Dr. Dieter Rickenmann

Für naturnahe morphologische Strukturen und Dynamik in unseren Gewässern spielt die Geschiebefracht eine wichtige Rolle. Im Rahmen der Schweizer Vollzugshilfe «Geschiebehaushalt – Massnahmen » wurde eine Methodik zur Bestimmung der Geschiebefracht erarbeitet, womit die vom Gewässerschutzgesetz geforderten Ziele nach möglichst naturnahen Gewässern erreicht werdensollen. Die Methodik ist im Fachbericht «Die erforderliche Geschiebefracht» von Schälchli und Hunzinger (2021) beschrieben. In der vorliegenden Studie analysierten wir mit Hilfe eines erweiterten Geschiebedatensatzes von Schweizer Gewässern und Laborversuchen die Beziehung zwischen Gerinneform und Geschiebefracht, überprüften wesentliche Annahmen der Methodik und entwickelten sie weiter. [...]

Based on measurements with the Swiss plate geophone system with a 1ĝ€¯min temporal resolution, bedload transport fluctuations were analysed as a function of the flow and transport conditions in the Swiss Erlenbach stream. The study confirms a finding from an earlier event-based analysis of the same bedload transport data, which showed that the disequilibrium ratio of measured to calculated transport rate (disequilibrium condition) influences the sediment transport behaviour. To analyse the transport conditions, the following elements were examined to characterise bedload transport fluctuations: (i) the autocorrelation coefficient of bedload transport rates as a function of lag time (memory effect), (ii) the critical discharge at the start and end of a transport event, (iii) the variability in the bedload transport rates, and (iv) a hysteresis index as a measure of the strength of bedload transport during the rising and falling limb of the hydrograph. This study underlines that above-average disequilibrium conditions, which are associated with a larger sediment availability on the streambed, generally have a stronger effect on subsequent transport conditions than below-average disequilibrium conditions, which are associated with comparatively less sediment availability on the streambed. The findings highlight the important roles of the sediment availability on the streambed, the disequilibrium ratio, and the hydraulic forcing in view of a better understanding of the bedload transport fluctuations in a steep mountain stream.

Für naturnahe morphologische Strukturen und die Dynamik in unseren Gewässern spielt die Geschiebefracht eine wichtige Rolle. Im Rahmen der Schweizer Vollzugshilfe «Geschiebehaushalt – Massnahmen» wurde eine Methodik zur Bestimmung der Geschiebefracht erarbeitet, womit die vom Gewässerschutzgesetz geforderten Ziele nach möglichst naturnahen Gewässern erreicht werden sollen. Die Methodik ist im Fachbericht «Die erforderliche Geschiebefracht» beschrieben. In der vorliegenden Studie analysierten wir mit Hilfe eines erweiterten Geschiebedatensatzes von Schweizer Gewässern und Laborversuchen die Beziehung zwischen Gerinneform und Geschiebefracht, überprüften wesentliche Annahmen der Methodik und entwickelten sie weiter.

Le charriage est essentiel au maintien de structures morphologiques proches de l'état naturel et à la dynamique de nos cours d'eau. Dans le cadre de l'aide à l'exécution suisse « Régime de charriage – Mesures », une méthode a été développée pour déterminer le débit de charriage nécessaire à l'atteinte des objectifs requis par la Loi sur la protection des eaux, à savoir des cours d’eau aussi proches que possible de l’état naturel. Cette méthode est décrite dans le rapport technique « Die erforderliche Geschiebefracht ». Dans la présente étude, nous avons analysé la relation entre le style fluvial et le débit de charriage à l'aide d'un jeu de données élargi sur le charriage de cours d'eau suisses et d'essais en laboratoire, vérifié les hypothèses essentielles de la méthode et poursuivi son développement.

