-verhältnisse und damit auf die Wasserspiegellagen im Unterwasser-becken auswirkt.

Daneben werden die Auswirkungen einer Verkürzung des Unter-wassersporns zwischen Zentrale und Wehr auf die Wasserspiegellage und damit auf das Bruttogefälle aufgezeigt. Mit einem verkürzten Sporn wird im Unterwasserbecken eine mittlere Wasserstandssenkung zwischen 2-5 cm erreicht.

Entsander von Wasserkraftanlagen

Bei der Entnahme von Wasser aus fliessenden Gewässern werden immer auch Stoffe in fester Form mit in die Wasserfassung geleitet. Feststoffpartikel wirken sich auf den optimalen Betrieb einer Wasserkraftanlage störend aus, da sie zu Ablagerungen im Leitungs-system und zu Verschleiss an den hydraulischen Anlagenkomponenten führen. Um diese zu verringern, werden zur Abtrennung dieser Feststoffe aus dem Triebwasser Entsandungsanlagen gebaut.

Das im April 2002 begonnene Forschungsprojekt konzentrierte sich auf eine systematische Zusammenstellung der bestehenden Entsandungs-anlagen an schweizerischen Wasserkraftanlagen (Ortmanns, Volkart 2003), das Erarbeiten der Zusammenhänge zwischen suspendiertem Feststoffgehalt und Hydroabrasivverschleiss sowie der tatsächlichen, in

Forschungsprojekt: PSEL Projektleiter: Dr. P. Volkart Doktorand: C. Ortmanns

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situ gemessenen dreidimensionalen Strömungsverhältnisse in drei verschiedenen Entsanderbecken unterschiedlicher Geometrien und Zuströmverhältnisse (Ortmanns, Volkart 2004). Ausserdem wurden die Absetzleistungen in situ gemessen und ein numerisches Modell ent-wickelt mit dem sich, auf der Grundlage der tatsächlich gemessenen drei-dimensionalen Strömungs- und Turbulenzdaten, die Absetztrajektorien und somit die Absetzleistung für jede beliebige Kornfraktion bestimmen lässt.

Abb. 16: Entsanderbecken mit vertikalem Spülsystem nach Bieri. Durch Öffnen der verschieblichen Lochplatten werden die Sandablagerungen über den Spülkanal ausgespült. Durch den Spülvorgang wird die Wasser-entnahme nicht gestört.

Die Bemessung von Sandfängen ging bisher immer von idealen Strömungsverhältnissen und einem konstanten Turbulenzniveau über die gesamte Beckenlänge aus. Die Auswertung der Strömungs- und Turbu-lenzdaten hat aber deutlich gezeigt, dass diese idealen Verhältnisse in der Praxis nicht erreicht werden. Die Übergänge von den schnell durchströmten Zulaufkanälen zu den Absetzbecken verursachen ein Turbulenzniveau, welches am Beckenanfang um ein Vielfaches über dem am Beckenende liegt. Da die Strömungsturbulenz einen erheblichen Einfluss auf den Absetzvorgang hat, sollte deren Verlauf genauer quantifiziert werden. Es hat sich herausgestellt, dass die Turbulenz, dargestellt in Form der vertikalen Turbulenzintensität, für jede durchgeführte Messvariante exponentiell über die Beckenlänge abnimmt. Durch das Berücksichtigen von Grösse und exponentiellem Verlauf der vertikalen Turbulenzintensität konnte eine neue, praxisgerechte Bemessungsgleichung entwickelt werden.

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Optimierung der Hochwasserentlastunsanlage des Kárahnjúkar Staudamms

Im Osten Islands erstellt Landsvirkjun die Wasserkraftanlage Kárahnjúkar zur Versorgung einer geplanten Aluminiumschmelze mit elektrischer Energie.

Im Fokus der hydraulischen Modelluntersuchung steht die Hochwasser-entlastungsanlage des Stausees, die unreguliert zu einem breiten Spektrum an Abflüssen führt. Aufgrund der örtlichen Topographie fällt das Wasser am Ende der Schussrinne über den Rand einer sehr engen Schlucht 100 m im freien Fall ins Unterwasser (Abb. 17).

Um die Wasserstrahlen sämtlicher Abflüsse bis zum Bemessungs-hochwasser auf das künstliche Wasserpolster aufprallen zu lassen, ist in den Modelluntersuchungen an der VAW im Jahr 2004 das abgestufte Schussrinnenende entwickelt worden. Beim abgestuften Schuss-rinnenende wird der Strahl kleinerer Abflüsse auf einem tiefer gelegenen Plateau abgelenkt, um das Wasser kontrolliert über die Felskante zu leiten.

Abb. 17: Freier Fall des Bemessungshochwassers von der oberen

Absprungkante des abgestuften Schussrinnenendes bis auf das künstlich geschaffene Wasserpolster. Sieben auf der oberen Absprungkante angeordnete Strahlstörkörper fächern den Strahl vor allem in vertikaler Richtung auf.

Im Jahr 2005 konzentrierten sich die Untersuchungen auf die Charakteristika des Wurfstrahls und die Energieumwandlung im künstlichen Wasserpolster. Mittels Voraushub des Schottermaterials in der Schlucht und eines zusätzlichen kleinen Damms wird ein hohes Wasserpolster aufgestaut, in dem die Energieumwandlung erfolgen kann.

Auftrag: Landsvirkjun, Island Projektleiter: A. Lais Sachbearbeiter: T. Berchtold

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Mit folgenden Massnahmen im Absprungbereich der Schussrinne können die erodierenden Kräfte in der Schlucht reduziert werden:

• Eine seitliche Aufweitung des untersten Abschnitts der Schuss-rinne fördert das seitliche Aufreissen des Strahls (Abb. 18).

• Strahlstörkörper auf der Absprungkante führen zu einer vertikalen Auffächerung des Strahls.

In beiden Fällen wird die Querschnittsfläche und somit die Auftrefffläche des Strahls vergrössert, was zu einer kleineren Energiedichte im Aufprallbereich führt. So reduzieren z.B. die Strahlstörkörper die mittlere hydrodynamische Belastung auf die Sohle um bis zu 50%.

Abb. 18: Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des frei fallenden Strahls. Blick von

oben auf den mittleren Abschnitt des Strahls. Die Desintegration des Strahls ist erkennbar.

Wasserfassung am Ufsarlón Speicher in Island

Die nationale Energiegesellschaft Landsvirkjun erstellt im Westen Islands zur Versorgung einer Aluminiumschmelze die Wasserkraftanlage Kárahnjukár. Ein 40 km langer Triebwasserstollen leitet das Wasser vom Hauptspeicher Hálslón zum Krafthaus. Zusätzlich wird Wasser in einer Nebenfassung am kleineren Ufsarlón Speicher (Jökulsá tunnel intake) gefasst und via Umleitstollen (Jökulsá tunnel) in den Triebwasserstollen geleitet.

Die Wasserfassung am Ufsarlón Speicher besteht aus einem gekrümmten Zulaufkanal, einer Tauchwand um Eis abzuhalten, einem regulierbaren Überfall mit 10.6 m langer Krone und einer Sammelrinne mit an-schliessender Entgasungsstrecke. Der Einlauf in den Umleitstollen

Auftrag: Landsvirkjun, Island Projektleiter: H. Sigg

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ist am Ende der Kammer angeordnet. Auf den ersten 3 km des Umleitstollens wird mit einem Düker eine Talmulde unterfahren.

Abb. 19: Hydraulisches Modell der Wasserfassung im Massstab 1:22.

Das Froude-Modell hat einen Massstabsfaktor von 22 und umfasst einen Teil des Speichers mit dem 170 m langen Zulaufkanal, das Einlauf-bauwerk und 175 m des Umleitstollens (Abb. 19). 125 m nach dem Stolleneingang ist ein Entlüfter angeordnet.

Der Fokus der Modellversuche richtet sich auf folgende Punkte:

• Gewährleistung der Abflusskapazität.

• Effiziente Energiedissipation bei sämtlichen Durchflüssen und Wasserspiegellagen in der Sammelrinne.

• Entgasung von möglichst viel der eingetragenen Luft vor dem Stolleneinlauf.

• Sichere Entlüftung der im Druckabfluss verbleibenden Luft durch den 125 m nach dem Stolleneingang angeordneten Entlüfter.

• Begrenzung des maximalen Abflusses durch das Drucksegment-schütz. Effiziente Energiedissipation und Entlüftung auch bei den entsprechenden Teilöffnungen des Schützes.

Als Hauptproblem erweist sich der an den seitlichen Überfall gekoppelte Lufteintrag in die Spiralströmung der Sammelrinne. Ohne entsprechende Massnahmen werden sehr grosse Mengen Luft durch die Spiralströmung in den Stollen transportiert, wo die Blasen teilweise im Kern der weiterhin rotierenden Strömung gefangen bleiben und den Entlüfter passieren.

Durch den Einbau eines Gleichrichter-Kreuzes zu Beginn der Entgasungsstrecke in der Sammelrinne kann jedoch die Spiralströmung gebrochen werden. In Kombination mit der Verlängerung der

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Entgasungsstrecke wird die Entgasung in der Kammer gefördert und der Lufteintrag in den Stollen minimiert (Abb. 20). Die wenigen im Druckabfluss noch verbleibenden Luftblasen entweichen im nach-geschalteten Entlüfter.

Abb. 20: Wasser-Luft Gemischabfluss in der verlängerten Sammelrinne mit eingebautem Gleichrichter-Kreuz (Abfluss 80 m3/s, Fliessrichtung von rechts nach links).

Entlüftungseinrichtungen des Pumpspeicherkraftwerks Kopswerk II

Zur Erzeugung von Spitzen- und Regelenergie errichten die Vorarlberger Illwerke AG in Gaschurn-Partenen die Kraftwerksstufe Kopswerk II. Im Rahmen der hydraulischen Modellversuche an der VAW zur Optimierung der Druckluftkammern von Kopswerk II zeigt sich, dass insbesondere bei instationären Lastfällen unter Umständen am Ende der Kammer Luft in den Druckabfluss eingetragen wird. Einzelne Luftbläschen können sich im Unterwasserstollen zu Luftblasen und einzelne Blasen zu Lufttaschen ansammeln und sich im Zusammenhang mit dem hydraulischen Kurzschluss negativ auswirken (im hydraulischen Kurzschluss speist die Pumpe direkt in die Peltonturbinen ein; „regulierbare“ Pumpe). Diese Luft gilt es in Entlüftungseinrichtungen aufzufangen und zu entgasen.

Auf theoretischen Grundlagen, Erfahrungen aus anderen Modell-versuchen zu Entlüftungseinrichtungen und einfachen Detailmodell-versuchen werden die Luftabscheidedome dimensioniert sowie die Führung der Steigrohre beurteilt.

Für die Wahl des optimalen Standortes einer Entlüftungseinrichtung muss vorab beurteilt werden, wie sich die Luft im System bewegt. Hierzu müssen der Luftgehalt (Blasengrösse), die Strömungsgeschwindigkeiten, die Neigung der Stollen und die Hochpunkte als auch mögliche Sekundärströmungen berücksichtigt werden. In Abhängigkeit dieser Parameter bewegt sich die Luft entweder stromab- oder stromaufwärts.

Im speziellen Fall der Anlage Kopswerk II werden zwei Entlüftungs-

Auftrag: Vorarlberger Illwerke AG Projektleiter: A. Lais Sachbearbeiter: M. Wickenhäuser

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einrichtungen in der Unterwasserführung realisiert. Sie bestehen aus einem Luftabscheidedom, in dem die Luft aufgefangen wird und einem Steigrohr, das die Luft abtransportiert (Abb. 21).

Abb. 21: Strömungsverhältnisse in einem optimierten Entlüfterdom. Bei zu

langem Dom (gestrichelte Linie) kann sich eine zweite Walzen-strömung ausbilden. Durch Pulsationen im Steigrohr wird unter Umständen ein Teil der Luft zurück in den Stollen befördert.

Die erste Entlüftungseinrichtung im Unterwasserstollen führt die Luft über ein geneigtes Steigrohr (Abb. 22) in den Schacht des Unterwasser-schlosses. Diese Entlüftung ist vor allem für den Füllvorgang vorgesehen und wird im Betrieb auf Grund von einer Spiralströmung im Stollen strömungs-technisch nicht optimal angeströmt.

Abb. 22: Aufstieg einer Taylor Blase (slug flow) in einem um 40° zur Horizontalen ansteigenden Entlüftungsrohr.

Deswegen wird im Pumpwasserstollen eine zweite Entlüftung ange-ordnet, die als letztes Sicherheitsorgan vor dem hydraulischen Maschi-nensatz noch sämtliche im System verbliebene ungelöste Restluft entfernt.

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Bei der Dimensionierung des Steigrohres ist zu beachten, dass sich bei unterschiedlichen Luftdurchflüssen unterschiedliche Strömungsmuster einstellen. Bei grösseren Luftdurchflüssen bildet sich slug flow, bei dem, in Steigrohren mit freiem Wasserspiegel, grosse Wasserspiegel-schwankungen angeregt werden können. Diese sind beim Design des Doms zu berücksichtigen, da sie unter Umständen schon aufgefangene Luft wieder zurück in den Druckabfluss eintragen können.

Datenanalyse und statistische Auswertung der Trübemessungen im Bodensee

Mit dem Ziel die vom Alpenrhein mitgeführten Schwebstoffe in tiefere Schichten des Bodensees zu transportieren und damit die Verlandung der Bregenzer Bucht zu stoppen, wurde die Rheinmündung seit den siebziger Jahren bis heute um einige Kilometer seewärts vorgebaut. Ob die Rheinvorstreckung am gegenüberliegenden deutschen Bodenseeufer zu höheren Schwebstoffablagerungen führt, wird anhand von Trübe-messungen des Rohwassers der Wasserfassung in Nonnenhorn untersucht.

Abb. 23: Überblick über das betrachtete Bodenseegebiet. Die Herkunft und Art der für die Studie zur Verfügung gestellten Daten sind in den schwarzen Boxen angegeben.

Die Zunahme der Jahresmittel der Trübewerte ist primär auf Trübe-spitzen (hohe Trübewerte) zurückzuführen, bei kleinen oder mittleren Trübewerten ist dagegen keine systematische Zunahme festzustellen.

Auftrag: Internationale Rheinregulierung Projektleiter: Dr. R. Fäh, Dr. P. Volkart Sachbearbeiter: M. Wickenhäuser, G. Möller

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Als hauptsächliche Ursachen von hohen Trübewerten des Rohwassers des Wasserwerks in Nonnenhorn wurden Hochwasserereignisse mit gleichzeitig hoher Schwebstoffkonzentration im Alpenrhein im Sommer sowie Sturmereignisse im Herbst und Winter erkannt. Der Schichtung im See kommt dabei eine, als wesentliche Randbedingung, besondere Bedeutung zu.

Rund die Hälfte aller Trübespitzen steht nach Auswertung aller vorliegenden Daten allem Anschein nach nicht mit dem Alpenrheinabfluss und dem Schwebstoffeintrag in Zusammenhang.

Damit kann auf der Grundlage vorliegender Daten ein Zusammenhang zwischen dem Baufortschritt der Rheinvorstreckung und der gemessenen Trübe der Wasserfassung bei Nonnenhorn nicht nachgewiesen aber auch nicht ausgeschlossen werden.

Die Auswertung der Sauerstoffdaten ergab, dass der Sauerstoffgehalt im mittleren und östlichen Teil des Bodensees im Mittel zwischen 8 mg/l in der Tiefe und 10 mg/l an der Oberfläche aufweist. Nur 0.1% der Daten des Sauerstoffgehaltes liegen unter 4 mg/l und 1.1% unter 6 mg/l. Im zeitlichen Verlauf ist kein Trend des Sauerstoffgehaltes zu erkennen. Ebenso zeigt sich kein Einfluss des Alpenrheineinstroms und somit auch der Rheinvorstreckung auf den Sauerstoffgehalt tiefer Wasserschichten des Bodensees.

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1.3 Flussbau

Sohlenmorphologie und Stabilität steiler Gerinne

Schäden durch Hochwasserereignisse in Gebirgsregionen stehen häufig im Zusammenhang mit Prozessen, bei denen der Erosion und der Ablagerung von Sedimenten eine bedeutende Rolle zukommt. Als wesentliche Feststoffherde sind hierbei vor allem die Gerinnesohle sowie die Seitenhänge zu nennen. Da die Hangstabilität massgeblich von der Eintiefung der Gerinnesohle beeinflusst wird, kommt der Beurteilung der Sohlstabilität eine besondere Bedeutung zu.

In Fällen, in denen die Stabilität der natürlichen Sohle nicht ausreicht, um ein definiertes Schutzziel einzuhalten, besteht die Möglichkeit, erosions-begrenzende Sohlenbauwerke zu realisieren. Hierbei ist in den letzten Jahren die Nachfrage an gewässerökologisch verträglichen Lösungen stark gestiegen. Dieser Forderung wird mit der Entwicklung und Realisierung von morphologienahen Sohlenbauwerken (z.B. aufgelöste Blockrampen) entsprochen. Erkenntnisse bezüglich der Sohlen-morphologie und Stabilität natürlicher Strukturen sind daher für die Ableitung von Bemessungsgrundlagen für naturnahe Sohlstabili-sierungsmassnahmen von zusätzlichem Interesse.

Abb. 24: Steile Gerinne zeichnen sich durch grobe, strukturierte Deckschichten

aus. Das Bild zeigt verschiedene Stufentypen im Modell in seitlicher Ansicht.

Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war an beiden Themengebieten ausgerichtet. Zu diesem Zweck wurden an der VAW physikalische Modellversuche (Abb. 24) durchgeführt. Ein wesentliches Resultat der vorliegenden Untersuchung ist die Erkenntnis, dass die massgebenden Prozesse durch das Auftreten verschiedener geomorphologischer Skalen beeinflusst werden. Je nach vorhandenen Randbedingungen treten diese Skalen sowohl in der Natur als auch in der Versuchsrinne auf.

Forschungsprojekt des Bundesamt für Wasserwirtschaft und Geologie (BWG) Projektleiter: Dr. G.R. Bezzola Doktorand: R. Weichert

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Bezüglich der Sohlstabilität wird ein Modell vorgeschlagen, das den Einfluss der verschiedenen geomorphologischen Skalen Rechnung trägt. Dieses Modell besagt, dass ein Fliessgewässer in jeder vorhandenen Skala ein Selbststabilisierungspotenzial besitzt. Ausgehend von den Ergebnissen der vorliegenden Studie wird daher eine Beziehung vorgeschlagen, anhand derer der Zusammenhang zwischen dem Selbststabilisierungspotenzial jeder Skala und den dabei auftretenden Sohleneintiefungen gegeben wird.

