Berechnungen zum Geschiebetransport in Wildbächen und ... - WSL

Berechnungen zum Geschiebetransport in
Wildbächen und Gebirgsflüssen
Dieter Rickenmann, Jens Turowski, Manuel Nitsche, Mélanie Raymond, Alexandre
Badoux
Eidg. Forschungsanstalt WSL, Gebirgshydrologie und Wildbäche,
Zürcherstrasse111, CH-8903 Birmensdorf; email: dieter.rickenmann@wsl.ch
Berechnungen zum Geschiebetransport in steilen Gerinnen beruhen auf
Gleichungen, die in Laborversuchen unter vereinfachten Bedingungen durchgeführt
wurden. Zum Geschiebetransport in Gebirgsflüssen und Wildbächen gibt es in der
Regel nur wenige genaue Messungen, und zum Teil sind grobe Schätzungen zu
Ereignisfrachten vorhanden. Diese Gerinne sind charakterisiert durch vierlorts rauhe
Sohlen und mit typischerweise kleinen Abflusstiefen im Verhältnis zu den grösseren
Körnern. Mit konventionellen Berechnungsansätzen wird der Geschiebetransport in
vielen Fällen zum Teil massiv überschätzt. Messungen zum Geschiebetransport sind
daher von grosser Bedeutung, um die Gültigkeitsbereiche von verschiedenen
Berechnungsansätzen besser beurteilen zu können.
Eine wichtige Rolle bei der Berechnung des Geschiebetransportes in Gebirgsflüssen
und Wildbächen spielen die hohen Fliesswiderstände und die damit verbundenen
Energieverluste (Rickenmann & Recking, 2011). Mit Daten zum Geschiebetransport
aus mehreren Wildbächen und Gebirgsflüssen der Schweiz wurden verschiedene
Ansätze zur Berücksichtigung solcher Energieverluste bewertet (Nitsche et al.,
2011). Wird nur ein Basisanteil an der gesamten Fliessenenergie für die Berechnung
des Geschiebetransportes berücksichtigt, ergibt sich eine deutlich bessere
Übereinstimmung mit beobachteten Geschiebefrachten. Ein solches
Berechnungsverfahren wurde auch mit Beobachtungen zum Geschiebetransport bei
Wasserfassungen im Kanton Wallis verglichen.
Referenzen:
Nitsche M., Rickenmann D., Turowski J.M., Badoux A., Kirchner J.W. (2011): Evaluation of bedload
transport predictions using flow resistance equations to account for macro-roughness in steep
mountain streams. Water Resources Research, accepted.
Rickenmann D., Recking A. (2011): Evaluation of flow resistance equations using a large field data
base. Water Resources Research. doi:10.1029/2010WR009793.
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Geschiebemanagement an Fliessgewässern in
Östereich
Helmut Habersack
Universität für Bodenkultur, H81600 Insititut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und
konstruktiver Wasserbau (IWHW), Muthgasse 107, 1190 Wien; email:
helmut.habersack@boku.ac.at
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Rupture du charriage naturel par les retenues d’eau :
problèmes et solutions
Jean-Claude Kolly
Groupe E SA, Route de Morat 135, CH-1763 Granges-Paccot; email: jeanclaude.kolly@groupe-e.ch
Tous les aménagements hydroélectriques existants ont été dimensionnés en tenant compte
du transport solide, avec plus ou moins de succès. Même s’il est devenu aujourd’hui plus
aisé de modéliser le transport solide, cela reste un des problèmes les plus complexes en
hydraulique.
Le transport solide des cours d’eau constitue pour l’exploitant d’aménagement
hydroélectrique un risque pour des parties d’ouvrages particulièrement exposées:
Partie d’aménagement Risque
bassin de retenue Alluvionnement, engravement
prise d’eau bouchage
grilles abrasion
chambres d’équilibre alluvionnement
conduites forcées abrasion
Vannes et turbines abrasion
Il cherche à diminuer les risques engendrés par ce dernier lors de la conception des
ouvrages. Dès la mise en service de son installation, il suit l’évolution des dégâts afin de
prendre à temps les dispositions utiles pour éviter toute mise hors service de longue durée
de son installation.
