David Morche

Untersuchungen zum fluvialen Sedimenttransport in Einzugsgebieten der nördlichen Kalkalpen (Reintal/Wettersteingebirge und Lahnenwiesgraben/Ammergauer Alpen)

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 03.12.2008

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zum fluvialen Sedimenttransport in zwei Einzugsgebieten in den nördlichen Kalkalpen in Oberbayern vorgestellt. Der Schwerpunkt lag bei der Quantifizierung des Sedimentexports über die Grenzen der Einzugsgebiete hinaus. Dazu wurden seit dem Jahr 2000 Pegelmessstationen betrieben und Messungen und Analysen zu den im Wasser transportierten Feststoffen und gelösten Sedimenten durchgeführt.
Der fluviale Sedimenttransport der Partnach im Reintal im Wettersteingebirge war bis zum August 2005 von der Lösungsfracht dominiert. Dafür verantwortlich war zum einen der in Bezug auf den Feststofftransport entkoppelte Charakter des Tales, und zum anderen das gut entwickelte Karstsystem im Wettersteinkalk. Durch Bergsturzablagerungen wurden große Teile des als Feststoffe transportierten Sediments zurückgehalten, so dass vorwiegend gelöstes Material in der Partnach transportiert wurde. Die geomorphologisch effektiven Abflüsse lagen im Bereich von MQ (2-4 m3s-1). Dieses Sedimenttransportverhalten wurde durch ein Extremereignis im August 2005, der Dammbruch der Vorderen Blauen Gumpe und das nachfolgende Hochwasser, verändert. Erste Geschiebtransportmessungen (Helley-Smith) nach dem Dammbruchereignis belegen einen deutlich erhöhten Feststofftransport auch bei geringeren Abflüssen.
Weitere hydrogeomorphologische Untersuchungen wurden im Reintal durchgeführt. Einzelne Sedimentspeicher und Gerinneabschnitte der Partnach wurden detailliert geodätisch vermessen, um darüber den Feststofftransfer quantitativ zu ermitteln.
Durch die Kopplung verschiedener Methoden (Analyse historischer Quellen, geodätische Vermessungen, geophysikalische Sondierungen - durchgeführt von Oliver Sass und Michael Krautblatter) war es möglich, den Verlauf der Verfüllung des Sees "Vordere Blaue Gumpe" seit seiner Entstehung um 1800 detailliert und vor allem quantitativ nachzuvollziehen.
Im Gerinneabschnitt zwischen Vorderer Blauer Gumpe und Messstation Bockhütte am Ende des Einzugsgebiets Reintal wurde für einzelne Hochwasserereignisse Sedimentbilanzen ermittelt. Dafür wurden Quer- und Längsprofilpeilungen und -vermessungen sowie geomorphologische Kartierungen, amtliche Orthophotos und von Fesselballon bzw. Helikopter gestützte Luftbildaufnahmen ausgewertet.
An der Messstation Burgrain am Lahnenwiesgraben (Ammergauer Alpen) dominierte der Feststofftransport gegenüber der Lösungsfracht. Große Teile des Einzugsgebiets sind aus pleistozänen Sedimentspeichern aufgebaut, die als laterale Sedimentquellen dienen. Außerdem sind die zum Rückhalt des Grobgeschiebes errichteten Sperren im Bachlauf des Lahnenwiesgrabens mit Sediment gefüllt, so dass über weite Strecken der lückenlose Durchtransport der Feststoffe gewährleistet ist. Einzelne niedrigfrequente Hochwasserereignisse transportierten den Großteil des exportierten Sediments. Im Gegensatz zum Reintal bilden im Lahnenwiesgraben die Abflussklassen >20 m3s-1 den effektiven Abfluss.

The study deals with investigations on the fluvial sediment transport in two catchments located in the Northern Calcareous Alps in Upper Bavaria. Quantifying the sediment export beyond the outlets of the catchment was the main focus of investigation. Since 2000 gauging stations operated there and measurement and analyses of the solid as well as dissolved load were carried out. Dissolved load is the predominant component of the fluvial sediment transport in the Partnach River in the Reintal Valley. On the one side the decoupled character of the valley in terms of solid load transport explain this fact. Large landslide deposits dam the valley floor and retain all bed load and large parts of suspended sediments. On the other side, the prevailing lithology is homogenous Triassic limestone and the karst system is well developed. The effective discharge is about the mean flow (2-4 m3s-1). This general character of reduced solid sediment transport was changed by an extreme event in August 2005, the dambreak at Vordere Blaue Gumpe and subsequent outburst flood wave. First Helley-Smith bed load measurements show an increase of bed load transport even during lower discharges than in pre-dambreak state.
Additional hydrogeomorphic investigations were carried out in the Reintal Valley. Individual sediment sources and channel reaches were surveyed for determining the quantity of transported sediment.
The history of sediment infill in the lake "Vordere Blaue Gumpe" and the quantification of sediment transport was achieved by a combination of different methodological approaches (analyses of historical data, geodetic measurement, geophysical surveys).
Sediment budgets were established for single flood events in the channel reach between Vordere Blaue Gumpe and gauging station Bockhuette by means of cross sections and longitudinal profile surveying, geomorphic mapping and multitemporal analyses of air photos taken from a tethered balloon and a helicopter.
In the Lahnenwiesgraben River (Ammergauer Alps) the sediment transport is dominated by solid load. Large parts of the catchment are covered by Pleistocene sediment stores which act as sources for lateral sediment supply to the river. Furthermore, the general character of the Lahnenwiesgraben River is coupled due to the fact that check dams were completely filled with sediments and the sediment flux is not interrupted. Single low frequent flood events (>20 m3s-1) transported major amount of sediment, which is contrary to the pre-dambreak Partnach River in the Reintal Valley.

Keywords:
fluvialer Sedimenttransport, Geschiebefracht, Schwebfracht, Lösungsfracht, Sedimentkaskaden, Fluvialgeomorphologie, Nördliche Kalkalpen, Reintal, Partnach, Lahnenwiesgraben

fluvial sediment transport, bed load, suspended load, total dissolved solids, sediment cascades, fluvial geomorphology, Bavarian Alps, Reintal, Partnach River, Lahnenwiesgraben River

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis, Vorwort (I-VIII)
1 Einleitung und Zielstellung (1-3)
2 Die Untersuchungsgebiete (4-10)
3 Methoden (11-21)
4 Ergebnisse (22-37)
5 Zusammenfassung (38-39)
6 Diskussion und Ausblick (40-41)
7 Summary (42)
8 Literatur (43-48)
Aufstellung der verwendeten Karten und Luftbilder (49)