Bei der Beurteilung der Stabilität naturnaher Sohlenbauwerke ist es wichtig, ob man die Stabilität eines einzelnen Bauwerks betrachtet oder die eines gesamten Flussabschnittes. Bemessungskriterien für ein Bauwerk oder eines seiner Teile orientieren sich an den vorhandenen Versagensmechanismen. Diese wiederum sind stark abhängig von der individuellen Beschaffenheit des Bauwerks. Demgegenüber lässt sich die Beurteilung der Stabilität eines Flussabschnittes mit den gleichen Konzepten durchführen, wie sie für die natürlichen Sohlen vorgeschlagen werden. In diesem Zusammenhang liefert die vorliegende Arbeit einen Vergleich zwischen der Stabilität natürlicher sowie gebauter Strukturen.

Einfluss von Schwemmholz auf den Hochwasserschutz

Das Hochwasser im August 2005 hat deutlich gezeigt, dass Schwemm-holz grosse Schäden anrichten kann. So kam es beispielsweise an vielen Orten zu Verklausungen an Brücken.

Abb. 25: Brücke Brünigbahn über die Melchaa bei Sarnen beim Hochwasser im August 2005.

Abbildung 25 zeigt die Brücke der Brünigbahn über die Melchaa bei Sarnen, die durch die grossen Schwemmholzmengen zerstört wurde.

Auftraggeber: Bundesamt für Wasserwirtschaft und Geologie (BWG) Projektleiter: Dr. G.R. Bezzola Sachbearbeiterin: D. Lange

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An der VAW wurden seit 1998 mehrere Projekte zum Thema Schwemm-holz bearbeitet. In Fallstudien und Diplomarbeiten wurden verschiedene Gesichtspunkte der Schwemmholzproblematik untersucht, beispielsweise Verklausungsprozesse, Schwemmholzrückhalt in Geschiebesammlern und im Gerinne sowie schadloses Weiterleiten des Holzes.

Die Erkenntnisse aus diesen Projekten werden derzeit in einem Bericht zusammengefasst. Dieser wird als VAW-Mitteilung 188 mit dem Titel „Einfluss von Schwemmholz auf den Hochwasserschutz“ Anfang 2006 erscheinen.

Auswirkungen einer möglichen Rutschung auf die Verhältnisse in der Sitter

Im Fall einer Instabilität des Rutschhanges im Bereich des Zielraums 5 auf dem Truppenübungsplatz Bernhardzell ist im Extremfall damit zu rechnen, dass ein Teil der Rutschmasse das Gerinne der Sitter erreicht. Drei möglichen Szenarien der Rutschung und den dazugehörigen Ablagerungen wurden durch die RSE GmbH aus Oberengstringen formuliert, wobei das Szenario I das wahrscheinlichste und das Szenario III das unwahrscheinlichste ist (Abb. 26).

Abb. 26: Situation mit den drei Szenarien im Bereich des Zielraums 5 beim Ausbildungsplatz Hilteren auf dem Truppenübungsplatz Bernhardzell (Rse 2004 und Bruni 1999).

Bei einer Verfüllung des Gerinnes durch Ablagerungen im Ausmass des Szenarios III wird ein potentielles Seevolumen von 300'000 m3 durch einen Damm von ca. 60'000 m3 aufgestaut. Im 150'000 m2 grossen, vom

Auftrag: armasuisse Bauten Projektleiter: Dr. G.R. Bezzola Sachbearbeiterin: N. Semadeni

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Rückstau betroffenen Gebiet liegen neben Kulturland, zwei Häuser (Haus 1 + 2) des Waffenplatzes Bernhardzell sowie die Brücke 1 (Abb. 27).

Abb. 27: Vom Rückstau betroffene Gebäude und Infrastruktur (Fliessrichtung von oben rechts nach unten links).

Das potentielle Seevolumen wird durch den Zufluss rasch gefüllt. Die Füllungsdauer beträgt bei Hochwasser wenige Minuten bis eine Stunde, bei Nieder- und Mittelwasser hingegen einige Stunden. Das Überströmen des Dammes führt zu einer progressiven Erosion und zur Bildung einer Flutwelle. Da das Dammvolumen von rund 60'000 m3 im Vergleich zum Volumen des aufgestauten Sees relativ klein ist, werden die Abla-gerungen rasch abgetragen und es ergeben sich scharfe Abflussspitzen.

Die Berechnungen zeigen, dass der Spitzenabfluss der durch das Auslaufen des Sees verursachten Hochwasserwelle primär von der Breschenbreite abhängig ist. Die Spitze der ausfliessenden Hochwasser-welle beträgt unabhängig vom Zufluss zwischen 300 bis 500 m3/s, was einem natürlichen Hochwasserabfluss mit einer Wiederkehrperiode von 5 Jahren, bzw. von 30 bis 40 Jahren entspricht. Die Hochwasserwelle wird auf dem rund 12 km langen Flussabschnitt bis Bischofszell gedämpft, sodass in Bischofszell mit kleineren Spitzenabflüssen zu rechnen ist.

Das Gefährdungspotential entlang des Sitterlaufs ist für Infrastrukturen eher gering. Für Menschen hingegen, die sich im Bereich des Flussbetts aufhalten, ist das Gefährdungspotential unter Umständen gross, weil das Auslaufen des Sees auch dann möglich ist, wenn es nicht erwartet wird (z.B. an einem schönen Sommertag mit relativ kleinen Abflüssen in der Sitter). Aufgrund der oben genannten Gründe wird die Ausarbeitung eines Überwachungs- und Alarmierungskonzeptes für das Szenario III empfohlen.

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Aufweitung durch Seitenerosion

Mit dem gestiegenen Umweltbewusstsein und aufgrund der Erfahrungen und Lehren aus den Hochwasserereignissen der letzten Jahre wurde erkannt, dass den Flüssen mehr Raum zugestanden werden muss. Kanalisierte Flüsse werden deshalb heute in der Schweiz nach Möglichkeit aufgeweitet. Die Aufweitung einer Flussstrecke kann auf zwei Arten erfolgen. Entweder wird die Aufweitung durch Abtrag des umliegenden Geländes künstlich herbeigeführt (maschinelle Aufweitung) oder erfolgt nach Entfernen des Uferschutzes auf natürliche Weise durch seitliche Erosion innerhalb einer für den Fluss freigehaltenen Pufferzone (eigendynamische Aufweitung, Abb. 28).

Abb. 28: Seitenerosion innerhalb einer für den Fluss freigehaltenen Pufferzone.

In den letzten Jahren sind verschiedenen Untersuchungen über die morphologischen Auswirkungen von Flussaufweitungen durchgeführt worden. Dabei wurden vor allem maschinelle Aufweitungen betrachtet, bei welchen der Breitenwechsel zwischen Kanal und Aufweitung abrupt ist. Die Prozesse im Zusammenhang mit eigendynamischen Aufweitungen, bei welchen eine sukzessive Verbreiterung durch Seitenerosion stattfindet, waren hingegen bisher nicht Gegenstand der Untersuchungen. Zwar existieren Studien über die maximal zu erwartende Breite, jedoch besteht ein signifikanter Bedarf an Untersuchungen über die Entwicklung der Seitenerosion und ihr Einfluss auf die Hydraulik und den Geschiebetransport in der Aufweitung sowie in den angrenzenden Fliessbereichen. Um diese Wissenslücken zu schliessen, wurde mit dem Projekt „Aufweitung durch Seitenerosion“ begonnen. Dieses Forschungsprojekt setzt sich zum Ziel, die zeitliche und räumliche Entwicklung der Seitenerosion in Abhängigkeit relevanter Parameter zu beschreiben.

Forschungsprojekt VAW Projektleiter: R. Weichert Doktorandin P. Requena

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Die Untersuchung soll anhand hydraulischer Versuche durchgeführt werden (Abb. 29) und die Resultate sollen mit dokumentierten Naturdaten verglichen werden, welche aus verschiedenen Flüssen (Töss, Thur, Aare, Moesa, Bünz, Tresa) zur Verfügung stehen.

B

L

x

yz

Achse der Versuchsrinne

Abb. 29: Untersuchung der Seitenerosion anhand hydraulischer Modell-versuche. Unter anderen werden die Breite B des aktiven Gerinnes und die Länge L einer Erosionszone in einem bestimmten Abstand zur Rinnenachse bestimmt.

Wichtige Parameter, die die Seitenerosion beeinflussen können, sind: der Abfluss und dessen zeitlicher Verlauf, das Talgefälle, die Kornzusammensetzung der Flusssohle, die Breite des Gerinnes vor dem Einsetzen der Erosion und die Geschiebezufuhr. Mittels einer geeigneten Kombination des Gerinnegefälles und der Kornzusammensetzung des Sohlenmaterials werden in den Versuchen voralpine Kiesflüsse modelliert, die eine Tendenz zur Mäanderbildung bzw. zur Verzweigung aufweisen. Die weiteren massgebenden Parameter werden systematisch variiert mit dem Ziel, die zeitliche und räumliche Entwicklung der Seitenerosion zu dokumentieren und sie in Abhängigkeit ihrer relevanten Parameter, qualitativ und mittels empirischer Beziehungen auch quantitativ beschreiben zu können.

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Neumühlewehr: Variantenstudium und Bemessung von zwei Lösungen

In den letzen 100 Jahren wurde die Sohle an der Emme mit rund 80 Querschwellen gesichert. Die Sohlsicherung war infolge Begradigung und Einengung des Emmebettes notwendig geworden, um der immer weiter fortschreitenden Sohlenerosion zu begegnen.

Die Betonsperre Neumühle befindet sich bei Emme-Kilometer 32.455, wo der Neumühlesteg über die Emme führt (Abb. 30). Im Herbst 2001 brach die Sperre beim Neumühlesteg während eines Hochwassers durch. Die Schwellenkorporation der II. Sektion der Emme steht vor der Aufgabe, die Betonsperre Neumühle durch ein neues Bauwerk zu ersetzen, welches sich zur Stabilisierung der Flusssohle in Form eines Fixpunktes im Längsgefälle eignet. Gleichzeitig soll das neue Bauwerk bei Niederwasser für Fische durchgängig sein. Ausserdem besteht seitens des Auftraggebers der Wunsch, die Schwelle aufgrund von Sicherheitsüberlegungen bezüglich des Hochwasserschutzes und hinsichtlich der Stabilität des Neumühlestegs zu erhalten.

Abb. 30: Betonsperre Neumühle bei km 32.455 mit einer Absturzhöhe von 3.2 m (Blick gegen die Fliessrichtung).

Das neue Bauwerk, welches an den bestehenden Absturz anschliesst, muss das Bemessungsereignis (HQ100) schadlos abführen können und es dürfen im Überlastfall (EHQ) keine unkontrollierten Prozesse auftreten. Die von der VAW erarbeiteten verschiedenen Varianten für den Neubau der Sohlstufe Neumühle können in 5 Klassen eingeteilt werden: Folge von kleinen Abstürzen (Traversensystem), aufgelöste und klassische Blockrampen, ausgeglichenes Längenprofil, Kombinationen aus Rampen und Abstürzen sowie Abstürze mit Fischaufstiegshilfen.

Lösungen in Form eines Absturzes mit Umgehungsgerinne, resp. Fischpass werden als heikel bezüglich der Funktionalität eingestuft. Varianten mit einer durchgehenden Sohle sind kaum umsetzbar, da sehr grosse Volumina an Fremdmaterial zugeführt werden müssten. Kombinationen aus Rampen und Abstürzen sind generell komplexer als reine Rampen- oder Absturzlösungen. Aufgelöste Blockrampen sind aufgrund des flachen Gefälles relativ aufwändig. Im Gegensatz dazu

Auftrag: Schwellenverband Emme II. Sektion Projektleiter: Dr. G. R. Bezzola Sachbearbeiterin: N. Semadeni

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können die klassischen Blockrampen mit Gefällen bis zu 7 % realisiert werden, wenn der Aufbau der Rampe zweischichtig mit Filterschicht oder die Rampenblöcke mehrlagig eingebracht werden. Traversensysteme ohne künstliche Deckschicht werden aufgrund des kleinen Grenzgefälles sehr lang. Durch Einbringen einer künstlichen Deckschicht und dem Anordnen von Einschnitten kann die Bauwerkslänge deutlich verkürzt werden.

Abb. 31: Traversensystem mit Einschnitten (Riedschwelle) an der Emme bei Signau.

Für die zwei gewählten Vorschlagslösungen Traversensystem mit Einschnitten (Abb. 31) und die klassische Blockrampe wurde eine Dimensionierung der wichtigsten Kenngrössen vorgenommen.

Abb. 32: Traversensystem mit einer künstlichen Deckschicht aus groben

Blöcken. Von links: Oberwasserstrecke, 4 Traversen mit 3 Feldern Oben: Abfluss von 4 m3/s (Q330); unten: 520 m3/s (HQ100).

Das Traversensystem wurde im hydraulischen Modell hinsichtlich Stabilität geprüft und die Einschnitte bezüglich Fischaufstieg und Kolkproblematik optimiert (Abb. 32).

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Das vorgestellte Traversensystem weist hinsichtlich der Erweiterbarkeit (eine zukünftige Sohleneintiefung des Unterwassers kann mit Ergänzen einer zusätzlichen Traverse mit vertretbarem Aufwand erfolgen) und des Anschlusses an den bestehenden Absturz Vorteile auf. Nachteilig wirken sich die grosse Bauwerkslänge, die grossen Volumina für die künstlichen Deckschichten und die Fundationstiefen der Traversen aus. Im Gegensatz dazu ist die Erfahrung mit der Realisierung von klassischen Blockrampen grösser und die Blockrampen weisen ein relativ vielfältiges Strömungsmuster auf. Als Nachteil der klassischen Blockrampe sind der lang gezogene Kolk, der Anschluss an den bestehenden Absturz und das kollapsartige Versagen im Überlastfall zu erwähnen.

Beide Vorschlagslösungen sind jedoch grundsätzlich machbar. Die definitive Variantenwahl kann aufgrund von ökonomischen und ökolo-gischen Kriterien getroffen werden.

Blockrampen an der Landquart

Im Rahmen der Verbauung der Landquart nach dem verheerenden Hochwasser von 1910 wurde der rund 4.5 km lange Unterlauf der Landquart zwischen der Klus und der Mündung in den Alpenrhein durch beidseitige Längswuhre kanalisiert. In der Folge tiefte sich die Landquart sukzessive ein, so dass die Fundationen der Längswuhre seit etwa Mitte der 60er Jahre des letzten Jahrhunderts gefährdet waren.

Für die in der Folge zur Stabilisierung der Sohlenlage erstellten Schwellen (Abb. 33) wurden 1969 an der VAW Modellversuche grundsätzlicher Natur durchgeführt. Da eine geringere Anzahl der ursprünglich geplanten Schwellen erstellt wurde und zudem die Geschiebeführung in der Landquart gegenüber früher eher abgenommen hat, stellt die Erosion im Unterlauf der Landquart heute nach wie vor ein Problem dar, indem die Fundationen der Längswuhre sowie der zwischenzeitlich erstellten Schwellen gefährdet sind.

Das Sanierungskonzept für den Unterlauf der Landquart sieht vor, die bestehenden Abstürze durch Rampen zu ergänzen. Aufgrund der hohen spezifischen Belastungen ist eine Dimensionierung von solchen Rampen anhand bestehender Bemessungsansätze mit grösseren Unsicherheiten verbunden und deshalb problematisch.

Ziel dieser Untersuchung war eine Beurteilung der Machbarkeit von Rampenlösungen sowie die Erarbeitung der erforderlichen Grundlagen zur Bemessung der für die Sanierung der Schwellen vorgesehenen Rampen.

Auftrag: Tiefbauamt Graubünden, Wasserbau Projektleiter: R. Weichert Sachbearbeiterin: N. Semadeni

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Für die Beurteilung der Machbarkeit von Rampenlösungen an der Landquart wurden gewonnene Erkenntnisse aus physikalischen Modellversuchen und Literaturrecherchen verwendet. Dabei wurden der Anwendungsbereich sowie die Unsicherheiten bezüglich der Bemessung für folgende Gruppen von Sohlenbauwerken ermittelt:

- Traversensysteme (Folge von kleinen Abstürzen)

- Traversensysteme mit Einschnitten für den Fischaufstieg (Riedschwelle)

- Klassische Blockrampen in gesetzter und lockerer Bauweise

- Aufgelöste Blockrampen mit unstrukturierter und strukturierter Anordnung von Blöcken

- Eigendynamische entwickelte Stufen-Becken Systeme

- Eine durchgehende Sohle mit Anreicherung von Grob-komponenten

- Absturz mit Fischaufstiegshilfe

Abb. 33: Zur Stabilisierung der Sohle der Landquart gebaute Schwellen (Blick

gegen die Fliessrichtung).

Da es sich bei den Bemessungsansätzen zum grössten Teil um eindimensionale Ansätze handelt und die Breitenverhältnisse in der Landquart stark variieren, fand eine erste Beurteilung der Machbarkeit der einzelnen Lösungen aufgrund des spezifischen Abflusses statt. Hierbei zeigte sich, dass der Fokus einer folgenden zweiten Projektphase auf den klassischen Blockrampen sowie einer mit Grobkomponenten angereicherten Sohle liegen soll.

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Aufgelöste Blockrampen an der Kander und der Simme

Kander und Simme sind geprägt durch eine Vielzahl an Schwellen und Abstürze, die der Stabilisierung der Sohle dienen. Um diese Gewässer wieder durchgängig zu machen, ist geplant die bestehenden Abstürze durch unstrukturierte Rampen im Unterwasser zu ergänzen. Unstruk-turierte Blockrampen sind Bauwerke bei denen grössere Blöcke auf dem anstehenden Sohlenmaterial gleichmässig verteilt werden. Um das Stabilitätsverhalten dieser Bauwerke im Hochwasser- und Überlastfall zu untersuchen, beauftragte der Renaturierungsfond des Kantons Bern sowie das Tiefbauamt des Kantons Bern, die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) physikalische Modellversuche durchzuführen.

Im Modell (Massstab 1:30) wurde ein 330 m langer und 30 m breiter Flussabschnitt untersucht. Der Rampenkörper hatte dabei eine Länge von 100 m. In den Versuchen wurden verschiedene Parameter wie z.B. Rampenausgangsgefälle, Blockgrösse oder Belegungsdichte der Rampe variiert sowie Versuche mit und ohne Geschiebezugabe durchgeführt.

Pufferzone

Absturzschwelle

Blockrampe

Blockrampe

Absturzschwelle

Abb. 34: Konzept unstrukturierte Blockrampe angebaut an einen bestehenden

Absturz (oben: ohne Pufferzone, unten: mit Pufferzone).

Zunächst wurde eine keilförmig an den Absturz angebaute Rampe untersucht (Abb. 34). Diese Bauart erwies sich als ungünstig, da schon bei relativ kleinen Belastungen die Krone des Absturzes freigelegt wurde. Dies bewirkte die Bildung eines Kolks am Rampenkopf und die geforderte Durchgängigkeit des Absturzes war nicht mehr gegeben.

Beim zweiten untersuchten Rampentyp erfolgte eine räumliche Trennung des Absturzes und der Rampe durch eine flach geneigte Pufferzone, die bezüglich der Belegungsdichte gleich wie die Rampe gestaltet wurde (Abb. 34).