La loi sur la protection des eaux et son ordonnance révisées en 2011 imposent aux
exploitants des mesures pour diminuer les atteintes au régime de charriage afin de favoriser
les conditions de vie pour la faune, la flore et les biotopes sis à l’aval.
Les mesures proposées pour améliorer le régime de charriage à l’aval des ouvrages de
retenue sont les suivantes:
Une exploitation en cas de crue organisée pour assurer un transit des matériaux solides. Le
prix de l’énergie produite en cas de crue est en principe bas. L’exploitant peut chercher à
valoriser l’eau à disposition en introduisant des mesures d’exploitation comme la baisse du
niveau de la retenue pour favoriser le transit. La connaissance du débit critique initiant le
charriage lui permet de manœuvrer les vannes de fond en temps utile. La réalisation de
purges partielles ou totales. Elles doivent faire l’objet d’une procédure mise au point avec les
autorités, en respect des conditions environnementales du tronçon aval.
La modification des installations: le dragage d’endroits clé pour favoriser le transfert des
matériaux solides, et les courants de turbidité.
La réalisation d’installations complémentaires: ouvrages de dérivation, ouvrages facilitant le
captage des matériaux à l’amont dont une partie devra être restituée à l’aval de la retenue.
L’extraction puis le transport de graviers à l’aval des retenues pour pallier à des déficits
devraient être considérés comme des exceptions comme mesure pour réinstaurer un régime
de charriage. Il faudrait limiter ces opérations au strict minimum. Cela restera encore pour
longtemps la seule solution pour de nombreux aménagements.
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Sanierung des Geschiebehaushalts: Beispiele an
Aare, Sihl und Limmat
Ueli Schälchli
Flussbau AG SAH, Holbeinstr. 34, CH-8008 Zürich; email:
ueli.schaelchli@flussbau.ch
Durch den Bau von Wasserkraftwerken, Geschiebesammlern und
Gewässerverbauungen sowie durch Kiesentnahmen wird der Geschiebehaushalt
vieler Gewässer stark verändert. Oft führt dies zu einer Ausräumung des Gerinnes,
der Erosion von Strukturen wie Bänke und Inseln, der Abpflästerung und Kolmation
der Gewässersohle sowie einer Veränderung der übergeordneten Morphologie.
Gemäss dem revidierten Gewässerschutzgesetz darf der Geschiebehaushalt nicht
soweit verändert werden, dass Tiere und Pflanzen sowie deren Lebensräume
wesentlich beeinträchtigt werden. Eine wesentliche Beeinträchtigung liegt vor, wenn
die morphologischen Strukturen oder die morphologische Dynamik nachteilig
verändert werden.
In vielen Schweizer Fliessgewässern, insbesondere des Mittellandes, wird der
Geschiebehaushalt stark beeinträchtigt. Gemäss revidiertem Gewässerschutzgesetz
ist der Geschiebehaushalt der betroffenen Gewässer innerhalb der nächsten 20
Jahre zu sanieren. An der Aare zwischen den KW Flumenthal und Ruppoldingen
werden bereits seit 2005 Massnahmen zur Reaktivierung des Geschiebehaushalts
umgesetzt. Dabei wurden drei grosse Kiesschüttungen vorgenommen, die bei
Hochwasserabfluss zunehmend erodiert werden. Das mobilisierte Geschiebe wird
ab- und umgelagert und bildet lockere Kiesablagerungen und Bänke, die als
Laichplätze genutzt werden können. Die Massnahemn werden durch eine
Erfolgskontrolle begleitet.
An der Sihl und der Limmat wird der Geschiebehaushalt durch Geschiebesammler,
Wasserkraftwerke und Kiesentnahmen beeinträchtigt. Anhand einer
Geschiebehaushaltsstudie wurden die Veränderungen analysiert und auf deren
Basis ein Massnahmenkonzept zur Sanierung des Geschiebehaushalts erarbeitet.
