Kolkmessungen bei Wurzeltellern an ELJs in Modellversuchen
- Degree programme: BSc in Bauingenieurwesen
- Author: Michaja Philemon Grimm
- Thesis advisor: Prof. Dr. Jolanda Jenzer Althaus
- Expert: Dr. sc. Cristina Rachelly
- Year: 2023
Uferverbauungen werden heute vermehrt aus Holz anstatt wie bis anhin mit Blocksteinen gebaut. Sogenannte ELJ-Strukturen (Engineered Log Jam) schaffen neben dem Hochwasser- und Erosionsschutz gleichzeitig Lebensraum für Fische und Kleintiere. In Modellversuchen soll herausgefunden werden, wie sich Wurzelteller an ELJs auf die Morphologie der Gewässersohle auswirken und wo sie die grösste Wirkung entfalten.
Ausgangslage
Um bestehende Infrastruktur wie beispielsweise Wohngebiete und Werkleitungen vor Hochwasser und Erosion zu schützen, werden seit vielen Jahrhunderten Massnahmen umgesetzt. Eine alternative Möglichkeit zu den weit verbreiteten Blocksteinverbauungen sind sogenannte Engineered Log Jams. Dabei werden Holzelemente in den Fluss hinein gebaut, wobei im Bereich der Flusssohle häufig Wurzelteller verbaut werden, um neben der Schutzfunktion zusätzlich Kolke zu schaffen, die Lebensraum für Fische und andere aquatische Lebewesen bieten. Trotz ersten Erfahrungen bestehen noch Wissenslücken zur Wirkungsweise von Wurzelstöcken auf die Morphologie und den Geschiebetransport an ELJ-Strukturen.
Zielsetzung
Ziel dieser Arbeit ist es, in Modellversuchen verschiedene Anordnungen von Wurzelstöcken an ELJ-Deflektoren (einem Bautyp von ELJs) zu testen und deren Auswirkungen auf die Morphologie und den Geschiebetransport zu untersuchen. So soll der Einfluss einzelner Wurzelteller und Wurzeltellergruppen auf die Lage, Form und Grösse der Kolkbildung identifiziert werden. Daraus sollen Empfehlungen für zukünftige Bauvorhaben hinsichtlich der Verwendung von Wurzeltellern an ELJ-Deflektoren abgeleitet werden.
Vorgehen
Die Versuche werden im Massstab 1:30 an zwei verschiedenen Typen von ELJ-Deflektoren durchgeführt. Die Wurzelteller werden in einem 3D-Drucker hergestellt, um identische Versuchskörper zu erhalten (siehe linkes Bild). Mit Hilfe eines Lasers werden pro Versuch jeweils Vorher- und Nachheraufnahmen der Modelloberfläche gemacht, zusätzlich werden Geschwindigkeitsmessungen mittels Large PIV durchgeführt.
Erkenntnisse
Die Differenz der Vorher- und Nachheraufnahmen zeigt, wo im Modell Geschiebetransport stattgefunden hat. Im Bereich der ELJ-Struktur wird der Fluss eingeengt, dadurch erhöht sich lokal die Fliessgeschwindigkeit und damit auch der Geschiebetransport. Infolgedessen kommt es im Bereich des Deflektors zu Kolkbildung und unterstrom zu Auflandungen (siehe rechtes Bild). In den Modellversuchen konnte herausgefunden werden, dass Wurzelteller die Kolktiefe, aber auch die Lage und Form des Kolks massgeblich beeinflussen. Entgegen der bisherigen Praxis sollten Wurzelteller aus geschiebemorphologischer Sicht vor allem am in Fliessrichtung oberen Ende verbaut werden, um ELJ-Deflektoren vor zu tiefen, stabilitätsgefährdenden Kolken zu schützen.