Auftrag: Amt für Natur des Kantons Bern Projektleiter: N. Semadeni, Dr. G.R. Bezzola Sachbearbeiterin: T. Janisch

40

Die Pufferzone gestattete es, die Bewegungen der Rampe aufzufangen, die durch die Eintiefung der Sohle im Unterwasser und / oder durch die Abnahme des Rampengefälles bei grossen Abflüssen verursacht wurden (Abb. 35). Im Vergleich zum ersten untersuchten Rampentyp fand eine Kolkbildung hinter der Schwelle erst bei grösseren Abflüssen statt. Mit dieser angepassten Rampenkonfiguration war es möglich, für die im Oberlauf der Kander und Simme typischen Verhältnisse, den Bemessungsabfluss von 250 m3/s schadlos abzuführen. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass im Überlastfall mit 375 m3/s keine unkontrollierbaren Prozesse auftraten.

J=0.025, a=0.2, 1.VersuchJ=0.025, a=0.2, 2.Versuch J=0.025, a=0.3J=0.05, a=0.2, 1.VersuchJ=0.05, a=0.2, 2.VersuchJ=0.05, a=0.3

Q [m

3 /s]

0

100

200

300

400

500

600

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08J [-]

EHQO

HQ100 O

durch Kolk beeinflusstdurch Auflandung beeinflusst

Abb. 35: Verhalten des zweiten Rampentyps bei unterschiedlichen Ausgangs-

rampengefällen und stetig steigendem Abfluss (Resultate der hydraulischen Modellversuche).

Einer Realisierung dieses Rampentyps für die Verhältnisse nach dem Zusammenfluss von Kander und Simme ist ebenso möglich, jedoch ist aufgrund der grösseren Abflüsse die spezifische Beanspruchung deutlich höher. Es ist daher für den Bemessungsabfluss mit einer stärkeren Abflachung des Rampengefälles zu rechnen. Für eine Umsetzung müssen daher entweder die stärkere Abflachung des Rampengefälles akzeptiert, die Beanspruchung durch eine Verbreiterung der Flusssohle reduziert oder der Widerstand durch Verwendung von grösseren Blöcken erhöht werden.

41

Flussbaumonitoring am Flaz

Seit der Erstbeaufschlagung des neuen, etwa 4 km langen Flaz-Gerinnes (Kanton Graubünden) im April 2004 werden im Rahmen eines Monitoring-Projektes kontinuierlich Daten erhoben, die eine nähere Betrachtung der flussbaulichen Fragestellungen ermöglichen. Im Vorder-grund der Untersuchungen stehen dabei Aspekte, die die Hydraulik, die Morphologie, den Geschiebetransport, sowie die Zusammensetzung der Sohle betreffen.

Das aus flussbaulicher Perspektive signifikanteste Ereignis war dabei ein Hochwasser im Juli 2004, das gemäss der Angaben der Landes-hydrologie (LHG) eine Wiederkehrperiode von etwa 10 Jahren besass.

Abb. 36: Vergleich der Kornzusammensetzung einer Volumenprobe vor Flutung

(22.10.03) mit der Kornverteilung einer Linienprobe kurz nach Flutung des Gewässers (29.04.04), sowie den Kornverteilungskurven kurz nach dem Hochwasserereignis im Juli 2004 und kurz nach Ende des hydrologischen Jahres (Linienprobe 22.10.04).

Exemplarisch wird im Folgenden ein Resultat präsentiert, das den Zusammenhang zwischen der Sohlenzusammensetzung und der hydraulischen Belastung der Sohle betrifft. In Abbildung 36 ist dieser Zusammenhang anhand eines Vergleichs zwischen den Kornzusammen-setzungen der unbelasteten sowie der belasteten Sohle ersichtlich. Ausgehend von diesen Kornverteilungskurven lässt sich eine Tendenz zur Vergröberung über die Zeit feststellen. Dieses Verhalten ist auf die steigenden Belastungen zurückzuführen und repräsentiert die Abpflästerung der Sohle von der ersten Belastung bis hin zum Hochwasser im Juli 2004.

Forschungsprojekt BWG und VAW Projektleiter: R. Weichert Sachbearbeiterin: T. Janisch

42

Flussaufweitungen in der Schweiz – Auswertung von Naturdaten

In der Schweiz sind seit 15 Jahren eine Vielzahl von Flussaufweitungen realisiert worden. Die Entwicklung der Sohlenlagen und der Morphologien ist für die meisten Aufweitungen dokumentiert, eine wissenschaftliche Auswertung der Daten wurde bisher jedoch nicht durchgeführt. In einem Projekt an der VAW werden die Daten für eine Reihe verschiedener Flussaufweitungen gesammelt und systematisch ausgewertet. Wesentliches Resultat ist eine Datenbank über die Flussaufweitungen, die an der Emme, der Thur (Abb. 37), der Moesa, der Tresa und dem Alpenrhein realisiert wurden.

Abb. 37: Flussaufweitung an der Thur bei Altikon (C. Hermann, BHA,

Frauenfeld 2003).

Des Weiteren werden die ausgewerteten Daten hinsichtlich der Anwendbarkeit bestehender Berechnungsansätze zur Prognose der Auswirkungen von Flussaufweitungen analysiert. Erste Resultate bestätigen neue Forschungserkenntnisse bezüglich der Auswirkungen von Aufweitungen in erodierenden Flüssen, die anhand von physikalischen und numerischen Modelluntersuchungen an der VAW gewonnen wurden.

Auftrag: Bundesamt für Wasser und Geologie (BWG) und Kantone ZH, TG, GR, BE und TI Projektleiter: P. Requena

43

Aufweitungen in erodierenden Flüssen

Flussaufweitungen, die in erodierenden Flussstrecken realisiert werden, können die übergeordnete Erosion nicht oder nur begrenzt aufhalten. Darum müssen im Erosionsfall zuverlässige Prognosen über die morphologischen Auswirkungen einer Aufweitung möglich sein. Aus diesem Grund wurde diese Problemstellung an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) mit Hilfe hydraulischer Modellversuche und numerischer Simulationen untersucht.

Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde erkannt, dass unter der Annahme eines konstanten Abflusses die Entwicklung der Sohlenlage in einer Aufweitung von folgenden Faktoren beeinflusst wird: a) Breiten-verhältnis zwischen den aufgeweiteten und nicht aufgeweiteten Profilen, b) Geschiebezufuhr, c) Länge der Aufweitung und d) Entfernung der Aufweitung zum flussabwärts gelegenen Sohlenfixpunkt. Beispielhaft wird im Folgenden beschrieben, welchen Einfluss die Geschiebeführung auf die Sohlenentwicklung in einer Aufweitung besitzt. Diese Untersuchungen erfolgten im numerischen Modell, wobei Simulationen mit unterschiedlichen Geschiebeeinträgen durchgeführt wurden. Die Resultate in Abbildung 38 zeigen, dass die Versatzhöhe �H mit abnehmendem Geschiebeeintrag zunimmt. Zusätzlich ist ersichtlich, wie die vorhandene Erosionstendenz bei einem grossen Geschiebedefizit durch die Realisierung einer Aufweitung noch verschärft werden kann.

Abb. 38: Prognostizierte Sohlenlagen für eine Flussstrecke mit einer Auf-

weitung: Simulationsergebnisse für verschiedene Geschiebezufuhren.

Mit dem Ziel, weitere Erkenntnisse über den Einfluss der Geschiebe-zufuhr auf die Sohlenentwicklung und die Morphologie in einer

Internes Projekt Projektleiter: Dr. G.R. Bezzola Sachbearbeiterin: P. Requena

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Aufweitung zu gewinnen, wurden an der VAW hydraulische Modell-versuche durchgeführt.

Die hydraulischen Modellversuche wurden an einer 10 m langen Rinne bei konstantem Abfluss und konstanter Sedimentzugabe durchgeführt. Für zwei Kombinationen von Abfluss und Gefälle wurden jeweils 4 Versuche durchgeführt, bei denen die Geschiebezufuhr zwischen 0 und 4 g/s variiert wurde. Die Resultate dieser Arbeit in Abbildung 39 zeigen, dass die Versatzhöhe �H mit abnehmender Geschiebezufuhr Gb zunimmt. In dieser dimensionslosen Darstellung lässt sich für das untersuchte Breitenverhältnis und das gegebene Sohlenmaterial eine lineare Abhängigkeit der Versatzhöhe vom Geschiebeeintrag erkennen.

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 5 ⋅105 10 ⋅105 15 ⋅105 20 ⋅105 25 ⋅105

⋅

Versuchsreihe A (Q = 10 l/s)

0 g/s1 g/s

Versuchsreihe B (Q = 17 l/s)Trendlinie

1 g/s

4 g/s

2 g/s2 g/s

4 g/s

Abb. 39: Dimensionslose Versatzhöhe �H / hcrit in Abhängigkeit der dimen-

sionslosen Geschiebezufuhr Gb / (ρ·Q0). Die Daten lassen sich durch eine lineare Funktion beschreiben.

Damit wurden die Ergebnisse der numerischen Simulationen bestätigt, bei denen eine Abhängigkeit mit gleichem Trend festgestellt wurde: Ein grosses Geschiebedefizit kann den Erosionstrend flussaufwärts der Aufweitung deutlich verschärfen.

45

1.4 Angewandte Numerik

BASEMENT – Ein objektorientiertes Softwaresystem zur Simulation von Naturgefahren

Das Forschungsprojekt BASEMENT und das daraus resultierende gleichnamige Softwaresystem haben zum Ziel, einen akademischen sowie praxisbezogenen Beitrag zur Modellierung von Flussgebieten und Naturgefahren zu leisten. Als Dimensionierungswerkzeuge für Schutz-massnahmen werden heutzutage vermehrt Computerprogramme eingesetzt. Entsprechend ist der Fokus des Forschungsprojekts auf bekannte Schwachstellen bei den grundlegenden Ansätzen der mathematischen Modellbildung gerichtet, um diese in einem umfassend konzipierten und auf Nachhaltigkeit bedachten Softwaresystem zu implementieren.

Aus praktischer Sicht soll dieses Werkzeug erlauben, Naturgefahren-karten effizient und unter Berücksichtigung des Sedimenttransports zu erstellen sowie Dimensionierungsprobleme im Zusammenhang mit Durchlässen zu behandeln. Damit kann allenfalls auf entsprechende Untersuchungen am physikalischen Modell verzichtet werden. Aber auch weiträumige und langfristige Untersuchungen von Geschiebe-haushaltproblemen sollen dadurch ermöglicht werden. Die erwähnten Anwendungsbereiche sind exemplarisch für bekannte Probleme, bei welchen besonderer Handlungsbedarf besteht.

Die zu berücksichtigenden physikalischen Prozesse in einem Flussgebiet, welche im Zusammenhang mit dem Abfluss von Ober-flächenwasser von Bedeutung sind, werden je nach Problemstellung von unterschiedlichen Raum- und Zeitmassstäben dominiert. In den gängi-gen mathematischen Modellen widerspiegelt sich dieser Umstand vor allem in der Dimensionalität (1d, 2d, 3d), mit der ein Berechnungsgebiet diskretisiert wird. Eine direkte Kombination von ein-, zwei und dreidimensionalen Elementen ist in den meisten Programmen nicht vor-gesehen, obwohl dies für viele Problemstellungen wünschenswert wäre.

Das grosse Spektrum in der Zeitskala ist für den Anwender eines Programms in der Praxis von unterschiedlicher Bedeutung. Es besteht meistens ein terminlicher Rahmen für die numerische Untersuchung, wobei der Anwender entsprechend der Problemstellung die Ent-scheidung fällen muss, mit welchen Methoden (implizit oder explizit) Simulationen über längere Zeiträume effizient durchzuführen sind. Diese Wahl hängt häufig mit Problemen der Stabilität und den entsprechenden Konsequenzen für die Lösungsqualität zusammen.

In der Praxis werden je nach der Fachrichtung wie Strömungsmechanik, Sedimenttransport oder Murgänge unterschiedliche Computer-programme eingesetzt. Aus der Sicht des mathematischen Modellierers

Projekt: BASEMENT Auftrag: Bundesamt für Wasserwirtschaft und Geologie (BWG) Modulleiter: Dr. R. Fäh Projektleiter: D. Vetsch Sachbearbeitung: Dr. D. Farshi, R. Müller

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macht dies wenig Sinn, da beispielsweise für die Simulation von Murgängen oder Dammbruchwellen - zumindest bei einigen in der Praxis eingesetzten Programmen - dieselben Bilanzgleichungen gelöst werden, die sich nur in der Formulierung der Schliessbedingungen der Quellterme wie der inneren Reibung unterscheiden. In Bezug auf die inhaltliche Beschreibung der physikalischen Prozesse bestehen Wissensmängel bei gewissen Phänomenen, etwa der sowohl bei einem Murgang als auch bei der Gerinnestabilität wichtigen Seitenerosion; diese kann entweder gar nicht implementiert oder nur unzureichend beschrieben werden. Die aufgezählten Aspekte stellen hohe Ansprüche an die Koppelung, die Flexibilität, die Effizienz und die Erweiterungsmöglichkeiten der verwendeten mathematischen Modelle und an eine konzeptionell klare und übersichtliche Implementierung. Bei der Planung und der Umsetzung von BASEMENT wurde auf diese Punkte unter Beachtung der personellen und zeitlichen Ressourcen Rücksicht genommen.

Das Projekt BASEMENT ist Teil des im Jahre 2001 von den Bundesämtern BWG und BUWAL und den Forschungsanstalten EAWAG und WSL lancierten transdisziplinären Forschungsprojekts „Rhone-Thur“ zur wissenschaftlichen Begleitung der aktuellen grossen Fluss-bauprojekte an der Rhone und der Thur. Dabei wird generell eine Verbesserung der Hochwassersicherheit, eine ökologische Aufwertung des Flussraums und eine Steigerung der Attraktivität der Flusslandschaft für den Menschen angestrebt.

BASEMENT: BASEchain 1D Sedimenttransport

Im 1D Modul von Basement (BASEChain) wurde die Berechnung des Sedimenttransports mit mehreren Kornklassen implementiert. Das angewendete Modell umfasst eine Austauschschicht, in der der Sedi-menttransport stattfindet sowie Unterschichten, die verschiedene Kornverteilungen aufwiesen können.

Für die Berechnung werden folgende Gleichungen benötigt:

Eine Sortiergleichung (1) für jede Kornklasse sowie die Exner-Gleichung für die globale Sediment-Bilanz (2):

( ) 0)(

1 =−−∂

∂+∂

∂− lkfkkk SS

x

qb

t

hmp

β (1)

0)1(1

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

∂∂+

∂∂− ∑

=

nk

klk

k Sx

qb

t

zbp (2)

Teilprojekt: BASEchain

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hm ist dabei die Fläche der Austauschschicht, qbk die Sedimentfracht in Längsrichtung, k die Kornklasse, � der Anteil der Kornklasse k am Gesamtvolumen der Mischung, zb die Sohlenlage, p die Porosität und S steht für verschiedene Quellterme. Die Bodenbeschreibungen werden den einzelnen Abschnitten des Querprofils zugewiesen. Dazu gehören die Mächtigkeit und Lage der Bodenschichten und deren Kornverteilung. Ausserdem kann für jeden Abschnitt ein Reibungsfaktor, eine kritische Schubspannung nach deren Überschreitung Erosion überhaupt möglich wird (zum Beispiel im Falle von Grasbewuchs) sowie die Lage der festen Sohle angegeben werden.

In Abbildung 40 ist die Beschreibung des Querprofils dargestellt.

Abb. 40: Beschreibung des Querprofils mit Auflandung und Erosion.

Bei Erosion wird das über die gesamte benetze Breite erodierte Material zu einer einzigen Kornverteilung vermischt, da durch die 1D-Sichtweise eine Variabilität des Transports über die Breite nicht berücksichtigt werden kann. Gleichermassen wird das transportierte Gemisch bei Ablagerung gleichmässig über die ganze benetzte Breite des Gerinnes verteilt.

BASEMENT: BASEplane: Ein erweiterter numerischer Ansatz zur Flussmodellierung mit komplexen Topographien

Im Rahmen des Projekts BASEMENT wird die praxisorientierte modulare Software BASEplane für die morphologische Simulation von alpinen Flüssen weiterentwickelt. Das Tool basiert auf der numerischen Lösung der Flachwassergleichungen (FWG) und Massenerhaltungsgleichungen des Geschiebes sowohl für die einzelnen Kornklassen als auch für den gesamten Transport.

Teilprojekt: BASEplain

48

Die Flachwassergleichungen und Massenerhaltungsgleichungen des Geschiebes lassen sich in Vektorschreibweise wie folgt zusammen-fassen:

0 ;U F G

St x y

∂ ∂ ∂+ + + =∂ ∂ ∂

vv vv

(3)

( ) ( )( )1 0 ;i m

bi bi

hp q S

t

β∂− + ∇⋅ + =∂

v v (4)

( ) ( )( )( )1 0 ;b

bi bi

zp q S

t

∂− + ∇⋅ + =∂ ∑

v v (5)

Die gesuchten Grössen werden mittels einer Finite-Volumen-Methode (FVM) auf der Basis eines unstrukturierten Gitters bestimmt. Die numerische Methode basiert auf einem entkoppelten Löser, indem zuerst die FWG, Gl. (3), und anschliessend die Geschiebegleichungen, Gl. (4) und (5), gelöst werden.

Dem vielfältigen Anwendungsspektrum entsprechend wird zur Beschreibung des Bodens ein Mehrschichtenmodell verwendet (Abb. 41). Damit können unterschiedliche Kornverteilungen für die verschiedenen Lagen in der Unterschicht definiert werden.

Abb. 41: Mehrschichtenmodell bei einem unstrukturierten Gitter.

Im Modell werden verschiedene Ansätze zur Berechnung des Geschiebetransports implementiert. Die meisten Ansätze sind für einen Gleichgewichtszustand hergeleitet worden. Ein solcher ist aber nicht immer gegeben. Deshalb wird eine vierte Gleichung - das sogenannte

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„Loading Law“ - zur Berücksichtigung der lokalen Verzögerung zusammen mit den Geschiebegleichungen gelöst. Das Modell wird zurzeit anhand von verschiedenen Testfällen validiert.

Dreidimensionale numerische Simulation von Geschiebetransport unter Einbezug von Parallelrechnern

Die heutige Flussmorphologie hat hauptsächlich einen experimentellen Hintergrund. Auch numerische Werkzeuge zur Berechnung der Flüssigkeits- und Sedimentphase basieren auf empirischen Erkenntnissen, welche den Beginn des Sedimenttransports, den Transport an sich und den Ablagerungsprozess beschreiben. Solche Erkenntnisse werden aus Laboruntersuchungen gewonnen, wobei oftmals die gemessenen Parameter über die Abflusstiefe oder den Querschnitt gemittelt werden. Etwas fortgeschrittenere Ansätze versuchen den Sedimenttransport mit Turbulenzintensitäten in Beziehung zu setzen, was einen aussagekräftigeren Hintergrund besitzt. Untersuchungen, welche die resultierenden Kräfte auf einzelne Sedimentkörner betrachten, müssen wegen messtechnischen Schwierig-keiten, bezüglich der natürlichen beweglichen Sohle, auf ein einzelnes fixiertes Korn beschränkt werden.

