Dimensionierung einer Flussaufweitung - VAW

Flussmorphologie und naturnaher WasserbauFlussmorphologieundnaturnaher WasserbauFlussaufweitungen1

Literatur 1/2• Minor H.-E., 2007. Flussaufweitungen – Möglichkeiten und Grenzen.Workshop an der VAW vom 4. Oktober 2006. VAW Mittteilung 200,www.vaw.ethz.ch• www.rivermanagement.ch Integrales Flussgebietsmanagement2

Literatur 2/2• Hunzinger L., 2004. Flussaufweitungen: Möglichkeiten und Grenzen.Wasser, Energie, Luft , 96, (9/10), 243-249.• Requena P., Bezzola G.R., Minor H.-E., 2005. Aufweitungen inerodierenden Flüssen. Wasser, Energie, Luft , 97, (7/8), 183-189.• Requena P., Minor H.-E., 2008. Wirksamkeit von Flussaufweitungen –Neue Erkenntnisse. Wasser, Energie, Luft , 100, (4), 311-316.• Hunziker R., 2012. Erfahrungen mit der Aufweitung vonFliessgewässern in der Schweiz. Österr Wasser- und Abfallw (2012)64:379-388• Aufleger M., Gems B., Klar R., 2012. Flussaufweitungen alsflussbauliche Methode – Grundsätze und Werkzeuge. Österr WasserundAbfallw (2012) 64:363-3783

4Thur in Andelfingen (gegenFliessrichtung)

5 Linthkanal, Hänggelgiessen

6 Kander Schwellen Augand

7 Kander Mülenen

EinleitungUnter den veränderten Rahmenbedingungen (NachhaltigerWasserbau, Ökologisches Bewusstsein, Gesetzgebung) neigt manwieder dazu, die Flüsse zu verbreitern.MEHR RAUM DENFLIESSGEWÄSSERN!Lokale Flussaufweitungen sind eine geeignete Massnahmen, dasie zumindest Abschnittsweise dem Fluss mehr Raum zurVerfügung zu stellen.8

Einleitung«Emme-Birne» an der Emme bei mittlerem Abfluss.919892004Fotos and figures: Documenta Natura, Tiefbauamt des Kantons Bern

Ziele von künstlichen, lokalen FlussaufweitungenFlussbau- Vergrösserung Abflussquerschnitt (für BewältigungHochwasserabfluss) falls kein resp. nur geringerGeschiebeanfall oder falls Geschiebe regelmässig entferntwird.- Nachhaltige Stabilisierung des Flussbetts in der Aufweitungund flussaufwärts.- Wirkung als Geschiebesammler bei der Mündung vonSeitenbächen mit verzögerter Weitergabe in den Unterlauf.10

Ziele von künstlichen, lokalen FlussaufweitungenÖkologie- verbesserte Habitatverhältnisse infolge Strukturvielfaltentlang der Ufer und auf der Flusssohle- Förderung von auentypischen Pionierhabitate- Zonen mit ruhigerer Strömung (Rückzugsgebiete fürLebewesen)- Vernetzung der Habitate (Sohlstabilisierung ohneSohlschwelle)- Verbesserung der Wasserqualität (Aufweitung kannSelbstreinigung fördern Reduktion organische Belastung)11Standortaufwertung (Sozio-ökonomische Kriterien)- Naherholungsgebiet für die Bevölkerung (Standortvorteil,Lokaltourismus)- Flussbauliche Massnahme oder Gesamtprojekt soll auchdurch die Bevölkerung getragen werden

DefinitionLokale Flussaufweitunglokale, natürliche oder künstliche Verbreiterung desAbflussquerschnittsUnterscheidung von:• Natürliche, spontane Flussaufweitungen (Seitenerosion)• Künstliche, projektierte Flussaufweitungen12

DefinitionNatürliche, spontane FlussaufweitungenTreten in Wildbächen oder sehr natürlichen Gewässern beigrösseren Hochwassern auf und verändern ihre Geometrie, Lageund Dimension ständig.13Secklisbach Wolfenschiessen,Kt. NW, 2005 (PLANAT)

