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HIPPO - In-situ-Messgerät zur Analyse der Mobilisierbarkeit von Feinsedimenten

Vorgestellt wird ein innovatives In-situ-Messsystem zur Bestimmung des Erosionsbeginns von Feinsedimenten in Flüssen bzw. Stauräumen, welches im Zusammenhang mit einem aktuellen BMBF-Projekt am KIT entwickelt wurde. Die modulare Bauweise ermöglicht eine Anpassung an verschiedene örtliche Bedingungen. Das Messsystem basiert auf einer Fließgeschwindigkeitsmessung in einem Unterwasserströmungskanal in Kombination mit Trübungsmessungen. Der Versuchsablauf sowie die Erosionsprozesse werden zur Validierung der Messdaten zusätzlich mit Kameras aufgezeichnet.

Natürliche Gewässersysteme sind aufgrund von Sedimentbewegungen in ständiger Umgestaltung und durch Auflandungs- sowie Erosionsvorgänge gekennzeichnet. Durch anthropogene Eingriffe, wie Staubauwerke und Flussbegradigungen, werden die morphodynamischen Prozesse nachhaltig beeinflusst, was sich insbesondere in den Bereichen der Schifffahrt, der Energieerzeugung, des Hochwasserschutzes sowie der Gewässerökologie auswirkt. In Stauhaltungen kann der Feststoffeintrag zu einem massiven Verlust des Stauraumvolumens bis hin zu einer Gefährdung des Anlagenbetriebs führen.

Zur Bewertung der Prozesse innerhalb eines Stauraums ist neben der Betrachtung des Sedimentationsverhaltens auch die Untersuchung einer möglichen Remobilisierung der an der Sohle abgelagerten (Fein-) Sedimente, z. B. in Folge erhöhter Abflusszustände oder durch gesteuerte Wasserabgaben am Staubauwerk, von Bedeutung. Hierbei ist zu beachten, dass es insbesondere in Bereichen mit (zumindest zeitweise) sehr geringen Fließgeschwindigkeiten zur Bildung von unverfestigten Schlickablagerungen (Flüssigschlick bzw. Fluid Mud) kommen kann, deren komplexe rheologische Eigenschaften die Prognose des Remobilisierungsverhaltens erschweren.

In der Praxis werden zur Bewertung von Remobilisierungs- bzw. Erosionsprozessen überwiegend Schwellenwertansätze verwendet, nach denen Erosion beginnt, sobald die durch die Strömungsbelastung induzierte Sohlenschubspannung einen kritischen Wert überschreitet. Diese kritische Sohlenschubspannung kann je nach Konsolidierungsgrad und Struktur der Sohle eine starke lokale und zeitliche Variabilität aufweisen. Zahlreiche Forschungsarbeiten versuchen daher diese kritische Sohlenschubspannung für Erosion mit bodenmechanischen und anderen physikochemischen Parametern zu korrelieren. Diesbezüglich konnte bisher jedoch kein allgemeingültiger Zusammenhang in die in der Praxis eingesetzten Modellverfahren integriert werden. Bei in der Literatur vorgestellten experimentellen Untersuchungen wird der Beginn der Erosion detektiert und einer Grenzbelastung zugeordnet. Die Betrachtung der dabei ermittelten kritischen Sohlenschubspannungen zeigt jedoch eine deutliche Spanne zwischen den unterschiedlichen veröffentlichten Literaturwerten (Tabelle 1).

Copyright:	© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle:	Wasserwirtschaft - Heft 07/08 (August 2020)
Seiten:	7
Preis:	€ 10,90
Autor:	Dr.-Ing. Peter Oberle Tim Kerlin Dr.-Ing. Mark Musall Dipl.-Ing. Thomas Grafmüller Prof. Dr.-Ing. Franz Nestmann
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