Einige ausgewählte Elemente der Gefahrenbeurteilung in Wildbacheinzugsgebieten mit Schwerpunkt auf den Gerinneprozessen werden diskutiert. Eine stichwortartige Auflistung von Themen gibt Hinweise zum Stand der Forschung und zu Defiziten. Beispielhaft werden einige Elemente etwas detaillierter betrachtet und einige konkrete Ansätze diskutiert, wie Fortschritte erzielt werden können, die für künftige Gefahrenabschätzungen hilfreich sein können. Diese Elemente betreffen folgende Themen: Magnitude-Frequenz-Beziehungen von Wildbachereignissen; Kurvenüberhöhungen und Aufprallhöhe auf Hindernisse bei Murgangabflüssen; Modellierung der potenziellen Ablagerungsflächen von Murgängen; verschiedene Strömungstypen und Prozessübergänge.

Some selected elements of hazard assessment in torrent catchments with a focus on channel processes are discussed. A keyword-based list of topics provides information on the state of research and deficits. By way of example, some elements are considered in more detail and some concrete approaches are discussed on how progress can be achieved that will be helpful for future hazard assessments. These elements relate to the following topics: magnitude-frequency relationships of torrential events; curve superelevation and impact height on obstacles for debris flows; modelling the potential deposition areas of debris flows; different flow types and process transitions.

Die Fachleute Naturgefahren (FAN) in der Schweiz bildeten 2021 eine Arbeitsgruppe (AG) um zu untersuchen, wie in Zukunft eine hohe Qualität der Gefahrenbeurteilung von Wildbächen in der Schweiz erhalten, sichergestellt und optimiert werden kann (FAN, 2023). Der Bericht dazu beinhaltet eine Standortbestimmung bezüglich der Gefahrenbeurteilung von Wildbächen in der Schweiz und macht Empfehlungen im Hinblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen. Dazu wurden vorhandene Lücken bzw. erwünschte Neu- oder Weiterentwicklungen in den Bereichen Forschung, Ausbildung (Lehre und Weiterbildung) und Gefahrenbeurteilung in der Praxis identifiziert und diskutiert, sowie basierend auf dieser Bestandesaufnahme Empfehlungen für Massnahmen formuliert. Nach der Publikation des Schlussberichts der AG wurden zwei Folge-Workshops durchgeführt: Ein erster zum Themenbereich Forschung und Ausbildung (Lehre und Weiterbildung) und ein zweiter zum Themenbereich Praxis und Umsetzungsaspekte. Bei diesen Workshops wurden die Resultate des Berichts vorgestellt und mögliche (konkretere) Massnahmen mit den Teilnehmenden diskutiert.

Das Schweizer Platten-Geophon-System (SPG) ist ein Messsystem für Geschiebetransport in Kiesflüssen. Es wurde bereits in 20 Gewässern, vor allem in den Alpen installiert und getestet. Die entsprechenden Studien ergaben im Allgemeinen recht robuste Kalibrierungsbeziehungen zwischen Signalimpulszahlen und transportierter Geschiebemasse. Hier vergleichen wir dieses System mit drei alternativen indirekten Messsystemen zum Monitoring des Geschiebetransports. Für den Vergleich der Messsysteme wurde das Geschiebe an den Gewässern auch direkt mit Körben und Geschiebenetzen eingefangen.

Le système suisses de plaques à géophones (SPG) est un système de mesure pour le charriage dans les rivières de montagne. Il a déjà été installé et testé dans 20 cours d'eau, principalement dans les Alpes. Les études correspondantes ont généralement révélé des relations de calibration assez robustes entre le nombre d'impulsions du signal et la masse de sédiments transportée. Nous comparons ici ce système avec trois systèmes de mesure indirects alternatifs pour le suivi du transport de sédiments. Pour comparer les systèmes de mesure, les sédiments ont également été directement collectés sur les cours d'eau à l'aide de paniers et de filets.