DefinitionKünstliche, projektierte Flussaufweitungen• Grössere Aufweitungen werden meist als ökologischeAufwertung im Rahmen von Hochwasserschutzprojekten inkanalisierten Flüssen ausgeführt.• Kleinere Aufweitungen werden zum Teil auch ausschliesslich fürRevitalisierungen ausgeführt.14Aufweitung Chli Gäsitschachen,Escherkanal Mai 2013(M. Jud, Linthwerk)Aufweitung Hänggelgiessen,Linthkanal 2013(M. Jud, Linthwerk)

DefinitionAusführungstypMaschinelle Aufweitungeinseitig / beidseitigEigendynamische Aufweitung• vorgängige Entfernung der seitlichen Uferbefestigungen• Definition Interventionslinie• Stabilisierung der max. AusdehnungGemischter Entwicklungsprozess• Der Fluss wird teilweise maschinell aufgeweitet (z.B.nicht über vollständige Länge, nicht projektierte Breite,nur einseitig…)• Die projektierte Endbreite wird aber bereits vorgängiggesichert15

DefinitionVor-/Nachteile der verschiedenen AusführungstypenMaschinellSehr kostspielig, aufwendig, starker Eingriff bei Niederwasserfür Bau (Trübung), allenfalls Material der Ufer imFluss belassen. Man baut was man projektiert hat underreichen will, weniger risikobehaftetEigendynamischKeine Aushubarbeiten, risikobehafteter, Festlegung einerInterventionslinie notwendig, Monitoring notwendig,unkontrollierter Geschiebeschub ins Unterwasser,langsamere Auswirkungen auf LP ober- und unterhalb, evtl.dynamischer, naturnahe Prozesse finden statt.16Gemischter EntwicklungsprozessAnalog zu eigendynamischen Aufweitungen, aber grössereVorinvestition notwendig (anfängliche Baggerungen)

DefinitionDiskussionslinieInterventionslinie17

Hydraulische und morphologische AuswirkungenAusgangssituation (nur Hydraulik)∆hh N,Kh eN,Kh N,Ah eN,Ah N,K h eN,KKanalAufweitungLängsprofil (überhöht)KanalDraufsicht18

Hydraulische und morphologische AuswirkungenAusgangssituation (nur Hydraulik)Strömender FliesszustandQKleinere Normalabflusstiefein der Aufweitung als imKanalLängsprofil (überhöht)19Draufsicht

Hydraulische und morphologische AuswirkungenAusgangssituation (nur Hydraulik)Strömender FliesszustandQKleinere Normalabflusstiefein der Aufweitung als imKanalBeschleunigung verursachtlokale KolkeLängsprofil (überhöht)20Draufsicht

Hydraulische und morphologische AuswirkungenAuflandung während HochwasserStrömender FliesszustandQQ SKleinere Normalabflusstiefein der Aufweitung als imKanalBeschleunigung verursachtlokale KolkeReduzierteTransportkapazität inder AufweitungLängsprofil (überhöht)21Draufsicht

Hydraulische und morphologische AuswirkungenAuflandung während HochwasserStrömender FliesszustandQQ SKleinere Normalabflusstiefein der Aufweitung als imKanalBeschleunigung verursachtlokale KolkeReduzierteTransportkapazität inder AufweitungLängsprofil (überhöht)Geschiebeablagerung in derAufweitung verursachtvertikalen Versatz22Draufsicht

Hydraulische und morphologische AuswirkungenGleichgewichtszustandStrömender FliesszustandQQ SKleinere Normalabflusstiefein der Aufweitung als imKanalBeschleunigung verursachtlokale KolkeReduzierteTransportkapazität inder Aufweitung23Längsprofil (überhöht)DraufsichtGeschiebeablagerung in derAufweitung verursachtvertikalen VersatzGrösseres LängsgefälleAnhebung Sohle OW

Hydraulische und morphologische AuswirkungenGleichgewichtszustandJ A > J Ah N,Kh eN,Kh N,Ah eN,Ah N,K h eN,K24

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Emme bei Utzenstorf (Birne)http://www.rivermanagement.ch/aufweitungen/aufw_b1.php#Foto: Documenta Natura25Kanalisierte Emme vor den Aufweitungsmassnahmen 1989

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Emme bei Utzenstorf (Birne)Foto: Documenta NaturaKanalisierte Emme 199226

