Physikalische Grundlagen für nachhaltiges Sedimentmanagement von Fließgewässern

Die Planung ökologischer Aufwertungen von Fließgewässern und ihrer Auen erfordert ein effektives Sedimentmanagement, um nachhaltige morphodynamische Rahmenbedingungen zu erreichen. Interdisziplinäres Verständnis der planenden Instanzen ist Grundvoraussetzung für ein integrales Sedimentmanagement. Dieser Artikel fasst physikalische Grundlagen der fluvialen Morphodynamik zusammen, die den interdisziplinären Dialog zwischen Fachleuten aus den Disziplinen Biologie, Ökologie, Flussgebietsmanagement, Projektplanung, Wasserbau und der Behörden vereinfachen soll.

1 Einführung in die Fließgewässerhydraulik und die Morphologie

Natürliche Fließgewässer wirken hydraulisch und morphologisch gesehen abwechslungsreich, spannend und dynamisch (Bild 1a). Im modernen Europa sind natürliche Fließgewässer allerdings rar geworden und es dominieren anthropogen überprägte Systeme (Bild 1b). Vor allem aufgrund der Wasserrahmenrichtlinie werden diese Fließgewässer heute oft künstlich, und teilweise mit großem Aufwand, als naturnahe Fließgewässer wiederhergestellt und gestaltet (Bild 1c). Die barrierefreie Kommunikation zwischen Gestaltern dieser neuen Habitate für aquatische Lebewesen bedarf der Erklärung fachlicher Begriffe und dem Verständnisphysikalischer Prozesse des Sedimenttransports, der Morphodynamik und der Fließgewässermorphologie.
Terminologisch zu unterscheiden ist unter anderem zwischen der Fließgewässermorphologie, die die Formen von Fließgewässern beschreibt, und der Morphodynamik, die die zeitabhängigen Veränderungen der Formen von Fließgewässersystemen und die zugrundeliegenden Prozesse ausdrückt. In diesem Artikel wird der Fokus speziell auf die Morphodynamik und dem angestrebten Ziel ihrer Wiederherstellung in naturnahen Fließgewässern gelegt. Dazu ist es jedoch essenziell, die Zusammenhänge zur Fließgewässermorphologie und der Hydraulik bei jeglichen Aufwertungsmaßnahmen zu berücksichtigen. Die Hydraulik eines Fließgewässers beschreibt die Bewegung des Wassers und der dabei wirkenden Kräfte und steht in direkter Wechselwirkung mit den morphodynamischen Änderungen der Gewässersohle.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 02-03 (März 2022)
Seiten: 8
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Stefan Haun
Dr. sc. Sebastian Schwindt
Prof. Dr.-Ing. Silke Wieprecht

Artikel weiterleiten In den Warenkorb legen Artikel kommentieren


Diese Fachartikel könnten Sie auch interessieren:

Optische Methoden ermöglichen neuen Blaualgen-Schnelltest
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (12/2021)
Verfärbt sich im Sommer das Wasser in Badeseen und Teichen grün, dann handelt es sich dabei oft um Blaualgen. Diese können für Mensch und Tier gefährliche Gifte in sich tragen, so dass immer wieder Gewässer von den Behörden schon vorsorglich gesperrt werden müssen. Ein Physiker- und Physikerinnenteam arbeitet an der Leibniz Universität Hannover an einem Schnelltest, um die giftigen Blaualgen schon vor Ort sicher von den harmlosen zu unterscheiden. Damit können die Kosten für Wasseruntersuchungen gesenkt und unnötige Gewässersperrungen vermieden werden.

Revitalisierung kleinerer Fließgewässer in Sachsen-Anhalt - Konformität statt Individualität
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (11/2021)
In Sachsen-Anhalt wurden im Zeitraum von 2015 bis 2021 über 220 Revitalisierungsmaßnahmen an kleineren Fließgewässern durchgeführt. Für etwa 10 % der Gewässerumgestaltungen wurde eine Erfolgskontrolle unter Einbeziehung des Makrozoobenthos (MZB) und der Fischfauna sowie der Gewässermorphologie durchgeführt. Festgestellt wurden zumeist kleinräumige Verbesserungen beim MZB, während die Ichthyozönose nur in wenigen Fällen den unbefriedigenden oder schlechten Zustand hinter sich lassen konnte. Die Ursache dafür ist die Kleinskaligkeit und Uniformität der weitaus meisten Maßnahmen, welche die starke morphologische Degradation der Fließgewässer nicht überwinden kann. So bleiben auch die MZB- Gemeinschaften trotz messbarer Erfolge sehr vereinheitlicht. Für die Zielerreichung der WRRL im Jahr 2027 ist es erforderlich, zukünftige Maßnahmen spezifischer auf den Gewässertypen abzustimmen und in einem größeren Maßstab durchzuführen.

Einfluss des übersaisonalen Niedrigwasserereignisses 2018/19 auf die Bewertungskomponente Makrozoobenthos in Fließgewässern Sachsen-Anhalts
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (11/2021)
Durch den Vorher-Nachher-Vergleich der vom Niedrigwasserereignis 2018/19 beeinflussten Zustandsbewertung der Qualitätskomponente Makrozoobenthos sollte untersucht werden, ob sich die Folgen des Niedrigwassers in der Zustandsbewertung auf Ebene des Landesmonitorings feststellen lassen würden. Eine Zustandsverschlechterung war in den Gewässertypen 11 und 16 deutlich erkennbar. Insgesamt fiel die Verschlechterung aber vermutlich aufgrund des bereits überwiegend mäßigen und unbefriedigenden Ausgangszustands weniger deutlich aus als vermutet.

Fischschutz und Anströmung an Wasserkraftanlagen mit niedrigen Fallhöhen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (10/2021)
Dem Schutz der Fische bei der flussabwärts gerichteten Wanderung kommt zunehmend eine steigende Bedeutung zu. Zur fachgerechten Beurteilung des Fischschutzes an Wasserkraftanlagen mit niedrigen Fallhöhen fehlen jedoch nach wie vor wesentliche hydraulische Grundlagen. Im vorliegenden Beitrag wurden diese unter Anwendung numerischer Simulationen sowie physikalischer Modellversuche aufbereitet und darüber hinaus weiterführende, wissenschaftlich relevante Aspekte zum Thema Fischschutz untersucht.

Versuchsbetrieb mit Sedimentmischungen aus Kunststoffgranulaten
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
In gegenständlichen morphologischen Flussmodellen wird das Natursediment häufig durch Kunststoffgranulate nachgebildet. Für den Umgang mit homogenem Material liegen gute Erfahrungen zum Laboralltag vor. Neuerdings werden Flussmodelle zur Nachbildung weitgestufter Kornverteilungen mit Mischungen aus Granulaten unterschiedlicher Dichte betrieben. Dazu sind neue Verfahren und Geräte für das Wasserbaulabor zu entwickeln. Optische Verfahren können für eine Überprüfung der Mischungsverhältnisse verwendet werden. Die Vermessung der Modelltopographien stellte ein ungeahntes Problem dar, da die gängigen Laserscanner nicht in der erforderlichen Genauigkeit bei halbtransparenten Kunststoffen arbeiten, so dass photogrammetrische Methoden besser geeignet sind. Die verwendeten Sedimentmischungen müssen nach einem Versuch wieder getrennt werden. Ein modifizierter Gegenstrom-Sichter wurde entwickelt, welcher die Kunststoffgranulate mit einer hohen Trennschärfe separieren kann.

Name:

Passwort:

 Angemeldet bleiben

Passwort vergessen?