Springer Nature is making SARS-CoV-2 and COVID-19 research free. View research | View latest news | Sign up for updates

Sedimenttransport im Mündungsgebiet des Alpenrheins

  • 84 Accesses

  • 15 Citations

Zusammenfassung

In regelmäßigen Abständen wurden dem Alpenrhein am Pegel Lustenau, wenige Kilometer vor seiner Einmündung in den Bodensee, etwa 500 Wasser- und Schwebstoffproben bei verschiedenen Pegelständen entnommen.

Die Leitfähigkeit und Härte der Wasserproben nimmt mit steigendem Durchfluß (100–1000 m3/sec) entsprechend der Verdünnung ab, der pH-Wert (8,0 bis 8,8) steigt schwach an. Die Redoxpotientale sind stets positiv.

Mit ansteigendem Wasserdurchfluß nimmt die Schwebstoffkonzentration stark zu (50–5000 mg/l).

Zur Zeit des Frühsommer-Hochwassers sind bei gleicher Wasserführung die Schwebstoffgehalte bei ansteigendem Hochwasser höher als bei absteigendem Hochwasser. Als Ursache wird die Ausräumung des im Flußbett während des Winters und Frühjahrs bei Niedrigwasser akkumulierten Lockermaterials angesehen.

Setzt man die Schwebstoffgehalte in Beziehung zur Fließgeschwindigkeit (1–3 m3/sec), so ergibt sich für den Meßpunkt Lustenau eine Zunahme des Schwebguts (Cs in mg/l) mit der sechsten Potenz der Fließgeschwindigkeit (V): Cs (Alpenrhein Lustenau)=5·V6 In einer allgemeinen Beziehung Cs=x·Vy, die für verschiedene Flüsse nach Literaturdaten abgeleitet wurde, scheint der Exponent y ein Maß für die Strömungserosion (abhängig von Form und Neigung des Flußbettes), der Faktor x für die äußeren Einflüsse wie Klima, Vegetation, Stabilität der Flußgeometrie darzustellen. Eine ähnliche Abhängigkeit besteht zwischen der Schwebstoff- und Wasserführung.

Die Korngrößenverteilung und Karbonatgehalte sind von den Durchfluß-mengen bzw. Fließgeschwindigkeiten nahezu unabhängig, stehen jedoch in deutlicher Beziehung zu bestimmten Liefergebieten. Eine Häufigkeitsstatistik der mittleren Korngrößen von Flußsanden (Hahn, 1967) und Schwebstoffen (diese Arbeit) zeigt ein auffallendes Minimum bei etwa 0,04 mm. Dieser Wert kann zur Abgrenzung der Schwebstoff- und Flußbettfracht am Meßpunkt Lustenau benutzt werden. Werte für die Sortierung, Schiefe und Kurtosis erweitern die grundlegenden Untersuchungen vonFolk &Ward (1957) nach feineren Korngrößen hin.

Im Mittel setzen sich die Schwebstoffe aus 10% Ton, 70% Silt und 20% Sand zusammen. Der Karbonatgehalt beträgt durchschnittlich 37% (26% Calcit, 11% Dolomit). Die Tonfraktion besteht überwiegend aus Illit und Chlorit.

Abstract

500 samples of water and suspended load were taken at different water levels from the Alpenrhein at Lustenau, a few kilometers' distance from its Lake Constance-delta.

Conductibility and hardness of the water decrease with increasing water discharge (100–1000 m3/sec) corresponding to the dilution, the pH-values (8.0 to 8.8) weakly increase. The redox-potentials are always positive. With increasing water discharge, the suspended load concentration increases strongly (50 to 5000 mg/l).

At the same water levels, the suspended load concentration during early-summer high-water is greater during rising than during falling water level. This may be caused by the loose material (accumulated during winter and spring low waters) being washed out of the river channel.

On a double logarithmic scale the relation between flow velocity (V=1–3 m3/sec) and suspended load concentration (Cs in mg/l) can be expressed by a straight line. Its equation is Cs (Alpenrhein at Lustenau)=5· V6 In a general equation Cs=x· Vy, for various rivers (data taken from literature), the exponent y seems to be a measure of the erosional forces (depending on cross-section and slope of the river channel); the factor x seems to express outer influences as climate, vegetation, rock erodibility, stability of the channel geometry. A similar relationship exists between the suspended load concentration and the water discharge.

Grain-size distribution and carbonate content are almost independent of water discharge and flow velocity respectively. They are, however, clearly related to distinct supply areas. A pronounced frequency minimum exists at about 0.04 mm between the mean sizes of river sands (Hahn, 1967) and that of suspended load (this paper). This value may be used to distinguish suspended load from bedload at Lustenau sampling station. The values for sorting, skewness and kurtosis amplify the results ofFolk &Ward (1957) concerning finer grain sizes.

