Innovative Methoden zum Geschiebemonitoring am Beispiel der Donau

Innovative methods in bedload transport monitoring on the Danube River

Zusammenfassung

Im vorliegenden Artikel werden neu entwickelte Methoden zum Geschiebemonitoring beschrieben und deren Anwendung im Rahmen eines künftigen Rückbauprojektes an der Donau gezeigt. Durch die Adaptierung eines Geschiebefängers konnte eine erste langjährige Messkampagne zur Erfassung des Geschiebetransports an der Donau durchgeführt und anhand der gewonnenen Daten die zeitliche und räumliche Variabilität gezeigt werden. Die Entwicklung einer Methodik zur Verfolgung von künstlichen Tracersteinen ermöglichte es, 40 Geschiebepartikel unterschiedlicher Größe über ein Jahr lang in der Donau zu verfolgen. Mittels beider Methoden konnte gezeigt werden, dass an der Donau Geschiebetransport schon bei Niederwasser vorhanden ist und der Geschiebetransport ab Erreichen des bordvollen Durchflusses nicht exponentiell, sondern nur mehr geringfügig mit dem Durchfluss ansteigt oder sogar konstant bleibt. Die Tracerstudie zeigte ein größenselektives Transportverhalten der Geschiebepartikel, wobei größere Partikel weniger häufig und weniger weit transportiert wurden, bei einer mittleren Transportdistanz von 3 km pro Jahr für das aktuelle Sohlmaterial im untersuchten Abschnitt bei Bad Deutsch-Altenburg. Detaillierte Sohlgrundaufnahmen und die Analyse des Sohlaufbaus durch Freeze-Core-Proben ergaben Einblicke in die Prozesse des Sedimenttransportes an der Donau. Durch diese Methoden konnten u. a. Sohlformen an der Donau charakterisiert und Aussagen über die überwiegend vorhandene Deckschichtbildung getroffen werden. Mit unterschiedlichen Methoden konnte die mittlere Eintiefungsrate von ca. 2 cm pro Jahr nachgewiesen werden.

Abstract

In this article, new and innovative methods for bedload transport monitoring and their application in the context of a restoration project on the Danube River are described. Using an adapted basket sampler, a first comprehensive monitoring campaign for measuring bedload transport on the Danube was conducted and the temporal and spatial variability was shown. The development of a methodology for tracing artificial pebbles made it possible to track 40 pebble tracers of three different sizes on the Danube over the course of an entire year. Combining the two methods it could be determined that bedload already moves at low flow conditions and that bedload transport only increases slightly or even remains constant after reaching bank-full discharge. The tracer study identified size-selective transport – larger sizes were moving less often and over shorter distances than smaller sizes – with a mean transport distance of 3 km per year for the current bed material at Bad Deutsch-Altenburg. Detailed bathymetry and the analysis of the layer succession of the riverbed using the Freeze Core methodology complemented the other insights into the processes of sediment transport on the Danube River. These methods successfully characterized gravel sheets and allowed us to make predictive statements about bed armoring. We were also able to confirm a mean bed degradation of 2 cm per year using a combination of methods.

This is a preview of subscription content, access via your institution.

Literatur

  1. Ackerl , S. ( 2010 ). Analyse von Sohlformen in der freien Fließstrecke der Donau östlich von Wien. Diplomarbeit an der Universität für Bodenkultur, Wien.

  2. Aschinger, V. (2008). Deckschichtbildung an der Donau in der Naturversuchsstrecke Bad Deutsch Altenburg. Diplomarbeit an der Universität für Bodenkultur, Wien.

  3. Chacho , E.F. , Burrows , R.L. , Emmet , W.W. ( 1989 ). Detection of coarse sediment movement using radiotransmitters: Proc. XXIII IAHR Congress. pp. 367–373.

  4. Dröge , B. , Nicodemus , U. , Schemmer , H. ( 1992 ). Instructions for bed load and suspended material sampling. Federal Institute of Hydrology, Koblenz.

  5. Ehrenberger , R. ( 1931 ). Direkte Geschiebemessungen an der Donau bei Wien und deren bisherige Ergebnisse. Die Wasserwirtschaft 1931 – Nr.34. pp. 581–589.

  6. Ergenzinger , P. , Schmidt , K.H. , Busskamp , R. ( 1989 ). The Pebble Transmitter System (PETS): First results of a technique for studying coarse material erosion, transport and deposition. Zeitschrift f. Geomorphologie N.F. 33: 503–508.

  7. Frings , R.M. , Kleinhans , M.G. ( 2008 ). Complex variations in sediment transport at three large river bifurcations during discharge waves in the river Rhine. Sedimentology 55. pp. 1145–1171.

  8. Gerstl , M. ( 2009 ). Tracermessungen in der Naturversuchsstrecke Bad Deutsch-Altenburg. Diplomarbeit an der Universität für Bodenkultur, Wien.

  9. Gessler , J. ( 1965 ). Der Geschiebetriebbeginn bei Mischungen untersucht an natürlichen Abpflästerungserscheinungen in Kanälen. Promotionsarbeit, ETH Zürich.

