Harb, Gabriele

Sass, Oliver

Schneider, Josef

Stangl, Johannes

German

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Conference Paper, Published VersionHarb, Gabriele; Schneider, Josef; Sass, Oliver; Stangl, JohannesSedimentfracht und Klimawandel in alpinenEinzugsgebieten (ClimCatch)Dresdner Wasserbauliche MitteilungenZur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technischeHydromechanikVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/103511Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Harb, Gabriele; Schneider, Josef; Sass, Oliver; Stangl, Johannes (2013): Sedimentfracht undKlimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch). In: Technische Universität Dresden,Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik (Hg.): Technischer undorganisatorischer Hochwasserschutz - Bauwerke, Anforderungen, Modelle. DresdnerWasserbauliche Mitteilungen 48. Dresden: Technische Universität Dresden, Institut fürWasserbau und technische Hydromechanik. S. 297-305.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.Technische Universität Dresden – Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik 36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013 „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“    Block D1 Saal 5  Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsge-bieten (ClimCatch)  Gabriele Harb Josef Schneider Oliver Sass Johannes Stangl   Der globale hydrologische Zyklus hat sich in der jüngeren Vergangenheit intensi-viert, was in den Alpen zu einigen Katastrophenereignissen geführt hat. Bedingt durch den Klimawandel sind häufigere und/oder stärkere geomorphologische Schadensereignisse wie z.B. Murgänge zu befürchten. In Wildbächen sind jedoch zahlreiche Auslöseereignisse nicht unbedingt mit größeren Schäden gleichzuset-zen, da auch Fragen der Sedimentverfügbarkeit geklärt werden müssen. Im Rahmen des Projektes ClimCatch, gefördert durch den Österreichischen Kli-ma- und Energiefonds, wird der mögliche Einfluss des Klimawandels auf die Se-dimentbilanz untersucht. Das Projektgebiet ist ein alpines Tal bei Oberwölz (Steiermark/Österreich). Ein katastrophales Murgangereignis am 7. Juli 2011 ver-ursachte dort erhebliche Schäden und war ausschlaggebend für das im April 2012 gestartete Projekt. Neben der Untersuchung der vorhandenen Sedimentkaskade des Einzugsgebiets und der Quantifizierung von Transportprozessen mittels multi-temporalem Laserscanning (ALS, TLS) wird auch versucht, die Sedimentbewe-gungen im Schöttlbach mittels Tracersteinen (Farbtracer und Telemetrietracer) mit dem Abfluss zu korrelieren. Dazu wurden Abflussmessstationen im Projekt-gebiet installiert und kalibriert. Im Beitrag werden die ersten Ergebnisse der Tra-cersteinbewegungen in Verbindung mit den vorhandenen Abflüssen und Sedi-mentbewegungen im ersten Messjahr präsentiert. Das Projekt dient zur Verbesse-rung des Downscalings für Starkniederschläge und zur Quantifizierung von Unsi-cherheiten und es soll weiters die Kalkulation von Bemessungszenarien für Schutzbauwerke und die Diskussion von Gegenmaßnahmen in Hinblick auf die Auswirkungen des Klimawandels mit vertieften Kenntnissen unterstützen. Stichworte: Alpine Einzugsgebiete, Sedimentfracht, Murgang, Geschiebe 1 Einleitung In den letzten Jahrzehnten wurde ein Ansteigen von extremen Wetterereignissen verzeichnet. In Hinblick auf den Klimawandel ist global mit einer weiteren Ver-stärkung dieses Trends zu rechnen. Die regionalen Auswirkungen des Klima-wandels sind allerdings noch mit großen Unsicherheiten behaftet. 