Gliederung des Vortrages

Transkript

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2 Gliederung des Vortrages Einführung und Streckencharakteristik Geschiebefang Mainz-Weisenau Geschiebezugabe Trechtingshausen Tracerversuch Rhens Veranlassung der Maßnahme Technische Umsetzung der Maßnahme Begleitende Untersuchungen und Erfolgskontrollen Ergebnisse und Erfahrungen Ausblicke

3 Einführung und Streckencharakteristik Streckenabschnitt des WSA Bingen (Rhein-km 493,5-642,2) Oberrhein Mittelrhein 90,00 85,00 Main Rheingau Nahe Gebirge 80,00 Loreley 75,00 70,00 Mainz Lahn Mosel m ü. NN 65,00 60,00 55,00 Bingen Ahr 50,00 45,00 40,00 35,00 Hochwasser 1988 Mittelwasser 1981 Gleichwertiger Wasserstand 1992 Talweg Koblenz 498,00 502,60 507,20 511,80 516,40 521,00 525,60 530,60 535,20 539,80 544,40 549,00 553,60 558,20 562,80 567,40 572,00 576,60 581,20 585,80 590,40 595,00 599,60 604,20 608,80 613,40 618,00 622,60 627,20 631,80 636,40 Rhein-km

4 Einführung und Streckencharakteristik Streckenabschnitt des WSA Bingen (Rhein-km 493,5-642,2) Oberrhein Mittelrhein 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 Mainz Rheingau Main Nahe Loreley Gebirge Lahn starkes Flussgefälle ( ca. 0,3-0,6 ) geringere Flussbreiten steile Ufer überwiegend felsiger Untergrund Mosel m ü. NN 65,00 60,00 55,00 Bingen Ahr 50,00 Hochwasser 1988 Koblenz 45,00 40,00 35,00 Mittelwasser 1981 Gleichwertiger Wasserstand 1992 Talweg geringes Flussgefälle ( ca. 0,1 ) große Flussbreiten flache Ufer / viele Inseln sandige, kiesige Sohle 498,00 502,60 507,20 511,80 516,40 521,00 525,60 530,60 535,20 539,80 544,40 549,00 553,60 558,20 562,80 567,40 572,00 576,60 581,20 585,80 590,40 595,00 599,60 604,20 608,80 613,40 618,00 622,60 627,20 631,80 636,40 Rhein-km

5 Mainz Mittlere Korndurchmesser des Geschiebes und jährliche Geschiebefracht ( Fließgeschwindigkeiten an den Pegeln Mainz, Kaub, Koblenz bei Mittelwasser ) mittlere jährliche Geschiebefracht [10³ t] mittlerer Korndurchmesser dm [mm] Kaub Koblenz Rhein-km WSA Bingen

6 Bildung von Wanderdünen im Rheingau Flächenpeilung Rhein-km ca. 506,5-508,0

7 Bildung von Wanderdünen im Rheingau Flächenpeilung Rhein-km ca. 506,5-508,0 Aufnahme der Rheinsohle im Rheingau Rhein- km 508,0 sandige, steinige Sohle mit kleiner Wanderdüne Echolotaufnahme von Dünen im Rheingau Ausdehnung der Dünen bis: Höhe 1,50 m Breite m Länge (Fließrichtung) m

8 Geschiebefang Mainz-Weisenau BAD HONNEF ROLANDS- WERTH BAD BREISIG BAD HÖNNINGEN BROHL ANDERNACH NEUWIED KOBLENZ BENDORF Mosel NIEDER- Lahn LAHNSTEIN OBER- BOPPARD ST. GOARSHAUSEN BACHARACH WSA Bingen KAUB RÜDESHEIM WIESBADEN MAINZ MZ-WEISENAU Main Einrichten eines Geschiebefanges bei Mainz-Weisenau (Rhein-km 494, ,460) zum lokalen Abfangen des von oberstrom herantransportierten Geschiebes und Entfernen durch gezielte Baggerungen BINGERBRÜCK BINGEN Nahe

9 Geschiebefang Mainz - Weisenau zur nächsten Seite 1989 Beginn des Naturversuches eines Geschiebefanges (Rhein-km 494, ,460) Auskofferung der Sohle: - Länge 160 m, Breite 250 m, - Tiefe 1,50 m unter Umgebungssohle

