Development and application of a 1D multi-strip fine sediment transport model for regulated rivers [Elektronische Ressource] / von Sandra Prohaska

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Heft 181 Sandra Prohaska Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment Transport Model for Regulated Rivers Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment Transport Model for Regulated Rivers Von der Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung Vorgelegt von Sandra Prohaska aus Belgrad, Serbien Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Westrich Mitberichter: Prof. Ph.D. habil. Mark Markofsky Tag der mündlichen Prüfung: 23. Februar 2009 Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart 2009 Heft 181 Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment Transport Model for Regulated Rivers von Dr.-Ing. Sandra Prohaska Eigenverlag des Instituts für Wasserbau der Universität Stuttgart D93 Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment Transport Model for Regulated Rivers Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek Prohaska, Sandra: Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment Transport Model for Regulated Rivers / von Sandra Prohaska. Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart. - Stuttgart: Inst. für Wasserbau, 2009 (Mitteilungen / Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart: H. 181) Zugl.: Stuttgart, Univ.

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Published 01 January 2009
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Heft 181 Sandra Prohaska

Development and Application of a
1D Multi-Strip Fine Sediment Transport
Model for Regulated Rivers


Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine
Sediment Transport Model for Regulated Rivers






Von der Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der
Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung



Vorgelegt von
Sandra Prohaska
aus Belgrad, Serbien




Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Westrich
Mitberichter: Prof. Ph.D. habil. Mark Markofsky


Tag der mündlichen Prüfung: 23. Februar 2009









Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart
2009





Heft 181 Development and Application
of a 1D Multi-Strip Fine
Sediment Transport Model for
Regulated Rivers


von
Dr.-Ing.
Sandra Prohaska













Eigenverlag des Instituts für Wasserbau der Universität Stuttgart D93 Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment
Transport Model for Regulated Rivers























Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek


Prohaska, Sandra:
Development and Application of a 1D Multi-Strip Fine Sediment Transport Model for
Regulated Rivers / von Sandra Prohaska. Institut für
Wasserbau, Universität Stuttgart. - Stuttgart: Inst. für Wasserbau, 2009

(Mitteilungen / Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart: H. 181)
Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2009
ISBN 978-3-933761-85-9
NE: Institut für Wasserbau <Stuttgart>: Mitteilungen


Gegen Vervielfältigung und Übersetzung bestehen keine Einwände, es wird lediglich
um Quellenangabe gebeten.




Herausgegeben 2009 vom Eigenverlag des Instituts für Wasserbau
Druck: Document Center S. Kästl, OstfildernVorwort
Ausgebaute Flu¨sse mitRegulierbauwerken fu¨rdie Belange derSchifffahrtundden Schutz der
Uferzonen weisen typische Quer- und L¨angsbauwerke auf, die erhebliche Auswirkungen auf
den Sediment-undStoffhaushalt desFließgewa¨ssers haben. Die schwach durchstro¨mten ufer-
nahen Wasserko¨rper, sogenannte Buhnenfelder, sind ausgepra¨gte Sedimentationszonen und
Stoffdepots mit entsprechenden Auswirkungen auf die Gew¨assermorphologie und -o¨kologie.
Die Transportdynamik eines Flusses wird von den Buhnenfeldern stark gepra¨gt, wobei es bei
Mittel-undNiedrigwasserverha¨ltnissenzurDepositionvonSchwebstoffenundbeiHochwasser
zu deren Resuspension kommt. Abgelagerte Feinsedimente sind ha¨ufig mit Schadstoffen be-
¨lastet, die fu¨r das aquatische Okosystem ein latentes Gefa¨hrdungspotenzial darstellen. Fu¨r
ein umweltbewusstes und risikoorientiertes Sedimentmanagement sind Modell gestu¨tzte Un-
tersuchungen und Prognosen zur Sediment- und Schadstoffmobilit¨at wichtig.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein 1-dimensionales Mehrstreifenmodell entwickelt zur
Beschreibung der Stro¨mungs- und Transportprozesse im Flussschlauch und den beidseitig
¨anschließenden Buhnenfeldern bzw. Uberflutungsfl¨achen. Die modellspezifischen Austausch-
undSedimentationsparameterwurdenimLaborexperimentuntervereinfachtengeometrischen
BedingungenquantifiziertmitdemZiel, großra¨umigeUntersuchungenfu¨rausgewa¨hltehydro-
logische Abflussszenarien an einem u¨ber hundert Kilometer langen Abschnitt der Elbe mit
den Zuflu¨ssen von Mulde und Saale als Hauptlieferanten von Schweb- und Schadstoffen
durchzufu¨hren. Bei Niedrigwasserabfluss zeigt sich u¨ber eine lange Gew¨asserstrecke eine
ausgepra¨gte Sedimentation der Schwebstoffe in den Buhnenfeldern bis zum Erreichen der
ablagerungsfreien Endkonzentration. Bei Hochwasser werden die Sedimentablagerungen in
diesen Totwasserzonen erodiert, u¨ber große Gewa¨sserstrecken verfrachtet und großenteils auf
¨Uberflutungsfl¨achen wieder abgelagert.
Erstmalswurdedieineinemrepra¨sentativenBuhnenfeldgemessenera¨umlicheVariabilita¨t
der erosionskritischen Sohlschubspannung statistisch ausgewertet und mit der Monte Carlo
Methode das Erosionspotenzial ausgewa¨hlter Hochwasserereignisse fu¨r einen 112 km lan-
gen Abschnitt der Elbe mit zahlreichen Buhnenfeldern quantitativ untersucht. Im Ver-
gleich zum konventionellen Ansatz, bei dem fu¨r die erosionskritische Sohlschubspannung ein
repra¨sentativerMittelwertverwendetwird,zeigensichbezu¨glichdererodiertenSediment-und
Schadstoffmasse signifikant ho¨here Erwartungswerte. Die geostatistische Betrachtungsweise
derSedimenteigenschaftenunddieentsprechendeModellierungerm¨oglichensomiteinequanti-
tative Einscha¨tzung der Unsicherheit der bei Hochwasser mobilisierbaren Sediment- und
Schadstoffmassen, was fu¨r eine gewa¨ssero¨kologische Bewertung der Auswirkungen erosiver
Hochwasserereignisse bedeutsam ist. Die vorliegende Arbeit pr¨asentiert ein Instrument, das
fu¨r ein regionales und Einzugsgebiet bezogenes Sediment- und Schadstoffmanagement an-
wendbarist. HiermitwurdeeinGrundsteingelegtfu¨reineprobabilistischeRisikoabsch¨atzung
im Hinblick auf die Mobilisierung schadstoffbelasteter Flusssedimente.
Bernhard Westrich
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