298 Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch)   Bei einem Ansteigen von Starkregenereignissen steigt jedoch auch die Wahr-scheinlichkeit für Hochwasser, Muren oder Hangrutschungen. Aufgrund der hochvariablen Wetterbedingungen und des Reliefs sind Extremereignisse im Gebirge äußerst schwer vorherzusagen. Zusätzlich ist die Vulnerabilität auf-grund der hohen Siedlungsdichte und der verdichteten Infrastruktur in den Tä-lern größer. Die Vorhersagen über die Auswirkung des Klimawandels auf die Niederschläge sind für Österreich und die Alpen ebenfalls noch mit einer großen Unsicherheit behaftet (Heinrich und Gobiet, 2011), allerdings ist in Zukunft mit einem Rück-gang der Schneemenge zu rechnen. Die möglichen Änderungen in der Niederschlagsmenge, der Niederschlagsver-teilung und der Schneedecke können sich auch den Sedimenthaushalt auswirken. Der Sedimenttransport in den Flüssen ist das Ergebnis von geomorphologischen Prozessen im Einzugsgebiet. In den letzten Dekaden wurde versucht, den Sedi-menttransport in den Zubringern mit technischen Maßnahmen einzudämmen und so Schäden in den Siedlungsgebieten zu verhindern. In den letzten Jahren hat, auch aus finanziellen Gründen, ein Umdenken eingesetzt. Die große Her-ausforderung in der Zukunft ist die Gewährleistung des Schutzes vor Katastro-phenereignissen wie Murgängen, wobei der morphologische und ökologische Zustand möglichst naturnah bleiben soll. Effizientes Sedimentmanagement benötigt ein umfassendes Wissen über die geomorphologischen Prozesse in den Einzugsgebieten und Sedimenttransport-prozesse in den Gewässern. Allerdings gibt es wenig dokumentierte und veröf-fentlichte Messungen des Sedimenttransports in alpinen Flüssen. Vor allem die Messung des Geschiebetransports stellt bei Extremereignissen eine große Her-ausforderung dar. Das Ereignis vom Juli 2011 war einer der Auslöser für das Projekt ClimCatch, das vom ACRP (Austrian Climate Research Program) gefördert wird. Im vorlie-genden Projekt werden die geomorphologischen Prozesse und der Sediment-transport in einem alpinen Einzugsgebiet in Österreich untersucht. Das Ver-ständnis der Sedimenttransportprozesse in den Einzugsgebieten soll, kombiniert mit regionalen Klimaszenarien, Aussagen über die Entwicklung des Sediment-haushalts und der Sedimentfracht in den nächsten Jahrzehnten geben. Das Pro-jekt wurde im April 2012 gestartet und dauert 3 Jahre. 36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“ Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48 301   Block D1 Saal 5 4 Datenerhebung im Einzugsgebiet In den ersten Monaten wurden eine Wetterstation mit Niederschlagsmessung, Windsensor und Schneesensor, zwei einfache Regenmessstationen, zwei Ab-flusspegel mit Drucksensor und eine Abflussmessstation mit berührungsloser Wasserstandsmessung und zusätzlicher Geschwindigkeitsmessung installiert. Weiters wurden regenmäßige Abflussmessungen mit einem induktiven Ge-schwindigkeitsmessgerät und mit der Salztracermethode durchgeführt, um den Pegelschlüssel für die Abflussmessstationen zu erstellen. Um die Abflusse mit dem Sedimenttransport korrelieren zu können, wurden Tracersteine in den Schöttlbach und in den größten Zubringer, den Krumegger Bach, eingesetzt. Das Geschieberückhaltebecken oberhalb der Stadt wurde regelmäßig mit terrestri-schen Laserscan (TLS) vermessen. Abbildung 4 illustriert die rasche Verlan-dungsrate des Geschieberückhaltebeckens. Das linke Bild zeigt das Geschiebe-rückhaltebecken im September 2011 kurz nach der Räumung. Das Becken wur-de vermessen und zur weiteren Überwachung