Entsprechend den oben genannten Einschränkungen und Schwierig-keiten wird ein numerisches Modell basierend auf empirischen Gesetzmässigkeiten immer gewisse Unzulänglichkeiten bezüglich der den Prozessen zugrunde liegenden Physik aufweisen. Geeignete numerische Modelle ermöglichen die Simulation jedes einzelnen Sedimentkorns und der darauf wirkenden Kräfte. Folglich kann ein Korn bewegt und die Interaktion mit anderen Körnern berechnet werden. Entsprechend der immensen Anzahl von Sedimentkörnern in einem für den Ingenieur interessanten Untersuchungsgebiet drängt sich dabei die Verwendung von Hochleistungsrechnern auf.

Im Rahmen dieser Forschungsarbeit soll deshalb mittels geeigneter numerischer Ansätze und Methoden versucht werden, einerseits eine den natürlichen Prozessen entsprechendere physikalische Repräsentation zu finden und andererseits Vor- und Nachteile von Modellen mit auf bestehenden empirischen Gesetzmässigkeiten basiertem Sediment-transport aufzuzeigen.

Als Anwendungen sind die Entstehung von fortschreitendem Kolk bei einem Brückenpfeiler und die Bildung komplexer morphologischer Strukturen in Flüssen, wie etwa verzweigte Gerinne, vorgesehen.

Forschungsprojekt: BWG und VAW Projektleiter: Dr. R. Fäh Doktorand: D. Vetsch

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Gekoppelte Lösung von Flachwassergleichung und Sediment-transport

Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde im SS 05 untersucht, inwiefern eine gekoppelte Lösung von Flachwassergleichungen und Sedimenttransport Sinn macht. Anhand experimenteller Daten einer Diplomarbeit zum Thema Deichüberströmung wurden die numerischen Resultate verglichen.

Die Erhaltungsgleichungen des hyperbolischen Typs wurden mit einer Finiten Volumen-Methode implementiert. Um Unstetigkeiten behandeln zu können, wurde ein auf dem Riemannproblem basierender Roe-Löser für die Berechnung der Flüsse angewendet.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0.05

0.1

0.15

0.2

Distanz [m]

Soh

lkot

e [m

] (t)

Sohlkote des überströmten Deiches zu verschiedenenZeiten.Vergleich zwischen numerischen (durchgezogen)und experimentellen (gestrichelt) W erten.

Abb. 42: Sohlkote des überströmten Deiches zu verschiedenen Zeiten. Vergleich zwischen numerischen (durchzogenen) und experimentellen

(gestrichelt) Werten.

Es stellte sich einerseits heraus, dass die Impulsgleichungen für die Hydraulik leicht modifiziert werden müssen, um die mathematischen Voraussetzungen für einen Roe-Löser zu schaffen. Andererseits wurde ersichtlich, dass ein stark gekoppeltes System nur für einfache Beziehungen des Sedimenttransportes zu entwickeln ist. In der Praxis werden allerdings meist kompliziertere, empirische Formen des Geschiebetransports wie etwa die Formel von Meyer-Peter und Müller verwendet. Es war nicht möglich, für diese Beziehungen ein mathematisch konsistentes Modell zu entwickeln.

Forschungsprojekt VAW Projektleiter: Dr. D. Farshi, Dr. R. Fäh Diplomand: P. Rousselot

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In der Folge wurde die Kopplung abgeschwächt und eine semi-gekoppelte Variante entworfen, welche beliebige Relationen des Geschiebetransports verwenden kann. Dieses Modell war in der Lage, die experimentellen Resultate einer Deichüberströmung qualitativ wiederzugeben. Allerdings bot diese Variante keine nennenswerten Vorteile gegenüber der klassischen, entkoppelten Methode. Sowohl vom Rechenaufwand als auch von der Genauigkeit her waren keine grossen Unterschiede festzustellen.

Insgesamt konnte daraus geschlossen werden, dass sich ein gekoppeltes Modell für die Praxis aus Gründen der Flexibilität und auch des Modellierungsaufwands nicht an erster Stelle anbietet. Wenn zusätzlich noch mehrere Kornklassen und auch Suspensionstransport in das Modell integriert werden sollen, wird der Modellierungsaufwand für ein gekoppeltes System zu gross.

Im Anschluss an die Diplomarbeit wird dennoch die voll gekoppelte Variante mit dem mathematisch einfachen Geschiebefluss implemen-tiert. Dadurch wird es möglich, einen wirklichen Vergleich zwischen entkoppelten und gekoppelten Systemen bezüglich Stabilität und Rechenzeit zu ziehen. Zumindest einfachere Problemstellungen mit nur einer Korngrösse und ohne Suspensionsphänomene könnten mit diesem Modell effizienter und genauer behandelt werden.

Hochwasserschutz Thuner See – Stellungnahme zu den hydraulischen Berechnungen

In der Folge des Hochwassers vom Mai 1999 erreichte der Thuner See einen maximalen Seestand von 559.165 m ü. M., was einer Überschreitung der Schadensgrenze von mehr als 80 cm entspricht. Darauf folgend wurden von den zuständigen Ämtern verschiedene Unter-suchungen zur Beurteilung der Situation in Auftrag gegeben. Generell wird eine Verbesserung der Abflussverhältnisse der Aare bei Thun angestrebt. Die ausgearbeiteten Vorschläge beinhalten grundsätzlich drei verschiedene Massnahmen zur Erhöhung der Abflusskapazität:

1) die Tieferlegung der Aaresohle im Bereich des Seeausflusses

2) die hydraulische Optimierung bestimmter Flussquerschnitte der inneren und äusseren Aare in Kombination mit einem kleinen Entlastungsstollen vom Schifffahrtskanal in die äussere Aare

3) den Bau eines grossen Entlastungsstollens vom Schifffahrts-kanal bis unterhalb des Kraftwerks

Aus ökologischen Gründen ist die erste Massnahme umstritten und zudem alleine nicht genügend effektiv. Die dritte Variante ist aus hydraulischen und regulierungstechnischen Gründen sicherlich die

Auftrag: Tiefbauamt des Kt. Bern, OIK I Projektleiter: Dr. P.Volkart Sachbearbeitung: D. Vetsch, Dr. R. Fäh, Dr. D. Farshi

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sinnvollste, jedoch auch die kostenintensivste. Bei der zweiten Variante kann das höher gelegte Schutzziel von 558.80 m ü. M. knapp erreicht werden, jedoch ohne ausgewiesene Reserve.

Im Rahmen der Stellungnahme wurden die für die 2. Massnahme verwendeten Berechnungsansätze zur Bestimmung hydraulischer Grössen und des Seeregimes überprüft. Zudem wurde ein alternatives auf Retentionsrechnung basierendes Verfahren zur Bestimmung unbekannter Ausgangsgrössen aufgezeigt und das Lösungsspektrum anhand einer Sensitivitätsanalyse erweitert. Aufgrund der Ungewiss-heiten bezüglich der Hydrologie, der beschränkten Genauigkeit von Messstellen und allfälliger Ungenauigkeiten bei der Modellierung der topografischen Verhältnisse, scheint es sinnvoll, den resultierenden Wasserspiegel für das Referenzereignis Hochwasser Mai 1999 im Bereich von 558.7 bis 558.95 m ü. M. anzugeben.

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1.5 Glaziologie

Bohrloch-Analysen und Fliessmodellierung von Firn bedeckten, kalten Gletschern

Hochalpine, mit Firn bedeckte Gletscher, deren Temperaturen ganzjährig unter dem Gefrierpunkt liegen (sogenannte ''kalte'' Gletscher), repräsentieren ein wichtiges Archiv des örtlichen Klimas. Spezielle Kernbohrer ermöglichen den Zugang zu Firn- und Eisproben aus verschiedenen Tiefen. Chemische und physikalische Analysen des Eiskernes, bzw. des Bohrlochs und seiner Umgebung tragen zur Rekonstruktion der lokalen Klimageschichte bei.

Das Labor für Radio- und Umweltchemie des Paul Scherrer Instituts (PSI) hat sich in Zusammenarbeit mit der Universität Bern und der Gla-ziologie der ETH Zürich darauf spezialisiert, solche Eiskerne zu bohren und chemisch zu analysieren. Als glaziologischer Beitrag präsentiert die Studie physikalische Interpretationen in und rund um vier Bohrlöcher, die auf hochalpinen Gletschern und in Südamerika gebohrt wurden.

Auf insgesamt 17 Expeditionen in vier verschiedenen Gebieten im Hochgebirge wurde Feldarbeit geleistet: namentlich beim Piz Zupò im Akkumulationsgebiet des Morteratschgletschers, in der Südostschweiz (3846 m ü.M.), beim Fieschersattel auf dem Fieschergletscher im Berner Oberland (3923 m ü.M), auf dem Colle Gnifetti (4452 m ü.M) im Monte-Rosa Masiv und auf dem Mercedario (6075 m ü.M) nördlich vom Aconcagua in Argentinien. Sowohl Messresultate als auch erste Interpretationen werden präsentiert.

Mit einer neu entwickelten Bohrloch-Sonde werden vertikale und horizontale Deformationen im Eis detektiert. Unterschiede der lokalen Spannungen (oder Geschwindigkeiten, Dichten) im Eis, führen zu Scherungen, Stauchungen oder Streckungen des Eiskörpers. Ein im Querschnitt ursprünglich kreisrundes Bohrloch reagiert darauf durch radialsymmetrische oder anisotrope Verformungen. Umgekehrt lassen beobachtete Bohrloch-Deformationen auf die Deformationen im Eis schliessen. Mit einer acht armigen Kaliper-Sonde kann nicht nur der Durchmesser, sondern auch die Form des Bohrloches als Funktion der Tiefe registriert werden. Wiederholungsmessungen ermöglichen die Beobachtung der horizontalen Bohrloch-Deformation. Eine Regressions-ellipse durch die acht bestimmten Punkte quantifiziert diese Verformung als Funktion der Tiefe und Zeit. Dabei kann festgestellt werden, dass die Messgenauigkeit – gegeben durch Unebenheiten an der Bohrlochwand (Kratzspuren, Reif, wiedergefrierendes Schmelzwasser) und durch die Mechanik der Sonde selber – genügt, um Deformationen in der Grössenordnung von 0.5 mm pro Jahr zu detektieren.

Forschungsprojekt ETH Projektleiter: Prof. H. Blatter, Prof. M. Funk Doktorand: A. Schwerzmann

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Zur Rekonstruktion früherer Akkumulationsraten wurde eine neue Messtechnik entwickelt. Jahresniederschlag in Form einer Schicht Schnee wird im darauf folgenden Jahr von einer weiteren Schicht überdeckt. Mit fortschreitender Zeit sinkt die Firnschicht immer tiefer ein, und wird – bedingt durch das überlagerte Gewicht – kontinuierlich zu Eis komprimiert. Dabei verdünnt sich die ursprüngliche Schicht, was bei der Rekonstruktion historischer Akkumulation berücksichtigt werden muss. Die Entwicklung einer neuen Messtechnik ermöglicht mit geringem Aufwand diesen früheren Jahresniederschlag zu rekonstruieren: Unmittelbar nach einer Eiskern-Bohrung werden mittels einer speziell dafür entwickelten Stahlbürste alle paar Meter Markierungen in die Wand des Bohrlochs gekratzt. Wiederholungsmessungen mit einer Kaliper-Sonde dienen der exakten Positionsbestimmungen der Markierungen als Funktion der Zeit und der Tiefe. Aus dem daraus gewonnenen vertikalen Geschwindigkeitsprofil wird ein tiefenabhängiger Faktor bestimmt, mit welchem die im Eiskern gemessenen Jahresschichtdicken korrigiert werden. Diese korrigierten Akkumulationsdaten werden verglichen mit anderen möglichen Korrekturmethoden.

Abb. 43: Alters-Tiefen Beziehung auf Grund des 2D Firn-Fliessmodells (dicke Linie) bzw. 3D Eis-Fliessmodells (gestrichelte Linie) und auf Grund chemischer Datierung (punktierte Linie).

Eis kann entlang eines Bohrloches mittels Fliessmodellierung datiert werden. Bei chemischer Datierung von Eisbohrkernen ohne Modellierung wird zwischen absoluten Methoden, in der einzelne Jahresschichten einem genauen Zeitpunkt zugeordnet werden können, und relativen Verfahren durch Abzählen der Jahresschichten von der Oberfläche her, unterschieden. Als unabhängige Altersbestimmung ermöglicht die physikalische Datierung mittels Fliessfeld eine zusätzliche Kontrolle. Sie ist zudem als einzige Methode nicht auf Eisproben angewiesen und kann daher auch der Standortevaluation von möglichen Eisbohr-Projekten dienen.

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Temperatur- und dichteabhängige dreidimensionale Modelle benötigen grosse Rechenleistungen. Die nachfolgend vorgestellte Lösung zielt eine Optimierung von Qualität und Rechenleistung an. In einem ersten Schritt wird mit einem inkompressiblen Fliessfeld das dreidimensionale Fliessfeld berechnet. Entlang ausgewählten Fliesslinien wird danach ein zweidimensionales Modell generiert, welches das Fliessfeld neu Temperatur und Dichte abhängig bestimmt. Die Integration entlang einzelner Fliesslinien führt zur gesuchten Alters-Tiefen Beziehung (Abb. 43). Diese zweistufige Datierung zeigt im Gegensatz zum dreidimensionalen inkompressiblen Modell eine bessere Überein-stimmung mit der Altersbestimmung aus chemischen Analysen.

Der Gletscherabbruch am Weisshorn Im Rahmen eines 2004 beschlossenen Überwachungskonzeptes des Kantons Wallis wurde im September 2004 auf dem Gipfel des benachbarten Bishorns eine automatische Kamera installiert, die täglich ein Bild der am Weisshorn Nordhang hängenden Gletschern elektronisch an die VAW sendet. Im Oktober 2004 waren auf einem Hängegletscher, auf 4’200 Metern über Meer, Spalten bemerkt worden, die auf eine gefährliche Entwicklung hinwiesen.

Abb. 44: Die 460'000 m3 umfassende labile Eismasse unter dem Weisshorn-

Ostgrat und das zur Überwachung installierte Messdispositiv.

Der Bisgletscher hatte schon in der Vergangenheit immer wieder eine kritische Geometrie erreicht, da sich Hängegletscher kontinuierlich verän-dern. Entsprechend sind Eisstürze aus der rund 40 Grad steilen Nordostflanke des Weisshorns keine Seltenheit.

Auftrag: Kanton Wallis Projektleiter und Sachbearbeiter: Dr. A. Pralong

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Das grösste bekannte Ereignis geschah im Dezember 1819, als eine durch einen Eisabbruch hervorgerufene Schneelawine mit einem Volumen von 13 Millionen Kubikmeter ins Tal donnerte. Der letzte grössere Eissturz im August 1973 konnte erstmals mittels Bewegungs-messungen vorhergesagt werden. Wegen der erneuten kritischen Situation beschloss der Kanton Wallis die Einrichtung eines Messdispositivs zur Vorhersage der Absturzzeit.

Abb. 45: Ergebnisse der Bewegungsmessungen an dem Messpunkt No 105.

Die oberste Graphik zeigt die mit der Zeit zunehmende Bewegung. Die beiden vertikalen Linien stehen für die beiden beobachteten Absturzzeiten. Die Messpunkte stehen für die Messungen und die Kurve stellt die Hyperbelfunktion dar, mit welcher die mit der Zeit zunehmende Bewegung beschrieben wird und mit welcher die Prognose berechnen werden kann. Die mittlere Graphik zeigt die Residuen aus der Hyperbel-Ausgleichsfunktion, in welcher die log-periodische Schwingungen deutlich zu erkennen sind. Die unterste Graphik zeigt die Residuen nach einem Fit der Daten mit einer Ausgleichsfunktion, die log-periodische Schwingungen berücksichtigt.

Für die Bewegungsmessungen wurden auf dem rund 35 Meter mächtigen Hängegletscher sechs mit Reflektoren versehene Stangen ins Eis gebohrt, deren Position vom Tal aus mit Theodolith und elektronischem Laser-Distanzmesser alle zwei Stunden vermessen wurden. Ergänzend sorgten zwei GPS-Stationen auf dem Gletscher für weitere Daten. Die

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Messgenauigkeit der Gletscherbewegung lag im Zentimeterbereich. Weiter kam ein Geophon zum Einsatz, um Gletscherbeben, die einem Abbruch vorausgehen, zu registrieren. Von den ständig erhobenen Daten verspricht man sich auch weitere Grundlagenerkenntnisse für die Entwicklung der Prognosen von Eisabbrüchen. Durch die hyperbelförmige Geschwindigkeitszunahme konnte der theoretische Zeitpunkt des Absturzes berechnet werden. Am 23. März, eine Woche früher als erwartet, lösten sich erstmals rund 120’000 Kubikmeter Eis. Die Messresultate hatten bereits daraufhin gedeutet, dass sich dieser Teil schneller bewegt, als der Rest der labilen Eismasse. Nach diesem Teilsturz blieben aber wichtige Daten wegen schlechtem Wetter aus, was die Prognose des Hauptabbruches erschwert hatte. Am 30. März ist dann der Rest der ursprünglich insgesamt 460’000 Kubikmeter umfassenden Eismasse abgebrochen. Eine Bedrohung für die Gemeinde Randa bestand nicht, da in der 3’000 Meter langen Sturzbahn nur wenig Schnee lag und dadurch die Entstehung einer bis ins Tal vorstossenden Eis-Schnee-Lawine verhindert wurde. Die Teilstürze und schlechtes Wetter erschwerten die Prognosen jedoch erheblich. Diese Masse brach eine Woche vor der Prognose ab. Dies war nach der Erfahrung mit dem ersten Teilsturz keine Überraschung.

Zum zukünftigen Rückzug des Unteraargletschers

Gletscher reagieren sensitiv auf klimatische Veränderungen. Im Verlauf des letzten Jahrhunderts haben sie in den Alpen dramatisch an Masse verloren. Mit dem Klimawandel wird es tiefgreifende Umgestaltungen in alpinen Systemen durch den Rückzug oder das Verschwinden der Gletscher geben. Eine Untersuchung dieser Problematiken ist deshalb von grosser Bedeutung.

Die Kraftwerke Oberhasli (KWO) besitzen am Grimselpass, Berner Oberland, mehrere von Gletschern gespeiste Stauseen. Im Zuge der Erneuerungen ist eine Erhöhung der Staumauern des Grimselsees um 23 m geplant. Dadurch würde sich der See bis zur aktuellen Gletscherzunge des Unteraargletschers ausdehnen. In dieser ange-wandten Studie wurde die VAW beauftragt, den Stand der Gletscher-zunge in den Jahren 2012 (erstes Erreichen des neuen Seespiegels), 2022 und 2032 zu berechnen.

Gletscherrückzug setzt sich meist aus zwei Bestandteilen zusammen: i) In tiefen Lagen schmilzt mehr Eis während des Sommers ab, als im Winter in Form von Schnee abgelagert wird. Dieser Effekt wird durch die Massenbilanz beschrieben. ii) Das Absinken der Eisoberfläche wird durch den Eisnachschub aus höheren Lagen kompensiert. Seit Mitte des 18. Jahrhunderts kann der Massenverlust auf der Zunge auf Grund der Eis-

Auftrag: KWO Projektleiter: Prof. M. Funk Sachbearbeiter: M. Huss, A. Bauder

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schmelze nicht mehr durch den Eisfluss ausgeglichen werden und der Gletscher zieht sich zurück. Für eine Simulation der zukünftigen Gletschergeometrie müssen der Eisfluss sowie die Massenbilanz an der Oberfläche durch ein kombiniertes Modell beschrieben werden. Das Fliessen von Eis ist unter realen Bedingungen sehr komplex und kann nur durch aufwändige, numerische, dreidimensionale Modelle erfasst werden. Wir verein-fachten die komplizierten Gleichungen und entwickelten ein Modell, das die Entwicklung der Gletscheroberfläche auf einer zentralen Fliesslinie berechnet. Mit detaillierten Messungen der Fliessgeschwindigkeiten in den 1990er Jahren konnten wir Beziehungen zwischen dem Eisfluss und der Eisdicke sowie der Gletscherbreite ermitteln.

Abb. 46: Stände des Unteraargletschers im Jahr 2032. Moderate (Szenario 1), wahrscheinlichste (Szenario 2) und extremste (Szenario 3) Veränder-ung von Temperatur und Niederschlag.

Die Massenbilanz wird an jedem Punkt des Gletschers (25 m-Gitter) mit einem so genannten Temperatur-Index Modell berechnet. Mit Hilfe von Temperatur- und Niederschlagsmessungen der Meteoschweiz-Station Grimsel-Hospiz wird unter Einbezug von Topographieeffekten die Schmelze und der feste Niederschlag modelliert. Eine gute Kalibrierung des Modells ist mit Hilfe von digitalen Geländemodellen der Gletscher-oberfläche aus früheren Jahren möglich. Testläufe des kombinierten Modells in der Vergangenheit zeigten gute Übereinstimmung.

Bei der Voraussage der künftigen Klimaentwicklung gibt es eine grosse Anzahl Unbekannte. Heute existiert eine Vielzahl von Klimamodellen. Wertet man die Resultate dieser mit statistischen Methoden aus, erhält man einen Bereich, in dem die prognostizierten Temperatur- und Nieder-schlagsänderungen mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% liegen. So beträgt z.B. der wahrscheinlichste Temperaturanstieg im Sommer für den Alpenraum gegenüber 1990 im Jahr 2030 bei +1.4 Grad C, im Jahr 2070 schon bei +3.8 Grad C.

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Mit den Vorgaben der Klimaszenarien konnten die zukünftigen Massenbilanzen auf der Gletscherzunge berechnet werden. Das gekoppelte Gletschermodell wurde für drei Szenarien bis ins Jahr 2032 angewandt. Die Gletscherzunge zieht sich zwischen 725 und 925 m zurück. Das entspricht einem Anstieg der Rückzugsrate um 50% bis 100% gegenüber dem Mittel des letzten Jahrhunderts. Die Oberfläche sinkt auf der Gletscherzunge jedes Jahr um 2.5 bis 3.5 m ab.

Abb. 47: Darstellung der Gletscherausdehnung für die Jahre 2012, 2022 und 2032 gemäss Szenario 2. Die Isolinien im eisbedeckten Bereich zeigen die Topographie des Gletscherbetts.

Dies deutet auf ein massives Ungleichgewicht des Gletschersystems hin. Modellläufe bis 2070 zeigen, dass die Zunge des Unteraargletschers dann nahezu weggeschmolzen sein wird. Trotzdem wird gegen Ende dieses Jahrhunderts selbst unter der extremsten anzunehmenden Erwärmung der Atmosphäre noch immer ein Gletscher – wenn auch in kleinerer Ausdehnung – erhalten bleiben. Der See wird zu keinem Zeitpunkt die Gletscherzunge erreichen. Verschiedene Ausbruchsverhalten des Gornersees im 2004 und 2005

Diesen Sommer fand erneut eine Feldkampagne zur Untersuchung des Gletscherlaufes am Gornergletscher statt. Der Gornersee, welcher sich jedes Jahr bildet, befindet sich zwischen dem Monte Rosa, Gorner- und Grenzgletscher (Abb. 48). Er füllt sich jeweils im Frühjahr und Frühsommer und läuft dann subglazial innerhalb von wenigen Tagen ab. Dieses Phänomen nennt sich Gletscherlauf oder Jökulhloup. Das maximale Seevolumen beträgt zur Zeit etwa 4.5 Mio m3, die Spitzenabflüsse an der Zunge können bis 50 m3/s betragen, wovon ca. 15 m3/s Normalabfluss sind.

Es wurden erneut Bohrlöcher mit der Heisswassermethode gemacht, insgesamt wurden ca. 3 km gebohrt. Die Bohrlöcher wurden teils mit Drucksensoren ausgerüstet, teils mit Geophonen; in zweien wurde die vertikale Eisverformungsrate bestimmt. Auch wurden dieses Jahr zusätzlich Färbungsversuche mit fluoreszenten Farbstoffen durchgeführt,

Forschungsprojekt SNF Projektleiter: Prof. M. Funk Doktoranden: M. Weder, F. Walter

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um Rückschlüsse auf die Entwicklung des subglazialen Abflusssystems ziehen zu können.

Abb. 48: Panorama des Gornergletschers; der See bildet sich jeweils im Zusammenflussgebiet des Gorner- und Grenzgletschers.

Der Gletscherlauf erfolgte dieses Jahr sehr früh, nämlich zwischen dem 11. und 17. Juni (letztes Jahr 2. -9. Juli), was zur Folge hatte, dass der See sich nicht vollständig füllte, sondern nur etwa 1.3 Mio m3 fasste, statt den ca. 4.5 Mio m3. Wieso der See dieses Jahr früher ausgelaufen ist als letztes Jahr ist nicht bekannt.

Abb. 49: Hydrographen des Gletscherlaufs im 2004 und 2005. (Durchgezogen: Hydrograph des proglazialen Bachs, gestrichelt: Hydrograph des See-ausflusses).

Die Hydrographen des Seeausflusses (Abb. 49, gestrichelte Kurven) zeigen jedoch deutliche Unterschiede. Diese können auf verschiedene Ausbruchstypen zurückgeführt werden:

• 2004 füllte sich der See vollständig und brach durch das Aufschwimmen des Eisdammes aus.

• 2005 entleerte sich der See durch einen Kanal, welcher durch

Reibungswärme geschmolzen wurde, dies führt auf den typischen exponentiell ansteigenden Hydrographen.

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Die Hydrographen des Gletscherbachs (Abb. 49, durchgezogene Kurven) zeigen aber keine deutlichen Unterschiede, da diese beim Fluss des Wassers durch den Gletscher verwischt werden.

Abb. 50: Vergleich einger Messungen: Hydrographen, gespeichertes Wasser im Gletscher, Druck in einem Bohrloch, Geschwindigkeit eines Pegels und Hebung desselben.

Abbildung 50 zeigt eine Zusammenstellung verschiedener Messungen während des Ausbruchs: Erster Graph: die Hydrographen wie in Abbildung 49, Zweiter Graph: eine grosse Menge Wasser – ca. 0.6 Mio m3, was etwa der Hälfte des Seevolumens entspricht – wird kurzzeitig im Gletscher gespeichert, dies ist aus der zeitlichen Differenz der Hydro-graphen ersichtlich. Dritter Graph: der Wasserdruck im Bohrloch erreicht während des Seeausbruchs den Eisüberlagerungsdruck (gestrichelte Linie) um nachher etwas tiefer als zuvor abzufallen. Dieser hohe Druck verändert das Fliessverhalten des Gletschers. Vierter und fünfter Graph: der Gletscher wird durch den hohen Druck angehoben und dadurch verringert sich die Reibung am Bett, was die Fliesgeschwindigkeit erhöht.

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Um diese Ereignisse theoretisch zu beschreiben, wurden und werden einige Modelle benutzt und entwickelt. Matthias Huss hat im Rahmen seiner Diplomarbeit ein Schmelz- und Abflussmodel auf den Gorner angewandt. An der hydraulischen Modellierung wird momentan gear-beitet. Ein einfaches Fliessmodel wurde angewandt um die Änderungen des Fliessverhaltens zu simulieren, dieses soll noch weiter ausgebaut werden. Auch werden eine Fülle von seismischen Daten ausgewertet.

Eine Laborstudie subglazialer Prozesse

Ein signifikanter Anteil der Bewegung von Gletschern, welche über ein Sedimentbett gleiten, kann auf die Verformung der basalen Sedimente zurückgeführt werden. Eine besondere Situation entsteht dann, wenn durch die Vorwärtsbewegung des Gletschers herausstehende Schuttpartikel und Steine durch die obere Schicht des Sedimentbettes gepflügt werden. Porenwasserüberdrücke, die durch die Kompression der Sedimente vor diesen pflügenden Schuttpartikeln und Steinen entstehen, können zu einer Abnahme der mechanischen Festigkeit der Sedimentes und somit zu einer Reduktion der basalen Schubspannung führen.

Abb. 51: Schematische Darstellung (a) der Sedimentkammer (Seitenansicht)

und (b) des instrumentierten Deckels (Aufsicht). Das Getriebe und der Motor zum Drehen der Sedimentkammer sowie das Belastungsystem zum Erzeugen der Normalspannung sind nicht dargestellt. P1, P2, F1, F2, F3, F4, F5, S4, S5, B1 und B2 in (b) zeigen die Position der Anschlussbüchsen zu den Wasserdrucksensoren.

Eine Laborapparatur wurde entwickelt, um den Einfluss von Sedimenteigenschaften, Gleitgeschwindigkeit und normalen effektiven Spannungen auf die Erzeugung von Porenwasserüberdrücken und die daraus resultierende Sedimentfestigkeit zu untersuchen (Abb. 51, siehe dazu auch den VAW Jahresbericht von 2003). In dieser Apparatur wird

Forschungsprojekt ETH Projektsleiter: Dr. U. H. Fischer Doktorandin: M. Rousselot

(a) (b)

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ein Pflug mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch glaziale Sedimente gezogen, die mit unterschiedlichen normalen effektiven Spannungen belastet werden. Die Widerstandskraft auf dem Pflug und die Porenwasserdrücke im umliegenden Sediment werden gleichzeitig gemessen. In Experimenten mit Sedimenten aus dem Vorfeld des Unteraargletschers konnten sich rasch bildende steile Poren-wasserdruckgradienten in der Nähe des Pfluges beobachtet werden. Insbesondere wird der Porenwasserüberdruck durch die Kompression des Sediments vor dem Pflug erzeugt und Porenwasserunterdruck ergibt sich wegen der Scherdilatation der Sedimente und wegen einer Furche hinter dem Pflug. Die Widerstandskraft auf den Pflug wird nicht stark vom Porenwasserdruck beeinflusst, hängt aber von den Eigenschaften der Sedimente vor der Kompressionszone ab, und zeigt einen grösseren Wert in unberührten als in bereits gepflügten Sedimenten (Abb. 52).

Abb. 52: Ergebnisse eines Experimentes, mit Messungen von (a)

Widerstandskraft auf dem Pflug, (b) Porenwasserdruck als Funktion der gepflügten Distanz. Der hydrostatische Wasserdruck wurde von den Druckmessungen abgezogen.

Diese Ergebnisse deuten daraufhin, dass die Widerstandskraft auf Schuttpartikel, welche durch subglaziale Sedimente an der Sohle eines Gletschers gepflügt werden, stark von den Sedimenteigenschaften abhängen kann. Insbesondere Sedimente mit kleinem Konsolidations-beiwert können grosse Porenwasserüberdrücke, und somit wie oben erwähnt, eine Reduktion der basalen Schubspannung zur Folge haben. Hingegen können dichte Sedimente, welche zu Scherdilatationen neigen, zu wesentlichen Porenwasserunterdrücken und zu einer Zunahme der basalen Schubspannung führen.

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Inverse Modellierung von Oberflächendaten am Rutford Eisstrom, Westantarktis

Mit einer inversen Modellierung von gemessenen Geschwindigkeiten und Geometrien an der Oberfläche des Rutford Eisstroms, Westantarktis, werden das Gletscherbett und der Gleitwiderstand abgeleitet. Dieses Verfahren wird entlang einer Fliesslinie und in einer Gegend, wo an der Oberfläche Anzeichen einer Gletscherbettunebenheit erkennbar sind, angewendet.

Abb. 53: (a) Oberflächenstörung entlang einer Fliesslinie des Rutford

Eisstromes (die mittlere Oberflächenhöhe und die Neigung wurden abgezogen), (b) Horizontale (die mittlere Geschwindigkeit wurde davon abgezogen) und (c) vertikale Geschwindigkeitsstörungen. Die mittlere Eisdicke beträgt 2030 m und die mittlere Oberflächeneigung etwa 0.1°.

Das inverse Verfahren beruht auf einer statistischen Formulierung des Problems. Dabei werden aus den gemessenen horizontalen und vertikalen Oberflächengeschwindigkeiten u und w, sowie der Ober-flächentopographie s, die wahrscheinlichsten Werte für das Gletscher-bett b und den Gleitwiderstand c berechnet (Bestimmung des Maximums der bedingten Wahrscheinlichkeitsdichte p(b,c|u,w,s)). Diese Bayes-Methode erlaubt es, a priori Informationen über basale Eigenschaften wie zum Beispiel ein mit Radio-Echolotungen bestimmtes Gletscher-bettprofil, einzubeziehen. Die Beziehung zwischen den bekannten Oberflächendaten und den unbekannten Daten am Gletscherbett ist linear und wird durch sogenannte Transferfunktionen beschrieben.

Forschungsprojekt ETH Projektleitung: Dr. H. Gudmundsson Doktorandin: M. Raymond

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Aus den Resultaten folgt, dass das inverse Modell einen Sprung in der Gletscherbett-Topographie erzeugen kann. Der abgeschätzte basale Widerstand entspricht hingegen nicht den theoretischen Werten (|dc| sollte << 1 sein), und konnte bis jetzt nur schwer eingeschränkt werden.

Abb. 54: Resultat einer Invertierung (a) Abgeschätzte Gletscherbettstörung db

(gestrichelte Linie) verglichen mit dem gemessenen Gletscherbett (durchgezogene Linie), (b) Abgeschätzte Störung des basalen Widerstands dc.

Diese inverse Modellierung erfolgte anhand von analytisch bestimmten Transferfunktionen, in welchen die nicht-Linearität der Eisrheologie nicht berücksichtigt wurde. Mit einer Koppelung des inversen Modells mit einem nicht-linearen Finite-Element Vorwärtsmodell erhofft man die Resultate inkrementell verbessern zu können.

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2. LEHRE

Die Angaben in diesem Kapitel beziehen sich auf das Studienjahr 2004/2005.

2.1 Professur für Wasserbau und affiliierte Lehraufträge

Lehrveranstaltungen

Minor H.-E., Prof. Dr.-Ing., ordentlicher Professor

Departement für Bau, Umwelt und Geomatik

Diplomarbeiten im Wasserbau: 6 Diplomierende

Semesterarbeiten im Wasserbau: 13 Studierende

Diplomarbeiten im Wasserbau: 3 Diplomierende

Diplomarbeit in Rechnergestützte Wissenschaften: 1 Diplomand

Semesterarbeiten im Wasserbau: 8 Studierende

Kleine Projektarbeit: 20 Studierende

Wasserbau II 4 Std. Vorlesung im 5. Sem. (inkl. Übungen)

Seminar für Doktorierende 1 Std.

Hochwasserschutz 2 Std. Vorlesung im 6. Sem. (gemeinsam mit H.P. Willi) (inkl. Projektarbeit)

Projekte im Wasserbau 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. (inkl. Projektarbeit)

Seminar für Doktorierende 1 Std.

Bezzola G.R., Dr. sc. techn. (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik und Departement für Erdwissenschaften:

Flussbau 2 Std. Vorlesung im 5.,7.,9. (inkl. Übungen) Sem.

Fäh R., Dr. sc. techn. (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik:

Hydraulische und 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. numerische Modellierung (gemeinsam mit W.H. Hager)

Wintersemester 2004/2005

Sommersemester 2005


Sommersemester 2005

Wintersemster 2004/2005

Sommersemester 2005

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Funk M., Tit.Prof. Dr. sc. nat., (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik und Departement für Erdwissenschaften:

Angewandte Glaziologie 2 Std. Vorlesung im 7. Sem. (inkl. Seminar)

Hager W.H., Tit.Prof. Dr. sc. techn., (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik:

Abwasserhydraulik 2 Std. Vorlesung im 7. Sem.

Hydraulische und numerische Modellierung 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. (gemeinsam mit R. Fäh)

Volkart P., Dr. sc. techn. (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik:

Wasserbauliche Systeme 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. (inkl. Übungen)

Willi, H.P., Dipl. Bauing. ETH (Lehrauftrag) Hochwasserschutz 2 Std. Vorlesung im 6. Sem. (gemeinsam mit H.-E. Minor) (selbständige Arbeit)

Ammann W., Dr. sc. techn. (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik und Departement für Erdwissenschaften: 2. Sem.-Hälfte:

Schnee, Lawinen, Schutzkonzepte 2 Std. Vorlesung im 6. und (inkl. Übungen) 8. Sem.

Jäggi M., Dr. sc. techn. (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik:

Flussmorphologie und 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. naturnaher Wasserbau (inkl. Übungen)

Wintersemster 2004/2005


Sommersemester 2005

Sommersemester 2005

Sommersemester 2005

Sommersemester 2005

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Exkursionen im Rahmen der Professur für Wasserbau

28.10.04 Diplomarbeitsexkursion: Besichtigung des Kraftwerks Dietikon (Teilnehmer: Assis-

tenz und 1 Diplomierender des Studiengangs Bauingenieur-wissenschaften)

18.11.04 Exkursion im Fach Wasserbau II: Besichtigung des Kraftwerks Grimsel 2, der Baustelle Grim-

sel 1 sowie der Staumauer Räterichsboden (Teilnehmer: Prof. Minor, Assistenz und 45 Studierende des 5. Semesters des Studiengangs Bauingenieurwissenschaften)

Abb. 55: Exkursion Wasserbau II (18.11.04): Ankunft beim Grundablasses der Staumauer Spitallamm.