  10. Habersack , H.M. ( 2001 ). Radio-tracking gravel particles in a large braided river in New Zealand: a field test of the stochastic theory of bed load transport proposed by Einstein, J. Hydrological Processes, Vol. 15/3, 377–391.

  11. Habersack , H , Piegay , H . ( 2008 ). River restoration in the Alps and their surroundings. Gravel-Bed Rivers VI: From Process Understanding to River Restoration; Habersack H., Piegay H., Rinaldi M. Editors. Elsevier. pp. 703–735.

  12. Habersack , H. , Hauer , C. , Liedermann , M. , Tritthart , M. ( 2008 ). Modelling and monitoring aid management of the Austrian Danube. Water 21. Dec. 2008. pp. 29–31. ISSN 1561-9508.

  13. Habersack , H. , Liedermann , M. , Tritthart , M. , Hauer , C. , Haimann , M. , Klösch , M. , Gmeiner , P. ( 2009 ). Endbericht Premonitoring Naturversuch Bad Deutsch Altenburg, BOKU Wien.

  14. Habersack, H., Kreisler, A., Aigner, J., Liedermann, M., Seitz, H. (2012a). Spatio-temporal variability of bedload transport. Proceedings River Flow 2012, San Jose, Costa Rica, Vol. 1, pp. 423–430.

  15. Habersack, H., Liedermann, M., Tritthart, M., Hauer, C., Klösch, M., Klasz, G., Hengl, M. (2012b). Maßnahmen für einen modernen Flussbau betreffend Sohlstabilisierung und Flussrückbau – Granulometrische Sohlverbesserung, Buhnenoptimierung, Uferrückbau und Gewässervernetzung. Österreichische Wasser– und Abfallwirtschaft. Band 64, Heft 11–12.

  16. Hassan , M.A. , Church , M. , Rempel , J. , Enkin , R.J. ( 2009 ). Promise, performance and current limitations of a magnetic Bedload Movement Detector. Earth Surface Processes and Landforms 34: 1022–1032.

  17. Hjulström , F. ( 1935 ). Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the river Fyris. Bull. of the Geological Institution of the University of Uppsala.

  18. Hohensinner , S. , Jungwirth , M. , Muhar , S. , Habersack , H. ( 2005 ). Historical analyses: a foundation for developing and evaluating river-type specific restoration programs. International Journal of River Basin Management. 3(2): 87–96.

  19. Jäggi , M. ( 1995 ). Flussbau, Vorlesungsskript, ETH Zürich, Assistenz für Wasserbau.

  20. Kleinhans , M.G. , Wilbers , A.W.E. , ten Brinke , W.B.M. ( 2007 ). Opposite hysteresis of sand and gravel transport upstream and downstream of a bifurcation during a flood in the River Rhine, the Netherlands. Netherlands Journal of Geosciences 86–3. pp. 273–285.

  21. Knight , D.W. , Shiono , K. ( 1996 ). River channel and floodplain hydraulics. In: Floodplain Processes, (Eds. Anderson, Walling & Bates), Chapter 5, John Wiley and Sons, pp. 139–181.

  22. Kreisler , K. , Moser , M. , Seitz , H. , Rudolf-Miklau , F. , Habersack , H. ( 2012 ). Bedload trap measurements as part of an integrative measurement system. 12th Congress INTERPRAEVENT 2012 Grenoble/France – Extended Abstracts.

  23. Liedermann, M., Tritthart, M., Habersack, H. (2012). Particle path characteristics at the large gravel-bed river Danube: results from a tracer study and numerical modelling. Earth surface Processes and Landforms, in press (DOI: 10.1002/esp.3338).

  24. Meyer-Peter , E. , Müller , R. ( 1948 ). Formulas for bed-load transport, International Association of Hydraulic Research, 2nd Meeting, Stockholm, Sweden.

  25. Shields , A. ( 1936 ). Anwendung der Ähnlichkeitsmechanik und der Turbulenzforschung auf die Geschiebebewegung, Mitteilungen der Preußischen Versuchsanstalt für Wasserbau. 26. Berlin.

  26. Schmutterer , J. ( 1961 ). Geschiebe- und Schwebstoffführung der österreichischen Donau. Z. Wasser u. Abwasser, Bd. 1961

  27. Tritthart, M., Liedermann, M., Klösch, M., Habersack, H. (2012). Innovationen in der Modellierung von Sedimenttransport und Morphodynamik basierend auf dem Simulationsmodell iSed. Österreichische Wasser– und Abfallwirtschaft. Band 64, Heft 11–12.

Download references

Author information

Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to DI Marcel Liedermann.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Liedermann, M., Gmeiner, P., Niederreiter, R. et al. Innovative Methoden zum Geschiebemonitoring am Beispiel der Donau. Österr Wasser- und Abfallw 64, 527–534 (2012). https://doi.org/10.1007/s00506-012-0035-5

Download citation

Schlüsselwörter

  • Geschiebetransport
  • Korbsammler
  • Sedimenttransport
  • Tracer
  • Sohlformen
  • Donau

Keywords

  • Bed load transport
  • Basket sampler
  • Sediment transport
  • Tracer
  • Bed forms
  • Danube River