der Sedimentation wurden 24 Vermessungsmarken gesetzt. Das rechte Bild zeigt das Becken Anfang August 2012. Im Laufe eines Jahres ist das Geschieberückhaltebecken komplett verlan-det. Der massive Geschiebeeintrag in das Becken und die rückschreitende Ero-sion an den Böschungen des Beckens stellt eine große Herausforderung für das Monitoring der Verlandung dar, da außer der Sperre kaum weiteren Fixpunkte vorhanden sind. Die gesetzten Vermessungsmarken wurden verlandet oder durch die rückschreitende Erosion und dadurch entstandene Rutschungen in ih-rer Lage verändert.   Abbildung 4: Geschieberückhaltebecken im September 2011 (linkes Bild), verlandetes Ge-schieberückhaltebecken Anfang August 2012 (rechts);  Im Frühjahr und Sommer 2012 fanden weitere Sedimentumlagerungen und Bö-schungsnachbrüche im Schöttlbach statt. Bei dem Ereignis im Juli 2011 wurden 302 Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch)   viele Böschungen angerissen. Gewitter haben im letzten Jahr zu weiteren Erosi-onsvorgängen geführt, die Geschiebe in das System eingebracht haben. 5 Tracersteine Im Projektgebiet wurden Farbtracersteine und Telemetrietracersteine verwendet. Die ersten Farbtracersteine wurden im Juni 2012 ausgebracht. Dabei wurden vor Ort Natursteine aus dem Gewässer entnommen und mit Markierfarbe besprüht. In Summe wurden im Schöttlbach 54 Farbtracersteine mit einem Korndurch-messer von 8 cm bis 27 cm ausgesetzt. Von diesen Farbtracersteinen wurden bis in den Herbst alle mobilisiert und im Gerinne verfrachtet. Am Krumegger Bach wurden 45 Farbtracersteine mit Korndurchmessern von 7 cm bis 60 cm ausge-setzt. Von diesen Farbtracersteinen wurden bis in den Herbst alle Steine bis zu einem Korndurchmesser von 28 cm mobilisiert.  Dabei zeigte sich, dass der Abrieb aufgrund des massiven Geschiebetransports den Großteil der Farbe von den Steinen entfernt hat. Zusätzlich verschlechterte das Ansetzen von Braunalgen auf den Steinen die Wiederauffindbarkeit. Ein Großteil des Geschiebes in den Gewässern ist sehr mobil, daher finden bei je-dem Starkregenereignis Umlagerungen im Gerinne statt. Im Zuge dieser Umla-gerungen werden die Farbtracersteine auch von Geschiebebänken überlagert und die Wahrscheinlichkeit für die Wiederauffindung sinkt dementsprechend. Von den ersten 99 Farbtracersteinen konnten bis Winter 2012 neun Steine am Schött-lbach und vier Steine am Krumegger Bach zumindest einmal wiedergefunden werden. Die Aussatzstellen und Wiederauffindungen werden in einem Orthofoto und in einer GIS-Datenbank verzeichnet. Auf Basis der Erfahrungen mit den ersten Farbtracersteinen wurden die weiteren entnommenen Natursteine in der Werkstatt des Instituts für Wasserbau und Wasserwirtschaft an der TU Graz gereinigt, entfettet, grundiert und lackiert. Im Herbst 2012 wurden die erste Charge der neuen Farbtracersteine ausgesetzt. Durch die bessere Lackierung hält die Farbe wesentlich besser und die Steine sind leichter wieder zu finden. 36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“ Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48 303   Block D1 Saal 5   Abbildung 5: Ausgesetzte Tracersteine im Krumegger Bach (linkes Bild), wieder gefunde-ner Tracerstein mit Braunalge (rechts) Zusätzlich zu den Farbtracersteinen wurden auch Telemetriesteine im Schöttl-bach und im Krumegger Bach angesetzt. Die Telemetriesteine sind ebenfalls Natursteine, die aus den Gewässern im Projektgebiet entnommen wurden. Die Natursteine mit Durchmessern von 8 cm bis 16 cm wurden gebohrt und die Te-lemetriesender eingeklebt. Anschließend wurden die Telemetriesteine ebenfalls lackiert und im November 2012 im Projektgebiet ausgesetzt. Aufgrund der nied-rigen Wasserführung haben sich die Telemetriesteine noch nicht bewegt.   