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Emme bei UtzenstorfFoto: Documenta Natura27Kanalisierte Emme 1995

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Emme bei UtzenstorfFoto: Documenta Natura28Kanalisierte Emme 2004

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Emme bei Utzenstorf1989 19952919922004Fotos: Documenta Natura

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Thur bei Altikonhttp://www.rivermanagement.ch/aufweitungen/aufw_b1.php#30Kanalisierte Thur 1992

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Thur bei Altikon31Kanalisierte Thur 2003

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Thur bei Altikon32Kanalisierte Thur 2008

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Thur bei Altikon33Kanalisierte Thur 2011

Morphologische Entwicklung in der Aufweitung…am Beispiel der Thur bei Altikon199220083420032011Fotos: Documenta Natura

Flussaufweitungen - HochwasserschutzWirkung bezüglich HochwasserschutzMit der lokalen Flussaufweitung wird der Abflussquerschnitt lokalvergrössert und somit auch die Abflusskapazität. Bleibt dieAufweitung verhältnismässig frei von Geschiebeablagerungen (keinGeschiebetrieb im Fluss oder regelmässiges Entfernen derAblagerungen), so kann im Sinne des Hochwasserschutzes diegrössere Abflusskapazität aufrecht erhalten werden.Bei Geschiebetrieb, lagert sich das Geschiebe in der Aufweitung ab(Analogie Geschiebesammler). Infolge grösserem Längsgefälle inder Aufweitung bildet sich ein Sohlversatz, der sich flussaufwärtsfortpflanzt und dort durch Anhebung der Sohle die Flussufer vorUnterspülung schützt (Hochwasserschutz). Sind die Auflandungenzu gross im Oberlauf, kann dies zu eingeschränkterAbflusskapazität führen.35

Planung einer Flussaufweitung12 Schritte eines Idealen Planungsablaufes36www. Rivermanagement.ch

Dimensionierung einer FlussaufweitungGrundlagenDatengrundlagen des vorhandenen Flusses (Ausgangslage)Geometrie (Breite, Gefälle)Hydrologie (Q m , HQ 1 , HQ 2 , HQ 5 , HQ D , EH Q )Hydraulik (max. Abflusskapazität)Geschiebe (d m , d 90 , Q 0 , Q D )Historik: Morphologie vor der Flusskorrektur37

Dimensionierung einer FlussaufweitungGrundlagenFeldbegehung unverzichtbar. ev. Volumenproben und Linienproben38

Dimensionierung einer FlussaufweitungFlussbauliche Planung - Definition der geplanten AufweitungLageBetrachtung des GesamstsystemsFixpunkte oben/untenGefällsknickZuläufeHistorik berücksichtigen!39

Dimensionierung einer FlussaufweitungFlussbauliche Planung - Definition der geplanten AufweitungBreite • Grössenordnung für verzweigte MorphologieB = (50 * h)• Mindestbreite aus ökologischen Aspekten für einedynamische Aufweitung:B dyn_min = 2 * (50 * h)• Anzustrebende Breite für breites Spektrum anAuenlebensräumen und charakteristischen StrukturenB dyn_ziel = 3 * (50 * h)Falls beschränkte Platzverhältnisse:Besser lang und schmal als kurz und breit40

Dimensionierung einer FlussaufweitungLänge Zu kurz: keine Morphologie, keine Auflandung im OW,keine Verbesserung der HabitatverhältnisseJe länger desto besser (aus ökologischer Sicht).Achtung, Geschieberückhalt!Damit sich Morphologie für die vorhandene Querschnittsgeometrieund Hydraulik ausbilden kann ist eine genügend langeMinimaldistanz notwendig. Die gewünschte Morphologie stellt sichnur in einer langen Aufweitung ein.Daher wird unterschieden zwischen kurzen und langenAufweitungen.41

Dimensionierung einer FlussaufweitungLange vs. Kurze AufweitungenNach Hunzinger (1998) gilt eine Aufweitung als kurz, wennL A ≤ 2L W + L VWobei L W die Strömungsausbreitungslänge ist.42aus: VAW Bericht 4234 nachHunzinger (1998)

Dimensionierung einer Flussaufweitung43aus: VAW Bericht 4234 nachHunzinger (1998)