Das Schweizer Platten-Geophon (SPG) ist ein Messsystem für Geschiebetransport in Kiesflüssen, das bisher in mehr als 20 Gewässern installiert wurde. Mit diesem Messsystem ergaben sich im Allgemeinen recht robuste Kalibrierungsbeziehungen zwischen den Impulsen des SPG-Signals (als einfacher Messwert) und der transportierten Geschiebemasse. Hier stellen wir die Umrechnung des SPG-Signals in fraktionierten Geschiebetransport vor, basierend auf Kalibrierungsmessungen in vier Schweizer Gerinnen. Im Weiteren diskutieren wir die Unsicherheiten im Hinblick auf die abgeleiteten Geschiebetransportraten, sowohl für die Umrechnung des SPG-Signals in den Gesamttransport (ohne Information über die transportierten Korngrössen) als auch in den fraktionierten Geschiebetransport (d. h. aufgeschlüsselt für verschiedene Korngrössenklassen).
Schliesslich beleuchten wir mögliche zukünftigen Anwendungen der indirekten Geschiebetransportmessung, insbesondere auch für ein neueres und kompakteres Messsystem, das sogenannte Square Pipe System (SPS).

Le système suisse de plaques à géophones (SPG) est un système de mesure pour le charriage dans les rivières de montagne, qui a été installé jusqu'à présent dans plus de 20 cours d’eau. Ce système de mesure a permis d'établir des relations de calibrage généralement assez robustes entre les impulsions du signal SPG (en tant que valeur de mesure simple) et la masse de charriage transportée. Nous présentons ici la conversion du signal SPG en transport de charriage fractionné, basée sur des mesures de calibrage dans quatre cours d'eau suisses. Nous discutons ensuite des incertitudes concernant les taux de transport de charriage dérivés, aussi bien pour la conversion du signal SPG en transport total (sans information sur la granulométrie transportée) qu'en transport fractionné (c'est-à-dire réparti pour différentes classes de granulométrie). Enfin, nous examinons les applications futures possibles de la mesure indirecte du transport sédimentaire, notamment pour un système de mesure plus récent et plus compact, appelé Square Pipe System (SPS).

The performance of the Swiss Plate Geophone (SPG) system and three alternative indirect measurement systems is compared here based on calibration measurements made at the Swiss Erlenbach stream. Then we quantify the uncertainty of the SPG system using 308 calibration measurements at four channel sites in Switzerland. To determine total bedload transport, the SPG system allows robust calibration relationships to be established between the impulses (summary signal response) and the total transported bedload mass. Uncertainty calculations are also presented for the fractional bedload transport conversion of the SPG signal. Finally, we briefly introduce the new and relatively inexpensive Square Pipe System (SPS) prototype which is equipped with geophones, an accelerometer and a microphone, to combine the advantages of different systems.

In vielen Einzugsgebieten finden sich entlang von Wildbächen zahlreiche vegetationslose Steilhänge. Aus diesen Flächen wird durch Oberflächen- und Rinnenerosion sowie Steinschlag und flachgründige Rutschungen kontinuierlich Lockermaterial in die Gerinne verlagert. Während Hochwasserereignissen wird das Material dann als Geschiebe talwärts transportiert und kann zu Überschwemmungen und Übersarungen in besiedelten Gebieten führen. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurden auf einer unverbauten Teilfläche eines Rutsch- und Erosionsgebietes bei Dallenwil NW Untersuchungen zu Erosion in steilen Bacheinhängen durchgeführt. Ziel war dabei, wichtige Einflussgrössen auf die Materialverlagerung zu ermitteln und eine Quantifizierung auf verschiedenen Skalen zu ermöglichen. Zum Einsatz kamen dabei eine mobile Beregnungsanlage, Sedimentfallen, Drohnen sowie ein terrestrischer Laserscanner. Die Beregnungsanlage stiess im steilen Untersuchungsgebiet mit grobkörnigen Oberflächen an ihre Grenzen. Dennoch konnten insgesamt 24 Versuche auf Flächen von je 25 mal 25 cm durchgeführt werden. Die Parameter Oberflächenabfluss und Deckungsgrad der Vegetation erwiesen sich dabei als wichtige Einflussgrössen für den Abtrag von Bodenmaterial. Für die Messung von Erosion in den bachnahen Hängen wurden jeweils im Sommerhalbjahr anfänglich vier, und später zwei Sedimentfallen mit Flächen von je etwa 30 m2 betrieben. Diese Einrichtungen haben sich im Grossen und Ganzen bewährt. Im sehr steilen Untersuchungsgebiet mit den verschiedenen, teils enorm aktiven Verlagerungsprozessen traten jedoch auch Probleme auf, insbesondere infolge von Materialeinträgen von ausserhalb der abgegrenzten Flächen in Rinnen und durch Steinschlag. Wie zu erwarten war, erwies sich die Regenmenge hinsichtlich Intensität der Verlagerung als zentrale Einflussgrösse. Bei der Ermittlung von Erosion auf der Skala des ungefähr 0.6 ha grossen Untersuchungsgebietes mittels digitalen Terrainmodellen wurden ausreichende Genauigkeiten erreicht. Der LiDAR-Sensor eignete sich besser als die photogrammetrische Auswertungen und das Laserscanning, insbesondere aufgrund der geringeren Beeinträchtigungen durch die Vegetation. Bereiche mit Erosion bzw. Ablagerung waren durch die halbjährlich durchgeführten Erhebungen klar erkennbar. Beispielsweise konnten auch grössere Abbrüche oder flachgründige Rutschungen identifiziert werden. Vom Frühsommer 2021 bis März 2024 wurden im Untersuchungsgebiet insgesamt etwa 1730 m3 Bodenmaterial erodiert. Die Ablagerungen im Bachbett betrugen für den gleichen Zeitraum rund 370 m3. Anhand der DTM-Auswertungen konnten ferner saisonale Regimeänderungen in den Rinnen mit mehrheitlich Ablagerung im Winter und Erosion im Sommer nachgewiesen werden. Durch die mehrjährige Beobachtung des Untersuchungsgebietes ergaben sich neben den Messwerten wertvolle Beobachtungen und Erkenntnisse über die verschiedenen Verlagerungsprozesse in den steilen Bacheinhängen und über deren Zusammenwirken.

In many catchment areas, steep unvegetated slopes along torrent channels are subject to surface and rill erosion, as well as rockfall and shallow landslides, which deliver sediment to the torrent channels. During floods, the sediment is transported downstream and can lead to flooding and overbank sedimentation in populated areas. As part of a feasibility study, investigations into erosion on steep slopes were carried out on a hillslope without construction or other mitigation measures near Dallenwil NW. The aim was to determine dominant factors controlling sediment delivery and to quantify the rates at various spatial scales. A mobile sprinkler system, sediment traps, drones and a terrestrial laser scanner were used. The sprinkler system was at the upper end of its range of applicability on the slopes and with coarse-grained surfaces. Nevertheless, 24 measurements could be carried out on areas of 25 x 25 cm each. Surface runoff and vegetation cover proved to be important factors influencing the removal of sediment by rainfall. To measure erosion on the hillslopes close to the stream, initially four and later two sediment traps, each with an area of around 30m2, were operated during the summer months. These installations proved to be generally successful. However, problems were encountered on the steep and sometimes extremely active hillslopes, especially due to sediment from upslope areas entering the plots through gullies and rockfall. As expected, the amount of rainfall was the main factor influencing the intensity of transport. Sufficient accuracy was achieved in measuring erosion at the scale of the ~0.6 ha study area using a comparison between digital terrain models. The LiDAR sensor was more suitable than the photogrammetric evaluations and laser scanning, particularly due to the lower interference from vegetation. Areas of net erosion or deposition were clearly visible in the semiannual surveys. For example, major slumps or shallow landslides could be identified. From early summer 2021 to March 2024, a total of ~1730m3 of sediment was eroded from the study area. Deposits in the streambed were ~370m3 for the same period. Based on the DTM evaluations, seasonal regime changes in the channels with mainly deposition in winter and erosion in summer could also be detected. In addition to the measured values, the observation of the study area over several years provided valuable observations and insights into the various sediment transport processes on the steep stream slopes and their interaction.

In this study, a unique and extensive dataset was compiled that documents quantities of recruited and transported large wood (LW) during flood events. The dataset further includes various catchment and event specific characteristics that were used to derive empirical equations for estimating LW loads in Alpine mountain rivers and torrents. Power law functions were found to be the most suitable to describe the large scatter of LW volumes over several orders of magnitude. The results show that catchment area, sediment load and peak discharge are the most influential parameters to estimate LW transport. The empirical equations presented here provide a simple and quick tool to make an initial estimate of the magnitude of the LW load within a catchment. From a practical point of view, these estimation methods can serve as a basis for flood protection measures, such as the adequate dimensioning of wood retention structures.

