Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II Vorlesung 4 Charakteristische Bach- und Flussformen Gewässermorphologie & Flussleistung Windungsgrade & Lauftypen

Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten analysieren anwenden … und können die maßgeblichen Einflussgrößen allgemeinverständlich beschreiben. verstehen Sie verstehen die unterschiedlichen Entstehungsformen der Talbildung bei Gewässern … erinnern Sie kennen die Einflussgrößen der Gerinnemorphologie sowie die Klassifikation nach Windungsgraden und Lauftypen.

Charakteristische Einheiten eines Fließgewässersystems Teilsystem (Segment) 10² m Abschnitt (Bereich) 101 m Ausschnitt (Schnelle/Stille) 100 m Mikrolebensraum 10-1 m Bildzitate: Uhlmann/Horn Hydrobiologie

Strömungsbilder in Abhängigkeit des Sohlmaterials Bildzitat: Uhlmann/Horn S Seston B Bewuchs G Grenzschicht T Totraum D H A Bildzitat: Uhlmann/Horn A Anstau des Wasserkörpers D Bildung einer Delle durch Sohlerosion H Sohlaufhöhung

Gewässermorphologie Die Veränderung der Gewässerform setzt voraus, dass potentielle und/oder kinetische Energie vorhanden ist. Die Energie wird verwendet für: die Überwindung der inneren Reibung des Wassers die Überwindung der Reibung an der Gewässersohle / Böschung Prozesse der Tiefen- oder lateralen Erosion Transportprozesse von Geröll und / oder Sediment

Korngrößen und Transport Ab welcher Fließgeschwindigkeit wird unterschiedliches Sohlmaterial transportiert? Erstellen Sie eine Auflistung, in der Sie das Sohlmaterial bezeichnen und angeben, ab welcher Geschwindigkeit (in m/s) das Material von der fließenden Wellen abtransportiert werden kann.

Korngrößen und Transport Deutsche Bezeichnung Englische Bezeichnung Wird transportiert ab einer Geschwindigkeit (cm/s) von1: (Durchmesser in mm) <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 Quellen: Nielsen, Rössert, Hynes, Gorman & Karr

Flussleistung Als Maß der zur Verfügung stehenden Energie für morphologische Prozesse kann die Flussleistung (stream power) angegeben werden. Ω = ρ x g x Q x I Ω = Flussleistung [W/m] ρ = Dichte [kg/m³] g = Beschleunigung [m/s²] Q = Abfluss [m³/s] I = Gefälle [-]

Gewässermorphologie Natürliche Gewässersysteme sind energetisch als offene Systeme anzusehen, die in Bezug auf die Bettbildung nur zeitlich begrenzte Gleichgewichtszustände aufweisen können. Die resultierende Fließgewässerstruktur, die von den Änderungszuständen des Abflusses und des Feststofftransportes abhängig ist, kann durch die folgenden Größen beschrieben werden. Querprofil Grundriss Gefälle Sohlenbeschaffenheit

Abfluss und Gerinnemorphologie Die Querschnitte natürlicher Gewässer sind den jahreszeitlichen Schwankungen des Abflusses angepasst. Dabei spielt der bordvolle Abfluss (QBV) eine wesentliche Rolle, denn bei diesem Abflusszustand tritt die größte formgebende Wirkung auf das Gerinnebett und das Ufer auf. Größere Abflusszustände, die zu einem Einstau der Vorland- bzw. Auenflächen führen, weisen höhere Reibungsverluste auf. Der bordvolle Zustand kann somit als Kennwert für den bettbildenden Abfluss herangezogen werden.

Gewässermorphologie Die Gewässerform (Grundriss & Querschnitt) passt sich bei natürlichen Zuständen folgenden Einflussgrößen an: Abflussdynamik Talgefälle Korngrößenzusammensetzung der Sohle und des Ufers Potenzial des Sedimenttransportes Hieraus resultieren unterschiedliche Fließmuster geradlinige Fließgewässerstrecken mäandrierende Fließgewässer verzweigte Fließgewässerstruktur

Charakteristische Bach- und Flussformen gestreckter Lauf ohne Aue gestrecktes Festbettgerinne mit Aue gewundenes Festbettgerinne nebengerinnereicher Verlauf mit Aue mäandrierender Verlauf mit Aue mäandrierendes Mehrbettgerinne

Einflussgrößen der Gerinnemorphologie Klima / Meteorologie Geologie / Tektonik Niederschlag Gefälle Sohlsubstrat Abflussregime Erosion / Transport / Sedimentation Tal- und Auenneubildung

Resultierende Talformen Kerbtal Sohlental Muldental Bildzitat: XXX sehr hohe Fließgeschwindigkeiten sehr starke Tiefenerosion keine Sedimentablagerungen schwache Tiefenerosion, gefolgt von starker Seitenerosion deutliche Sediment-ablagerungen sehr langsame Fließgeschwindigkeiten abgewaschene Talhänge sehr große Sediment-akkumulationen

Resultierende Talformen Kerbtal Sohlental Muldental Tiefen- erosion Seitenerosion Transport Sedimentation

Flussbettkennzahlen lF = Flusslänge Laufentwicklung Flussentwicklung lT = Tallänge B c Talentwicklung A

Windungsgrade von Gewässern [ - ] 1,05 1,50 1,00 s w L Ihre Aufgabe: Geben Sie einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem Windungsgrad eines Gewässers und dem jeweiligen Gefälle an. Gefälle [‰]

Windungsgrade von Gewässern [ - ] 1,05 1,50 1,00 s w L gewunden (Mäander) geschwungen gestreckt gering 0,5 - <5 Gefälle [‰] mittel 2 - 10 hoch >10

Windungsgrade gemäß Blauer Richtlinie NRW [ - ] s w L stark mäandrierend 2,0 Diese Einteilung wird in der „Blauen Richtlinie“ vorgenommen, die in NRW gültig ist. mäandrierend 1,50 gewunden 1,25 schwach gewunden 1,06 gestreckt 1,01

Einbettgerinne gestreckt schwach gewunden gewunden mäandrierend stark mäandrierend

Mehrbettgerinne nebengerinnereich, gestreckt nebengerinnereich, schwach gewunden nebengerinnereich, gewunden nebengerinnereich, mäandrierend

Mehrbettgerinne anastomosierend verflochten Mehrbettgerinne, verzweigt, verflochten, schwach gewunden anastomosierend, schwach gewunden anastomosierend, gewunden anastomosierend, mäandrierend

Schema Gewässermorphologie: Windungsgrad & Lauftyp

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