Flussbau
Flussbau; ETHZ Master, Vertiefung Wasserbau G.R. Bezzola
Flussbau; ETHZ Master, Vertiefung Wasserbau G.R. Bezzola
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Lernkarten
ephemer Fluss
Fluss führt nur Wasser wenn es regnet.
Diese Flüsse weisen keinen Basisabfluss auf.
Aufgaben eines Fliesgewässers
- Fliessgewässer prägen die Gestalt der Erdoberfläche
- Fliessgewässer transporieren Wasser und Feststoffe
- Fliessgewässer bilden und vernetzen Biotope
- Fliessgewässer mit ihrer Selbsbtreinugungskraft spielen eine wichtige Rolle im Ökosystem
- Fliessgewässer bieten Erholungsraum
- Fliessgewässer dienen als Transportwege
- Fliessgewässer sind Rohstofflieferanten
- Fliessgewässer dienen der Energieproduktion
- Fliessgewässer dienen der Bewässerung
- Fliessgewässer dienen der Trinkwasserversorgung
fluviale Erosion und Akkumulation
Denudation
Intensität und Ausmass nehmen mit zunehmender Wassermenge zu.
Abtrag der Oberfläche
Fliessgewässer transportieren Wasser und Feststoffe
Durch Verwitterung und Erosion endstandenen Feststoffe möglichst schadlos abtransportieren
Schutz vor Hochwasser und Murgängen und Massnahmen zu dessen Reduktion wichtige gesellschaftspolitische und volkswirtschaftliche Aufgabe
Fliessgewässer sind Rohstofflieferanten
Entnahme von Rohstoffen wie Sand, Kies aus Bächen oder Flüssen
Kiesentnahme kann Geschiebehaushalts sowie morphologische Entwicklung (Veränderung Form und Gestalt eines Flusslaufes) verändern.
Aufgaben Flussbau
- Schaffung und Gewährleistung einer ausreichenden Abflusskapazität (Schutz Überflutung)
- Gewährleistung einer ausreichenden Gerinnestabilität (horizontal und vertikal)
- Gewährleistung der ökologischen Funktionen der Gewässer
Rechtliche Grundlagen
Hochwasserschutz ist Aufgabe der Kantone!
- Bundesgesetz über den Wasserbau (WBG)
- ergänzende Verordnung über den Wasserbau (WBV)
- Bundesgesetz über die Raumplanung (RPG)
- Bundesgesetz über den Schutz der Gewässer (GSchG)
- Bundesgesetz üder die Fischerei (BGF)
- Bundesgesetz über den Natur- und Heimatschutz (NHG)
- Bundesgesetz über den Wald (WaG)
- Bundesgesetz über den Umweltschutz (USG)
- Bundesgesetz über die Jagd und den Schutz wildlebender Säugetiere uind Vögel (JSG)
- Bundesgesetz über Fuss- und Wanderwege (FWG)
- Bundesgesetz über die Nutzbarmachung der Wasserkräfte (WRG)
- Bundesgesetz über die Landwirtschaft (LwG)
- Bundesgesetz über due Enteignung (EntG)
- Bundesgesetz über Finanzhilgen und Abgeltungen (SuG)
- Bundesgesetz über die Verwengung der zweckgebundenen Mineralölsteuer (MinVG)
- Öko-Qualitätsverordnung (ÖQV)
konzedierte Rechte
Das von lateinisch concedere mit der ursprünglichen Bedeutung „beiseitetreten“ abgeleitete Verb wird mit -e- in der zweiten Silbe geschrieben.Vgl. aber: konzipieren, Konzipierung usw.