The way Alpine rivers mobilize, convey and store coarse material during high-magnitude events is poorly understood, notably because it is difficult to obtain measurements of bedload transport at the watershed scale. Seismic sensor data, evaluated with appropriate seismic physical models, can provide that missing link by yielding time-varying estimates of bedload transport albeit with non-negligible uncertainty. Low cost and ease of installation allow for networks of sensors to be deployed, providing continuous, watershed-scale insights into bedload transport dynamics. Here, we deploy a network of 24 seismic sensors to estimate coarse material fluxes in a 13.4 km² Alpine watershed during a high-magnitude transport event. First, we benchmark the seismic inversion routine with an independent time-series of bedload transport obtained with a calibrated acoustic system. Then, we apply the procedure to the other seismic sensors across the watershed. Propagation velocities derived from cross-correlation analysis between spatially consecutive bedload transport time-series were too high with respect to typical bedload transport velocity suggesting that a faster-moving water wave (re-)mobilizes local coarse material. Spatially distributed estimates of bedload transport reveal a relative inefficiency of Alpine watersheds in evacuating coarse material, even during a relatively infrequent high-magnitude bedload transport event. Significant inputs estimated for some tributaries were rapidly attenuated as the main river crossed less hydraulically efficient reaches. Only a small proportion of the total amount of material mobilized in the watershed was exported at the outlet. Multiple periods of competent flows are likely necessary to evacuate coarse material mobilized throughout the watershed during individual bedload transport events.

The omnipresent threat of natural hazards in mountainous regions has led to a risk culture which requires knowledge about the frequency of the considered hazardous process. Observations suggest that the frequency of debris-flow events in a single catchment is, besides climatic thresholds, also controlled by its geological, lithological and geomorphological characteristics. Based on investigations of debris-flow event frequencies from 47 headwater catchments, our results support the classification of recurrence intervals as irregular, clustered or regular, originally proposed by Zimmermann et al. in 1997 (Eclogae Geologicae Helvetiae, 90(3), 415–420). However, instead of using geomorphological characteristics, our classification relies on quantitative analyses considering potential dependencies between events based on their inter-event (repose) times. By employing a modified dynamic threshold concept with respect to debris-flow initiation, we show that for irregular frequencies neither climatic nor geomorphological thresholds are altered by the last debris-flow event. For regular and clustered time series, however, mutual dependency between events is reasonable and therefore prompts dynamic changes of climatic as well as geomorphological thresholds.

Eine 2021 gebildete Arbeitsgruppe (AG) der Fachleuten Naturgefahren (FAN) untersuchte, wie in Zukunft eine hohe Qualität der Gefahrenbeurteilung von Wildbächen in der Schweiz erhalten, sichergestellt und optimiert werden kann. Die Resultate der Arbeitsgruppe wurden in einem Bericht zusammengestellt. Der Bericht beinhaltet eine Standortbestimmung bezüglich der Gefahrenbeurteilung von Wildbächen in der Schweiz und macht einige Empfehlungen im Hinblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen. Dafür wurden vorhandene Lücken bzw. erwünschte Neuoder Weiterentwicklungen in den Bereichen Forschung, Ausbildung (Lehre und Weiterbildung) und Gefahrenbeurteilung in der Praxis identifiziert und diskutiert, sowie basierend auf dieser Bestandesaufnahme Empfehlungen für Massnahmen formuliert.

Un groupe de travail des spécialistes des dangers naturels (FAN), constitué en 2021, a examiné comment maintenir, garantir et optimiser à l'avenir une qualité élevée de l'évaluation des dangers des torrents en Suisse. Les résultats du groupe de travail ont été rassemblés dans un rapport. Ce rapport dresse un état des lieux de l'évaluation des dangers des torrents en Suisse et formule quelques recommandations en vue de développements futurs possibles. Pour ce faire, il a identifié et discuté les lacunes existantes, les nouveautés ou les développements souhaités dans les domaines de la recherche, de la formation (apprentissage et formation continue) et de l'évaluation des dangers dans la pratique, et a formulé des recommandations de mesures sur la base de cet état des lieux.