26.11.04 Semesterarbeitsexkursion: Besichtigung des Hochdruckkraftwerks Campocologno

(Teilnehmer: Assistenz und 14 Studierende)

17.01.05 Exkursion im Fach Angewandte Glaziologie: Besichtigung der Forschungsstation auf dem Jungfraujoch

(Teilnehmer: Prof. Funk, Dr. A. Bauder, Assistenz und 45 Studierende aller Studiengänge des Departements Bau, Umwelt und Geomatik sowie des Departements Erd-wissenschaften)

24.01.05 Exkursion im Fach Flussbau: Besichtigung der Revitalisierung und der Hochwasser-

schutzmassnahmen am Zürcher Teil der Thur im Raum Andelfingen (Teilnehmer: Dr. M. Oplatka, AWEL, Dr. G.R. Bezzola, Assistenz und 18 Studierende aller Studiengänge des Departements Bau, Umwelt und Geomatik sowie des Departements Erdwissenschaften)

Exkursionen im Wintersemester 2004/2005

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19.04.05 Exkursion im Fach Wasserbauliche Systeme: Besichtigung des Kernkraftwerks Gösgen (Teilnehmer: Dr.

P. Volkart, Assistenz und 6 Studierende des 8. Semesters des Studiengangs Umweltingenieurwissenschaften).

07.06.05 Exkursion im Fach Hochwasserschutz: Hochwasserschutzmassnahmen an der Engelberger Aa und

im Urner Reusstal (Teilnehmer: Prof. Minor, Herr Willi, Assistenz und 25 Studierende des 6. Semesters des Studiengangs Bauingenieurwissenschaften sowie des 8. Semesters der Studiengänge Umwelt- und Geomatik-ingenieurwissenschaften).

Abb. 56: Exkursion Wasserbauliche Systeme (21.6.05): Besichtigung der Tirolerfassung Renasca Nord.

21.06.05 Exkursion im Fach Wasserbauliche Systeme: Besichtigung der Kraftwerkstufen Tavanasa und Panix

(Teilnehmer: Dr. P. Volkart, Assistenz und 7 Studierende des 8. Semesters des Studiengangs Umweltingenieur-wissenschaften).

Exkursionen im Sommersemester 2005

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Diplomarbeiten

Christophe Beer: Planung einer Dotierturbine für das Limmatkraftwerk Dietikon (Betreuerin: A. Koschni).

Thomas Berchtold: Übergeordnete Auswirkungen von Flussaufweitungen (Betreuerin: P. Requena-Méndez).

David Felix: Stabilisierung von Flusssohlen mit Traversen aus Blöcken (Betreuerin: N. Semadeni, Dr. G.R. Bezzola).

Nadine Lüthi1: Erosion von Erddeichen (Betreuer: Prof. Dr. W.H. Hager, Jens Unger).

Ramona Morell: Einfluss der Stufenkonfiguration auf die Strömung in Treppenschussrinnen (Betreuer: G. Valentin).

Dominik Peyer: Untersuchungen an der Fassung Trift der Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) (Betreuer: U. Fankhauser, M. Engel, KWO; B. Zünd, VAW).

1 von der TH Karlsruhe Christoph Freimoser: Morphologische Entwicklungen in Flussaufweitungen (Betreuerin: P. Requena-Méndez).

Mattia Pinotti: Aufgelöste unstrukturierte Blockrampen (Betreuerin T. Janisch, Dr. G.R. Bezzola).

Sonja Stocker: Flussbauliches Monitoring am Flaz (Betreuer: R. Weichert).

Patric Rousselot: Numerische Simulation eines hochinstationären Prob-lems, Dammerosion. (Betreuer: Dr. R. Fäh, Dr. D. Farshi).

Semesterarbeiten

Die Semesterarbeit des Wintersemester 2005 befasste sich mit dem Umbau des Hochdruckkraftwerks Campocologno im Puschlav. Nach der Aufarbeitung der Grundlagen waren zuerst verschiedene Konzepte zu entwerfen. Das Bestkonzept war dann in einem Variantenstudium und in einem Vorprojekt weiter zu verfolgen. 12 Studierende, aufgeteilt in Zweiergruppen, beteiligten sich an dieser Arbeit. – Eine weitere Studentin bearbeitete eine numerische Arbeit zur Verifizierung der Hochwasser-simulation eines natürlichen Gewässers.


Sommersemester 2005


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Im Sommersemester 2005 standen drei Semesterarbeitsthemen zur Wahl, welche von 8 Studierenden bearbeitet wurden. Zwei Dreiergruppen befassten sich mit den aktuellen Hochwasserschutzprojekten Escherkanal (Kt. Glarus) und Gohl (Emmental). Zuerst waren die erforderlichen Grundlagen zu erarbeiten. Auf diesen basierend, arbeiteten die Studierenden mehrere Varianten aus und schlugen eine Bestvariante vor. – Auch das dritte Thema war im Bereich des Hochwasserschutzes angesiedelt: Eine Zweiergruppe untersuchte die Unterhaltskosten renaturierter Fliessgewässer.

Von der Professur herausgegebene Vorlesungstexte

Minor: Wasserbau (Wasserbau I und Wasserbau II) Textbuch

Bezzola: Flussbau Textbuch

Volkart: Wasserbauliche Systeme Textbuch

Fäh: Numerische Modellierung von Fliessgewässern Textbuch

Minor, Willi: Hochwasserschutz provisorisch

Minor: Projekte im Wasserbau provisorisch

Funk: Angewandte Glaziologie provisorisch

2.2 Lehraufträge für Glaziologie an der ETHZ

Departemente Erdwissenschaften (D-ERDW) und Mathematik-Physik (D-MATH, D-PHYS)

Seminar in Glaziologie 1 Std. 7. Sem. A. Bauder

Glaziologie I: Gletscher und Permafrost 2 Std. Vorlesung 5./7. Sem. U.H. Fischer, W. Haeberli, M. Hölzle, (inkl. Übungen) D. Vonder Mühll

Glaziologie: Selbständige Arbeiten oder Praktikum 2 Std. 5./7. Sem. A. Bauder , H. Bösch, U.H. Fischer, M. Funk, W. Haeberli, M. Hölzle, A. Kääb

Sommersemester 2005

Skripte


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Departemente Erdwissenschaften (D-ERDW) ) und Mathematik-Physik (D-MATH, D-PHYS)

Physik der Gletscher 3 Std. Vorlesung 4.- 8. Sem. M. Funk (inkl. Übungen)

Selbständige Arbeiten oder Praktikum Glaziologie 2 Std. / 8 Feldtage 6./ 8.Sem. A. Bauder , H. Bösch, M. Funk, G.H. Gudmundsson, W. Haeberli, M. Hölzle, A. Kääb

Diplomarbeiten

Matthias Huss: Gornergletscher – Gletscherseeausbrüche und Massenbilanzabschätzungen (Betreuer: A. Bauder).

Patrick Weiss: Gletscherdynamik vor und nach der Entleerung des Gornersees im Sommer 2004 (Betreuer: S. Sugiyama).

Semesterarbeiten Valentin Gischig – Tiefenabhängigkeit der seismischen Geschwindigkeiten auf dem Gornergletscher

Carolin Antoni – Langjährige Messreihen von Gletschern in den Schweizer Alpen (Fachhochschule Weihenstephan, Triesdorf)

2.3 Nachdiplomstudiengang

„Hydraulic Structures“ gemeinsam mit dem LCH der EPFL in Lausanne

Bezzola G.R., Dr. sc. techn., Dipl.Bau-Ing.ETH

Debris flows 4h

Sommersemester 2005



Sommersemester 2005

Sommersemester 2005


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2.4 Nachdiplomstudiengang „Hydrology and Hydrogeology“ zusammen mit der EPFL Modul „Stochastic Modelling, Hydrological Forecasting and Flood Risk in Zürich“

Minor H.-E., Prof. Dr.-Ing., ordentlicher Professor

Flood Protection and Mitigation: Structural Defense 4h

Diplomarbeiten

Boller Felix: Lufttransport im klassischen Wechselsprung (Betreuer: Prof. Dr. W.H. Hager). Diplomprofessor: Prof. Dr.-Ing. H.-E. Minor

2.5 Diverses

Volkart P., Dr. sc. techn.: Hochschule Technik und Architektur Luzern (Horw), Inspektor und Diplomexperte für das Fach ‘Hydraulik’.

Minor H.-E., Prof. Dr.-Ing.: Bis 30.9.05 Studiendelegierter Bauingenieurwissenschaften im Departement Bau, Umwelt und Geomatik

Minor H.-E., Prof. Dr.-Ing.: Gastprofessor an der Technischen Universität Graz im Sommersemester 2005

Sommersemester 2005

Gastprofessor

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3. VERANSTALTUNGEN

3.1 VAW 75 Jahre 1930-2005

Die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie VAW hat ihren 75. Geburtstag mit zwei Aktionen nachhaltig gefeiert: Am 7. Oktober 2005 mit einem Festkolloquium und am 8. Oktober mit dem Tag der Offenen Türen.

Das Festkolloquium wurde um 8.30 Uhr von VAW Direktor Prof. Dr. H.-E. Minor eröffnet, ETH Vizedirektor Prof. Dr. Suter begrüsste die rund 250 Gäste im Namen der ETH Zürich.

Abb. 57: Vortragende am Festkolloquium vom 8. Oktober 2005.

Das Morgen-Programm wurde durch ehemalige VAW-Mitarbeiter gestaltet, die also auf den Bezug zur VAW aus ihrem heutigen Arbeitskreise berichteten. Dabei hat Prof. Dr. D.L. Vischer, VAW Direktor von 1970-1998, mit einem geschichtlichen Rückblick auf die VAW die Session eröffnet. Der Nachmittag wurde von heutigen VAW Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern getragen, es ging also um aktuelle Forschungsthemen, die heute die VAW betreffen. Zum Abschluss der technischen Tagung erläuterte Prof. Dr. H.-E. Minor einen

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Ausblick auf die Zukunft seines Instituts. Die einzelnen Sessionen wurden durch Leiter und Co-Leiter geführt, welche den zeitlichen Rahmen der Veranstaltung bestens organisierten. Von 18 bis 19 Uhr wurde die Tagung mit einem Apéro abgeschlossen, welche weitere zwischenmenschliche Kontakte neben den rein technischen Aussprachen erlaubten. Die Tagungsunterlagen sind in der VAW Mitteilung 190 zusammengestellt, welche an alle Teilnehmer abgegeben wurden. Diese Festschrift besitzt eine zentrale Rolle, werden doch damit die derzeitigen Aktivitäten unseres ETH-Instituts sowohl in der Vergangenheit, der Gegenwart als auch der Zukunft gewürdigt.

Der Tag der Offenen Türen fand am 8. Oktober 2005 an der VAW von 9 Uhr bis 16 Uhr statt. Dabei wurden die VAW-Aktivitäten sowohl im hydraulischen Labor als auch in Vortragssälen vielfältig dargestellt. Rund 300 Interessierte erhielten hier einen wertvollen Einblick in unsere aktuellen Forschungs-Arbeiten. Das Programm beinhaltete neben wasser- und flussbaulichen Führungen für Jung und Alt sowie Vorträgen zu aktuellen Themen auch Möglichkeiten zur Diskussion mit VAW-Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und zum unge-zwungenen Austausch von Reminiszenzen, die auf gemeinsame Jahre an der VAW zurückgehen. Das Wetter spielte mit, die Gäste konnten mit Wurst und Brot auf der VAW Terrasse verpflegt werden, auch dort ergaben sich angeregte Gespräche.

Abb. 58: Besucher am Tag der offenen Tür am 8. Oktober 2005.

Diese beiden Aktivitäten haben die während 75 Jahren erarbeiteten Zielsetzungen der VAW aufleben lassen. Einer breiten Öffentlichkeit wurden deshalb ein Rückblick, ein gegenwärtiger Stand und ein Ausblick in die Zukunft unserer Aktivitäten gewährt.

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3.2 ETH 150 Jahre „Welten des Wissens“

Am 21. April 2005 war es so weit: In der Halle des Hauptbahnhofs Zürich fand die grosse Eröffnungsfeier zum 150 Jahr ETH-Jubiläum statt. Einen Tag später, am 22. April, wurde die Ausstellung „ Welten des Wissens“ auf dem Platzspitzareal unter dem Stichwort „ETH für alle“ eröffnet. Kernstück der Ausstellung bildete das Projekt „ Wasser, Erde, Feuer, Luft“. Dieses stellte Forschungsarbeiten der Departemente Erdwissenschaften, Agrarwissen-schaften und Umweltnaturwissenschaften sowie des ETH-Netzwerkes für Naturgefahren (HazNETH) vor.

Abb. 59: VAW-Stand an der Ausstellung „Wasser, Erde, Feuer, Luft“.

Die VAW hat an ihrem Stand unter dem Stichwort „Naturkraft“ die numerischen Berechnungen zu dem Thema Flutwellen in Folge des Gletscherabbruchs präsentiert. Die abstrakten numerischen Berechnungen wurden anhand eines hydraulischen Modells für die Besucher erfahrbar gemacht. Damit konnten sie selber ausprobieren, wie ein Geltscherabbruch eine Impulswelle in einem See auslöst. Gleichzeitig konnten die Besucher die entsprechende numerische Berechnung auf dem Bildschirm sehen und mit den gemessenen Werten der Versuchsanlage vergleichen.

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3.3 Hochwasserschutz und Flussrevitalisierung: Synergien für Mensch und Umwelt

Das Symposium Hochwasserschutz und Flussrevitalisierung war eine gemeinsame Veranstaltung von EAWAG, WSL, LCH und VAW. Sie wurde im Rahmen des transdisziplinären Forschungsprojekts „Rhone-Thur“ am 13. No-vember 2004 an der ETH Zürich durchgeführt. Der Anlass wurde von etwa 150 Fachleuten aus Wissenschaft, kantonalen, eidgenössischen und kommunalen Ämtern, Beratungs- und Ingenieurbüros, Umweltschutzorganisationen und Politikern besucht.

Ein Artikel zum Inhalt des Symposiums findet sich unter http://www.ethlife.ethz.ch/articles/HochwasserZierl.html.

3.4 Nachhaltiger Umgang mit Fliessgewässern: Beispiel Rhone und Thur

An einem Workshop des Projekts „Nachhaltiger Umgang mit Fliessgewässern: Beispiel Rhone und Thur“ wurden am 9. März 2005 vor allem Form und Inhalt der zu erbringenden Syntheseprodukte (Gerinneaufweitungen, Schwall-Sunk, Entscheidungsfindung, Erfolgskontrolle) diskutiert. Darüber hinaus wurden auch Beiträge von externen Fachleuten vorgetragen, die sich mit entsprechenden Themen im Praxisalltag beschäftigen. Die Veranstaltung wurde von etwa 35 Personen aus Forschung und Praxis besucht.

3.5 Öffentliche Kolloquien an der VAW

05.04.05 Wieprecht, S., Prof. Dr.-Ing. Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart

“Revitalisierung der oberen Donau“ 03.05.05 Baumann, A.

Electrowatt-Ekono AG, Zürich "Spezielle hydraulische Probleme der Wasserkraftanlage

Káranjúkar" 31.05.05 Karolus, B.

Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg, Karlsruhe "Überströmbare Dämme und Dammscharten"

Sommersemester 2005

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28.06.05 Lier, P.

NOK, Baden "Erneuerung des Kraftwerks Eglisau"

01.11.05 Schatzmann, M., Dr.sc. ETH Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich

“Murgänge und Rheologie“ 29.11.05 Tschernutter, P., Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn.

Institut für Wasserbau und Ingenieurhydrologie, TU Wien "Pumpspeicheranlage Tianhuangping, China, 1800 MW -

Erfahrungen mit internationalem Consulting" 20.12.05 Schälchli, U., Dr.sc.techn.

Schälchli, Abegg + Hunzinger, Fluss- und Wasserbau, Zürich "Renaturierung ehemaliger Flussauen anhand von Beispielen

an der Limmat" 31.01.06 Nestmann, F., Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.

Institut für Wasserwirtschaft und Kulturtechnik Universität TH Karlsruhe

"Operationelles Hochwassermanagement am Beispiel von Neckar und Elbe"

3.6 Seminar für Doktorierende an der VAW

11.04.05 Nadia Semadeni Auswirkungen einer Rutschung auf die Verhältnisse der Sitter 03.05.05 Andre Zimmermann

(University of British Columbia, Canada) Step-pool stability

09.05.05 Andreas van Linn Automatische Optimierung einer Deichtrasse zum Hochwasserschutz

30.05.05 Valentin Heller Impulswellen – Überblick und erste Resultate


Sommersemester

2005

79

02.06.05 Christian Marti Geschiebetransport in aufgeweiteten Gerinnen 06.06.05 Martin Wickenhäuser Analyse von Trübemessungen im Bodensee 13.06.05 Dr. Thomas Wolf

(Institut für Seenforschung der LfU, Deutschland) Numerische Simulation der Bodenseeströmung

07.11.05 Patricia Requena Aufweitungen erodierender Flüsse 21.11.05 Adriano Lais, Hansjürg Sigg Einlaufwirbel 05.12.05 Thomas Berchtold Kárahnjúkar Spillway: Optimierung der Absprungkante und

Auswirkungen im Plunge Pool 19.12.05 Anja Koschni Numerische Simulation von Deichbrüchen 16.01.06 Michael Pfister Erste Erkenntnisse aus den Untersuchungen über

Schussrinnenbelüfter 30.01.06 Georg Möller Kraftwerksbedingter Schwall und Sunk


80

4. PERSONELLES

Besondere Ereignisse

Volkart Peter 12. Januar 35 Jahre

Nedela Bruno 1. Oktober 35 Jahre

Funk Martin 1. Januar 25 Jahre

Gribi Stefan 23. April 15 Jahre

Pöschl Robert 1. Juli 10 Jahre

Eintritte

Walter Fabian Thomas, MSc, University of Colorado 01.01.2005

Huss Matthias, Dipl. Natw. ETH 01.07.2005

Pinotti Mattia, Dipl. Bauing. ETH 01.09.2005

Rousselot Patric, Dipl. Rech. Wiss. ETH 12.09.2005

Austritte

Fischer Urs Heinrich, Dr., wiss. Mitarbeiter 31.03.2005

Schatzmann Markus, Dr., wiss. Mitarbeiter 31.07.2005

Bezzola Gian Reto, Dr., Abteilungsleiter Flussbau 31.08.2005

Pralong Antoine, Dr., wiss. Mitarbeiter 31.08.2005

Valentin Gottfried, wiss. Mitarbeiter 31.08.2005

Hollenstein Roland, Dr., wiss. Mitarbeiter 30.09.2005

Sugiyama Shin, Dr., wiss. Mitarbeiter 30.09.2005

Semadeni Nadia, wiss. Mitarbeiterin 31.10.2005

Helbing Jakob, Dr., wiss. Mitarbeiter 30.11.2005

Ernennung

Weichert Roman, Dr., zum Abteilungsleiter Flussbau 01.09.2005

Abschluss von Doktorarbeiten

Pralong Antoine, “On the instability of hanging glaciers. Study on the fracture

processes and the predictability of failures",

Referent: Prof. Dr.-Ing. H.-E. Minor,

Korreferenten: Prof. M. Funk, Prof. Dr. K. Hutter, Dr. J. Weiss

Dienstjubiläen

Promotionen

81

Schatzmann Markus, "Rheometry for large particle fluids and debris flows",


Korreferenten: Dr. P. Fischer, Prof. Dr.-Ing. E. Windhab, Dr. G.R. Bezzola

Helbing Jakob, "Glacier dynamics of Unteraargletscher: Verifying theoretical

concepts through flow modeling“,


Korreferenten: Dr. H. Gudmundsson, Prof. Dr. M. Truffer

Weichert Roman, “Bed morphology and stability in steep open channels”,


Korreferenten: Prof. Dr. A. Dittrich, Dr. G.R. Bezzola

Hollenstein Roland, “Optimaler Betrieb von Nachklärbecken unter besonderer

Berücksichtigung der Schlammräumung”,


Korreferenten: Prof. Dr. W. Gujer, Dr. P. Volkart

Schwerzmann Aurel A., "Borehole analyses and flow modeling of firn-covered

cold glaciers”,

Referent: Prof. Dr. H. Blatter,

Korreferenten: Prof. Dr. M. Funk, Prof. Dr.-Ing. H.-E. Minor, Dr. O. Eisen

Akademischer Gast

Prof. Dr. U. Kothyari, Indian Institute of Technology, Roorkee, Indien,

01.04.-30.09.2005

Sonstiges

Matthias Huss wurde für seine Diplomarbeit mit dem Titel „Gletschersee-ausbrüche und Massenbilanzabschätzungen“ die ETH-Medaille verliehen.