Beispiel
man konzedierte [ihnen], dass sie wegblieben; jemandem bestimmte Verhaltensweisen konzedieren
Schwerbstoffführung wichtige Rolle bei:
- der Deltabildung in Seen
- der Verlandung von STauräumen
- der Spülung verlandeter Stauräume (erhöhte Schwebstoffkonzentrationen gefährden den Fischbestand)
- der Verschlammung pberschwemmter GEbiete
- der Abdichtung des Gerinnes (Kolmation)
- der Verlandung von Altarmen und Buchten in Seen
- der Abnützung von Bauwerken im Fluss sowie von Turbinen (Abrasion)
Verantwortlich für Trübung des Wassers
Erosion und Auflandung breiten sich, ausgehend von einem Fixpunkt der Sohle flussaufwärts aus. Als Fixpunkte dienen:
- Einmündungen von Wildbächen
- Felsaufschlüsse im Bereich der Flussohle
- Seen oder Meere
- Bauwerke wie Wehre, Sohlschwellen oder Abstürze
Verhalten Fliessgewässerstrecke durch weitere Parameter
- Sedimentführung
- Korngrösse
- Längsgefälle
- Flussbreite
Verbreiterung eines Gerinnes
-> grössere Breite
-> Abflusstiefe nimmt ab
-> Fliesgeschwindigkeit nimmt ab
-> Transportvermögen nimmt ab, Sedimente können nicht alle weiter transportiert werden, Es kommt zu Auflandung
Hochwasser oft infolge Starkniederschlägen
Hoher Abflusswert in kleinen Bächen, überlagern sich in grösseren Flüssen, es kommt zu Hochwasser
Ganglinie wegen Form auch Hochwasserschwelle genannt.
Nebst Spitzenabfluss, ist auch Wasserfracht eine wichtige Kenngrösse
hydrologisches Risiko
Die Wahrscheinlichkeit q_m, dass eine Spitze mit einer bestimmten Jährlichkeit n innert einer Periode von m Jahren eintritt.
in einem Jahr q=1/n; wobei n die Jährlichkeit (# Jahre)
Gegenwahrscheinlichkeit 1-q
q_m= 1 - (1-q)^m = 1 - (1-1/n)^m
Wesentliche Elemente im hochwasserschutz
- Die Gefahrenanalyse
- Die Differenzierung der Schutzziele
- Die Massnahmenplanung
Abflussspitze Q
Schadensgrenze Q_A
Gefahrengrenze Q_B
Schadensgrenze: bezeichent Abfluss, bei welchem zu schützende Objekte keinen Schaden nehmen
Gefahrengrenze: bezeichnet Abfluss, dessen Überschreitung zu einem unkontrollierten Abfluss führen kann. Die Sicherheit der zu schützenden Objekte ist nicht mehr gewährleistet
Abflüsse zwischen Q_A und Q_B führen zu begrenzten Schäden, dabei sollen weder schutzbedürftige Objekte noch SChutzbauten zerstört werden.
Szenarien verbunden mit verschiedenen Prozessen und massgebenden Parameter
Ausuferung: austrettendes Wasservolumen und Dauer der Überflutung massgebend.
Erosion und Auflandung: Spitzenabfluss, Grösse und Dauer in der der Abfluss über dem Schwellenwert liegt
Murgänge: Volumen oft häufiger als Abflussspitze
Die definitiven Schutzziele werden im Rahmen der Massnahmenplanung unter sorgfältiger Abwägung aller Interessen iterativ festgelegt.
Querprofile werden immer mit Blick in ... dargestellt
in Fliessrichtung.
alluviale Sohle
Teil des Profils in welchem Transport von Geschiebe erfolgt und isch durch Tiefenerosion oder Auflandung Sohlenveränderungen ergeben können
Orte mit bekanntem Transport
- der Ausfluss aus einem See
- Die Mündung in einen See
- Baggerstellen oder Kiessammler, wo dem Fluss sämtliches Material entnommen wird
- Geeignete Gleichgewichtsabschnitte, für welche die Feststoffführung mit genügender Genauigkeit rechnerisch eingegrenzt werden kann
Längsgefälle
Gerinnesohle J_S
Wasserspiegel J_W
Energielinie J_E
Normalabfluss ist gekenntzeichnet durch:
Gleichförmigkeit: dU/dx=0
Stationarität dU/dt=0
Sohle, Wasserspiegel und Energielinie verlaufen parallel zueinander Js=JW=JE
Klassifikation von Korngrössen
Grössen in mm
Schweizer Korngrössen-Skala
- Blöcke; (<200)
- Steine; (60 < x < 200)
- Kies; (grob, mittel, fein); (2 < x <60)
- Sand; (grob, mittel, fein); (0.06 < x <2)
- Silt; (grob, mittel, fein); (0.002 < x < 0.06)
- Ton ; (<0.002)
Klassifikation von Korngrössen
Grössenangebe in mm
American GEophysical Union (AGU)
- Blöcke; (sehr gross, gross, mittel, klein); (250 < x < 4000)
- Steine;(gross, kleiln); (64 < x < 250)
- Kies; (sehr grob, grob, mittel, fein, sehr fein); (2 < x <64)
- Sand; (sehr grob, grob, mittel, fein, sehr fein); (0.062 < x <2)
- Silt; (grob, mittel, fein, sehr fein); (0.004 < x < 0.062)
- Ton ; (grob, mittel, fein, sehr fein); (0.00024 < x < 0.004)
Deckschicht
oftmals findet eine Srotierng an Sohlenoberfläche statt. feine Klrner werden abtransportiert, etwas schwerere bleiben liegen. es bildet sich eine Deckschicht, miteinem Anteil an gröberen Komponenten.
