Fluvialer Sedimenttransport

Fluvialer Sedimenttransport ist die Bewegung von Sediment durch fließendes Wasser in Flüssen, der Prozess, der Material erodiert, transportiert und ablagert sowie Flussbetten und Überschwemmungsgebiete formt.

Definition

Fluvialer Sedimenttransport ist die Aufnahme, der Transport und die Ablagerung von mineralischen und organischen Partikeln durch den Fluss, der als Geschiebe entlang des Flussbetts und als Schwebstoffe innerhalb des Flusses erfolgt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Aufnahme und den Transport von Sediment als Geschiebe und Schwebstoffe, die Schwellenbedingungen für die Partikelbewegung, Sediment-Rating-Beziehungen und den Zusammenhang zwischen Sedimenttransport und Kanalform. Es behandelt die Sedimentdynamik von Flüssen; die Hydraulik des Wassers selbst wird in einem separaten Thema behandelt.

Core questions

• Unter welchen Bedingungen nimmt fließendes Wasser Sediment auf?
• Wie unterscheiden sich Geschiebe und Schwebstoffe, und wie werden sie geschätzt?
• Wie hängt der Sedimenttransport mit dem Abfluss zusammen?
• Wie formt der Sedimenttransport Flussbetten und Überschwemmungsgebiete?

Key concepts

• Geschiebe und Schwebstoffe
• Scherspannung und Bewegungsschwelle
• Shields-Kriterium
• Sediment-Rating-Kurve
• Erosion, Transport, Ablagerung
• Kanalanpassung

Key theories

Bewegungsschwelle (Shields-Kriterium)

Shields setzte den Beginn der Sedimentbewegung mit einer dimensionslosen Scherspannung in Beziehung und lieferte damit das Standardkriterium dafür, ob eine gegebene Strömung Partikel einer bestimmten Größe aufnehmen wird.

Sedimenttransport und Kanalform

Die Wechselwirkung von Wasser- und Sedimenttransport steuert Erosion, Ablagerung und die Anpassung der Kanalgeometrie, die Grundlage der fluvialen Geomorphologie, die Strömung, Sediment und Form miteinander verbindet.

Mechanisms

Fließendes Wasser übt eine Scherspannung auf das Flussbett aus; wenn diese einen Schwellenwert überschreitet, der mit der Partikelgröße zunimmt, beginnen sich die Körner zu bewegen, rollen und gleiten als Geschiebe oder werden bei feineren Partikeln und stärkeren Strömungen in Suspension gehoben. Die Gesamtfracht hängt somit gemeinsam von der Strömungsstärke sowie der Größe und dem Angebot an verfügbarem Sediment ab, und wo die Transportkapazität sinkt, wird Sediment abgelagert.

Clinical relevance

Der Sedimenttransport steuert die Sedimentation in Stauseen, die Stabilität von Flussbetten und Ufern, die Bemessung von Brücken und Einläufen gegen Auskolkung, die Morphologie und den Lebensraum von Flüssen sowie die Lieferung von Sediment und damit verbundenen Verunreinigungen an Ästuare und Küsten.

History

Die quantitative Sedimenttransportforschung begann mit Shields' Schwellenkriterium von 1936 und parallelen Geschiebeformeln; die Synthese von Leopold, Wolman und Miller aus dem Jahr 1964 integrierte den Sedimenttransport mit der Kanalform, um die moderne fluviale Geomorphologie zu etablieren.

Key figures

• Luna B. Leopold
• M. Gordon Wolman
• Albert Shields

Seminal works

• leopold1964
• shields1936
• dingman2015

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Geschiebe und Schwebstoffen?

Geschiebe ist das gröbere Sediment, das rollt, gleitet oder springt entlang des Flussbetts, während Schwebstoffe das feinere Sediment sind, das in der turbulenten Strömung in der Schwebe gehalten wird; zusammen bilden sie die gesamte Sedimentfracht, die ein Fluss transportiert.

Warum transportieren die meisten Flüsse bei Hochwasser am meisten Sediment?

Der Sedimenttransport steigt steil mit der Strömungsstärke an, sodass die großen Scherspannungen bei Hochwasser weitaus mehr Material aufnehmen; ein großer Teil der langfristigen Sedimentfracht eines Flusses wird während relativ seltener Hochwasserereignisse transportiert.