Zusätzlich hat Herr Matthias Huss für seine Diplomarbeit noch den Willi-Studer-Preis erhalten.

David Felix wurde mit dem Willi-Studer-Preis als bester Absolvent des Studienjahrgangs in 2005 ausgezeichnet und erhielt zusätzlich die ETH Medaille für seine hervorragende Diplomarbeit "Stabilisierung von Flusssohlen mit Traversensystemen - Experimentelle Untersuchung".

Ehrungen

82

ANHANG

A.1 Grundlagenforschung

Hydraulik

Air detrainment along chutes

Air transport in chute aerators

History of hydraulics

Impulse waves

Scour at bridge piers

Konstruktiver Wasserbau

De-aeration of large conduits by structural and hydraulic means

Optimising operations for final settling tanks

Stepped Spillways

Systematic research on fluidic improvements of desilting chambers of hydro power plants

Transition from free surface to pressurized flow in large closed conduits

Flussbau

Bed morphology and stability in steep open channels

Grain size analysis using digital imagery processing

Management of driftwood during floods

Morphological dynamics in braided rivers

Rheometry for debris flow

Self-widening of gravel bed rivers by lateral erosion and bank protection

Stability of block ramps

Projekte 'Hydraulik'

Projekte 'Konstruktiver Wasserbau'

Projekte ‘Flussbau’

83

Angewandte Numerik

Basement: basic simulation environment for environmental flow and natural hazard simulation

Three dimensional numerical simulation of scouring and braided rivers

Glaziologie

Flow modelling of firn-covered cold glaciers

Glacier outburst floods: A study of the processes controlling the drainage of glacier-dammed lakes

Glaciological and hydraulic investigations in connection with the danger of ice avalanches falling in a recently formed proglacial lake

Glaciological investigations at Glacier du Giétro and Glacier de Corbassière

Ice-bed coupling of sediment-based glaciers: A laboratory study of basal processes

Mass balance studies on Griesgletscher and Silvrettagletscher

Measurements and modeling of the internal ice deformation of an Alpine glacier: Unteraargletscher, Switzerland

Monitoring changes of Allalingletscher in connection with the danger of large ice falls from its tongue

Permafrost distribution in Eastern Tibet: Variation of the active layer thickness and its effect on the soil drought

Permafrost temperature monitoring in Alpine rock walls: Borehole temperature measurement in the East Ridge of Jungfrau

Swiss glacier monitoring network

The role of basal control on the flow of the Rutford Ice Stream, West Antarctica: An inverse modeling approach

Triftglacier: Simulation of a glacier fall induced impulse wave of the glacier lake

Variations of Grosser Aletschgletscher

Projekte ‘Angewandte Numerik’

Projekte ‘Glaziologie’

84

A.2 Angewandte Forschung

Konstruktiver Wasserbau

Landsvirkjun, National Power Company of Iceland: Kárahnjúkar Hydroelectric Project, Iceland Modellversuche zur Hochwasserentlastungsanlage

Landsvirkjun, National Power Company of Iceland: Kárahnjúkar Hydroelectric Project, Iceland Modellversuche zum Einlaufbauwerk des Jökulsá Diversion Tunnel

AWEL, Kanton Zürich: Hochwasserrückhalteraum Hegmatten, Winterthur, Modellversuche zur Gestaltung des Trennbauwerks (abgeschlossen)

Vorarlberger Illwerke AG: Kopswerk II, Peltonturbinen im Gegendruckbetrieb, Modellversuche zur Entlüftungsproblematik

Vorarlberger Illwerke AG: Kopswerk II, Entlüftungseinrichtungen der Unterwasserführung, Beratung (abgeschlossen)

Kraftwerk Eglisau-Glattfelden AG: KW Eglisau, Modellversuche im Zusammenhang mit der Neukonzessionierung des Kraftwerks Eglisau (abgeschlossen)

Kraftwerk Eglisau-Glattfelden AG: KW Eglisau, Modellversuche zur Einlaufwirbelproblematik

Kraftwerke Mattmark AG: Entsander Schwaiben, Beratung

ARA Orpund, Kanton Bern: Durchflussmessung, Beratung (abgeschlossen)

Kraftwerk Seealp-Wasserauen: Heberleitung, Beratung (abgeschlossen)

ARA Morgental, Arbon: See-Einleitung, Beratung (abgeschlossen)

Schweiz. Wasserwirtschaftsverband: Kraftwerksbedingter Schwall und Sunk, Studie in Gemeinschaft mit LCH-EPFL

EWZ, Zürich: Rückgabe von Eiswasser in See, Beratung in Gemeinschaft mit Abt. Glaziologie

Colenco AG, Baden: Pumpspeicher Vieux Emosson, Vorabklärungen

Aufträge 'Konstruktiver Wasserbau'

85

Aquawet, Gümlingen: Reinigungsanlage für Strassenwasser, Beratung

Ing. Büro WSA, Zürich: Unterdükerung Limmat und Sihl durch Abwasserleitungen, Beratung

Eicher AG, Langenthal: Rollwellen in Sammelkanal und Messung des Überlaufs am Siebrechen, Beratung

KW Flims AG: Verlandung Ausgleichsbecken Laax, Beratung

ARA Illnau-Effretikon: Durchflussmessung auf der ARA Mannenberg, Expertise

Benz Ingenieure AG, Zürich: Messschacht, Beratung

Eicher AG, Belp: Könizbach, Sulgenrain, Beratung

Porta und Partner, Brugg: Entlastungsleitung Regenbecken, Beratung

Hunziker AG, Winterthur: Zulauf ARA Luzern, Beratung

Hunziker AG, Winterthur: Sammelkanal mit Spezialprofil, Beratung

Flussbau

Bundesamt für Wasser und Geologie: Integrale Studie zur Schwemmholzproblematik

Bundesamt für Wasser und Geologie: Sohlenmorphologie und Stabilität steiler Gerinne, Modellversuche zur Ableitung von Kriterien für die Beurteilung der Stabilität natürlicher Struk-turen und für die Bemessung naturgerechter baulicher Massnahmen zur Stabilisierung steiler Gerinne

Bundesamt für Wasser und Geologie: Flussbauliches Monitoring am neuen Flaz bei Samedan

armasuisse Bauten: Beurteilung der Auswirkungen einer eventuellen Rutschung in die Sitter im Bereich des Truppenübungsplatzes Bernhardzell (abgeschlossen)

Oberingenieurkreis II des Kantons Bern: Expertentätigkeit im Rahmen des Projekts Hochwasserschutz und Auen-revitalisierung Gürbemündung

Aufträge 'Flussbau'

86

Renaturierungsfonds des Kantons Bern, Oberingenieur Kreis I des Kantons Bern: Modellversuche zu aufgelösten Blockrampen an der Kander und der Simme (abgeschlossen)

Tiefbauamt des Kantons Graubünden: Beurteilung von Rampenlösungen im Unterlauf der Landquart

Dienststelle für Strassen - und Flussbau des Kantons Wallis: Beurteilung verschiedener Rampenlösungen im Rotten bei Mörel

Schwellenverband, II. Sektion der Emme: Variantenstudium und Bemessung von zwei Vorschlagslösungen zur Sanierung des Neumühlewehrs in der Emme (abgeschlossen)

Bundesamt für Wasser und Geologie Tiefbauamt des Kantons Graubünden Tiefbauamt des Kantons Bern, Kreisoberingenieur IV Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft, Zürich Amt für Umwelt des Kantons Thurgau Dipartimento del Territorio, Kanton Tessin: Auswertung von Naturdaten von Flussaufweitungen in der Schweiz

Linthverwaltung: Beurteilung der wasserbaulichen Massnahmen des Auflageprojekts „Linth 2000“

Angewandte Numerik

Bundesamt für Wasser und Geologie: Flussgebietsmodellierung: im Rahmen des interdisziplinären Projektes „Nachhaltiger Umgang mit Fliessgewässern - Beispiel Rhone & Thur"

In Kooperation mit SCIETEC Flussmanagement GMBH: Numerische Simulation von Flusssystemen mit beweglicher Sohle (Beratung)

Internationale Rheinregulierung: Datenanalyse und statistische Auswertung der Trübemessungen im Bodensee

Bauamt Kanton Bern: Triftgletscher: Numerische Simulation der eislawineninduzierten Flutwelle des Gletschersees

Tiefbauamt Kanton Bern: Hochwasserschutz Thunersee: Überprüfung der Hydraulik

Tiefbauamt Kanton Bern: Hochwasserschutz Thunersee: Retentionsverhalten der Oberländerseen

Aufträge 'Angewandte Numerik'

87

Glaziologie

Kraftwerke Aegina AG, Ulrichen, durch Maggia Kraftwerke AG, Locarno, und Alusuisse, Zürich: Überwachung des Griesgletschers

Forces Motrices de Mauvoisin SA, Sion/Laufenburg: Fragen im Zusammenhang mit der Sicherheit der Stauanlage Mauvoisin in Bezug auf Gletscherstürze und Massenhaushalt des Glacier de Giétro

Kraftwerk Mattmark AG, Sion/Zürich: Untersuchung der hydrologischen und glaziologischen Verhältnisse im Mattmarkgebiet

Jungfraubahn AG, Interlaken: Eissturzgefahr Eiger-West

Gemeinde Saas Fee: Othmarhang: Glaziologische Abklärungen im Zusammenhang mit dem Bau eines Staubeckens

Kanton Bern: Sicherheitsfragen im Zusammenhang mit einem pro-glaziologischen See vor dem Triftgletscher

Kraftwerk Oberhasli AG: Berechnungen des künftigen Rückzugs des Unteraargletschers

Forces Motrices de la Gougra SA: Glaziologische Abklärungen im Zusammenhang mit einer geplanten subglazialen Wasserfassung

A.3 Mitarbeit in Kommissionen

Gruppe für operationelle Hydrologie (GHO), Mitglied

Glaziologische Kommission SANW, Mitglied

Mitarbeit in der Expertengruppe zur Evaluation der Schweizer Gletscherbeobachtung

Kommission für Hochwasserschutz im SWV, Mitglied

Schweizerische Gesellschaft für Geomorphologie, Vorstandsmitglied

Debris Flow Hazards Mitigation Conference, Reviewer

ERCOFTAC, Scientific Member


IAHR, Member

European Geosciences Union (EGU), Convenor und Sekretär des Cryospheric Sciences Technical Committee

Aufträge 'Glaziologie'

Bauder, A.

Bezzola, G.R.

Fäh, R. Farshi, D.

Fischer, U.H.

88

Glaziologische Kommission SANW, Mitglied

Kommission für Expertisen bei Bergunfällen (Schweizerischer Bergführerverband), Mitglied

Landeskomitee IUGG/SANW, Sekretär

Mitarbeit in der Expertengruppe zur Evaluation der Schweizer Gletscherbeobachtung

IAHR Council, Member

American Society of Civil Engineers (ASCE), Journal of Hydraulic Engineering, Associate Editor

American Society of Civil Engineers (ASCE), Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Reviewer

International Association for Hydraulic Research (IAHR), Journal of Hydraulic Research, Reviewer

Abwassertechnische Vereinigung (ATV), Kommission ES-2.2, Aus-schussmitglied

Journal of Water, Maritime and Energy, Proc. Institution Civil Engineers, London, U.K., Reviewer

Canadian Journal of Civil Engineering, Reviewer

Journal Experiments in Fluids, Reviewer

Journal of Hydropower and Dams, Member Scientific Board

Sciences et Technologies, Constantine, Algérie, Membre du Comité

Schweiz. Nationalfonds, Reviewer

La Houille Blanche, Membre du Comité

Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV), Vorstandsmitglied

Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft (AGAW), Preiskommission

HAZNETH, Mitglied

CENAT, Mitglied

Technische Kommission der Schweizerischen Talsperrenkommission, Mitglied

Schweizerische Talsperrenkommission, Vorstandsmitglied

Kommission für Hochwasserschutz im SWV, Mitglied

International Association for Hydraulic Engineering and Research (IAHR), Mitglied

ERCOFTAC, Scientific member

Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Mitglied

Standeskommission der Berufsgruppe Ingenieurbau im SIA, Mitglied

Unterrichtskommission D-BAUG, Mitglied

Funk, M.

Hager, W.H.

Minor, H.-E.

89

Beförderungskommission des D-BAUG, Mitglied

Beförderungskommission ETH Z, Mitglied

AG Masterstudiengang des D-BAUG

Doktoratsausschuss des D-BAUG, Mitglied

Departementsausschuss D-BAUG, Mitglied

AG Bachelor-/Masterstudiengang Bauingenieurwissenschaften, Vorsit-zender

AG Masterstudiengang, Natural Hazards Engineering and Management, Mitglied

Kuratorium des Bauförderpreises, Mitglied

Berufungskommission Wasserbau und Wasserwirtschaft, TU München, Mitglied

Betriebskommission ARA Lützelmurgtal, Aktuar

American Society of Civil Engineers (ASCE), Journal of Hydraulic Engineering, Reviewer

Schweizerische Gesellschaft für Geomorphologie, Mitglied

Hochschulversammlung der ETH Zürich, Mitglied

Akademische Vereinigung des Mittelbaus an der ETH Zürich, AVETH, Vorstandsmitglied

Stiftung AVETH-Telejob, Mitglied des Stiftungsrats

International Association of Hydraulic Engineering and Research (IAHR), Mitglied


VSA, Kommission Messtechnik in der Siedlungsentwässerung, Mitglied

Journal of Hydraulic Research IAHR, Reviewer

ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Reviewer

Schweizerische Gesellschaft für Geomorphologie, Vorstandsmitglied

A.4 Wissenschaftliche Publikationen (61)

Baud, O., Hager, W.H., Minor H.-E., Toward nonintrusive flood discharge measurement, Journal of Hydraulic Engineering 131(12): 1031-1035

Bauder, A., Gletscher in der Schweiz schwinden weiter. Viel geringerer Massenverlust als im Hitzesommer 2003, Neue Zürcher Zeitung 25.01.05: 17

Hollenstein, R.

Pfister, M.

Schatzmann, M.

Schwerzmann, A.

Unger, J.

Vetsch, D.

Volkart, P.

Weichert, R.

90

Bauder, A., Florin, R., Gletschertische, Mittelmoränen und eingepackte Gletscher, Die Alpen - Les Alpes 81(7): 30-32

Bauder, A., Mickelson, D.M., Marshall, S. J., Numerical modeling investigations of the subglacial conditions of the southern Laurentide ice sheet, Annals of Glaciology 40: 219-224

Bezzola, G.R., Von der Küste in den Wildbach. Erosionsschutz mit Betonelementen, Wasser-Energie-Luft 97(9/10): 289-296

Bezzola, G.R., Semadeni, N., Janisch, T., Rampen und Schwellen – künstliche Schnellen, Mitteilung VAW 190: 241-254

Fäh, R., Numerik an der VAW: Entwicklungen und Beispiel des Triftgletschers, Mitteilung VAW 190: 187-200

Farshi, D., Fäh, R., Vetsch, D., Müller, R., Unsteady two-dimensional modelling of wetting-drying effects in shallow flows over complex topography, 31 IAHR-Congress Seoul: 3477-3485

Farshi, D., Komaei, S., Discussion of “Finite volume model for two-dimensional shallow water flows on unstructured grids” by Tae Hoon Yoon and Seok-Koo Kang, Journal of Hydraulic Engineering 131(12): 1147-1148

Fischer, U.H., Braun, A., Bauder, A., Flowers, G.E., Changes in geometry and subglacial drainage derived from digital elevation models: Unteraargletscher, Switzerland, 1927-1997, Annals of Glaciology 40: 20-24

Funk, M., Müller, B.†, Sugiyama, S., Bauder, A., Mögliche Gefährdungen durch den Triftgletscher, Mitteilung VAW 190: 175-186

Gisonni, C., Hager, W.H., Unger, J., Spurs in river engineering – A preliminary study, 31 IAHR-Congress Seoul: 1894-1901

Grünenfelder, J., Weichert, R., Rey, P., Interdisziplinäres Monitoring-programm, Wasser-Energie-Luft 97(3/4): 96-101

Hager, W.H., Gauckler et la formule d’écoulement uniforme, La Houille Blanche 50(3): 17-22

Hager, W.H., Du Boys and sediment transport, Journal of Hydraulic Research 43(3): 227-233

Hager, W.H., Gisonni, C., Supercritical flow in sewer manholes, Journal of Hydraulic Research 43(6): 659-666

Hager, W.H., ed., IAHR 70 years with the water scientific community, IAHR special Issue: 22, supplement to Journal of Hydraulic Research

Hager, W.H., Heller, V., Impulswellen im Labor und in der Natur, Mitteilung VAW 190: 213-224

Hager, W.H., Unger, J., Effect of flood waves on bridge pier scour, 31 IAHR-Congress Seoul: 1441-1448

Hager, W.H., Unger, J., Historical development of pier scour hydraulics, 31 IAHR-Congress Seoul: 1377-1386

91

Heller, V., Impulswellen, Proc. 7. JuWi-Treffen, Beiträge zum Treffen junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deutschsprachiger Wasserbauinstitute, Schriftenreihe zur Wasserwirtschaft, TU Graz 43: 55-60

Heller, V., Hager, W.H., Minor H.-E., Ski jump hydraulics, Journal of Hydraulic Engineering 131(5): 347-355