10 zurück nahezu gefüllter Geschiebefang leerer Geschiebefang

11 Geschiebefang Mainz-Weisenau zur nächsten Seite BAD HONNEF ROLANDS- WERTH BAD BREISIG BAD HÖNNINGEN BROHL ANDERNACH NEUWIED KOBLENZ BENDORF Mosel NIEDER- Lahn LAHNSTEIN OBER- BOPPARD ST. GOARSHAUSEN Leerungen: bisher 17 Leerungen Baggermenge gesamt BACHARACH KAUB WIESBADEN ca. 1,3 Millionen m³ Gesamtkosten bisher ca. 3,1 Millionen DM WSA Bingen BINGERBRÜCK RÜDESHEIM BINGEN MAINZ MZ-WEISENAU Main Nahe

12 zurück Geschiebefang Zustand

13 Geschiebetransportfunktion Rheingau Geschiebetransport [kg/s] Messung Messungen Mainz (vor Einrichtung) Niederwalluf(vor Einrichtung) Oestrich (vor Einrichtung) Bingen (vor Einrichtung) Mainz und Niederwalluf (nach Einrichtung) Oestrich und Bingen (nach Einrichtung) Abfluss Q [m³/s] Geschiebefang Änderung der Transportregime und Sohlenmorphologie im Rheingau Rückgang der Transportraten vor allem im oberen Rheingau Weniger Feststoffbewegung und somit weniger Fehlstellen

14 Geschiebetransportfunktion Rheingau Geschiebetransport [kg/s] Messung Messungen Mainz (vor Einrichtung) Niederwalluf(vor Einrichtung) Oestrich (vor Einrichtung) Bingen (vor Einrichtung) Mainz und Niederwalluf (nach Einrichtung) Oestrich und Bingen (nach Einrichtung) Abfluss Q [m³/s] Geschiebefang Langfristige Auswirkung des Geschiebeentzuges auf die Sohllagen? Änderung des Entnahmeregimes (Menge, Zeit)? Beeinflussung unterhalb Mariannenaue bis Bingen? Verlegen des Geschiebefanges oder II.Geschiebefang? Änderung der Transportregime und Sohlenmorphologie im Rheingau Rückgang der Transportraten vor allem im oberen Rheingau Weniger Feststoffbewegung und somit weniger Fehlstellen

15 Geschiebezugabe Trechtingshausen Grundlage: Akkumulationsverhalten im Rheingau, Erosionserscheinungen in der Gebirgsstrecke Pegelaufzeichnungen Frachtlängsschnitt der BfG der Jahresreihe 81/90 Geschiebedefizit in der Gebirgsstrecke von zusätzlich m³/a Geschiebeüberschuss im Rheingau ca m³/a Geschiebeentzug in Mainz-Weisenau Ziel: Kompensation des Gesamtdefizits an Geschiebe und damit Gegenwirkung der großräumigen und langfristigen Erosion unterhalb Bingen Naturversuch zur möglichen dauerhaften Geschiebezugabe - Untersuchung der technischen Machbarkeit einer Geschiebezugabe in der Gebirgsstrecke - positive Auswirkungen auf die Herstellung eines Geschiebegleichgewichtes - Untersuchung der Kriterien zur Optimierung der Geschiebezugabe

16 Geschiebezugabe Trechtingshausen BAD HONNEF ROLANDS- WERTH BAD BREISIG BAD HÖNNINGEN BROHL ANDERNACH NEUWIED KOBLENZ BENDORF Mosel NIEDER- Lahn LAHNSTEIN OBER- BOPPARD ST. GOARSHAUSEN KAUB BACHARACH WSA Bingen RÜDESHEIM BINGERBRÜCK BINGEN Nahe WIESBADEN MAINZ MZ-WEISENAU Main

17 Zugabe von Geschiebeersatzmaterial zwischen Rhein-km 534,4-535,0 (Bereich Trechtingshausen) Zugabematerial - Bedingungen: - auf die hydraulischen und sedimentologischen Bedingungen abgestimmtes Korngemisch - ausreichende Abriebfestigkeit - keine ökologische und landschaftsästhetische Beeinträchtigung Zugabematerial - ausgewählt: - gebrochener Taunusquarzit - mittlerer Massenabriebwerte = 8,5 % - mittlerer Feinkornanteil = 6 % 100,00 90,00 80,00 70,00 Bandbreite Zugabematerial Ton Schluff Sand Kies Steine 60,00 Massenanteile in % der Gesamtmenge 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,001 0,01 0,02 0,1 0,2 1 2, ,0063 0,063 0,63 6,3 63 Schubspannungsverhältnisse im Verklappbereich Korndurchmesser in mm

