Sohlenstabilisierung

Viele kanalisierte Flüsse tendieren zur Sohleneintiefung. Diese kann z. B. zum Unterspülen von Ufersicherungen, Hochwasserschutzdämmen, Brückenfundamenten etc. und zur Absenkung des Grundwasserspiegels führen.

Ursachen für die Sohlenerosion sind einerseits die erhöhte Transportkapazität eines kanalisierten Flusses und andererseits die verminderte Zufuhr von Geschiebe aus dem Einzugsgebiet (Rückhalt in Geschiebesammlern, durch die Verbauung von Rinnen und Runsen oder durch Kiesbaggerungen). Traditionellerweise versucht man die Sohlenerosion lokal mit dem Bau von Schwellen und Rampen einzudämmen, welche jedoch für Fische und andere Wasserlebewesen häufig ein unüberwindbares Hindernis darstellen. Eine wasserbauliche Alternative dazu sind Flussaufweitungen.

Durch den Bau von Aufweitungen kann die Sohlenerosion lokal verlangsamt bzw. gestoppt und ein durchgängiges Gewässer gewährt werden.

Je nach spezifischer Ausgangslage kann die übergeordnete Erosion aber auch verstärkt werden. Eine diesbezügliche Untersuchung des Geschiebehaushalts ist deshalb in jedem Fall unabdingbar.

Wirkungsweise einer Aufweitung

Ablagerungs- und Erosionstendenzen sind das Ergebnis einer Bilanzierung von Geschiebeeintrag und Transportkapazität des betrachteten Flussabschnittes. Ist die Transportkapazität grösser als der Geschiebeeintrag, kommt es zur Sohlenerosion und das Gefälle flacht ab. Umgekehrt verhält es sich, wenn der Geschiebeeintrag grösser ist als die Transportkapazität. Dann lagert sich Material ab und das Gefälle nimmt zu. Die Erosion (bzw. Ablagerung) schreitet solange fort, bis sich Gefälle einstellt, das dem aktuellen Geschiebeeintrag entspricht. Ist dies der Fall, spricht man vom Gleichgewichtsgefälle. Bei gegebenem Geschiebeeintrag lässt sich die Transportkapazität, und damit das Gleichgewichtsgefälle, über die Breite des Gerinnes regeln.

Abb.1: Schematische Darstellung der morphologischen Prozesse in einer lokalen Aufweitung (Hunzinger, 2004)
(1: Bank- u. Kolkbildung, 2: allmähliche Erweiterung, 3: Kolk bei Verengung).

Die meisten kanalisierten und begradigten Flüsse haben eine Breite nahe der maximalen Transportkapazität. Da diese vielfach den Geschiebeeintrag übersteigt, kommt es zur Sohlenerosion. Werden diese Flüsse aufgeweitet sinkt die Geschiebetransportkapazität aufgrund der reduzierten Sohlschubspannng (Schleppspannung) und Geschiebe lagert sich ab. Dies führt dazu, dass sich das Gleichgewichtsgefälle erhöht und entlang der Aufweitung eine grössere Höhendifferenz überwunden wird, als auf einem gleich langen Abschnitt mit der ursprünglichen Breite. Bei genügendem Geschiebeeintrag setzt sich diese Höhendifferenz nach oben fort und führt im Oberwasser der Aufweitung zu der gewünschten Sohlenhebung. Dabei ist das Ausmass der Sohlenhebung abhängig von der Länge und der Breite der Aufweitung.

Siehe hierzu auch: >> Dimensionierung von Aufweitungen

Entwicklungstendenzen

In der Anfangsphase nach dem Bau herrscht in der Aufweitung eine Ablagerungstendenz und der Fluss ist durch zahlreiche kleine, flache und dynamische Teilgerinne geprägt. Mit der Zeit geht der aufgeweitete Abschnitt dann in einen weniger dynamischen Gleichgewichtszustand über.

Beobachtungen zeigen, dass sich jedoch bei Erosionstendenz (verursacht durch einen anhaltenden Geschiebemangel) seltener Teilgerinne und Inseln bilden. Selbst bei genügender Breite verzweigt sich das Gerinne in solchen Fällen meist nicht und es bleibt bei einem Einzelgerinne.

In Gewässern, in denen das allgemeine Geschiebedefizit nicht behoben wird, fehlt das Geschiebe aus dem Oberlauf, um auch in der Aufweitung die Sohle über eine längere Zeit stabil zu halten. Früher oder später unterliegt die Sohle dieser Gewässer auch in der Aufweitung einem Erosionstrend.

Beispiel Emme (Aefligen, Kt. BE)

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