Die Massnahmen betreffen eine optimierte Bewirtschaftung der Geschiebesammler,
Massnahmen zum Durchtransport des Geschiebes bei Kraftwerken, eine Einstellung
der Kiesentnahmen sowie Kiesschüttungen. Mit den vorgeschlagenen Massnahmen
sollen die Anforderungen des revidierten Gewässerschutzgesetzes erfüllt werden.
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Wenn der Kies rollt freut sich die Äsche
Martina Breitenstein
WFN - Wasser Fisch Natur, Winterfeldweg 49, CH-3018 Bern; email:
martina.breitenstein@wfn.ch
Begradigungen, Uferverbauungen und Kraftwerksbauten prägen seit über hundert Jahren das Bild der
Aare unterhalb des Bielersees. Der stark strömende Fluss wurde gezähmt, und die früher
beträchtlichen Mengen an Geschiebe aus den Zuflüssen werden in Stauhaltungen zurückgehalten.
Die reduzierte Strömung, massive Sohlenverdichtung (Kolmatierung) und das Fehlen periodisch
überschwemmter Flächen führte zu einer Verarmung von spezialisierten Arten der Tier- und
Pflanzenwelt, welche Kiesbänke und neu geschaffene Pionierstandorte besiedeln, lockere Kiessohlen
benötigen oder im Hohlraumsystem der Sohle leben.
Im Rahmen des Projektes „Reaktivierung des Geschiebehaushaltes der Aare“, welches in den
Neunzigerjahren von den Kantonen Bern, Solothurn und Aargau ins Leben gerufen wurde, fanden im
Auftrag der Kantone Bern und Solothurn in der Aare zwischen Flumenthal (SO) und Wolfwil-Wynau
(SO/BE) Kiesschüttungen statt. Das Fliessregime und somit der Geschiebetrieb der Aare werden im
Untersuchungsperimeter durch die Stauhaltung zweier Flusskraftwerke (Bannwil, Wynau) beeinflusst.
Oberhalb beider Staubereiche wurden Kiesschüttungen durchgeführt, und die Auswirkungen dieser
Kieszugaben für den „Lebensraum Aare“ in einem Monitoring untersucht. Einerseits fanden
periodische Vermessungen der Sohle und der Kiesbänke statt, andererseits wurden fischökologische
Untersuchungen durchgeführt.
Der Fortpflanzungserfolg kieslaichender Fischarten wie z.B. Bachforelle, Äsche, Nase oder Barbe
dient als sehr guter Indikator für die Beurteilung des Zustands der Gewässersohle von
Fliessgewässern. Diese litho-rheophilen Fischarten benötigen für ihre Fortpflanzung eine lockere, gut
durchströmte Kiessohle. In Gewässern mit beeinträchtigtem Geschiebehaushalt finden sie deshalb
weniger geeignete Fortpflanzungshabitate und weisen dadurch einen geringeren Fortpflanzungserfolg
auf. Die Reaktion der Äschenpopulation auf diese Kieszugaben wurde mittels
Äschenlarvenkartierungen jeweils im April/Mai 2005-2011 untersucht. Da die Äschenlarvendichte,
zusätzlich zum Fortpflanzungserfolg je nach Jahr negativ durch die Abfluss- oder
Temperaturverhältnisse beeinträchtigt werden kann, wurden zwei von den Kiesschüttungen
unbeeinflusste Strecken im Bereich Flumenthal als Referenzstrecken bestimmt. Jeweils direkt
