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Morphologie lebendiger Gewässer
Morphologie lebendiger Gewässer
Oberhausen, 13.04.2016
Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH Aachen University
Die Internetversion des Vortrags wurde gegenüber dem tatsächlichen Vortrag gekürzt!
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von altgriechsch: morphé „Gestalt, Form“; lógos = Wort, Lehre, Vernunft
Hydromorphologie von altgriechisch: ὕδωρ, hydōr = Wasser; μορφή, morphé = Gestalt / Form und λόγος, lógos= Wort, Lehre, Vernunft
Morphodynamik von altgriechisch morphé = Gestalt / Form; δύναμις, dýnamis = Kraft
Begriffsdefinitionen
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Nach EU-WRRL werden folgenden Qualitätskomponenten für die Betrachtung der Hydromorphologie verwendet:
Wasserhaushalt (Abfluss und Abflussdynamik, Verbindung zu Grundwasserkörpern)
Durchgängigkeit des Flusses Morphologische Bedingungen (Tiefen- u.
Breitenvariation, Struktur u. Substrat des Flussbettes, Struktur der Uferzone)
Begriffsdefinitionen
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Morphologie lebendiger Gewässer
Die 10. Missverständnisse der Morphodynamik
1.) Natürliche Gewässer befinden sich in einem Gleichgewichtszustand2.) Erosion und Sedimentation haben immer anthropogene Ursachen3.) Natürliche Gewässer sind komplett durchgängig für Sedimente4.) In natürlichen Gewässern werden keine Feinsedimente transportiert5.) Kolmation findet in natürlichen Gewässern nicht statt6.) Eine Rückkehr zum natürlichen Ausgangszustand ist möglich7.) Die Wiederherstellung der Durchgängigkeit ermöglicht eine natürl. Morphodynamik8.) Maßnahmen an Querbauwerken reichen für die Sedimentdurchgängigkeit aus9.) Maßnahmen am Gewässer sind lokal begrenzt10.) Zur Beschreibung der Morphodynamik / Morphologie reichen Indikatoren aus
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Abiotik versus Biotik?
Foto: Schüttrumpf, 2015
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von Gewässern
Foto: Frings, 2010
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von Gewässern
Foto: Schüttrumpf, 2012
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von Gewässern
Foto: Schüttrumpf, 2012
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von Gewässern
Foto: Schüttrumpf, 2012
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von Gewässern
Foto: Schüttrumpf, 2011
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Morphologie von Gewässern
Foto: Schüttrumpf, 2016
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen
Foto: Schüttrumpf, 2013
Lalla Tasserkout, Marokko
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Sedimentation von Stauseen hat Folgen für :1.) den Hochwasserschutz
2.) das Stauvolumen3.) die Trinkwasserversorgung
4.) die Bewässerung5.) die Wasserkrafterzeugung
6.) Biodiversität, -produktivität und Ökosysteme7.) Hydrologie und Gewässerhydraulik
8.) Gewässergüte und Gewässerstruktur9.) Flussmorphologie und –morphodynamik
10.) Flusserosion und Küstenerosion11.) Sozio-ökonomische Faktoren
World Bank: “Last century was used to build reservoirs. This one will be used to solve sediment problems.”
World Bank: “Last century was used to build reservoirs. This one will be used to solve sediment problems.”
Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen
Quelle: ICOLD, 2009
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Quelle: Walling, 2015
Sedimentdefizit: 20 Mio. t/Jahr
Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen
http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Sedimentdefizit: 0,15 Gt/Jahr
Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen
Quelle: Walling, 2015
http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Sedimenttransport: ca. 20%
Verminderte Morphodynamikdurch Stauseen
Quelle: Walling, 2015
http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Zunahme Sedimenttransport: 150%Ursache: Goldabbau
Erhöhte Morphodynamik
Quelle: Walling, 2015
http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Globales Sedimentbudget
Anthropogene Einflüsse auf Sedimentfrachten• Talsperrenbau• Sandabbau• Landwirtschaft• Forstwirtschaft• Landnutzung• Klimawandel (?)• … Globales Sedimentbudget
Große Unsicherheiten!
Quelle: Walling, 2015http://www.iww.rwth-aachen.de/download/pdf/symposium/proceeding/IWASA2015/IWASA2015_Tagungsbeitrag_Walling.pdf
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Forschung
Shields ca. 1936(1908 - 1974)
Preussische Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau, 1936
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Forschung
Hans Albert Einstein1904-1973
Professor ofHydraulic Engineering
California Institute ofTechnology
Wichtigstes Werk:The Bed-Load Function for Sediment
Transportation in Open Channel Flows
Foto: Frings, 2010
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Morphologie lebendiger Gewässer
Forschungsfragen Wie verändern anthropogene Maßnahmen die Sedimentdynamik?
Was sind natürliche Gewässer? Welche Maßnahmen sind nachhaltig?
Forschung
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Morphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
Unbekannt:Menschlicher Einfluss auf Kies- und
Sandtransport im Flusseinzugsgebiet Notwendigkeit
z.B. für Gewässerunterhaltung, Gewässerökologie
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
Dem Sediment auf den Grund gehen!
Foto: Frings, 2010
Untersuchungen zur Sohlstruktur auf der Sohle des Rheins
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
Kies
Sand
Rhein Rhein-km 690: KölnRhein-km 743: Düsseldorf
Rhein-km 865: Grenze D-NLQuelle: IWW, 2015
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Morphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
Quelle: IWW, 2015
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Morphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
Quelle: IWW, 2015
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
Sedimentsenke: Bodensee
Hinweis: In 20.000 Jahren ist die Sedimentdurchgängigkeit wiederhergestellt!
Volumen: 50 Mrd. m³Sedimentfracht: 3 Mio. m³
Quelle: IWW, 2015
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Morphologie lebendiger Gewässer
From Source to Mouth
• Starker anthropogener Einfluss auf Sedimenttransport• Sedimente fehlen unterstrom• Sedimentdurchgängigkeit wird ein wichtiges Thema der Zukunft sein
Quelle: IWW, 2015
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Morphologie lebendiger GewässerMorphologie lebendiger Gewässer
Gewässerstrukturgüte
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Morphologie lebendiger Gewässer
Dynamische Prozesse
Abflussdynamik, Strömungsdynamik
Sedimentdynamik(Im- und Export Sedimente)
Morphodynamik(Im- und Export Sedimente)
Meteorologie HydrologieKo
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Morphologie lebendiger Gewässer
Die 10. Regeln der Morphodynamik
1.) Gewässer sind dynamische Systeme. (Statische Indikatoren sind ungeeignet zur Bewertung der Morphodynamik eines Gewässers)
2.) Morphodynamisch aktive Gewässer sind räumlich und zeitlich variabel!3.) Eine reduzierte Abflussdynamik reduziert die Sediment- und Morphodynamik4.) Erosion und Sedimentation sind Bestandteil jeder morphodynamischen Entwicklung5.) Unterschiedliche Korngrößen sind Bestandteil jedes Gewässers.6.) Feinsedimente können sich bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten nicht ablagern. 7.) Maßnahmen am Gewässer beeinflussen das gesamte Gewässersystem (Integrale Gewässerbetrachtungen sind notwendig!).8.) „Building with Nature“ und nicht „Building against Nature“9.) Daten, Daten, Daten!!!10.) Hydronumerische Modellverfahren sind notwendig, um die Entwicklung einesGewässers zu beschreiben.
Viel Forschungsbedarf!
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Morphologie lebendiger Gewässer
Morphologie lebendiger Gewässer
Oberhausen, 08.04.2016
Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH Aachen University
dynamik
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit