Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Vorlesung 11 Themen: Flussordnungszahlen Kategorisierung von Fließgewässern Längszonierung Erosion / Transport / Sedimentation Abiotische und biotische Faktoren
Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten analysieren anwenden Sie verstehen die Unterschiede zwischen den abiotischen und biotischen Faktoren eines Gewässers. verstehen Sie verstehen die Zusammenhänge des Stofftransportes entlang eines Gewässerverlaufes. Sie kennen die charakteristischen Kenngrößen, die ein Gewässer beschreiben sowie ihre Zonierung. erinnern
Oberirdische Gewässer Fließgewässer Standgewässer natürliche künstliche natürliche künstliche Bäche Be- und Entwässe-rungsgräben Weiher/Teiche Klärteiche Flüsse Schifffahrtskanäle Seen Flussstauseen Ströme Überleitungs-kanäle Binnenmeere große Stauseen Quelle: Dyck/Peschke
Flussordnungszahlen Die Ordnungszahl erhöht sich wenn zwei Gewässer gleicher Ordnungszahl zusammenfließen. 1 1 1 1 2 1 1. Ordnung Quellbäche 1 1 1 2 2. Ordnung Mittelbäche 2 Die Flussordnungszahl ist nicht zu verwechseln mit der Einteilung von Gewässern nach I. und II. Ordnung gemäß LWG. 2 3. Ordnung Hauptbäche 1 2 4. Ordnung Flüsse und höher 3 Ordnungszahl Mindestanzahl Gewässer 1 2 3 n 21-1 = 1 22-1 = 2 23-1 = 4 2n-1 3 4 1 4 Ordnungssystem nach Horton und Strahler
Kategorisierung Bach / Fluss / Strom Kategorie Flussord-nungszahl Quellbach 1 Mittelbach 2 Hauptbach 3 Fluss > 3 Strom Aufgabe: Nach welchen anderen Kriterien kann man Gewässer kategorisieren? Geben Sie mindestens 3 weitere Unterscheidungs-merkmale an und tragen Größenordnungen für die Werte ein.
Kategorisierung Bach / Fluss / Strom Die Tabelle verdeutlicht, dass keine scharfe quatitative Abgrenzung zwischen den Kategorien existiert. Die Werte sollen eine Vorstellung zur Abgrenzung vermitteln. Per Definition ist jedoch festgelegt, dass Gewässer ab einer Flussordnungszahl von 4 als Flüsse gekennzeichnet werden. Kategorie Flussord-nungszahl MNQ [l/s] MQ [m³/s] Breite [m] Quellbach 1 < 10 0,06 - 0,18 Mittelbach 2 10 -100 0,30 - 0,70 Hauptbach 3 1,20 - 3,90 < 3 - 5 Fluss > 3 100 - 500 5,00 >= 5 Strom > 5000 >2000 per Definition ein Fluss, der in ein Meer einmündet. Quelle: Klee/ Schönborn/ Uhlmann & Horn/ Otto & Braukmann
Hauptzonen der Gewässer Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung Bildquelle: MMCD GmbH
Charakteristischer Gewässerlängsschnitt Aufgabe: Die Eigenschaften sowie die Prozesse in einem Fließgewässer ändern sich entlang des Gewässer-längsschnittes in einer charakteristischen Art und Weise. Tragen Sie in das Diagramm die Parameter ein, die Sie für maßgebend halten und geben Sie deren Veränderung über den Flussverlauf an. Unterlauftyp Mittellauftyp Oberlauftyp Lauflänge
Charakteristischer Gewässerlängsschnitt Unterlauftyp Mittellauftyp Oberlauftyp Gefälle & Fließgeschwindigkeit Durchfluss & Jahrestemperatur Sauerstoffgehalt Tiefenerosion Seitenerosion Tiefen-erosion Seitenerosion Transport Sedimentation Lauflänge
Korndurchmesser des Sohlsubstrates Blöcke Schotter Kies Sand, Schlick Quelle Mündung Oberlauf Unterlauf Mittellauf
Hauptzonen der Gewässer Bildquelle: MMCD GmbH Produktionszone Bildquelle: MMCD GmbH Transferzone Depositionszone