oberhalb der Kiesschüttungen, sowie in regelmässigen Abständen unterhalb wurden mehrere
Untersuchungstrecken ausgewählt. Es konnte gezeigt werden, dass bei der oberen Kiesschüttung
(Deitingen), die sich relativ träge von der Aare flussabwärts verfrachten liess, der Fortpflanzungserfolg
im ersten Jahr nach der Schüttung sehr gross war, was in den folgenden Jahren anhielt. Die weiter
flussabwärts liegenden Strecken wiesen immer niedrigere Dichten an Äschenlarven auf. Ganz anders
war die Situation bei der unteren Kiesschüttung (Aarwangen): bereits nach der ersten Schüttung
wurde diese infolge eines Frühlingshochwassers praktisch vollständig flussabwärts verfrachtet. Die
Äschenlarvenkartierungen fielen dementsprechend in den oberen Strecken schlechter aus. Eine
zweite Schüttung im Winter 2009/10 hatte zur Folge, dass 2011 hohe Äschenlarvendichten
nachgewiesen werden konnten. In der weiter unten liegenden Kontrollstrecke Wolfwil-Wynau
(„Aareknie“) konnten bis 2010 praktisch keine Äschenlarvenvorkommen nachgewiesen werden, 2011
jedoch wurden die höchsten Dichten aller je im Rahmen des Monitorings untersuchten Aareabschnitte
festgestellt. Dies darf als Folge der nun dort angekommenen Kiesfracht gewertet werden. Damit
können die Kiesschüttungen klar als erfolgreiche Massnahme eingestuft werden, um die negativen
Folgen des gestörten Geschiebehaushaltes in einem grösseren Fluss zu mildern.
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Die Bedeutung des Geschiebehaushalts für seltene,
flussbegleitende Pflanzenarten
Silke Werth, Christoph Scheidegger
Eidg. Forschungsanstalt WSL, Biodiversität und Naturschutzbiologie, Zürcherstrasse
111, CH-8903 Birmensdorf; email: silke.werth@wsl.ch
Naturnahe Flusslandschaften beherbergen viele Arten, die an Kiesbänke, Altarme,
Auenstandorte oder aquatische Lebensräume gebunden sind. Viele der Kiesbank-
und Altarmspezialisten sind in der heutigen Flusslandschaft der Schweiz selten
geworden; einige Arten sind bereits regional ausgestorben.
Ein Teil der an naturnahe Flüsse gebundenen Arten bilden sogenannte
Metapopulationen, bei denen häufig Bestände lokal aussterben und neue Habitate
besiedelt werden. Diese Arten sind oft Pioniere auf offenen Kiesbänken, oder in
vegetationsfreien Tümpeln oder Altarmen. Bei einer naturnahen Flussdynamik
werden häufig neue Habitate dieser Art geschaffen, und alte Habitate werden ersetzt.
Ist die Dynamik hingegen reduziert und es gibt keine grösseren Umlagerungen des
Geschiebes, so wächst die Vegetation der Kiesbänke zum Klimaxwald heran, und
Altarme und Tümpel verlanden, was zu einem Verlust der spezialisierten, seltenen
Arten führt. Wir zeigen Beispiele von unserer Forschungsarbeit an der Deutschen
Tamariske, Myricaria germanica, und von anderen Arten, die im Projekt „Integrales
Flussgebietsmanagement“ untersucht wurden.
