100 Fragen (Deutsche Antworten)

• Quarz, Feldspat (unlöslich)
• Calcit, Aragonit (löslich)

Die Sphärizität beschreibt die Oberfläche des Objekts
Die Rundheit beschreibt die Form des Objekts

• Udden-Wentworth-Skala
• Sieb-Skala

Verteilung kann auf arithmetischem Papier gemacht werden, leichte Interpolation der statistischen Parameter

Grenzen sind Ganzzahlig

Verhinderte Ansiedlung: Verhinderte bzw. Reduzierte Sinkgeschwindigkeit bei hoher Sedimentkonzentration aufgrund des Vorhandenseins von mehr Partikeln (Absetzen von Partikeln)

Wenn es einen angebotsbeschränkten Transport gibt, wird der Transport durch das Angebot an Sedimenten begrenzt. Das bedeutet, dass es möglich wäre, mehr Sedimente mit dem Strom zu transportieren, als Sedimente zur Verfügung stehen. 

Im Gegensatz dazu bedeutet ein kapazitätsbegrenzter Transport, dass zwar genügend Sediment in der Flusssohle vorhanden ist, der Strom aber nicht stark genug ist, um es mitzunehmen.

• Spülfracht:

Feiner Anteil der Sedimentfracht, bei dem die Transportrate von der stromaufwärts gerichteten Zufuhr bestimmt wird

• Geschiebe-Material-Fracht:

Grobanteil der Sedimentfracht, bei dem die Transportrate von der Transportkapazität des Flusses bestimmt wird

• Rollen
• Springen
• Gleiten

rouse number Z = ws/(k*u*) wird die rouse number größer, bedeutet das, dass mehr Geschiebetransport vorhanden ist. Wird sie kleiner ist mehr Schwebstofftransport vorhanden.

• Schwerkraft
• Auftriebskraft
• Reibungskraft

• Schwerkraft
• Auftriebskraft
• Reibungskraft (FR)
• Druckkräfte (FD)

Kohäsion (innerer Zusammenhalt) sorgt bei feinkörnigem Gestein für den inneren Zusammenhalt der einzelnen Teilchen. Sind sehr klein und können demnach schlecht vom Wasser erfasst und mitgerissen werden, weil sie im Gegensatz zu 10 mm weniger der Strömung ausgesetzt sind!

• Klein:

da fester am Boden gebunden → Kohäsion

Sind nicht der turbulenten Schicht ausgesetzt (näher an der Flusssohle) → niedrig Re → höhere ΘL _

• Grob:

Mehr der Strömung ausgesetzt, aber auch > τ, trotzdem ΘL kleiner

• Shields:

Θ im Bezug zur Re-Zahl oder Korndurchmesser → Beginn der Bewegung; Messer

• Hjulström:

vFließ im Bezug zur Korngröße → unterscheidet zwischen Erosion, Transport und
Sedimentation

Hjulstrom verbindet nur v & D (aber wenn kein Angebot & hoher vFließ → trotzdem keinTransport)
Nach Exner kommen in der Bilanz n & qb vor (Bilanz: ΔS= Min – Mout)

In der Natur gibt es keinen den idealistischen Weg:

• Θc Schwierig zu messen
• Θc Hängt von der Kornplatzierung, Form usw. ab.
• Θ Schwankt aufgrund von Turbulenzen → selbst bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass ein Korn in Bewegung gerät

• In Sedimentmischungen sind kleine Körner zwischen größeren Körnern verborgen und sind daher der Strömung weniger ausgesetzt als im Fall, dass die volle Flusssohle aus feinen Körnern besteht. Dies führt dazu, dass die kritische Schubspannung für die einsetzende Bewegung für feine Körner in Sedimentgemischen höher ist als in gleichmäßigen Strömungen.
• In Sedimentgemischen sind kleine Körner zwischen größeren Körnern verborgen. Die großen Körner sind daher der Strömung stärker ausgesetzt als im Fall, dass die volle Flusssohle aus großen Körnern besteht. Dies führt dazu, dass die kritische Schubspannung für die einsetzende Bewegung für große Körner in Sedimentgemischen geringer ist als in gleichförmigen Strömungen.

