Geschiebetransport in alpinen Wildbächen

Alpine Bäche und Flüsse transportieren nicht nur Wasser, sondern auch feste Materialien wie Kies, Schotter, Steine und Blöcke. Diese Feststoffe werden als Geschiebe bezeichnet. Sie bewegen sich rollend, gleitend oder springend entlang der Gewässersohle und spielen insbesondere bei Hochwasserereignissen eine entscheidende Rolle.

Der Geschiebetransport beeinflusst maßgeblich die Stabilität von Bachsohlen, die Funktion von Schutzbauwerken sowie die Sicherheit von Siedlungen und Infrastrukturen im Unterlauf von Wildbächen. Gleichzeitig wirkt sich der Transport von Feststoffen auf ökologische Prozesse und auf wasserbauliche Nutzungen aus. Trotz dieser großen Bedeutung ist der Geschiebetransport räumlich und zeitlich sehr variabel und daher schwierig zu erfassen.

Ziel des Projekts

Das Projekt BedMon@AlpS (Bedload Monitoring in Alpine Streams) wird im Auftrag der Wildbach- und Lawinenverbauung in Kooperation mit der Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Wasserbau, Hydraulik und Fließgewässerforschung, durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, den Geschiebetransport in alpinen Wildbächen unter realen Bedingungen zuverlässig, kontinuierlich und quantitativ zu erfassen.

Die gewonnenen Messdaten dienen dazu,

• Hochwasserereignisse mit Geschiebetransport besser zu verstehen,
• bestehende Berechnungsansätze und Modelle zu überprüfen und zu verbessern,
• Grundlagen für die Planung und Optimierung von Schutz- und Verbauungsmaßnahmen zu schaffen
• Risiken für Mensch, Natur und Infrastruktur langfristig zu reduzieren.

Messstationen Urslau und Johnsbach

Im Rahmen von BedMon@AlpS werden derzeit zwei alpine Wildbäche überwacht:

• die Urslau bei Maria Alm im Salzburger Land (Messbetrieb seit 2011)
• der Johnsbach im Nationalpark Gesäuse in der Steiermark (Messbetrieb seit 2014)

Beide Standorte sind repräsentativ für alpine Einzugsgebiete mit hohem Geschiebetransport und eignen sich besonders für die Untersuchung von Transportprozessen in Wildbachunterläufen.

Integratives Geschiebemesssystem

Da der Geschiebetransport ein sehr komplexer und variabler Prozess ist, kommt ein integratives Geschiebemesssystem zum Einsatz. Dieses kombiniert direkte und indirekte Messmethoden, um ein möglichst vollständiges Bild des Transportgeschehens zu erhalten.

Indirekte Messung: Geophone

In der Gewässersohle sind über den gesamten Fließquerschnitt verteilte Stahlplatten eingebaut. Auf deren Unterseite befinden sich sogenannte Geophone, spezielle Schwingungssensoren. Wenn Geschiebekörner über die Stahlplatten transportiert werden, erzeugen sie Vibrationen, die von den Geophonen registriert werden.

Diese Signale werden elektronisch aufgezeichnet und liefern zeitlich hochaufgelöste, kontinuierliche Informationen über:

• die Intensität des Geschiebetransports,
• die zeitliche Variabilität,
• die Verteilung über den Querschnitt sowie
• den Beginn des Geschiebetransports bei steigenden Abflüssen.

Da mit dieser Methode weder die genaue transportierte Masse noch die Korngrößen direkt bestimmt werden können, ist eine Ergänzung durch direkte Messverfahren erforderlich.

Direkte Messungen: Geschiebefalle und mobiler Geschiebefänger

Zur direkten Bestimmung der transportierten Geschiebemengen und Korngrößen kommen zwei Verfahren zum Einsatz:

• Feste Geschiebefalle
  Diese ist mittig in der Bachsohle installiert. Über einen steuerbaren Messschlitz gelangt das transportierte Geschiebe in einen Sammelbehälter mit einem Volumen von etwa einem Kubikmeter. Der Behälter ist auf Wägezellen gelagert, sodass die Massenzunahme pro Zeiteinheit automatisch erfasst wird. Das gesammelte Material kann anschließend entnommen, gewogen und hinsichtlich seiner Korngrößenverteilung analysiert werden. Die Methode ermöglicht auch bei hohen Abflüssen eine langandauernde, automatisierte Messung.
• Mobiler Geschiebefänger
  Zusätzlich werden bei ausgewählten Abflussereignissen punktuelle Geschiebeproben entnommen. Dabei wird ein Fangkorb von einem Kran aus auf die Bachsohle gesetzt, um das transportierte Material über eine definierte Zeitspanne zu sammeln. Diese Proben liefern detaillierte Informationen zur Korngröße und dienen der Kalibrierung der Geophonmessungen.

Die Kombination aus direkten und indirekten Messungen ermöglicht es, die kontinuierlichen Geophondaten in quantitative Geschiebetransportraten umzuwandeln.

Bedeutung der Ergebnisse

Die im Projekt BedMon@AlpS erhobenen Messdaten liefern eine einzigartige Grundlage für das Verständnis des Geschiebetransports in alpinen Wildbächen. Sie tragen wesentlich dazu bei, Hochwasserrisiken besser einzuschätzen, Schutzmaßnahmen gezielt zu planen und den Umgang mit alpinen Gewässern langfristig sicherer und nachhaltiger zu gestalten.