Dimensionierung einer FlussaufweitungNach Hunzinger (1998) gilt eine Aufweitung als kurz, wennL A ≤ 2L W + L Vwobei L W die Strömungsausbreitungslänge ist.mit:s: Vertikaler Sohlversatzdz bw :Korrektur der mittleren Sohlenlage in verzweigtenGerinnen nach Abzug der unbenetzten Flächen44aus: VAW Bericht 4234 nachHunzinger (1998)

Dimensionierung einer FlussaufweitungMindestlänge Aufweitung nach Ashmore (2001)Mindestlänge:L dyn_min = 52.5 (HQ 2-5 ) 0.45-> ca. 2 Wellenlängen alternierende BänkeAnzustrebende Länge:L dyn_ziel = 1.5 bis 2.5 * L dyn-> 3-5 Riffel-Pool Sequenzen45

Dimensionierung einer FlussaufweitungFlussbauliche Planung - Definition der geplanten AufweitungErweiterugs- und Verengungswinkel:In Kombination mit der Länge zu definieren46aus: VAW Bericht 4234

Dimensionierung einer FlussaufweitungAbschätzen der Prozesse in der Aufweitung für verschiedeneAbflussverhältnisse (Q-Q s Beziehungen)• massgebenden Abflüsse und Geschiebetransportraten?• Sohlmorphologie in der Aufweitung?• resultierendes Gleichgewichtsgefälle?• Versatzhöhe im Übergang von Kanal zu Aufweitung?• Sohlanhebung in Oberwasser?• mögliche Kolktiefen ober- und unterstrom der Aufweitung?47

Dimensionierung einer FlussaufweitungMassgebende AbflüsseFür die Dimensionierung von Flussaufweitungen werden diebettbildenden kleineren Hochwasser beigezogen.Es soll eine Bandbreite von Abflüssen berücksichtigt werden. Diekleinen Abflüsse sollten in der Grösse eines HQ 2 sein, jedochgrösser als der Grenzabfluss für den Transportbeginn (Q 0 ). Diegrossen Abflüsse sollten in der Grösse eines HQ 5 sein, jedochmindestens so gross wie der Grenzabfluss für den Erosionsbeginnder Deckschicht (Q D ).48

Dimensionierung einer FlussaufweitungMassgebende Abflüsse49aus: VAW Bericht 4234

Dimensionierung einer FlussaufweitungMorphologie-Typ in der AufweitungMit Hilfe der massgebenden Abflüsse, der beabsichtigenAufweitungsbreite und des anstehenden Sohlenmaterials wird derzu erwartende Morphologie-Typ abgeschätzt.Vorabschätzung nach Grenzkriterium von Jäggi (1983)JJ = nn ee(1.07 bb bbbbdd mm0.15+mm)12.9 bb bbbbdd mm50Mit: J Grenzgefälleb bf Gerinnebreite (bordvoll)d m massgebender Korndurchmesserm Typ Kornverteilung (Gleichkörnig: 0.34, log-normal: 0.7)n Anz. Teilgerinne: 1 (ebene Sohle – alt. Bänke)2 (alt. Bänke – verzweigtes gerinne)

Dimensionierung einer FlussaufweitungMorphologie-Typ in der AufweitungFür die massgebenden Abflüsse ist mit Hilfe eines klassischenFliessgesetzes entsprechend des vorabgeschätzten Morphologie-Typs die mittlere Abflusstiefe h zu berechnen.Die mittlere Abflusstiefe h erlaubt eine Kontrollabschätzung des zuerwartenden Morphologie-Typs anhand der Grenzkriterien nachDa Silva (1991).51

Dimensionierung einer FlussaufweitungMorphologie-Typ in der Aufweitung52aus: VAW Bericht 4234

Dimensionierung einer FlussaufweitungLängsprofil im GleichgewichtszustandEntsprechend der zu erwartenden Morphologie kann mit passenderGeschiebetransportformel das Gleichgewichtsgefälle für diemassgebenden Abflüsse bestimmt werden.Ansätze für Kanal z.B.Meyer-Peter&MüllerHunziker….Ansätze für verzweigte Systeme z.B.ZarnMarti….53