Sie besagt, dass bei einer "perfekten" Verbergung die grobe und die feine Klasse von Körnern gleichzeitig im Verhältnis zu ihrer Konzentration mit der Mediankorngröße transportiert werden können. → kleine Körner können genauso bewegt werden wie die großen!

10-30 % Abweichungen wären toll (Roy's Aussage)

Aufgrund von Abrieb und selektivem Transport:
Grobkörnige Körner sind im stromaufwärts gelegenen Teil des Flusses konzentriert, während sich feine Körner im stromabwärts gelegenen Teil konzentrieren. 

Bevorzugter stromabwärts gerichteter Transport von Feinpartikeln, verbunden mit stromabwärts gerichteter Abnahme der Stromleistung. Selektiver Transport führt auch zu einer stromabwärts gerichteten Sortierung, da der bevorzugte Transport der Feinfraktion von heterogenem Sohlmaterial zu einer besseren Sortierung des Sohlmaterials führt. 

Hauptsächlich wegen des selektiven Transports!

• Abwärts gerichtete Verfeinerung 
• Panzerung 
• Dünen-Sortierung 
• Kurven-Sortierung 

Feiner Kies wird weggeschwemmt:

• An der Oberfläche ist nur grober Kies
• Feines Sediment unter den groben Körnern kann nicht bewegt werden

➔ Sedimenttransport nimmt ab

statische (stabile) Panzerschicht:

• Keine Sedimentbewegung
• Panzerung vergröbert sich, wenn τ zunimmt
• Wenn τ = τc, Panzerung → alle Korngrößen werden in einem in Bewegung gesetzt

Dynamische (mobile) Panzerschicht

• Sedimentbewegung
• Panzerung büßt ein, wenn τ zunimmt
• Überdarstellung von groben Körnern an der Sohloberfläche

Großkorn bleibt nach auswaschen von Kleinkorn bestehen

gravel-bed river
Denn hier können sich die Körner perfekt verstecken (große und kleine Körner)

• Grobkörner rollen weiter, weil sie schneller sind und weniger Reibung erfahren
• Feinkörner werden durch Durchsickerung und kinematische Sortierung abgebaut, grobe Körner bewegen sich über feine Körner im Getreidestrom (!)

Grobkörner sind in den äußeren Kurven konzentriert

Hauptsächlich wegen des selektiven Transports, aber auch wegen der Kurven- und Dünensortierung

Sohlschubspannung (ist angestiegen)
Sedimenttransport steigt an 
Korngröße der Sohle (ist angestiegen)
Kritische Schubspannung (ist angestiegen)

Schubspannung steigt aufgrund von weniger Platz (höherer Wasserstand -> mehr Schubspannung)

Vergröberung des Sohle, da höhere Schubspannung -> mehr Erosion von größeren/groben Sedimenten!
bei fehlender Böschung ist die Schubspannung geringer, so dass die groben Körner nicht transportiert werden

-> Geschiebe wird zurückgehalten durch die Sperre -> mehr Erosion nach der Sperre, weil der Fluss aufgrund des fehlenden Sediments „hungrig“ ist -> mehr Transport nach unten und kommt dort vermehrt zu Verlandungen -> Gleichzeitig größeres Kornfraktion direkt hinter der Sperre (fine sediments are washed away)

Durch das Querbauwerk kommt es zu einem Geschieberückhalt vor der Sperre. Dadurch können die Sedimente nicht weiter transportiert werden. Es kommt dadurch zu einem Sedimentdefizit nach den Sperren. Das kann dazu führen, dass aufgrund des Sedimentdefizits mehr Erosion auftritt (Der Fluss will praktisch sein Sediment irgendwie zurück bekommen).
Das führt dazu, dass dieses schlagartig erodierte Zeug weiter nach unten transportiert wird und dort zu Anlandungen führt. Direkt hinter der Sperre führt der Prozess zu Sohlabsenkungen und Flusseinengungen. Nach einer gewissen Zeit wird das leicht zu erodierende Material direkt hinter dem Damm weg sein und das Gewässersohle wird durch große Gesteine bedeckt werden (armour layer), weil die ganze feine Fraktion bereits weggewaschen wurde

Höher Grobkornanteil, da Rest wegerodiert wird

Feinere Körner sedimentieren wegen → Versandung → höherer Feinsandanteil Versandung auf Auen etc.