On an average, the suspended load consists of 10% clay (<0.002 mm), 70% silt (0.002–0.063 mm) and 20% sand (>0.063 mm). The mean carbonate content is 37% (26% calcite, 11% dolomite). The clay minerals are mainly illite and chlorite.

Résumé

A des intervalles de temps réguliers, à peu près 500 échantillons d'eau et de matière en suspension ont été prélevés de l'Alpenrhein, à la station de jaugeage de Lustenau, située à quelques kilomètres en amont de son embouchure dans le Lac de Constance.

La conductivité et le degré hydrométrique dans les échantillons d'eau décroissent en fonction d'une dilution relative, due à une augmentation du débit (100 à l000m3/sec). Il y a une légère croissance de la valeur du pH (8.0 à 8.8) lorsque le débit augmente. Les potentiels redox sont toujours positifs.

La concentration de la matière en suspension augmente rapidement 50 à 5000 mg/l) en fonction de l'augmentation du débit.

En temps de crues, au début de l'été, la concentration de la matière en suspension est plus élevée pendant la montée des crues qu'à la descente—le débit étant du même ordre. Ce phénomène est expliqué par un processus de balayage de la matière non consolidée, accumulée au fond du lit de la rivière pendant les périodes d'étiage au cours de l'hiver et au printemps.

En établissant une relation entre la concentration de la matière en suspension et la vitesse d'écoulement (1 à 3 m3/sec), on trouve pour la station de jaugeage de Lustenau une augmentation de teneur de la matière en suspension (Cs en mg/l) avec la puissance 6 de la vitesse d'écoulement (V): Cs (Alpenrhein, Lustenau)=5 · V6 d'où l'équation générale Cs=x · Vy, qui ressort aussi des études de diverses rivières citées dans la littérature. L'exponent y semble donc pouvoir servir comme règle pour la détermination de l'érosion d'écoulement (qui dépend de la géométrie et de la pente du lit du fleuve), le facteur x reflétant des influences externes comme le climat, la végétation et la stabilité de la géométrie du fleuve. Une relation analogue existe entre la concentration en matière en suspension et le débit.

Il n'y a pratiquement pas de relation directe entre la distribution granulométrique, ou les teneurs en carbonates d'une part, et le volume du débit ou la vitesse de l'écoulement d'autre part; or il apparaît une relation intime avec certaines régions d'alimentation. On note un minimum marqué autour de 0.04 mm dans la distribution statistique des grains à diamètre moyen dans les sables des fleuves (Hahn, 1967) et de la matière en suspension (cette étude). A l'aide de cette valeur il est possible de différencier, à la station de jaugeage de Lustenau, la matière transportée au fond du lit de l'Alpenrhein et celle transportée en suspension. Des valeurs pour le classement, l'assymétrie et «l'augulosité» (kurtosis) complètent les recherches de base deFolk &Ward (1957), en ce qui concerne la distribution granulométrique dans la classe des grains les plus fins.

Comme constitution moyenne on trouve dans la matière en suspension 10% d'argile, 70% de silt et 20% de sable. La teneur moyenne en carbonates est de 37% (26% de calcite, 10% de dolomie). Dans la fraction des argiles on trouve essentiellement de l'illite et de la chlorite.

Краткое содержание

Исследован осадочны й транспорт в устьево й области реки Альпенрейна. Несколько километро в перед впадением в Бо денское озеро почерпнуты 500 проб. Проводимость и жесткость проб воды у бавляются с увеличивающим протеканием (100–1000 м3/сек); рН-величина (8,0–8,8) возрас тает мало; окислительно-во сстановительные пот енциалы всегда положительны е. С увеличивающим прот еканием воды содержа ние наносов в воде сильно возраста ет. Из соотношения меж ду содержанием наносов и скоростью течения по лучится увеличение в звешенных веществ с 6. степенью скорости течения.

This is a preview of subscription content, log in to check access.

Schriften

  1. Axelssohn, V.: The Laitaure delta -a study of deltaic morphology and processes. - Geograf. Ann., A49, 1–127, 1967.

  2. Bagnold, R. A.: An approach to the sediment transport problem from general physics. - U. S. Geol. Surv. Prof. Paper,442, I, 38 S., 1966.

  3. Bkindley, G. W.: Ethylene glycol and glycerol complexes of smectites and vermiculites. - Clay minerals,6, 237–259, 1966.

  4. Colby, B. R.: Fluvial sediments a summary of source, transportation, deposition, and measurement of sediment discharge. - U. S. Geol. Surv. Bull., 1181-A, 47 S., 1963.

  5. Colby, B. R.: Discharge of sands and mean-velocity relationship in sand-bed streams. - U. S. Geol. Surv. Prof. Paper,462 A, 47 S., 1964.