Unterschicht ist jedoch eher von Interesse
Beprobung des Deckschickt als Alternative zur Beprobung der Unterschicht
Flächenprobe: innterhalb einer Referenzfläche alle körner fächenhaft erfassen
Gitterprobe: Netz über Sohle gelegt, Körner unter Kreuzungspunkten berücksichtigen
Linienprobe: alle Körner entlang einer Linie
random walk-Probe: zufällig gewählte und erfasste Körner
Welche komponenten müssen bestimmt werden für:
- Rauigkeit, Erosionswiderstand der Sohle oder Geschiebetransport bei grösseren Abflüssen
- durch Ablagerungen laufendes Geschiebe verfüllt und dadurch die hochwassersicherheit beeinträchtig werden kann
- noch unklare Fragestellung
Kornzusammensetzung der Unter- und Deckschicht (vorallem Grobkornkomponente)
besondere Beachtung dem feinen, mobilisierten Material
Standortwahl entscheidend, damit für alle Fragestellungen repräsentative Probe verhanden
VERMISCHTE PROBEN SIND UNBRAUCHBAR! EINE PROBE IST KEINE PROBE!
Hauptachsen eines Korns
Ellipsoid
längste Achse -> a-Achse
kürzeste Achse -> c-Achse
Ausrichtung Korn (Typische Lage) in einer Deckschicht
Was kann anhand dieser chrakteristischen Grösse beschrieben werden
Darstellungsformen kornverteilungskurve
- Flussbau
- Bodenmechanik
- Art der Verteilung der Korngrössen
- lineare Darstellung
- halblogarithmische Darstellung
- Darstellung auf Wahrscheinlichkeitspapier; log-normalverteilte Darstellung, Verteilung als Gerade abgebildet
Siebanalyse in alpinen Flüssen, Verteilung der feinen Anteile des Geschiebes
Welche Verteilung repräsentativ?
Fullerverteilung
\(p_i = {\sqrt{d_i \over d_{maxFU}}}\)
Kornverteilung mit minimalem Porenvolumen
Grenzen Siebanalyse
mit zunehmendem materialkorndurchmesser immer aufweniger.
Abb Druchmesser über 20 cm nicht mehr durchführbar. Es gilt
\(V\ [m^3] \geq 2.5 \ d_{max} \ [m]\)
Bei dmax = 20 cm muss also \(V\geq 0.5\ m^3\)sein!
Durchführung Linienprobe
Spannen einer Schur oder Messband, oft in Fliessrichtung
zählen aller Körner, die unter der Schnur liegen; b-Achse wird gemessen
Erhebung Körner mit Durchmesser grösse 1-2 cm; In Fraktionen eingeteilt und gezählt
Anzahl Probenahmen, bis sich Form Häufigkeitsverteilung der Probe nicht mehr ändert. In jedem Fall aber mind. 150 Körner, mittlere Fraktion, mind. 30 Körner
charakteristische Korndruchmesser
d_x, wobei x % des Gewichtsanteils; X= 10, 16, 30, 50, 65, 84, 90
Korngrössendurchmesser für Näherung Durchlässigkeit
d_10