In Wildbachgerinnen reissen Hochwasser häufig grosse Mengen Sedimente mit und/oder lösen Murgänge aus. Messungen des Geschiebetransportes in natürlichen Gerinnen sind wichtig, damit wir die Prozesse dabei besser verstehen und Methoden zum Berechnen der Gefahren entwickeln können.
Inhalt
Ab einer bestimmen Wassermenge (Grenzabfluss) in einem Bachgerinne kann die Strömung Steine und Sand aus der Sohle des Bachbettes in Bewegung setzen. Dieser sogenannte Geschiebetransport ist grösser, je mehr Wasser fliesst und je steiler das Gerinne ist. Wieviel Geschiebe transportiert werden kann, hängt von der Struktur des Bachbetts ab und davon, wieviel Erde und Gestein mit Hangrutschungen und Uferanbrüchen ins Gerinne gelangen.
Langjährige Messungen von Geschiebefrachten deuten darauf hin, dass nach einem extremen Hochwasser oder dem Durchgang eines Murgangs grössere Geschiebemengen verlagert werden können, als nach längeren «ruhigen» Perioden.
Einen wichtigen Teil der Untersuchungen über den Geschiebetransport führen wir in den hydrologischen Testgebieten der WSL im Alptal (Kanton SZ) durch, insbesondere dem Erlenbach und dem Vogelbach. Unsere hydrologische Forschung im Alptal begann schon 1967; die Geschiebemessanlagen am Vogel- und am Erlenbach wurden 1982 und 1994 installiert. Dort und an anderen Bächen messen wir den Geschiebetransport kontinuierlich mit Geophonsensoren (früher: Hydrophonsensoren).
Den Geschiebetransport messen
Ein Geophon ist ein Gerät, das Vibrationen misst. Es wird an die Unterseite einer Stahlplatte geschraubt und diese am Grund der festen Gerinnesohle eingebaut. Wenn sich ein Geschiebekorn über die Platte bewegt, löst es Schwingungen aus, die der Sensor registriert. Diese Signale werden elektronisch abgespeichert und auf eine vereinfachte Weise als sogenannte Geophonimpulse gezählt. Diese sind ein Mass für den Geschiebetransport. Um ihn quantitativ bestimmen zu können, müssen wir dieses System mit unabhängigen Geschiebemessungen (z.B. in einem Geschiebesammler) abgleichen (eichen).
Parallel dazu haben wir in jüngerer Zeit, z.B. im Erlenbach, automatische Fangkörbe installiert, die in für eine bestimmte Zeit Geschiebe auffangen. Damit können wir genauer bestimmen, welche Geschiebemengen in welcher Zeit und welcher Korngrösse anfallen und dies mit den Geophonmessungen abgleichen. Weitere Geschiebemessungen zwecks Kalibrierung haben wir 2019 mit Fangnetzen unter anderem in der Albula (GR) durchgeführt, wo wir 2015 ebenfalls eine Geschiebemessanlage installiert haben. Ziel ist es, die Signale von Geophonen mit bestimmten Geschiebemengen in Verbindung zu setzen.
Forschungsziele
- Langfristige Datenreihen zum Sedimenttransport in einem kleinen Einzugsgebiet erheben
- Die akustische Geschiebemessmethode (Geophone) eichen und weiterentwickeln
- Die transportierte Geschiebemenge und ihre Variablität in Wildbächen unter verschiedenen Bedingungen erfassen (Geologie, Boden, Vegetation, Witterung, Geschiebeverfügbarkeit)
- Grundlagen beschaffen, um Wildbäche zu charakterisieren sowie die Dimensionierung von Verbauungen und das Gefahrenpotenzial für Unterlieger abzuschätzen
- Die wichtigsten Einflussfaktoren bestimmen, welche die transportierte Geschiebemenge in steilen Bächen steuern und Berechnungsansätze entwickeln.
Wissenschaftliche Methoden
- Messung des Geschiebetransportes mittels Geophon- und Beschleunigungssensoren
- Gezielte Entnahme von Geschiebeproben mittels automatisch gesteuerter Fangkörbe während Hochwasserereignissen
- Bestimmung von jährlichen Geschiebefrachten durch Vermessung von Geschiebesammlern
- Regelmässige Erfassung der Gerinnegeometrie, Bachbettmorphologie und Kornverteilung in ausgewählten Gerinneabschnitten
- Herleitung von Abschätzverfahren zur Berechnung von transportierten Geschiebemengen