Feststofftransport und Geschiebehaushalt

Risikoanalyse

Der während eines Hochwassers stattfindende Geschiebetrieb und ein langfristig unausgeglichener Geschiebehaushalt können die Gefahrensituation oft massgeblich verschärfen. Auflandungen, welche sich vornehmlich in Flachstrecken und Gerinneausweitungen ereignen, können die Abflusskapazität signifikant reduzieren und das Verklausungsrisiko bei Brücken und Durchlässen erhöhen. Umgekehrt kann eine Sohlenerosion in verbauten Gerinnen zu einer Zerstörung von Ufersicherungen, Hochwasserdämmen oder Brückenwiderlagern führen und den Grundwasserhaushalt negativ beeinflussen.

Risikoanalysen und Massnahmenkonzepte an Bächen und Flüssen sollten deshalb immer unter Berücksichtigung des Geschiebetransports geplant werden. Bei der Erstellung von Gefahrenkarten ist zu beachten, dass der Geschiebetrieb den Ereignisablauf eines Hochwasserereignisses und die Überflutungs- und Übersarungsszenarien entscheidend beeinflussen kann.

Eine Risikoanalyse kann auf folgenden beiden Ebenen durchgeführt werden:

Schutzziele und Schutzdefizite

Monetäre Risiken

Je nach Bedürfnis des Auftraggebers können wir dafür eher einfache und übersichtliche oder auch komplexere und detailliertere Vorgehensmethoden anwenden.

Vorgehen bei der Beurteilung des Geschiebehaushaltes

Für die Beurteilung des Geschiebetriebs eines Fliessgewässers empfehlen wir ein individuelles, der jeweiligen Gefährdungssituation angepasstes Vorgehen. Es stehen uns folgende, vielfach erprobte Möglichkeiten und Instrumente zur Verfügung:

Grundlagenaufarbeitung und Feldbegehung: Für die Festlegung der relevanten Parameter wie z.B. Korngrössen, Gefällsverhältnisse, Gerinnequerschnitte, Abflussganglinien sowie Erosions- und Ablagerungspotenziale ist eine gründliche Aufarbeitung der Grundlagen inklusive Feldbegehung am Gewässer und evtl. im Einzugsgebiet unerlässlich. Erosionsherde können auch mittels Fernerkundung (Luftbilder, Karten) ermittelt werden.

Abschätzung der Geschiebezulieferung aus dem Oberlauf bzw. des Einzugsgebiets: Der Geschiebeinput in die Untersuchungsstrecke wird in kleineren und mittleren Einzugsgebieten durch Bilanzierung der mobilisierbaren Geschiebeherde entlang der Bachläufe abgeschätzt. Die bei einem Hochwasserereignis voraussichtlich als Schwebstoff abtransportierten Feinanteile müssen abgeschätzt und vom Erosionspüotential abgezogen werden. Bei Flüssen und grösseren Bächen wird dier Geschiebeinput oft durch eine oben liegende, flache Umlagerungsstrecke bestimmt.

Abschätzung der Murgangkubaturen und -reichweiten in murfähigen Wildbachgerinnen mit Hilfe aktueller Abschätzformeln, Bilanzierungen und Beobachtungen im Gelände. Die gegenwärtig laufenden Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Murgänge lassen im Moment noch keine Praxisanwendung zu.

Ermittlung des Transportbeginns: Der Transportbeginn, d.h. das Erreichen der für den Geschiebebewegung kritischen Grenzschleppspannung kann mit verschiedenen Methoden berechnet werden: Einheitskorn nach Shields, Grenzschleppspannung nach Günther, Transportbeginn nach Bezzola mit Korrekturfakor für rauhe Wildbachgerinne usw. Dabei muss eine je nach den örtlichen Verhältnissen vorhandene Deckschicht mitberücksichtigt werden.

Kontinuierliche Berechnung des Transportvermögens, der Geschiebefrachten und der zu erwartenden Sohlenänderungen innerhalb der Untersuchungsstrecke. Für einfachere Verhältnisse verwenden wir ein selbst entwickeltes Berechnungs- und Bilanzierungsinstrument, das den Geschiebetransport und die Sohlenveränderungen während eines Hochwasserereignisses in bis zu 25 aufeinander folgenden Gerinneabschnitten kostengünstig ermitteln kann. Die Transportkapazitäten werden mit den Formeln nach Meyer-Peter/Müller, Smart/Jäggi oder Rickenmann bestimmt, wobei die während des Hochwassers stattfindenden Gefällsveränderungen iterativ mit berücksichtigt werden.

Detaillierte Geschiebesimulation mit MORMO: Für eine detailliertere Ermittlung des Geschiebehaushalts, z.B. an grösseren Gewässern oder für Langzeitszenarien, empfiehlt sich eine Geschiebesimulation mit dem an der VAW Zürich entwickelten Programm MORMO. Diese Ressource steht uns in Zusammenarbeit mit Partnerbüros zur Verfügung und wurde bereits in vielen unserer grösseren Projekte angewendet (XXXXXXXVerweis auf Engelberger Aa, Seez, Flaz; falls vorhanden).

Hydraulische 2d-Modellierung mit Geschiebetrieb: Für die Ermittlung zweidimensionaler Prozesse, in denen örtliche Geschiebeumlagerungen eine entscheidende Rolle spielen, verwenden wir in Zusammenarbeit mit der VAW Zürich die Modellierungssoftware "2dmb".

Grossflächige Übersarungsgefährdung: In Zusammenarbeit mit Geo7 AG, Bern, können potentiell durch Übersarung oder Murgänge gefährdete Gebiete mit Hilfe eines GIS-basierten Computermodells eruiert werden. Dieses im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms NFP31 entwickelte Programm eignet sich vor allem für die Herstellung von Gefahrenhinweis- und Gefahrenkarten in steilen, grossflächigen Gebieten. (XXXXX Link auf GEHIKA AG, falls vorhanden XXXXXX)

Niederer + Pozzi führt seit 1989 Risikonanalysen für Naturgefahren aus. Neben den diversen Gefahrenkartierungen, welche eine Beurteilung des Risikos erforderten, konnten wir insbesondere in integralen flussbaulichen Projekten und Studien (z.B. Extremereignis - Studie Thur, Schadenspotentiale Alpenrhein, Hochwasserschutzprojekte Engelberger Aa und Linth) umfassende Risikountersuchungen durchführen. Bei der Erarbeitung der Methodik und der Grundlagen wie z.B. der Schadensmittelwerte wurde aktive Mitarbeit beim Bundesamt für Wasser und Geologie (BWG) geleistet.