Abbildung 6: Gebohrter Naturstein mit Telemetriesensor (linkes Bild), Telemetrieantenne mit Tracersteinen (rechts) Im Frühjahr ist das Aussetzen von weiteren Farbtracersteinen geplant. Die Be-wegung der Telemetriesteine wird nach jedem größeren Niederschlagsereignis dokumentiert. 304 Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch)   6 Zusammenfassung und Ausblick Das Projekt ClimCatch wurde im Jahr 2012 erfolgreich gestartet. Aufgrund des Extremereignisses im Juli 2012 sind das ganze Gewässersystem und das darin enthaltene Sediment hochmobil. Mit einer Stabilisierung des Systems ist in den nächsten Jahren zu rechnen, obwohl bei Niederschlagsereignissen weitere Ge-schiebeeinträge durch rückschreitende Erosion an den Böschungen und durch die Seitenzubringer stattfinden. Im den ersten Monaten des Projekts wurden umfangreiche Messeinrichtungen installiert und mit der Kalibrierung begonnen. Es wurden Farbtracersteine und Telemetrietracersteine im Projektgebiet ausgesetzt und die Bewegungen der Tracersteine dokumentiert. Die schnelle Mobilisierung der Farbtracersteine über die Sommermonate und die Verlandung des Geschieberückhaltebeckens ist ein Indikator für den stattfindenden Sedimenttransport. In weiteren Verlauf des Projektes werden die Bewegungen der Tracersteine wei-ter dokumentiert und mit den Abflussmessungen und Niederschlagsmessungen korreliert. Zusammen mit der Aufnahme der Verlandungen und Erosionen soll der Sedimenthaushalt im einzugsgebiet dokumentiert werden. Das Projekt soll zur Verbesserung des Downscalings für Starkniederschläge und zur Quantifizie-rung von Unsicherheiten dienen und weiters die Kalkulation von Bemessungs-szenarien für Schutzbauwerke und die Diskussion von Gegenmaßnahmen in Hinblick auf die Auswirkungen des Klimawandels mit vertieften Kenntnissen unterstützen.         36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: „Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz“ Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 48 305   Block D1 Saal 5 7 Literatur Heinrich, G., und Gobiet, A., 2011: Expected climate change and its uncertainty in the Alpine Region, WEGC Report to ACRP No. 2/2011, Wegener Center for Climate and Global Change, University of Graz, Austria. Hübl, J., Eisel, J., Hohl, D., Kogelnig, B. und F. Mühlböck (2011): Ereignisdokumentation und Ereignisanalyse Wölzerbach; IAN Report 143, Band I, Ereignisdokumentation, Institut für Naturgefahren, Universität fr Bodenkultur, Wien (unveröffentlicht).      Autoren:  DI Gabriele Harb DI Dr. Josef Schneider  Technische Universität Graz Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft Stremayrgasse 10 A - 8010 Graz  Tel.: +43 316 873 8861 Fax: +43 316 873 8859 E-Mail: gabriele.harb@tugraz.at schneider@tugraz.at  Prof. Dr. Oliver Sass Mag. Johannes Stangl  Universität Graz Institut für Geographie und Raumforschung Heinrichstraße 36 A - 8010 Graz  Tel.: +43 316 380 5137 Fax: +43 316 380 9886 E-Mail: oliver.sass@uni-graz.at  johannes.stangl@uni-graz.at                  306 Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch)     

Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch)

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/103511/1/32_Heft_48_Sedimentfracht_Klimawandel.pdf

Sedimentfracht und Klimawandel in alpinen Einzugsgebieten (ClimCatch)

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