Numerous simulation models have become available for the hazard delineation of gravitational mass movements such as debris flows in the potential depositional area. This study compares the basal friction coefficients of two modelling approaches as they have been used in other studies to simulate mass movement deposition. We show that both back-calculated basal friction coefficients are related to the fan or terrain slope in the deposition region and to a mass flow mobility coefficient. The latter is characterized by the geometric scaling between the deposition area and the deposition volume as well as by process type. Intended as a preliminary study, we aim to initiate systematic investigations of different model applications to determine the runout pattern of mass movement processes, that could provide guidance for appropriate parameter selection.

Auf einer unverbauten Teilfläche eines Rutschund Erosionsgebietes bei Dallenwil (NW) wurden im Rahmen einer Machbarkeitsstudie Untersuchungen zu Erosion in steilen Bacheinhängen durchgeführt. Zum Einsatz kamen Sedimentfallen, eine mobile Beregnungsanlage sowie zwei verschiedene drohnengestützte Sensoren und ein terrestrischer Laserscanner. Aus dem Projekt ergaben sich interessante Einblicke in die verschiedenen Verlagerungsprozesse in den Hängen sowie deren Beitrag zum Geschiebepotential des Vorfluters. Weiter konnten die Möglichkeiten und Grenzen der Erosionsmessung in steilen Gebieten ausgelotet werden. Wie zu erwarten war, erweist sich der Regen als zentrale Einflussgrösse auf die Intensität der Materialverlagerung. Für die Erstellung von Terrainmodellen im Hinblick auf die Identifikation und Quantifizierung von Ablagerung und Erosion im Untersuchungsgebiet scheint LiDAR besser geeignet zu sein als photogrammetrische Auswertungen und terrestrisches Laserscanning.

Dans le cadre d'une étude de faisabilité, des recherches sur l'érosion dans les pentes raides des ruisseaux ont été menées sur une partie non aménagée d'une zone de glissement et d'érosion près de Dallenwil (NW). Des pièges à sédiments, une installation d'arrosage mobile ainsi que deux deux capteurs différents basés sur des drones et un scanner laser terrestre ont été utilisés. Le projet a permis d'obtenir des informations intéressantes sur les différents processus de déplacement dans les pentes ainsi que sur leur contribution au potentiel de charriage du cours d'eau récepteur. En outre, les possibilités et les limites de la mesure de l'érosion dans les zones escarpées ont pu être explorées. Comme on pouvait s'y attendre, la pluie s'avère être un facteur d'influence central sur l'intensité du déplacement des matériaux. Pour l'élaboration de modèles de terrain en vue d'identifier et de quantifier les dépôts et l'érosion dans la zone étudiée, le LiDAR semble mieux adapté que les évaluations photogrammétriques et le balayage laser terrestre.

River widening, defined as a lateral expansion of the channel, is a critical process that maintains fluvial ecosystems and is part of the regular functioning of rivers. However, in areas with high population density, channel widening can cause damage during floods. Therefore, for effective flood risk management it is essential to identify river reaches where abrupt channel widening may occur. Despite numerous efforts to predict channel widening, most studies have been limited to single rivers and single flood events, which may not be representative of other conditions. Moreover, a multi-catchment scale approach that covers various settings and flood magnitudes has been lacking. In this study, we fill this gap by compiling a large database comprising 1564 river reaches in several mountain regions in Europe affected by floods of varying magnitudes in the last six decades. By applying a meta-analysis, we aimed to identify the types of floods responsible for more extensive widening, the river reach types where intense widening is more likely to occur, and the hydraulic and morphological variables that explain widening and can aid in predicting widening. Our analysis revealed seven groups of reaches with significantly different responses to floods regarding width ratios (i.e., the ratio between channel width after and before a flood). Among these groups, the river reaches located in the Mediterranean region and affected by extreme floods triggered by short and intense precipitation events showed significantly larger widening than other river reaches in other regions. Additionally, the meta-analysis confirmed valley confinement as a critical morphological variable that controls channel widening but showed that it is not the only controlling factor. We proposed new statistical models to identify river reaches prone to widening, estimate potential channel width after a flood, and compute upper bound width ratios. These findings can inform flood hazard evaluations and the design of mitigation measures.