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Messung des Geschiebetransportes mit
Geophonsensoren
Johannes Schneider, Dieter Rickenmann, Jens M. Turowski und Bruno Fritschi
Eidg. Forschungsanstalt WSL, Gebirgshydrologie und Wildbäche, Zürcherstrasse
111, CH-8903 Birmensdorf; email: johannes.schneider@wsl.ch
Während eines Hochwassers können grosse Mengen an Geschiebe und
Feinsedimenten transportiert werden und zu einer Verschlimmerung der
Gefahrensituation führen. Um Schäden in Folge Sedimenttransport Ereignissen
zukünftig besser begegnen zu können, sind langjährige Zeitreihen von
Geschiebemessungen in alpinen Bächen und Flüssen von grosser Bedeutung. In
diesem Beitrag wird ein indirektes System zur Messung des Geschiebetransportes
vorgestellt, entwickelt von der Eidg. Forschungsanstalt WSL, welches seit mehr als
20 Jahren erfolgreich eingesetzt wird. Das System basiert auf der Aufzeichnung von
Vibrationen eines Sensors an der Bachsohle, ausgelöst durch transportiertes
Geschiebe. Hierfür werden unter einer standardisierten Stahlplatte (36 x 50 cm)
handelsübliche Geophonsensor mittig installiert und das System in einer Ebene mit
fester Gerinnesohle verbaut, z B. in Wildbachsperren. Im Sensor werden die
Vibrationen in Spannungsschwankungen umgewandelt, und sobald die Spannung
einen Grenzwert überschreitet wird ein Impuls registriert. Die Anzahl der Impulse, als
Mass für die Geschiebetransportintensität, wird mit anderen relevanten Daten wie
Abfluss, Zeit und Datum abgespeichert. Um quantitative Aussagen treffen zu können
muss das System mit unabhängigen, direkten Geschiebemessungen geeicht
werden. Dies ist z.B. über die volumetrische Bestimmung von
Sedimentablagerungen in Rückhaltebecken oder mit einem, ebenfalls an der WSL
entwickelten, Geschiebefangkorbsystem möglich. Anhand der Geschiebedaten
lassen sich die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse besser verstehen.
Dieses Messsystem bietet weiterhin die Möglichkeit der Überwachung des
Geschiebetransportes z.B. zum Schutz von Wasserfassungsanlagen oder es kann
Grundlagen zum Geschiebetransport liefern, welche z.B. auch zur Verbesserung der
Gefahrenbeurteilung dienen.
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Wildbachverbauungen und Natürliche Stufen-
Becken-Morphologie: die Kunst und die Natur der
Kontrolle von Sedimentransport in Wildbäche
Peter Molnar
ETH Zürich, Institut f. Umweltingenieurwissenschaften, Wolfgang-Pauli-Str. 15, CH-
8093 Zürich; email: peter.molnar@ifu.baug.ethz.ch
Hohe Geschiebetransportraten und Erosion in steilen Wildbächen sind eine Gefahr
für die flussabwärts liegenden Gemeinden und die Infrastruktur. Die Konstruktion von
Wildbachverbauungen in solchen Gebirgsflüssen haben zum Ziel, Schäden dadurch
zu begrenzen, dass das Gefälle vermindert und die Flusssohle stabilisiert wird.
Jedoch entwickeln steile Wildbäche auch unter natürlichen Bedingungen eine Stufen-
Becken-Morphologie. Das geschieht vor allem durch die Blockierung von
Steinblöcken entlang des Baches und die anschliessende Sedimentablagerung
oberhalb der Steinblöcke sowie der Herausbildung von Beckenstrukturen unterhalb.
Die wichtigsten Einflussgrössen für eine natürliche Stufenbildung im Fluss sind:
Abflussmenge, lokale Flussbreite, vorhandene Korngrössen im Flussbett und ihre
Verteilung, Geschiebetransport und das Vorhandensein von Totholz im Flussbett. Im
Allgemeinen ist die natürliche Stufen-Becken-Morphologie stabil für den kleinen bis
mittleren Abflussbereich. Hohe Abflüsse dagegen destabilisieren die Stufen-Struktur
und verursachen die Ausbreitung einer Geschiebewelle durch das System. Die Ziele
dieser Präsentation sind (1) einige grundlegende Theorien zur natürlichen
Entstehung einer Stufen-Becken-Morphologie zu präsentieren; (2) einen Feld-
Datensatz vorzustellen, der die Änderungen in der Stufen-Becken-Morphologie im
Erlenbach (Untersuchungsgebiet der WSL in Alpthal) nach dem grössten
aufgezeichneten Hochwasserereignis 2007, mit einem Wiederkehrintervall von etwa
50 Jahren, dokumentiert und (3) mit einem einfachen numerischen Modell zu zeigen,
wie Impulse im Geschiebetransport von Wildbächen aus dem Zusammenbrechen der
Stufenstrukturen entstehen können. Zusätzlich werden abschliessend einige
Gedanken über die Folgen zur Gestaltung von Wildbachverbauungen präsentiert.