Heller, V., Unger, J., Hager, W.H., Tsunami run-up – A hydraulic perspective, Journal of Hydraulic Engineering 131(9): 743-747

Hollenstein, R., Köster, S., Armbruster, M., Günther, N., Nopens, I., Patziger, M., Schumacher, S., Freie Sicht aufs Nachklärbecken, Gas-Wasser-Abwasser 85(7): 565-566

Kramer, K., Hager, W.H., Air transport in chute flows, International Journal of Multiphase Flow 31: 1181-1197

Kramer, K., Minor, H.-E., Hager, W.H., Spacing of chute aerators for cavitation protection, Hydropower & Dams 12(4): 2-8

Lais, A., Pfister, M., Optimierung einer Hochwasseranlage, Mitteilung VAW 190: 267-279

Manna, E., Minor, H.-E., Bauingenieurwissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, Jahrbuch 2005 Bautechnik: 344-356, VDI-Verlag, Düsseldorf

Marti, C., Bezzola, G.R., Braided gravel-bed rivers with a limited width: Preliminary results of a hydraulic model study, Spec. Publs. Intl. Ass. Sediment 35: 135-144

Minor, H.-E., ed., Festkolloquium, 75 Jahre VAW, Mitteilung VAW 190

Minor, H.-E., Die zukünftige Ausrichtung der VAW, Mitteilung VAW 190: 303-318

Minor, H.-E., Hager, W.H., eds., River engineering in Switzerland, Stäubli, Zürich

Oliveto, G., Hager, W.H., Further results to time-dependent local scour at bridge elements, Journal of Hydraulic Engineering 131(2): 97-105

Oliveto, G., Hager, W.H., Di Domenico, A., Additional results on scour at bridge piers, 31 IAHR-Congress Seoul: 2964-2972

Pfister, M., Lais, A., Lier, P., Dotierwasserkraftwerk Dietikon – Planung der Anlage und hydraulische Modelluntersuchung, Wasserwirtschaft 95(10): 39-43

Pralong, A., On the instability of hanging glaciers, Mitteilung VAW 189

Pralong, A., Birrer, C., Stahel, W.A., Funk, M., On the predictability of ice avalanches, Nonlinear Processes in Geophysics 12: 849-861

Pralong, A., Funk, M., A level-set method for modeling the evolution of glacier geometry, Journal of Glaciology 50(171): 485-491

Pralong, A., Funk, M., Dynamic damage model of crevasse opening and application to glacier calving, Journal of Geophysical Research 110: 1-12

Raymond, M.J., Die Dynamik von Eisströmen, Mitteilung VAW 190: 165-173

Raymond, M.J., Gudmundsson, G.H., On the relationship between surface and basal properties on glaciers, ice sheets, and ice streams, Journal of Geophysical Research 110: 1-17

Requena, P., Wenn der Fluss Raum erhält, Mitteilung VAW 190: 255-266

92

Requena, P., Bezzola, G.R., Minor, H.-E., Aufweitungen in erodierenden Flüssen, Wasser-Energie-Luft 97(7/8): 183-189

Rousselot, M., Fischer, U.H., Evidence for excess pore-water pressure generated in subglacial sediment: Implications for clast ploughing, Geophysical Research Letters 32(6): 1-5

Schatzmann, M., Rheometry for large particle fluids and debris flows, Mitteilung VAW 187

Seddik, H., Sugiyama, S., Naruse, R., Numerical simulation of glacial-valley cross-section evolution, Bulletin of Glaciological Research 22: 75-79

Stebler, O., Schwerzmann, A., Lüthi, M., Meier, E., Nüesch, D., Pol-InSAR observations from an alpine glacier in the cold infiltration zone at L- and P-band, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters 2(3): 357-361

Sugiyama, S., Gudmundsson G.H., Short-term variations in glacier flow controlled by subglacial water pressure at Lauteraargletscher, Bernese Alps, Switzerland, Journal of Glaciology 50(170): 353-362

Sugiyama, S., Naruse, R., Mura'yev, Y.D., Surface strain anomaly induced by the storage and drainage of englacial water in Koryto Glacier, Kamchatka, Russia, Annals of Glaciology 40: 20-24

Unger, J., 3D Umströmung von Brückenpfeilern, Mitteilung VAW 190: 225-237

Unger, J., Hager, W.H., Circular bridge piers and riprap design, 31 IAHR-Congress Seoul: 5122-5131

Unger, J., Hager, W.H., Discussion to: The mean characteristics of horseshoe vortex at a cylindrical pier, Journal of Hydraulic Research 43(5): 585-588

Unger, J., Hager, W.H., Spatial and temporal scour features of circular bridge piers, 31 IAHR-Congress Seoul: 5132-5141

Vetsch, D., Fäh, R., Farshi, D., Müller, R., BASEMENT Ein objekt-orientiertes Softwaresystem zur numerischen Simulation von Naturgefahren, Mitteilung VAW 190: 201-212

Vieli, A., Jania, J., Blatter, H., Funk, M., Short-term velocity variations on Hansbreen, a tidewater glacier in Spitsbergen, Journal of Glaciology 50(170): 389-398

Vincent, C., Le Meur, E., Six, D., Funk, M., Solving the paradox of the end of the Little Ice Age in the Alps, Geophysical Research Letters 32(5): 1-4

Volkart, P., Minor H.-E., VAW – Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, Gas-Wasser-Abwasser 85(3): 211-216

Volkart, P., Sigg, H., Zweiphasenströmung nach Freihangturbinen, Mitteilung VAW 190: 281-290

Weichert, R., Hochwasserschutz an der ETH Zürich, Schweizer Baujournal 6: 62-63

Wickenhäuser, M., Hauenstein, W., Minor ,H.-E., Massnahmen zur Schwallspitzenreduktion und deren Auswirkungen, Wasser-Energie-Luft 97(1/2): 29-38

Zünd, B., Minor, H.-E., Der Einfluss von Luft auf den Reibungsverlust, Mitteilung VAW 190: 291-301

93

A.5 Vorträge von Mitarbeitern der VAW

A) eingeladene Vorträge vor wissenschaftlichen Gremien

Glacier changes in the Alps: Consequences on water resources, mountain hydrology and natural hazards, Symposium on "Solution of Water, Energy and Environmental Problems in Tajikistan in the Light of Realization of the Millenium Development Goals", Dushanbe, Tajikistan, 25.10.2005

Von der Küste in den Wildbach - Erosionsschutz mit Betonelementen, Fachtagung Hochwasserschutz der KOHS – Lernen aus Erfahrungen der Nachbarländer, Biel, 21.01.2005

Rampen und Schwellen – künstliche Schnellen, Festkolloquium 75 Jahre VAW, ETH Zürich, 07.10.2005

Gibt es Tsunamis in Schweizer Seen?, Seminar der Naturforschenden Gesellschaft in Basel, Basel, 13.04.2005

Numerik an der VAW: Entwicklungen und Beispiel des Triftgletschers, Festkolloquium 75 Jahre VAW, ETH Zürich, 07.10.2005

Peut on prévoir une chute de séracs?, Atelier RNVO, Session neige et glace, Grenoble, France, 10.02.2005

Glaciers et ouvrages hydrauliques, Congrès des grands barrages, Interlaken, 23.06.2005

Impulswellen in der Schweiz, Fachhochschule Winterthur, 27.01.2005

Tsunamis und Impulswellen, Vorlesungen, Kinderhochschule Zürich, 01.06.2005

Plunge pool scour, Seminari, Università di Pisa, Italia, 17.06.2005

Scour in hydraulic engineering, Canadian Hydrotechnical Conference, Edmonton, Canada, 18.08.2005

History of plunge pool scour, IAHR Congress, Seoul, Korea, 14.09.2005

Presidents of IAHR, IAHR Congress, Seoul, Korea, 15.09.2005

Two-phase flow in combined sewer manholes, Università di Napoli, Sorrento, Italia, 29.09.2005

Impulswellen im Labor und in der Natur, Festkolloquium VAW 75 Jahre, ETH Zürich, 07.10.2005

Optimierung einer Hochwasserentlastungsanlage, 75 Jahre VAW Festkolloquium, ETH Zürich, 07.10.2005

Bauder, A.

Bezzola, G.R.

Fäh, R. Funk, M.

Hager, W.H.

Lais, A.

94

Abflusstiefen und Geschiebetransport in verzweigten Gerinnen, Anwendung und Grenzen physikalischer und numerischer Modelle im Wasserbau, Technische Universität München in Wallgau, Deutschland, 29./30.09.2005

Schäden von Schussrinnen - Lösungsansätze zur Vermeidung, Vortragsreihe zur Wasserwirtschaft, TU Graz, Österreich, 28.04.2005

Gestuftes Studium (Bachelor Master) der Bauingenieurwissenschaften an der ETH Zürich, Treffen der Professoren für Wasserbau und Wasser-wirtschaft, EPF Lausanne, 27.05.2005

Die zukünftige Ausrichtung der VAW, Festkolloquium 75 Jahre VAW, ETH Zürich, 07.10.2005

Hanging glaciers and criticality, BAS seminar, Cambridge, UK, 17.07.2005

Die Dynamik von Eisströmen, Festkolloquium 75 Jahre VAW, ETH Zürich, 07.10.05

Wenn der Fluss Raum erhält…, Festkolloquium 75 Jahre VAW, ETH Zürich, 07.10.2005

A combined field and laboratory study of ploughing, BAS Interne Vorträge, Cambridge, England, 30.08.2005

A new laboratory apparatus for investigating clast ploughing, International Conference on glacial sedimentary processes and products, Aberystwyth, Wales, 22.08.2005

A laboratory study of ploughing: preliminary results (Poster), Assembly of the European Geosciences Union (EGU), Wien, Österreich, 27.04.2005

Riprap failure at circular bridge piers, Seminari, Università di Pisa, Italia, 17.06.2005

Effect of flood waves on bridge pier scour, IAHR Congress, Seoul, Korea, 13.09.2005

3D Umströmung von Brückenpfeilern, Festkolloquium VAW 75 Jahre, ETH Zürich, 07.10.2005

Zweiphasenströmungen nach Freihangturbinen, 75 Jahre VAW Festkolloquium, ETH Zürich, 07.10.2005

Stabilität von Wildbächen, Bundesanstalt für Gewässerkunde, Gesinus-Treffen, Koblenz, Deutschland, 21.-22.07.2005

Bed morphology and stability in steep open channels, Haznet-Workshop: Natural Hazards in an Alpine Valley, Saas Grund, 21.09.2005

Marti, C.

Minor, H.-E.

Pralong, A.

Raymond, M.

Requena, P.

Rousselot, M.

Unger, J.

Volkart, P.

Weichert, R.

95

B) Sonstige Vorträge vor wissenschaftlichen Gremien

Sanierung der Emmeschwelle Neumühle bei Lauperswil, General-versammlung des Schwellenverbandes Emme II. Sektion, Lauperswil, 16.06.2005

Unsteady two-dimensional modelling of wetting-drying effects in shallow flows over complex topography, IAHR Congress, Seoul, Korea, 13.09.2005

Modeling moving boundary hydrodynamic problems of shallow water flow over complex topography, Third M.I.T. Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics, Cambridge, USA, 15.06.2005

Impulswellen und die Schweiz, Kiwanis, Solothurn, 08.03.2005

Hydraulique urbaine, LCH, NDS, EPFL Lausanne, 17.03.2005

Mega-Tsunami, VAW 75 Jahre, VAW ETH-Zürich, 08.10.2005

New constraints on flow and sliding laws derived from a flow-modeling of Unteraargletscher, European Geophysical Union General Assembly 2005, Wien, Österreich, 24.04.2005

Impulswellen, 7. JuWi-Treffen, Graz, Österreich, 04.08.2005

Interaction of sludge bed height and scraper operation in horizontal flow final settling tanks, 4th international symposium on environmental hydraulics, HongKong, China, 15.-18.12.04

BASEMENT - BAsic Simulation EnvironMENT for computation of environmental flow and natural hazard simulation, Natural Hazards in an Alpine Valley, PhD-Workshop, Saas Tal, 21.09.05

A levet set method for modeling the evolution of glacier geometry, European Geophysical Union General Assembly 2005, Wien, Österreich, 25.04.2005

Dynamic damage model for crevasse opening, European Geophysical Union General Assembly 2005, Wien, Österreich, 24.04.2005

On the predictability of ice avalanches, European Geophysical Union General Assembly 2005, Wien, Österreich, 24.04.2005

Inverse modeling of surface data on Rutford Ice Stream, West Antarctica, European Geophysical Union General Assembly 2005, Wien, Österreich, 24.04.2005

Aufweitungen in erodierenden Flüssen, Seminar für Doktorierende an der VAW, ETH Zürich, 07.11.2005

Flussaufweitungen als Renaturierungsmassnahme, im Rahmen der Vorlesung "Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen", ETH Zürich, 08.12.2005

Bezzola, G.R.

Farshi, D.

Hager, W.H.

Helbing, J.

Heller, V. Hollenstein, R.

Müller, R., Vetsch, D. Pralong, A.

Raymond, M.

Requena, P.

96

Flow modelling, borehole logging and ice core interpretation at Fiescherhorn glacier, Swiss Alps, International Symposium on high-elevation glaciers and climate records, International Glaciological Society, Lanzhou, China, 09.09.2005

Petermann Gletscher's floating tongue in Northwestern Greenland: Sub-glacier ocean properties, bottom ablation and compression feature, AGU, Fall Meeting, San Francisco, USA, 15.12.2004

Outburst flood of a glacier dammed lake on Gornergletscher, Switzerland, Alpine Glaciological Meeting, Milan, Italia, 12.02.2005

Glacier dynamics during the outburst flood of a glacier dammed lake on Gornergletscher, Switzerland, European Geophysical Union General Assembly 2005, Vienna, Österreich, 24.04.2005

BASEMENT - BAsic Simulation EnvironMENT - Ein objektorientiertes Softwaresystem zur numerischen Simulation von Naturgefahren, Fest-kolloquium 75 Jahre VAW, ETH Zürich, 07.10.05

A geostatistical analysis of strain and displacement fields at Columbia glacier, AK, 9th Alpine Glaciology Meeting, Milano, Italy, 24.-25.02.2005

An investigation of the outburst flood of a glacier dammed lake on Gornergletscher, 6th Ph. D. Meeting on Natural Hazards, Locarno, 18.-20.09.2005

An investigation of the outburst flood of a glacier dammed lake on Gornergletscher, Alpine Valley Workshop, Saas Grund, 21.09.2005

Seismological measurements on Gornergletscher during the jökulhlaups of Gornersee in 2004 and 2005, Northwestern Glaciology Meeting, Vancouver, Canada, 17.-18.10.2005

Gorner Jökulhlaups: Results of the 2004 & 2005 Field Campaigns, Northwestern Glaciology Meeting, Vancouver, Canada, 21.10.2005

C) Vorträge vor nicht wissenschaftlichen Gremien

Glaziologische Aspekte der Gletscherabdeckung am Gurschenfirn, RSN (Vereinigung von Kantonalbanken), Andermatt, 23.09.05

Denken in Modellen, Projektwoche Wasser des Gymnasiums Kirchfelden in Bern, Zürich, 09.06.2005

Der Fluss im Computer, Ittinger Mediengespräch der IBM Schweiz, Pfyn Kt. Thurgau, 07.06.2005

Gletscher und Klima, Deutsche Rückversicherung, Rigi, 29.09.2005

Gefahrenpotential am Triftgletscher, Gemeindeversammlung Gadmen, Gadmen, 02.12.05

Impulswellen und die Schweiz, Zürich Versicherungen, Hauptsitz Zürich, 21.06.2005

Schwerzmann, A.

Steffen, K., Huff, R.D., Cullen, N., Rignot, E., Bauder, A.

Sugiyama, S., Funk, M., Müller, B., Bauder, A., Fischer, U.H., Weiss, P., Huss, N., Deichmann, N., Blatter, H.

Vetsch, D.

Walter, F.

Werder, M.

Bauder, A.

Bezzola, G.R.

Fäh, R.

Funk, M.

Hager, W.H.

97

Impulswellen, Studenten Uni Zürich, VAW ETH Zürich, 03.06.2005

Aspekte der dreidimensionalen numerischen Simulation von Ober-flächengewässern, FAN Forum 2005 "Modellierung von Naturgefahren", ETH Zürich, 18.02.2005

Sohlenmorphologie und Stabilität steiler Gerinne, VAW Tag der offenen Tür, Zürich, 08.10.2005

Massnahmen zur Reduktion von Schwall- und Sunkerscheinungen im Alpenrhein bedingt durch den Kraftwerksbetrieb, Rheinverband, Bad Ragaz, 26.01.2005

D) Presseartikel

Impulswellen, Swissinfo, Januar 2005

Vom technischen zum integralen Hochwasserschutz (Interview), NZZ, 31.08.2005

E) Andere Veranstaltungen

Rasanter Rückzug, Ausstellung „Welten des Wissens“, 150 Jahre ETH Zürich, Zürich, 22.04-08.05.2005

Sonnenschutz für Alpen-Gletscher, SF DRS "MTW", 26.05.2005

Erfolgreiche Gletscherabdeckung, SF DRS "MTW", 06.10.2005

Fleece blanket keeps glacier cool for summer, NPR (National Public Radio), USA, 28.05.2005

Der Gletscher lebt, SF DRS "Doppelpunkt", 26.07.2005 und 27.07.2005

Folienversuch zur Schnee- und Gletscherkonservation, Medien-orientierung, Gemsstock, 10.05.2005

Tiefbohren im Eis, VAW Tag der offenen Tür, Zürich, 08.10.2005

Rhonegletscher: Konsequenzen der Klimaveränderung, VAW Tag der offenen Tür, Zürich, 08.10.2005

Interview zu den Ursachen der Hochwasser August 05, SF DRS "10 vor 10", 26.08.2005

Flutwellenproblematik des Triftgletschers, SF DRS "MTW", 06.10.2005

Ausstellung „Welten des Wissens“, 150 Jahre ETH Zürich, Zürich, 22.04-08.05.2005

Triftgletscher: Gefahrenpotential, SF DRS "MTW", 06.10.2005

Impulswellen, ARD "Tagesthemen", 05.01.2005

Impulswellen, SF DRS "10 vor 10", 06.01.2005

Heller, V.

Vetsch, D.

Weichert, R.

Wickenhäuser, M.

Hager, W.H.

Volkart, P.

Bauder, A.

Fäh, R.

Farshi, D.

Funk, M.

Hager, W.H.

98

Impulswellen, ZDF "Umwelt", 09.01.2005

Impulswellen, ORF "Modern Times", 14.01.2005

Impulswellen, DW, 14.01.2005

Absturzbauwerke, SF DRS "Sicher ist sicher", 30.07.2005

Hochwasser Schweiz 2005, SF DRS "Mensch-Technik-Wissenschaft MTW", 25.08.2005

Ausstellung „Welten des Wissens“, 150 Jahre ETH Zürich, Zürich, 22.04-08.05.2005

Vetsch, D.

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