18 Zugabe von Geschiebeersatzmaterial zwischen Rhein-km 534,4-535,0 (Bereich Trechtingshausen) Zugabematerial - Bedingungen: - auf die hydraulischen und sedimentologischen Bedingungen abgestimmtes Korngemisch - ausreichende Abriebfestigkeit - keine ökologische und landschaftsästhetische Beeinträchtigung Zugabematerial - ausgewählt: - gebrochener Taunusquarzit - mittlerer Massenabriebwerte = 8,5 % - mittlerer Feinkornanteil = 6 % 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 Bandbreite Zugabematerial IV.Zugabe Ton Schluff Sand Kies Steine Massenanteile in % der Gesamtmenge 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,001 0,01 0,02 0,1 0,2 1 2, ,0063 0,063 0,63 6,3 63 Schubspannungsverhältnisse im Verklappbereich Korndurchmesser in mm

19 Geschiebezugabe Trechtingshausen Zugabebeginn: September 93 5 Geschiebezugaben (12 Zugabezyklen - bedingt durch Unterbrechungen) Zugabeende: Juli 1998 Gesamtzugabemenge: ca m³ [ca m³/a - ca. 140 m³/d] Verklappvorgabe: mindestens 300 m³/d (Bergfahrt) - Steigerung entsprechend der hydrologischen Ereignisse und dementsprechend des Abtransportes aus dem Verklappbereich bis zu 1000 m³/d Zugabemenge [ m³ ] Pegel Kaub [ cm ] Zeit 0

20 Geschiebezugabe Trechtingshausen Transportprobleme? BAW Karlsruhe Zur nächsten Seite Temporäre Ablagerungen in der Stromerweiterung oberhalb des Lorcher Werthes - Eintrag in die Fahrrinne und Ablagerung grobkörnigen Geschiebeersatzmaterials bei fallenden Wasserständen nach Hochwasser

21 zurück Mitbegründung zur Verlegung der Zugabestelle im Rahmen der Optimierung der Geschiebezugabe in der Gebirgsstrecke Sohlschubspannungen Untersuchung der Fließgeschwindigkeiten und Sohlschubspannungen mit Hilfe von PROLAG und RHEINGOLD

22 Technische Machbarkeit: Ergebnisse und Erfahrungen der Zugabe Trechtingshausen: keine Behinderung der Schifffahrt über den gesamten Zeitraum der Verklappung Auftragnehmer sind in der Lage die Materialkennwerte genauestens einzuhalten Zugabematerial mit Ausnahme von Niedrigwasserzeiten zügig aus Verklappbereich abtransportiert (Ausnahmen temporäre Ablagerungen in Rand- und Inselbereichen) Sohlstabilisierung: Änderung der Kornzusammensetzung sukzessive vom stark sandigen Kies zum schwach sandigen Kies mit bis zu 20% Steinanteil Verteilung des Zugabematerials sehr ungleich über Flusslänge und -breite Zugabematerial in Mittelkiesgröße in 4 Jahren ca. 40 km Laufstrecke, jedoch Material > 20 mm nicht über Loreley hinaus sedimentologische Abschätzung Herbst 1997, dass >= 60% des Zugabematerials in der Strecke bis zur Loreley (ca. 30 km) verblieben sind mittlere Transportgeschwindigkeit für Mittel- und Grobkiesfraktion 3-5 km pro Jahr

23 Stützung der Erosionsschwerpunkte Moselmündung und Neuwieder Becken auf Grund der geringen Wandergeschwindigkeit erst nach Jahren! Pegelabsenkung 1920 / 2000 ca. 65 cm Pegelabsenkung 1900 / 2000 ca. 70 cm Verlegen der Geschiebezugabe nach oberhalb der Moselmündung!

24 Tracerversuch Rhens BAD HONNEF ROLANDS- WERTH BAD BREISIG BAD HÖNNINGEN BROHL ANDERNACH NEUWIED KOBLENZ BENDORF Mosel NIEDER- Lahn LAHNSTEIN OBER- BOPPARD ST. GOARSHAUSEN KAUB BACHARACH WSA Bingen RÜDESHEIM BINGERBRÜCK BINGEN Nahe WIESBADEN MAINZ MZ-WEISENAU Main

25 Tracerversuch Rhens Tracermaterial: Gesteinsart, welche im Sohlenmaterial des Rheins nicht vorkommt und sich gut petrografisch unterscheiden lässt! Massenanteile der Körner < d [ % ] T o n Fein S c h l u f f Mittel Grob S a n d Fein Mittel Grob K i e s Fein Mittel Grob Steine ,001 0,002 0,0063 0,02 0,063 0, 0,63 2,0 6, Korndurchmesser [mm] Kornsummenlinie Tracermaterial Material: grau bis rötlich gefärbter Granit Herkunft: Seebach im Schwarzwald Zugabezeitraum: Zugabeort: Rhens (Rhein-km 581,5-582,0) Zugabe: ca m³ tägliche Verklappmenge: m³