Erosion / Transport / Sedimentation 0,1 1 10 100 1000 Aufgabe: Tragen Sie in das Diagramm ein, in welchem Bereich Abtrag, Transport bzw. Sedimentation auf Grund des Zusammenhangs zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Sohlsubstratgröße stattfinden wird. Strömungs-geschwindigkeit [cm/s] 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 Feinsand Grobsand Feinkies Grobkies Steine/Blöcke Mittlere Teilchengröße des Untergrundes in [mm]
Strömungs-geschwindigkeit [cm/s] Erosion / Transport / Sedimentation als Funktion der Fließgeschwindigkeit 0,1 1 10 100 1000 Die Abbildung verdeutlicht den Zusammenhang zwischen der Fließgeschwindigkeit und dem resultierenden Partikelzustand je nach der Größenstruktur des Sohlmaterials. Auffällig ist dabei, dass Schluff und Ton (<<0,1mm) durch die Wirkung der Kohäsion teilweise größeren Fließgeschwindigkeiten widerstehen als z.B. Feinkies. Abtrag Strömungs-geschwindigkeit [cm/s] Transport Sedimentation 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 Feinsand Grobsand Feinkies Grobkies Steine/Blöcke Mittlere Teilchengröße des Untergrundes in [mm] Quelle: Schmitz/Morisawa/Brehm/ Schönborn/ Uhlmann&Horn Mittlere Teilchengröße des Untergrundes in [mm]
Korngrößen Korngröße Deutsche Bezeichnung Englische Bezeichnung (Durchmesser in mm) Deutsche Bezeichnung Englische Bezeichnung Wird transportiert ab einer Geschwindigkeit (cm/s) von1: <0,002 Ton Clay 0,002 - 0,06 Schluff Silt 0,06 - 0,2 (0,2) Feinsand Fine sand 10 0,2 - 0,6 Mittelsand Medium sand 17 0,6 -2 (1,3) Grobsand Coarse sand 25 2 - 6 (5,0) Feinkies Gravel 50 6 - 20 (11,0) Mittelkies Gravel 75 20 - 60 (45,0) Grobkies Pebble 150 >60 (80) Steine Stones 200 (180) Block Rock 300 1) Bezieht sich auf die Korngrößen in Klammern Quelle: Nielsen, Rössert, Hynes, Gorman & Karr
Abiotische Faktoren Quelle Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung Nimmt stetig ab Gefälle Wasserführung Wassertrübung Nährstoffgehalt Nimmt stetig zu Kies, Sand, & Feinsediment Bodenart Fels, Steine Steine, Kies Sand, Feinsediment Maximale Temperatur <10°C <15°C >15°C <20°C >20°C Sauerstoff- gehalt Hoch, mit ausgeprägten Jahres- und Tagesamplituden gering geringer geringer
Biotische Faktoren Quelle Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung Hauptnahrungs-quelle für Wirbellose Zerkleinertes Falllaub (Feindetritus & Aufwuchsalgen) Falllaub und Aufwuchsalgen Falllaub Phytoplankton Phytoplankton überwiegend Weidegänger und Sediment-fresser/ Filtrierer überwiegend Sediment- fresser/ Filtrierer Ernährungstypen (Makrobenthos) Überwiegend Zerkleinerer Produktion < Respiration Produktion = Respiration Produktion > Respiration Produktion / Respiration
Biotische Faktoren Quelle Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung Quelle Ernährungstypen (Makrobenthos) Zerkleinerer Filtrierer Weidegänger und Filtrierer Bildquelle Abbildungen: LfU Bayern
Zonierung von Fließgewässern Fließgewässerzone Quelle Oberlauf Mittellauf Unterlauf Mündung Kaulbarsch/ Flunder Fischregion Forelle Äsche Barbe Brachse Leitfische Fischregion Salmoniden Cypriniden Brackwasser Gewässerzone Krenal Rhitral Potamal Epi- Meta- Hypo- Epi- Meta- Hypo-
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