Dimensionierung einer FlussaufweitungVersatzhöhe sDie Versatzhöhe s errechnet sich grundsätzlich aus der Differenzder spezifischen Normalabflussenergiehöhen in der Aufweitungund im Kanal.h eN,Kh eN,As54

Dimensionierung einer FlussaufweitungVersatzhöhe sErweiterung:Verengung:s = heA − heK + dddd bbbbs = heK − heA − dddd bbbb + ∆HH∆H in Erweiterung vernachlässigbardz bw : Korrektur mittl. Sohlenlage aufgrund von Makrosohlstrkukturen55

Dimensionierung einer FlussaufweitungAnhebung der Sohlenlage ∆z im OberwasserFalls Geschiebehaushalt im Flussabschnitt im Gleichgewichtund falls Aufweitung genügend lang:Anhebung der Sohle im Oberlauf der Aufweitung um ∆z∆z = (L A – L W – L V /2) * (J A – J K ) + ∆H56

Dimensionierung einer FlussaufweitungKolktiefe unterhalb VerengungAm unteren Ende der Aufweitung führt die Verengung und dasZusammenfliessen verschiedener Teilströme aus der verzweigtenGerinnemorphologie in der Aufweitung zu Kolken.Aus Modellversuchen geht folgende Abschätzung für die mittlereKolktiefe t V hervor:57Für die Abschätzung der max. Kolktiefe wird die Konstante 2.70statt 2.27 empfohlen.aus: VAW Bericht 4234 nachHunzinger (1998)

Dimensionierung einer FlussaufweitungWichtigNicht nur ein theoretischer Gleichgewichtszustand ist zuberücksichtigen, sondern auch ein möglicher Zwischenzustand mitungünstigen Kriterien:-> Aufweitung als Geschieberückhalt-> Defizit im UW-> Kolke in der Verengung-> Ausgangszustand mit “ebener” Sohle-> Beschleunigung des Abflusses hin zur Aufweitung kann zuSohlenkolken und Böschungskolk führen-> Hochwasserspitze mit verhältnismässig geringemGeschiebeaufkommen-> stärkere Kolkung und Erosion flussaufwärts58

59Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Definition Geometrie und charakteristische GrössenBreite Kanal b k 46 mBreite Aufweitung b A 107 mKanalgefälle J K 1.6 ‰Massg. Korngrösse d m 2.2 cmd 90 5.3 cmLänge Aufweitung L W 525 mMittl. Jährlicher Abfluss Q m 47 m 3 /sHQ 2 573 m 3 /sHQ 5 730 m 3 /sHQ 100 1069 m 3 /sUferrauigkeit: k St,i 25 m 1/3 /s (Bäume, Büsche, Blöcke)Böschungswinkel: β i 30°60

61Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)62Q = 750m³/sHQ5 = 730 m³/sGeolocation.ch

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)63Quelle: BHAteam

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Definition massgebende Abflüsse64aus: VAW Datenbank Flussaufweitungen

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Definition massgebende AbflüsseQ (1) 400 m 3 /sQ (2) 550 m 3 /sQ (3) 700 m 3 /sMorphologie-Typ in der AufweitungVorabschätzung Grenzgefälle nach JäggiJ = 1.5 ‰ Grenzgefälle ebene Sohle / alternierende BänkeJ = 2.9 ‰ Grenzgefälle alternierende Bänke / verzw. GerinneJ K = 1.6 ‰ -> alternierende Bänke zu erwartenAnnahme: log-normal verteiltes Sohlenmaterial65

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Berechnungen im Kanal für Q (1)Abflusstiefe h KPegel-Abfluss-Relation mit PotenzansatzBekannt: J K , B K , d 90 , β i , k St,iBerechnung von Q für h Kh K = 3.13 m v K = 2.49 m/s66

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Berechnungen im Kanal für Q (1)Grenzabfluss für Transportbeginn Q 0RR SSS =θθ cc ss−1 dd mmJJKK10.85mit θ c = 0.0470.85: Reduktionsfaktor für Widerstände infolge SohlformenMit R S0 und Pegel-Abfluss Beziehung folgtQ 0 = 110 m 3 /s67