• Sohlschubspannung: H → s wird größer → τ wird größer
• Sohlkörngröße: τ wird größer → D wird größer
• Sohl-Ebene: wird kleiner/tiefer

Degradierung: Absenkung der Flusssohle über einen bestimmten Zeitraum

• Schäden an Konstruktionselementen durch Absenkung des Sohlenniveaus
• Austrocknung, ernsthafte Probleme beim Erreichen des Grundwasserspiegels (Absenkung des Grundwasserspiegels)
• Keine/weniger Feuchtgebiete, keine Überschwemmung von Auen, schlecht für die Ökologie

Sedimentbudgets liefern wertvolle Einblicke in das morphologische Flussverhalten und sind ein großartiges Werkzeug für ein langfristiges Flussmanagement!

• Nebenflüsse
• Baggergutversorgung
• Auenablagerungen
• Erosionsablagerungen
• Abrieb

• Freifluss 
• Delta-Abschnitt

Tragbare Probenentnehmer:

• Probenentnehmer zur bis zur Sohle absenken
• Voreingestellte Abtastzeit verwenden
• Probenentnehmer anheben, Sediment sammeln, Siebanalyse durchführen
• Kalibrierfaktor anwenden und Sedimenttransport berechnen
• Wiederholen Sie dies für viele Orte auf der anderen Seite des Flusses

Akustische Techniken:

• Den Fluss überqueren
• Bootsgeschwindigkeit messen

(a) DGPS
(b) ADCP-Bodenbahn (Doppler)

• Die Differenz ist die Geschwindigkeit vonSohlpartikel

Point Sampler:

Flaschen:

• Behälter in Probenentnahmeposition absenken
• Deckel entfernen (mechanisch oder elektrisch)
• Warten Sie, bis die Flasche gefüllt ist (3~5 Minuten)
• Behälter anheben und Flasche austauschen

Hinweis: Eimer und Flaschen messen Konzentrationen, keine Transportraten!

Optische Methoden:
Optische Rückstreuung (OBS)

• Infrarot-Licht wird von Partikeln reflektiert und von Fotodetektoren detektiert.
• Der resultierende Fotostrom hängt von der beleuchteten Fläche, der Partikelgröße, der Form und Reflexivität
• Ausgang ausgedrückt als Trübung
• Die Kalibrierung ist notwendig, um SSC zu erhalten [g/l]

o Standortspezifisch
o Korngröße spezifisch
o von organischer Substanz abhängig

• Nur Konzentration, kein Transport

• Fotosynthese
• Organische & anorganische Substanzen

Molekular:

Brownsche Molekularbewegung →

Zufällige Bewegungen aller Moleküle bei Temperaturen über 0 Grad, die für die Ausbreitung und Entstehung eines stofflichen Gleichgewichts sorgen.

Turbulent:
Ein Transportprozess in einer Strömung, die durch turbulente (zufälllige und chaotische) Bewegung von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich geringer Konzentration geht und dadurch für ein Gleichgewicht der Konzentration sorgt

Diffusion:
Der Transport von gelöstem oder suspendiertem Material aus Gebieten mit hoher Konzentration zu Gebieten mit geringer Konzentration

Advektion:
Der Transport von gelöstem oder suspendiertem Material in Strömungsrichtung zusammen mit der Flüssigkeit selbst

Stofftransportgleichung unter Berücksichtigung des advektiven & diffusiven Stofftransport

The rouse profile: Gleichgewichtsgradient für eine gleichmäßige Strömung ohne Aufwärtsströmung: 
Absetzen der Partikel aufgrund der Schwerkraft, kompensiert durch Diffusion. Gibt das Verhältnis von Sinkgeschwindigkeit zu Schergeschwindigkeit an.

Je kleiner die Rouse number (Z=ws/(k*u*) wird, desto mehr verteilt sich der Schwebstoff über den Querschnitt. Je größer Z wird, desto mehr konzentriert sich das transportierte Material im unteren Bereich des Strömungsprofils oder im Bereich der Sohle. Fällt ws/u* unter 0,003 ist der Schwebstoff gleichmäßig über den Querschnitt verteilt.

In Sohlnähe, da in der Nähe der Sohle die Fließgeschwindigkeit gering ist und somit die Schwebstoffe nicht weggeschwemmt werden.