26 Tracerversuch Rhens Umfangreiches Untersuchungsprogramm zum Tracerverhalten Tracerversuch Rhens Zugabe- und Untersuchungsbereich Niederwerth - Nebenarm (595,3) Braubach (581,0) Zugabebereich Neuendorf (593,5) Rhens (582,4) Niederwerth (595,3) Koblenz (591,2) Mosel Oberlahnstein (584,1) Niederlahnstein (586,0) Sohlenuntersuchung im Bereich der Zugabestelle und unterstrom (Einsatz Taucherschacht [Sohlenproben, fotografische Sohlenaufnahmen] ) Feststofftransportmessungen ( Tracer- und Geschiebemessungen ) Sohlpeilungen (Flächen- und Linienpeilungen - Differenzenpläne ) Pegelaufzeichnungen ( Langzeitentwicklung, Einrichten neuer Pegelanlagen ) Wasserspiegelfixierungen und Abflussmessungen

27 Tracerversuch Rhens Flächenpeilung am Beginn der Tracerzugabe

28 Tracerversuch Rhens Peilungen, Sohlenuntersuchungen und WSP-Fixierungen sind wesentliche Grundlage der späteren Erfolgskontrolle! - Ermittlung der Sohlhöhenlagen im Zugabebereich und 20 km unterhalb - Bestimmung der Massendifferenzen - Untersuchung der Wasserspiegellagen vor, während und nach der Zugabe Unbedingte Durchführung! Flächenpeilung am Beginn der Tracerzugabe Flächenpeilung nach der Tracerzugabe

29 Tracerversuch Rhens Untersuchung der Transportgeschwindigkeit der verschiedenen Korngrößen des Tracermaterials 1. Sohlenuntersuchung 6 Monate nach der Zugabe - Tracer 2 km unterhalb bis max. 45 mm - Tracer 4,0 km unterhalb zwischen 20 und 30 mm - Tracer 8, 0 km unterhalb bis 15 mm Geschiebemessungen (12. und / Daten ungesichert): - Tracerfund auf 40m Geschiebebandbreite 27 km unterhalb (km 609) - Tracerfund in 2 Proben 38 km unterhalb (jeweils mm) Zugabebereich 2,2 km unterhalb Zugabebereich 4,0 km unterhalb Zugabebereich

30 Tracerversuch Rhens Umlagerung von Sedimenten Bei Rhein- km 582,4; 127 m vom linken Ufer wurde bei der Erstellung eines Gefrierkernes ein Stück Glas in ca. 52 cm Tiefe gefunden. Bei anderen Gefrierkernbohrungen wurden ebenfalls Schalen der Muschel Corbicula fluminea bis in 70 cm Tiefe entdeckt, welche es erst seit wenigen Jahren im Rhein gibt Rhein-km 582,4 / ca. 400 m unterhalb des Zugabebereiches

31 Versuch einer Bilanzierung zur Geschiebebewirtschaftung der Jahre 1989 bis Geschiebefang Menge in m³ Moselmaterial 0 Geschiebefang Moselmaterial Geschiebeersatzmaterial Unterhaltungsbaggerungen Maßnahmen Materialentnahmen Verklappungen Materialabgaben Geschiebefang , , ,69 Moselmaterial ,33 Geschiebeersatzmaterial ,37 Unterhaltungsbaggerungen , , ,00 Geschiebezugabe Summe , , ,69

32 Ausblicke / Forderungen Abschätzung der langfristigen Entwicklung der Flusssohle im Rheingau bei Beibehaltung des Leerungsregimes des Geschiebefanges Mainz-Weisenau Beobachtung der oberen Gebirgsstrecke bezüglich der Wasserspiegel und Sohlenlagenentwicklungen, da keine Geschiebezugabe stattfindet Optimierung der Geschiebezugaben im Moselmündungsbereich bezüglich des Zugaberegimes unter Berücksichtigung hydrologischer Ereignisse und Strecken mit unterschiedlichem Erosionsverhalten Überlagerung der hydrologischen Ereignisse mit den morphologischen Veränderungen Betrachtung regionaler aber auch überregionaler Streckenabschnitte (WSA- und Direktionsübergreifend) Bedarf an häufigeren Sohlenpeilungen, Wasserspiegelfixierungen und Abflussmessungen - kurzfristige Auswertung um zeitnah reagieren zu können

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