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Berechnungen im Kanal für Q (1)Grenzabfluss für Erosionsbeginn Q DRR SSSS = θθ 2cc ss−1 dd mm dd⁄903JJ ddKKmm10.85mit θ c = 0.0470.85: Reduktionsfaktor für Widerstände infolge SohlformenMit R SD und Pegel-Abfluss Beziehung folgtQ D = 343 m 3 /s68

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Gleichgewichtsgefälle in der Aufweitung (mit MPM)(Abschätzung Geschiebeeintrag notwendig)Kanal (J K = 1.6‰, Q (1) ) G b = 118 kg/sfür Q (1) und G b J A = 1.9‰Berechnungen in der Aufweitung für Q (1) mit J AAbflusstiefeFliessgeschwindigkeith A = 1.75 mv A = 2.07 m69

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Vertikaler Sohlversatz sss = heeee − heeee + ddddddddmit h eeee = hKK + vv KK 22ggvv2h eeee = hAA + αα AAbb2ggαα bb = 1.47ee −5.58YYs = 1.5 m70

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Morphologie-Typ in der AufweitungAbschätzung nach DaSilvaY = 61Z = 8071

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Lange oder kurze Aufweitung?(L A = 525m)Strömungsausbreitungslänge L W = 166 m72Nach Hunzinger: L A > 2 L W + L v = 332 m(mit L v =0, weil keine wirklichen Angaben, lange Aufweitung)Grenzkriterien nach Ashmore:mind.: L A > 914 - 1020 manzustreben: L A > 1371 – 2550 m

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Sohlanhebung im Oberwasser∆z = (L A – L W – L V /2) * (J A – J K ) + ∆H∆z = 0.1 mmit ∆H = 0und L V = 0Mittlere Kolktiefen bei Verengungt v = 3.9 m (Q1)73

Beispiel Aufweitung Altikon (Thur)Vergleich mit NaturBerechnungNaturMind. Breite 368 – 430 m 107 m (effektiv)J A 1.6 – 1.9 ‰ 1.9 ‰s 1.5 – 1.9 m 1.6 mdz ow 0.0 – 0.1 m – 0.9 m (Erosion)mittl. Kolk 3.9 – 5.5 m k.A.74

Unsicherheiten bei DimensionierungEmpirische BerechnungsansätzeDie verwendeten und gebräuchlichen Berechnungen basieren aufempirischen Ansätzen aus Modellversuchen mit einfacherGeometrie. Jede Aufweitung in Natur hat aber ihre Eigenheiten undSpezialitäten.Eingangsgrössen:• Hydrologie (Ganglinien, keine konstanten Zuflüsse) sehrunterschiedlich• Geschiebeeintrag: kann sehr unterschiedlich sein. Abhängigkeitvom Abfluss kann stark variieren.• Geschiebezusammensetzung: fehlerbehaftete Messungen• Gleichgewichtszustand ist nie erreicht in einem Fluss75

Unsicherheiten bei Dimensionierung• Naturdaten• mittleres Gefälle schwierig zu messen, weil nicht konstanteGeometrie• Versatzhöhe schwierig zu bestimmenWichtig:• Man vergleicht und beurteilt nur Grössenordnungen – keineexakten Werte• Die Abschätzungen können gemacht werden, dürfen aber nurmit Hilfe gutem Prozessverständnis beurteilt werden detailliertere Untersuchung mit numerischem Modell76

Numerische Modellierung als weitereProjektierungshilfeDie Vorteile der numerischen Modellierungen gegenüber denempirischen Abschätzungen sind:• Berücksichtigung besonderer Geometrien• Qualitative Beurteilung der besonderen Geometrie im Vergleichzu Standardfällen• Langzeitsimulationen mit unterschiedlichen Abflussszenarien• Sensitivitätsanalysen des Geschiebeeintrags,Geometrieveränderung, AbflussszenarienNachteile der num. Mod. gegenüber der emp. Abschätz.• Zeitaufwändig• Gefahr von Fehlinterpretationen / Überinterpretationen77

