Large woody debris in river channels - hazard and dynamics

Vergaro, Alexandra

Treibholz ist eine wichtige Ressource unserer Umwelt und ein bedeutendes Element natürlicher Flussläufe. Neben seiner Bedeutung als wichtiger Umweltfaktor stellt es bei Abdrift durch Hochwasser infolge seiner zerstörenden Kraft aber auch ein großes Gefährdungspotential dar. Gegenwärtig werden die Auswirkungen von verdriftetem Treibholz bei der Erstellung von Gefahrenkarten nicht berücksichtigt. Dadurch werden die von ihm ausgehenden Gefahren unterschätzt. Die unzuverlässige Einschätzung, der durch Treibholz verursachten Zerstörungen, resultiert aus der Komplexität der sich beim Verdriften abspielenden Prozesse. Schwierigkeiten bei der Einschätzung kritischer Szenarien bereiten neben den artspezifischen Eigenschaften des Holzes vor allem die sich gegenseitig beeinflussenden, unterschiedlichen physikalischen Prozesse. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht deshalb in der Verbesserung von Planungsgrundlagen zur sicheren Risikoeinschätzung von Flussläufen mit Treibholz. Ein weiterer Schwerpunkt besteht in der Verbesserung der Grundlagen über die dynamischen Prozesse bei der Destabilisierung von Treibgut sowie der Erarbeitung von Monitoringprogrammen und Karten zur Identifizierung von Gefährdungspotentialen entlang des Flusslaufes. Auf der Grundlage einer detaillierten Literaturrecherche, Kartierungen im Feld und experimentellen Untersuchungen wurde das vorhandene Gefährdungspotential, resultierend aus der Einwirkung von Treibgut, einer kritischen Analyse unterzogen. Die eingeschlagene Vorgehensweise diente der Identifizierung gefährdeter Gebiete und der Erstellung von Gefahrenkarten. Insbesondere wurden Erhebungsbögen für die direkte Maßnahmenerfassung entwickelt und im Feld getestet. Sie eignen sich als Monitoringinstrument zur Erfassung des Zustandes der Flussläufe und des Holzes. Basierend auf einer umfangreichen Dokumentation des Standes des Wissens wurde ein analytischer Ansatz für den Bewegungsbeginn von Treibholz entwickelt und mit Daten aus Laborexperimenten untermauert. Er stellt einen wichtigen Aspekt bei der Erfassung und Beschreibung der Dynamik von Treibholz dar. Der empfohlene Ansatz beinhaltet einen Schwellenwert mit dem die unterschiedlichen Bewegungszustände wie Gleiten, Rollen und Abheben erfasst werden können. Für jede Konfiguration von Holzteilen wird ein Schwellenwert für den Bewegungsbeginn angegeben, so dass für die drei unterschiedlichen Bewegungszustände das Abdriften von Treibgut für vorgegebene Abflüsse abgeschätzt werden kann.

Large Woody Debris (LWD) are an integral component of the fluvial environment. They represent an environmental resource, but even a risk factor for the amplification they could give to the destructive power of a flood event. At present wood dynamics in rivers is not systematically considered within the procedures for the elaboration of hazard maps resulting in underestimation of hazard impacts. The assessment inconsistency comes from the complexity of the question: several aspects in wood processes are not yet well known and the superposition of different physical phenomena results in difficulty to predict critical scenarios. The research activity is aimed at improve management skills for the assessment of the hydrologic risk associated to the presence of LWD in rivers, improving knowledge about LWD dynamic processes and proposing effective tools for monitoring and mapping river catchments vulnerability. Using critical review of the published works, field surveys and experimental investigations LWD damaging potential has been analysed to support the identification of the exposed sites and the redaction of hazard maps. Particularly, a survey sheets form for direct measurements has been implemented and tested in field to provide an investigation instruments for wood and river reach monitoring. Based on a critical analysis of the current state of the art an improved theoretical mechanistic model of LWD entrainment has been proposed, and tested with flume experiments, considering this feature a crucial aspect in wood dynamics. The proposed approach is able to provide a threshold parameter and to discriminate between entrainment modes (sliding, rolling, floating). For each particular configuration of the debris, the provided correlation establishes the threshold value for the proposed entrainment criterion that allows determining the probability of motion and the relative entrainment mode, for a given discharge with a certain recurrence interval.

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Vergaro, Alexandra: Large woody debris in river channels - hazard and dynamics. 2015.

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