Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL bersicht Einfhrung
Relevanz des Geschiebetransports Prozess Geschiebetransport
Geschiebe Der Film Typische Beobachtung am Beispiel Erlenbach
Geschiebetransportberechnungen Bewegungsbeginn Transporteffizienz
Geschiebetransport in Wildbchen und Gebirgsflssen
Folie 3
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Was ist
Geschiebetransport? Zwei Arten des Sedimenttransports in Flssen
Schwebstofftransport Korngewicht wird durch turbulente Krfte
getragen Kein oder seltener Kontakt mit dem Bett Geschiebetransport
Korngewicht wird am Bett getragen Hufiger Kontakt mit dem Bett Ob
ein bestimmtes Korn als Schwebstoff oder als Geschiebe
transportiert wird, hngt von den Korneigenschaften und der
Hydraulik ab
Folie 4
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Einzugsgebietsgrsse / km 2 Aus: Turowski et
al., Sedimentology 2010
Folie 5
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Wasserbau Schleusen, Dmme, Brcken etc.
Naturgefahr Bankerosion Sedimentation Wirtschaftsfaktoren Schden in
Extremereignissen Stauraumverlust, Splungen Wissenschaftliche
Relevanz Sedimenttransfer (Landschaftsentwicklung) Gerinnedynamik
Felserosion / Abrasion
Folie 6
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Naturgefahr Whrend eines Hochwassers in
Baltschieder wurden mehr als 100000 m 3 Sedimente im Dorf
abgelagert Whrend der Hochwasser 2005 wurden 1/3 bis 1/2
Gesamtschadens von 3 Milliarden Franken durch Geschiebe verursacht
Baltschieder, Wallis, 2000
Folie 7
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Folie 8
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Schweibbach, Eisten, Wallis: Wasserfassung
durch Geschiebetransport beschdigt
Folie 9
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung des
Geschiebetransports Wissenschaftliche Relevanz Sedimenttransfer
Gerinnedynamik Felserosion
Folie 10
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Interaktion verschiedener, komplizierter Prozesse
Turbulenter Wasserfluss Grosse Anzahl Teilchen (granulre Prozesse)
Interaktion von beiden Feldbeobachtung schwierig / aufwndig Wenige
Daten verfgbar Schwierig zu simulieren Probleme der Skalierung
Folie 11
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Zusammenspiel von Gerinnemorphologie, Sedimenttransport und
hydrologischen / hydraulischen Prozessen Hydraulik abhngig von
Gerinnemorphologie und Hydrologie Transport abhngig von Hydraulik
und Gerinnemorphologie Transport formt das Gerinne
Folie 12
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Die Bewegung kann in drei Einzelprobleme aufgeteilt werden
Bewegungsbeginn Grenzabfluss Topographie Translation
Transportdistanz Ablagerung Grenzabfluss Topographie
Folie 13
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebetransport als
Prozess Trinity River Geschiebe Der Film
Folie 14
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Erlenbach, Alptal (Kt.
Schwyz): WSL Observatorium Kleines Gebiet (0.7 km 2 ) mit
langjhrigen Beobachtungen (>25 Jahre)
Folie 15
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Erlenbach, Alptal (Kt.
Schwyz): WSL Observatorium Geschiebesensoren: Geophonsystem Misst
Impulse, durch sich bewegende Krner Kalibriert durch Fangkrbe und
Sammler Geophonsensoren Geschiebesammler Fangkorb
Folie 16
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Hochwasser im Erlenbach
Erlenbach Als das Wasser kam Erlenbach Bigger, Better, Faster
Folie 17
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Transportereignisse im
Erlenbach 20th June 2007 9th September 2007 Time / min Discharge /
m 3 /s Impulses Discharge Impulses Zeit / Min
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Bedload transport predictions for
the Erlenbach with three commonly used bedload equations. Measured
transport rates Meyer-Peter and Mller (1948) Rickenmann (1991)
Wilcock and Crowe (2003) Discharge Bedload transport rate per unit
width / m 2 /s Time / min Discharge / m 3 /s Semi-empirische oder
Laborgleichungen Abhngig von Schleppspannungen oder Abfluss und
Neigung Es gibt dutzende Gleichungen und es braucht Erfahrung, um
zu wissen welche Gleichungen fr bestimmte Bedingungen geeignet
sind
Folie 21
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Beispiele: Meyer-Peter & Mller (VAW), 1948
Fernandez Luque & van Beek, 1976
Folie 22
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Einsteinzahl Korngrsse des Bettmaterials
Folie 23
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Shieldszahl Einsteinzahl Korngrsse des
Bettmaterials
Folie 24
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Shieldszahl Einsteinzahl Schleppspannung
Bettneigung Hydraulischer Radius Korngrsse des Bettmaterials
Folie 25
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL
Geschiebetransportberechnungen Viele einfache Transportformeln
haben die Form: Zwei empirische Parameter: Transporteffizienz
Grenzwert des Bewegungsbeginns Transporteffizienz Shieldszahl bei
Bewegungsbeginn
Folie 26
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bewegungsbeginn
Gravitation, hydraulischer Lift, Reibung Korngewicht und form,
lokale Topographie, lokale Hydraulik
Folie 27
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bewegungsbeginn Shields
Diagramm Bewegungsbeginn der Krner aus Experimenten Shieldszahl
gegen Reynoldszahl des Korns Klarer Trend Streuung (Faktor
2-3)
Folie 28
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bewegungsbeginn Shields
Diagramm Fr voll-turbulenten Abfluss (Re>2000) ist der
Shieldsparameter etwa konstant (0.03-0.07) Diese Werte werden hufig
fr Rechnungen benutzt
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grenzabfluss Grenzwert
abhngig von der lokalen Umgebung des Korns Reibungswinkel
Herausragung Lokale Hydraulik Abfluss Bewegungs- richtung?