Numerische Modellierung als weitereProjektierungshilfeFür eine detaillierte num. Modellierung sind gute Datenreihen füreine Kalibrierung notwendig.1D Für die Veränderungen im Längsprofil ausreichend undideal für Langzeitsimulationen2D Erlaubt die Berücksichtigung von lateralen Effekten infolgeeiner komplizierteren Struktur. Das 2D Modell weist abergegenüber dem 1D eine deutlich grössere Anzahl unbekannterFaktoren, Einstellgrössen und Effekten. Damit steigt auch derInterpretationsspielraum und somit die Resultatunsicherheit.Lokale morphologische Strukturbildungen können nicht, oder nurbegrenzt vorhergesagt werden.78

Numerische Modellierung als weitereProjektierungshilfeMittleres Längsprofil aus numerischer 1D und 2D Modellierung imVergleich zu Modellversuchen.z [m]0.050measured values1D single-grain2D single-grain-0.05-10 0 10 x [m]79

Numerische Modellierung als weitereProjektierungshilfeRezirkulationsströmung im 2D Modell kann gut abgebildet werden.Entsprechend wird Material abgelagert und die Form des Versatzesim Längsprofil naturgetreuer abgebildet.Dieser Umstand kann im 1D durch eine einfach Anpassung derGeometrie korrigiert werden (statt Verlauf der Uferbefestigung Verlaufder Strömungsausbreitung als äussere Begrenzung wählen).Strömungsausbreitungslängegut erkennbar.L EL Wα = 13.3°80

ErfolgskontrolleFlussbauVergleich mit Entwicklung in Natur anhand 14 AufweitungenEreignisanalyse HW2005Flüsse im Glgw./Auflandung: Morphologiebildung; keine/geringeAnhebung der Sohle im OWFlüsse in Erosion: Morphologiebildung; Erosionen im OW und UWSohlversatz Berechnung stimmt gut für die Langzeitentwicklung mitbettbildenden Abflüssen.Sohlversatz wird für grosse HW-Ereignisse überschätz.EA: Kolk und Bankbildung nach Zarn (1997) eher unterschätzt.81

ErfolgskontrolleFlussbauPrognose GefällsverhältnisseJ A,gemessenJ A,berechnetJ K,gemessenJ A,gemessenaus: VAW 4234 / 424182

ErfolgskontrolleFlussbauPrognose VersatzhöheMassgebende Q HW 2005s berechnet *s gemessen83* Mittelwert der aus massgebenden Q berechneten saus: VAW 4234 / 4241

ErfolgskontrolleÖkologieDie Habitatvielfalt wird verbessert und auentypische Lebensräumegeschützt und gefördert.Besonders grosse Aufweitungen erhöhen die Vielfalt anMakrozoobenthos.Aufweitungen stellen Lebensräume für bedrohte Vogelarten zurVerfügung (z.B. Flussuferläufer, Flussregenpfeifer) Eine lokale ökologische Aufwertung ist unbestritten.84

ErfolgskontrolleÖkologieHabitatverhältnisse85Aufweitung in der Moesa bei Lostallo (GR)

ErfolgskontrolleÖkologieHabitatverhältnisse86Aus: Rhode (2005),Flussaufweitungen lohnen sich!WEL, 3(4)

ErfolgskontrolleÖkologieFischeAufweitungen verbessern lokale Lebensbedingungen für bereitsvorhandene Fischfauna -> Erhöhung BestandesdichteBildung von Strukturvielfalt, Rückzugsräumen, unterschiedlichenSubstratverhältnissen, Totwasserzonen, NahrungshabitatenEine lokale Aufweitung kann tendenziell die allgemeine Fischfaunaim gesamten Flusslauf nicht direkt verbessern.Grosses Forschungspotenzial!87

ErfolgskontrolleÖkologieSchwall und SunkAufweitung reagiert viel stärker auf Wasserspiegelschwankungen(Schwall/Sunk). Die Auswirkungen sind in flachen Morphologienstärker und lassen die erhoffte Strukturvielfalt allenfalls gar nichtzu.NeophytenEs wurde festgestellt, dass sich Neophyten in den Aufweitungenstark verbreiten. Befürchtungen, dass sich mit Aufweitungen dieNeophyten besser ausbreiten können konnte nicht bestätigtwerden.88

ErfolgskontrolleStandortaufwertungZugang zum Wasser / BademöglichkeitenVielfältigeres LandschaftsbildNatur und Dynamik wird erlebbar Interessenskonflikt: Freizeit und Naturschutz Littering89