Steep, boulder bed streams often contain sediment patches, which are areas of the bed with relatively well-defined boundaries that are occupied by distinct grain size distributions (GSD). In sediment mixtures, the underlying GSD affects the critical Shields stress for a given grain size, which is commonly predicted using hiding functions. Hiding functions may vary with reach-wide bed GSD, but the effect of local GSD on relative sediment mobility between sediment patches is poorly understood. We explore the effects of patch-scale GSD on sediment mobility using tracer particles combined with local shear stresses to develop hiding functions for different patch classes within a steep stream. Hiding functions for all tested patch classes were similar, which indicates that the same hiding function can be used for different patches. However, the critical Shields stress for a given grain size generally decreased with lower patch median grain size (D₅₀) suggesting that patches control the relative mobility of each size through both the underlying GSD and local shear stresses. The effects of the underlying GSD partly depend on grain protrusion, which we measured for all grain sizes present on each patch class. Protrusion was generally greater for larger grains regardless of patch class, but for a given grain size, protrusion was increased with smaller patch D₅₀. For a given grain size, higher protrusion results in greater applied fluid forces and reduced resisting forces to partly explain our lower critical Shields stresses in finer patches. Patches therefore can importantly modulate relative sediment mobility through bed structure and may need to be included in reach-scale sediment transport and channel stability estimates.

Different models have been used in science and practice to identify instream large-wood (LW) sources and to estimate LW supply to rivers. This contribution reviews the existing models proposed in the last 35 years and compares two of the most recent geographic information system (GIS)-based models by applying them to 40 catchments in Switzerland. Both models, which we call here the empirical GIS approach (EGA) and fuzzy-logic GIS approach (FGA), consider landslides, debris flows, bank erosion, and mobilization of instream wood as recruitment processes and compute volumetric estimates of LW supply based on three different scenarios of process frequency and magnitude. Despite being developed following similar concepts and fed with similar input data, the results from the two models differ markedly. In general, estimated supply wood volumes were larger in each of the scenarios when computed with the FGA and lower with the EGA models. Landslides were the dominant process identified by the EGA, whereas bank erosion was the predominant process according to the FGA model. These differences are discussed, and results are compared to available observations coming from a unique database. Regardless of the limitations of these models, they are useful tools for hazard assessment, the design of infrastructure, and other management strategies.

Understanding and predicting bedload transport is an important element of watershed management. Yet, predictions of bedload remain uncertain by up to several order(s) of magnitude. In this contribution, we use a five-year continuous time-series of streamflow and bedload transport monitoring in a 13.4 km² snow-dominated Alpine watershed in the Western Swiss Alps to investigate hydrological drivers of bedload transport. Following a calibration of the bedload sensors, and a quantification of the hydraulic forcing of streamflow upon bedload, a hydrological analysis is performed to identify daily flow hydrographs influenced by different hydrological drivers: rainfall, snowmelt, and combined rain and snowmelt events. We then quantify their respective contribution to bedload transport. Results emphasize the importance of combined rain and snowmelt events, for both annual bedload volumes (77% on average) and peaks in bedload transport rate. A non-negligible, but smaller, amount of bedload transport may occur during late summer and autumn storms, once the snowmelt contribution and baseflow have significantly decreased (9% of the annual volume on average). Although rainfall-driven changes in flow hydrographs are responsible for a large majority of the annual bedload volumes (86% on average), the identified melt-only events also represent a substantial contribution (14 % on average). The results of this study help to improve current predictions of bedload transport through a better understanding of the bedload magnitude-frequency relationship under different hydrological conditions. We further discuss how bedload transport could evolve under a changing climate through its effects on Alpine watershed hydrology.