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Changements climatiques et capacité de transport
solide dans un bassin versant alpin
Daniela Balin, Stuart Lane
UNIL, Institut de Géographie, Quartier UNIL-Dorigny, Bâtiment Anthropole, CH-1015
Lausanne; email: daniela.balin@unil.ch
Cette étude présente les premiers résultats concernant l’impacte des changements
climatiques sur le transport solide dans le bassin - versant de l’Avançon de Nant
(13km 2 ) dans les Alpes Vaudoises.
Afin d’étudier l’évolution de la capacité de transport solide, un modèle hydrologique à
base physique et distribué (WASIM-ETH, Jasper et Schulla, 1998) a été couplé avec
un modèle empirique de transport solide (Wilcock and Crowe, 2003).
Deux scénarios différents (A2 et B1) issus du modèle régional REMO-UBA (UBA,
2006) ont été utilisés dans la modélisation hydrologique. L’incertitude qui caractérise
la modélisation et les données a été prise en compte en utilisant des approches
numériques bayesiennes de type Monte Carlo Markov Chain (modèle hydrologique)
ainsi que de type Monte Carlo pour le modèle de transport solide.
Les premières conclusions indiquent que malgré les nombreuses sources
d’incertitude de la modélisation du transport solide, il est toujours possible d’étudier
la tendance des impacts des changements climatiques sur le transport solide dans le
bassin de l’Avançon de Nant. De plus, trois tendances différentes ont été
différentiées en fonction de la probabilité de dépassement des événements futurs
pour les deux scenarios A2 et B1.
Réferences :
Schulla, J and K. Jasper (1998), Modelbeschreibung WASIM-- ETH, Technischer Bericht (en
Allemand)
UBA (Umweltbundesamt) (2006). Künftige Klimaänderungen in Deutschland - Regionale Projektionen
für das 21. Jahrhundert. Hintergrundpapier, April 2006, updated in September 2006.
www.umweltbundesamt.de. (en Allemand)
Wilcock, P.R. and J.C. Crowe "A surface-based transport model for sand and gravel". J. Hydraulic
Engineering. vol.129. 2 (2003). pp. 120 - 128.
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Der Alpenrhein im numerischen Modell: Einfluss von
Hochwasser-Schutzmassnahmen auf die
Entwicklung der Flusssohle
Roland Fäh
ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie,
Gloriastrasse 37/39, CH-8092 Zürich; email: faeh@vaw.baug.ethz.ch
Der Rhein zwischen Reichenau und Bodensee (Alpenrhein) wird schon seit mehr als
zweihundert Jahren durch Hochwasser-Schutzmassnahmen gebändigt. Auf der
internationalen Strecke zwischen der Illmündung und der Mündung in den Bodensee waren
die Eingriffe besonders einschneidend. Der Rhein wurde durch den Diepoldsauer Durchstich
und die Verlegung der Mündung verkürzt sowie durch Hochwasser- und Wuhrdämme
begradigt und eingeengt. Damit sollten nicht nur Überschwemmungen sondern auch die
Laufverlagerungen des Flusses verhindert werden. Diese behinderten vor allem die
agrarwirtschaftliche Nutzung des Rheintales. Die Rheinregulierung unterhalb der Illmündung
wurde seit 1892 in drei Staatsverträgen zwischen Österreich und der Schweiz geregelt und
gemeinsam unter der Leitung der „Internationalen Rheinregulierung“ (IRR) umgesetzt.
Trotz der Einengungen des Mittelgerinnes und der damit einhergehenden grösseren
Transportkapazität hat sich die mittlere Sohle des Alpenrheins im unteren Bereich durch
Sedimentationen angehoben. Gleichzeitig hat das Schadenpotential als Folge der immer
dichteren Besiedlung zugenommen. Die IRR hat deshalb beschlossen das
Hochwasserschutzziel zu erhöhen und gleichzeitig den Anliegen der Bereiche Grundwasser,
Ökologie und Naherholung besser Rechnung zu tragen. Das Vorhaben kann nur auf der
Basis eines neuen Staatsvertrages realisiert werden.
