Schwebstofftransportberechnungen in alluvialen Fließgewässern

Abstract

Knowledge of bed load transport and suspended load transport in lowland rivers is important for the planning of river engineering projects. A large number of equations were developed in the past in order to calculate bed load and suspended load transport. A promising method for calculating bed load transport is statistically evaluating bottom meas-urements of dune beds. Comparative calculations in the laboratory and in rivers using this method have shown that it can be a suitable method for quantifying bed load transport. Com-parative calculations in laboratories and in rivers using this method have shown that it can be a suitable method for quantifying bed load transport. Generally, former approaches to calculate the suspended load transport have been based upon calculating the distribution of suspended sediment concentrations between the river bed and the water surface. These approaches are based on simplifying assumptions, so that the calculations can have uncertainties. The aim of this work was therefore to investigate how the statistical methods for bed load transport calculation can be used in order to calculate suspended sediment transport. Experimental investigations were done in a flume and an approach was developed to convert bed load transport into suspended load transport. The approach requires knowledge of mean flow velocity, critical flow velocity and bottom measurement data of dune beds, e.g. from echo soundings. The calculation method was tested in two sand-covered rivers with dune beds. A comparison with suspended sediment measurements showed that it was possible to convert the bedload transport from statistically evaluated bottom data of dune beds to suspended sed-iment transport using the derived approach. Furthermore, a comparison of the calculation results with suspended sediment transport approaches from literature also indicated that the established approach was able to predict suspended sediment transport overall more effectively.

Kenntnisse zum Geschiebe- und Schwebstofftransport in Flachlandflüssen sind eine wichtige Vorrausetzung bei der Planung vieler flussbaulicher Maßnahmen und ökologischer Fragestel-lungen. In der Vergangenheit wurde eine Vielzahl von Berechnungsgleichungen entwickelt, um den Geschiebe- und Schwebstofftransport zu berechnen. Ein vielversprechendes Verfahren um den Geschiebetransport zu berechnen, ist die statisti-sche Auswertung von Sohlenmessdaten von Dünensohlen. Vergleichsrechnungen im Labor sowie in Flüssen konnten zeigen, dass das Verfahren eine geeignete Methode sein kann, um den Geschiebetransport zu quantifizieren. Bisherige Berechnungsansätze zum Schwebstofftransport zielten im Wesentlichen darauf ab, die Schwebstoffkonzentrationsverteilung im Wasserkörper zu berechnen. Den Berechnungsansätzen liegen vereinfachende Annahmen zu Grunde, so dass Prognoserechnungen zum Schwebstofftransport mit Unsicherheiten behaftet sind. Ziel dieser Arbeit war es deshalb zu untersuchen, wie sich die statistischen Methoden für die Geschiebetransportberechnung dazu verwenden lassen, den Schwebstofftransport zu be-rechnen. Dazu wurde mithilfe experimenteller Untersuchungen in einer Versuchsrinne ein Berechnungs-ansatz entwickelt, mit dem sich der Geschiebetransport in den Schwebstofftransport umrech-nen lässt. Der Berechnungsansatz setzt Kenntnisse zur mittleren Fließgeschwindigkeit und kritischen Fließgeschwindigkeit sowie Sohlenmessdaten von Dünensohlen z. B. aus Echolotpeilungen voraus. Das Berechnungsverfahren wurde in zwei sandgeprägten Flüssen mit Dünensohlen getestet. Ein Vergleich mit Schwebstoffmessungen zeigte, dass es mit dem her-geleiteten Ansatz möglich war, den Geschiebetransport aus statistisch ausgewerteten Sohlen-messdaten von Dünensohlen in den Schwebstofftransport umzurechnen. Zudem ließ sich durch einen Vergleich der Berechnungsergebnisse mit Schwebstofftransportansätzen aus der Literatur ermitteln, dass der aufgestellte Ansatz den Schwebstofftransport insgesamt besser prognostizieren konnte.