Die Exner Gleichung gibt das Sedimentgleichgewicht in einem Strömungsprofil an. Sie wird dazu verwendet die um die Geschiebemengenänderung über einen Zeitraum zu berechnen.

Die Exner Gleichung gibt das Sedimentgleichgewicht in einem Strömungsprofil an. Die Gleichung besagt, dass die Sohlhöhe proportional von der Sedimentmenge abhängt, die mitgerissen oder abgelagert wird. Sie wird dazu verwendet die Geschiebemengenänderung über einen Zeitraum zu berechnen.

Die aktive Schicht bleibt immer gleich dick.

sinkt, wegen der Flutereignisse →Risiko für das Ökosystem

Das Gleichgewicht des Längsprofils → nicht das normale konkave Profil
→ muss auch aufgrund des Absinkens der Tektonik sinken

Wegen unterschiedlicher:

• Tiefe
• Hanglage
• Klima
• hydraulischen Systeme

Morphologische (Anpassungs-)Zeitskala

Zeit, die ein Fluss benötigt, um nach einer Störung des ursprünglichen Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht zu erreichen.

Hängt davon ab:

• Belastung durch Sedimenttransport
• Erforderliche morphologische Veränderung (Sedimentvolumen)

Änderung der Sohlhöhe:
- Eine Anlandung/Ablagerung oder Abbau findet nur dann statt, wenn ein Gradient im Sedimenttransport vorliegt.
- Eine Anlandung/Ablagerung oder Abbau kann als Reaktion auf Ungleichgewichtsbedingungen betrachtet werden, durch die der Fluss versucht, ein neues Gleichgewicht zu erreichen.

Weil es zu einer Änderung der Sohlschubspannung und der Fließgeschwindigkeit kommt

Es hat Auswirkungen auf den Abfluss und damit auch auf eine hydraulische Region → τ, vflow

Abrasion ist ein zusammenfassender Begriff für Abnutzungsprozesse die die Größe einzelner bruchkörper während des transports mechanisch verkleinert → konkav

Wegen der Formabnahme durch Abrasion

• Konstante Sohlhöhe
• Keine Variation des Transports stromabwärts
• Das Gleichgewichtsprofil scheint ein lineares zu sein

• Größe
• Form
• Lithologie (Gesteinseigenschaften der Sedimentgesteine)
• Korngeschwindigkeit

1. Durchfluss berechnen (τ, u, v, w, Rauheit)
2. Sedimenttransport berechnen (qb, ...)
3. Berechnen Sie die Änderung der Sohlhöhe (η,...)
4. Sohlebene + Sohlzusammensetzung anpassen

• Kontinuitätsgleichung für den Wasserfluss
• Kontinuitätsgleichung für Sediment (exner)
• Bewegungsgleichung für den Wasserfluss (Navier Stokes)
• Bewegungsgleichung für Sediment (adv. Differenz-/Transportformel)

Ausgangsbedingungen für den Fluss:

• Wasserstand (H)
• Strömungsgeschwindigkeit (u, v, w)

Ausgangsbedingungen für das Sediment:

• Sohlhöhe (η,...)
• Sohlzusammensetzung (Fi, fi)
• Supendierte Sedimentkonzentration (c)

Randbedingungen für die Strömung:

• upstream boundary: Abfluss (Q)
• downstream boundary: Wasserstand (H)

Randbedingungen für Sediment (nur upstream boundary):

• Sohlhöhe (η,...)
  oder
• Geschiebefracht (qb)
  Plus
• Schwebstofffracht-Konzentration (c' oder cz)

Abfluss, bei dem Auen überflutet werden

geringere Präzision aufgrund fehlender Abflussschwankungen (zeitabhängig). Folgende Einflüsse werden nicht berücksichtigt:

• Hochwasserabfluss (große Effekte)?
• dominanter Abfluss?
• mittlere Abfluss?
• vollständiger Abfluss der Bank?

Der Bruchteil der Zeit, in der der Fluss überflutet ist

Aus einer sumpfigen flachen Landschaft entsteht eine stark drainierte Landschaft. Über die Zeit werden Täler breiter und eine neue flache Landschaft entsteht.