  6. Fahnestock, R. K.: Morphology and hydrology of a glacial stream — White River, Mount Rainier, Washington. - U. S. Geol. Surv. Prof. Paper,422 A, 70 S., 1963.

  7. Folk, R. L. &Ward, W. C.: Brazos river bar, a study in the significance of grain parameters. - J. Sed. Petr.,27, 3–26, 1957.

  8. Förstner, U., G. Müller &H. -E. Reineck: Sedimente und Sedimentgefüge des Rheindeltas im Bodensee. - N. Jb. Miner. Abh.,109, 33–62, 1968.

  9. Hahn, Ch.: Mineralogisch-sedimentpetrographische Untersuchungen an Fluß- Sanden im Einzugsbereich des Alpenrheins. - Dissertation, Heidelberg 1967.

  10. Jäckli, H.: Gegenwartsgeologie des bündnerischen Rheingebietes. - Beitr. geol. Karte Schweiz, Geotechn. Ser., Lfg.36, 1957.

  11. —: Der rezente Abtrag der Alpen im Spiegel der Vorlandsedimentation. - Eclogae geol. Helv.51, 2, 354–365, 1958.

  12. Jordan, P. R.: Fluvial sediment of the Mississippi river at St. Louis, Missouri. - U. S. Geol. Surv. Water Supply Paper,1802, 89 S., 1965.

  13. Kiefer, F.: Naturkunde des Bodensees. - Jan Thorbecke-Verl., Lindau und Konstanz, 169 S., 1955.

  14. Leopold, L. B., Wolman, M. G. &Miller, J. P.: Fluvial processes in geomorphology. - W. H. Freeman Co., San Francisco, 522 S., 1964.

  15. Müller, G.: Das Sand-Silt-Tonverhältnis in rezenten marinen Sedimenten. - Neues Jahrb. Mineral., Mh. 1961, 148–163, 1961.

  16. -: Methoden der Sedimentuntersuchung. - E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nägele und Obermiller) Stuttgart, 305 S., 1964.

  17. —: Ergebnisse einjähriger systematischer Untersuchungen über die Hydrochemie von Alpen- und Seerhein (mit Einzeluntersuchungen an weiteren Bodensee-Zuflüssen). - Fortschr. Wasserchemie,2, 33–99, 1965.

  18. —: Die Sedimentbildung im Bodensee. - Naturwissenschaften,53, 237–247, 1966. - (1966 a.)

  19. —: The new Rhine delta in Lake Constance. - In: Deltas in their geologic framework (edit. by Shirley, L.) Houston Geol. Soc., Houston, 107 S., 1966. - (1966 b.)

  20. —: Beziehungen zwischen Wasserkörper, Bodensediment und Organismen im Bodensee. - Naturwissenschaften,54, 454–466, 1967.

  21. Müller, G. &Hahn, Ch.: Schwermineral- und Karbonatführung der Fluß-Sande im Einzugsgebiet des Alpenrheins. - Neues Jahrb. Mineral.,12, 371–375, 1964.

  22. Nordin, C. F., Jr.: A preliminary study of sediment transport parameters, Rio Puerco near Bernardo, New Mexico. - U. S. Geol. Surv. Prof. Paper,462 C, 21 S., 1963.

  23. Nordin, C. F., Jr. &Beverage, J. P.: Sediment transport in the Rio Grande, New Mexiko. - U. S. Geol. Surv. Prof. Paper,462 F, 36 S., 1965.

  24. Wagner, G.: Zur Geschichte des Bodensees. - Jahrb. des Vereins zum Schütze der Alpenpflanzen und -tiere,27, 1–20, 1962.

  25. Waibel, F.: Das Rheindelta im Bodensee: Bericht des österreichischen Rhein- bauleiters, Seegrundaufnahme 1951, 10 S., 1952.

  26. -: Das Rheindelta im Bodensee. Bericht des österreichischen Rheinbauleiters, Seegrundaufnahme 1961, 15 S., 1962.

  27. Weber, J. N. &Smith, F. G.: Rapid determination of calcite-dolomite ratios in sedimentary rocks. - J. Sed. Petr.,31, 130–131, 1961.

Download references

Author information

Additional information

Dem Österreichischen Rheinbauleiter, Herrn Hofrat Dipl.-Ing.Ferdinand Waibel, Bregenz, in Dankbarkeit gewidmet.

Herrn Dr.Quakernaat sei herzlich für seine freundliche Mithilfe gedankt.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Müller, G., Förstner, U. Sedimenttransport im Mündungsgebiet des Alpenrheins. Geol Rundsch 58, 229–259 (1968). https://doi.org/10.1007/BF01820606

Download citation