Um die Verhandlungen für den vierten Staatsvertrag auf eine belastbare Grundlage zu
stellen, wurde die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie von der IRR
im Rahmen des Projektes „Nachhaltiger Hochwasserschutz innerhalb der Dämme“
beauftragt, die Kosten und die Machbarkeit von verschiedenen Massnahmenvarianten zu
untersuchen. Konkret ging es darum, mit Hilfe von numerischen Modellen die Wirkung von
Gerinneaufweitungen, Dammerhöhungen etc. auf die langfristige Entwicklung der
Rheinsohle und des Grundwassers zu simulieren. Ziel war es, den Fluss als Ganzes zu
betrachten, damit die Wirkungszusammenhänge aus ganzheitlicher Sicht aufgezeigt und die
Entscheidungsfindung versachlicht werden kann. Damit soll gewährleistet werden, dass die
vielfältigen Ansprüche von Schutz- und Nutzungsinteressen besser aufeinander abgestimmt
werden können.
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Impact des blocs relativement immobiles sur le
charriage dans les torrents de montagne – étude
expérimentale
Tamara Ghilardi
EPFL Lausanne, Hydraulic Constructions Laboratory, Station 18, GC A3 495, CH-
1015 Lausanne; email: tamara.ghilardi@epfl.ch
Pendant les dernières décennies, de nombreuses recherches ont été menées sur les
rivières à forte pente au moyen de mesures in-situ ainsi que d’essais en laboratoire.
Les mesures in-situ permettent une évaluation ponctuelle de phénomènes réels,
mais il est très difficile d’étudier l’influence de la variation de quelques paramètres.
D’autre part, les études en laboratoire permettent d’évaluer l’impact de plusieurs
paramètres, mais simplifient de manière généralement excessive la réalité. Dans le
passé, lors d’expériences en laboratoire, des lits plats ou réguliers, avec
granulométrie uniforme ont souvent été utilisés pour des essais de charriage, même
pour des canaux à forte pente. Il est clair que cela ne représente pas la réalité de ce
type de rivières. Plusieurs recherches concernant l’impact des macro-rugosités sur
l’écoulement avec des faibles pentes ont été menées durant ces dernières années.
Mais peu d’études ont analysé leur impact sur le charriage, spécialement pour des
fortes pentes.
De nombreuses formules de transport solide permettent d’estimer le charriage, mais
lorsqu’elles sont appliquées aux rivières de montagne elles le surestiment jusqu’à
plusieurs ordres de grandeur. Ceci est le cas même lorsqu’elles ont été développées
pour des canaux en pente, vu les simplifications liées à la granulométrie et à la
morphologie. Cela est dû au fait que la présence d’éléments de macro-rugosité,
comme les gros blocs relativement immobiles qui ont un impact sur les conditions
d’écoulement, n’est pas prise en considération. Plus les éléments de rugosité sont
grands et plus leur résistance à l’écoulement sera élevée, impliquant une plus petite
force de trainée disponible pour la mobilisation des sédiments.
Afin de mieux analyser l’influence des gros blocs erratiques (immobiles) sur
l’écoulement et le charriage dans les rivières de montagne, des essais sur modèle
physique sont menés au Laboratoire de Construction Hydraulique à l’Ecole
Polytechnique Fédérale de Lausanne.
Des essais préliminaires menés au laboratoire dans un canal avec une pente de
6.7% (largeur 25cm, longueur 8m, granulométrie étendue, diamètre moyen des blocs
7.5cm) ont montré que la surface occupée par les blocs doit être considérée afin
d’obtenir une bonne estimation du charriage. Lorsque 15% de la surface est occupé
par des blocs, le charriage diminue de 61% par rapport aux essais sans blocs.
L’influence des blocs relativement immobiles sur les conditions d’écoulement et sur
le transport solide a été étudiée en fonction de la densité spatiale des blocs. Les
résultats sont discutés en comparaison avec les formules de charriage existantes.
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