Herausragung
Folie 31
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grenzabfluss lokale
Topographie Transport wenn Abfluss > Grenzabfluss
Bettkonfiguration ndert sich stndig Kein Transport wenn Abfluss
< Grenzabfluss Die Bettkonfiguration bei Bewegungsende wird
gespeichert Daraus folgt: Abfluss bei Beginn = Abfluss bei Ende vom
vorherigen Ereignis
Folie 32
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Grenzabfluss lokale
Topographie Beginn und Ende des Transports Aus: Turowski et al.,
GRL 2011
Folie 33
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Transporteffizienz
Typischerweise ein Wert um 5 (bei grsseren Flssen) Abhngig von der
relativen Abflusstiefe oder Bettneigung Grnde werden erforscht Aus:
Rickenmann, WRR 2001
Folie 34
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebe in Wildbchen
und Gebirgsflssen Die beobachtete Abweichung ist besonders in
steilen Gerinnen wichtig (im Gebirge!) Geschieberechnung fr den
Erlenbach (Kt. Schwyz) mit drei verbreiteten Geschiebeformeln.
Gemessene Frachten Meyer-Peter und Mller (1948) Rickenmann (1991)
Wilcock und Crowe (2003) Abfluss Geschiebefracht pro Einheitsbreite
/ m 2 /s Zeit / min Discharge / m 3 /s
Folie 35
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebe in Wildbchen
und Gebirgsflssen Gemessene Frachten Meyer-Peter und Mller (1948)
Rickenmann (1991) Wilcock und Crowe (2003) Abfluss Discharge / m 3
/s Typische Beobachtungen: Vorhersagen sind bei grossen Abflssen
besser Hohe Variabilitt der Transportraten Geschieberechnung fr den
Erlenbach (Kt. Schwyz) mit drei verbreiteten Geschiebeformeln.
Geschiebefracht pro Einheitsbreite / m 2 /s Zeit / min
Folie 36
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Geschiebe in Wildbchen
und Gebirgsflssen Warum gibt es diese Abweichungen?
Sedimentverfgbarkeit Topographie Makrorauigkeit Bettformen
Stufen-Becken Systeme Breite Korngrssenverteilung Anstehender
Fels
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung der
Gerinnemorphologie Heterogenes Bett Sediment wird hinter Hlzern,
Stufen etc. gespeichert
Folie 40
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Bedeutung der
Gerinnemorphologie Grosse Ereignisse knnen stabile Strukturen im
Bett aufbrechen Dies beeinflusst das Transport- verhalten
nachhaltig Transporteffizienz Bewegungsbeginn Aus: Turowski et al.,
ESPL 2009
Folie 41
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Zusammenfassung
Geschiebetransport ist wichtig fr das Verstndnis von: Naturgefahren
Wasserbau Wissenschaftlichen Fragen Gesellschaft / Wirtschaft
allgemein Trotz Forschung seit mehr als 100 Jahren gibt es viele
offene Fragen Bewegungsbeginn / Grenzwerte Translation
Ablagerung
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Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Was Sie wissen sollten
Grundlegende Geschiebeformeln Einsteinzahl Shieldszahl Grenzwert
Shieldsdiagramm Einfluss der lokalen Topographie Transporteffizienz
Makrorauigkeit Stufen-Becken Systeme Sedimentverfgbarkeit
Folie 43
Geschiebetransport 1 Jens Turowski, WSL Vielen Dank fr die
Aufmerksamkeit! Fragen?