Stromaufnahme bedeutet, dass ein Fluss oder Strom sein ursprüngliches Flussbett verlässt und sich dem eines benachbarten Flusses anschließt.

Mehrere Gründe:

• Tektonisch
• Erosion
• Natürliche Stauung

Unter headward erosion versteht man Erosion die am Ursprung eines Stromkanals entsteht. Sie führt dazu, dass sich der Ursprung von der Fließrichtung weg bewegt und sich der Strom dadurch verlängert. Headward erosion kann zu stream capture führen, indem sich der Flussursprung so weit einer anderen Flusssohle annähert, dass diese sich verbinden.

• Dendritisch
• Parallel
• Gitterförmig
• Rechteckig
• Radial

Die geologische Struktur beeinflusst die Art und Weise, wie sich das Entwässerungsmuster selbst entwickelt
(Einflüsse: Härte des Gesteins)

Radial

Flüsse mit relativ einfach erodierbarem Sediment -> deshalb kann es sich zu das System verzweigen!

Erosionseinwirkung → höhere Neigung → höheres τ, so dass es seinen alten Weg durch die Routen geht und die Stromrichtung nicht verlässt
Grand Canyon: das futtert sich immer tiefer ein

Durch schrittweises Einschneiden des Flusses in das Schwemmland oder den Fels

Auswirkungen auf:

• Sediment-Zufuhr
• Vegetationsdecke
• Hochwasserabfluss
• Fluvialer Stil
• Korngröße

• Geometrisch: Die Riffeln sind im Allgemeinen kleiner als die Dünen
• Hydrodynamik: Riffeln entwickeln sich unter hydraulisch glatten Bedingungen. Dünen in hydraulisch raue Bedingungen

Fr >0,8

Dünen:

• Dünen sind 1D- (oder Quasi-1D-) Bettformen, bei denen die Schwankungen der Wasseroberfläche nicht in einer Höhe mit den Bettschwankungen liegen. Das heißt, die Wasseroberfläche ist hoch, wenn das Bett niedrig ist, und umgekehrt.  Wie unten dargestellt, wandern die Dünen flussabwärts.

   

Antidünen:

• Antidünen sind 1D- (oder Quasi-1D-) Bettformen, bei denen die Schwankungen der Wasseroberfläche ungefähr in einer ähnlichen Höhe wie die Bettschwankungen liegen.  Das heißt, die Wasseroberfläche ist hoch, wenn das Bett hoch ist, und umgekehrt. Wie unten gezeigt, wandern die meisten Antidünen stromaufwärts, aber es gibt ein System, innerhalb dessen sie stromabwärts wandern können.

   

Wenn die Sedimentzufuhr bei der Entstehung einer Düne begrenzt ist

Wenn die Sedimentzufuhr bei der Entstehung von Dünen steigt, aber noch nicht ausreicht

Berechnung des Geschiebetransports auf der Grundlage der Dünenhöhe (Δ, m) und der Migrationsrate (cd,τ)

Oberflächenreibung → (Kornrauhigkeit) verursacht durch die Rauheit der Sohloberfläche
Formrauhigkeit → verursacht durch die Morphologie des Flusses (Sohlformen,...)

• Bettformen
• Mäander-Kurven 
• Buhnen

• Je länger die Düne, desto geringer „form roughness“
• Mit zunehmender Dünenlänge geht Rauheit verloren
• Aufgrund der Migrationsrate und Reibung

τ=τ`+τ``
Gesamtschubspannung eines Flussbettes mit besonderer Bettform zu berechnen

veflochtene Flüsse:
Netz kleiner Kanäle mit Inseln (Sand und Kiesbett)

anastomisierende Flüsse:
Fluss mit mehreren stabilen Armen, die durch kohäsive Ufer (Lehm, Ton) getrennt werden. Charakteristisch für eine Flussaue mit geringem Gefälle. 

alternate bars

point bars

Hohes Gefälle, hoher Abfluss → Flusstyp wird geflochten

Mehr Vegetation → Zusammenhalt → mäandrierend
 

Kanallänge geteilt durch Mäanderbandlänge

Anzahl der parallelen Kanäle

Ein konstanter Abfluss, der den gleichen Sedimenttransport erzeugt wie die vollständige Abflusszeitreihe