Rolle der Vegetation im Hochwasserabfluss – Interaktion mit Hydrodynamik und Sedimenttransport

Mario Klösch; Michael Tritthart; Magdalena Waygand; Philipp Gmeiner; Christine Sindelar; Martin Pfemeter; Gregory Egger; Martin Glas; Erich Busch; Pamela Baur; Marlene Haimann; Matthias Buchinger; Helmut Habersack

doi:10.1007/s00506-017-0447-3

Rolle der Vegetation im Hochwasserabfluss – Interaktion mit Hydrodynamik und Sedimenttransport

Translated title of the contribution: The role of vegetation in flood flows – Interactions with hydrodynamics and sediment transport

Mario Klösch, Michael Tritthart, Magdalena Waygand, Philipp Gmeiner, Christine Sindelar, Martin Pfemeter, Gregory Egger, Martin Glas, Erich Busch, Pamela Baur, Marlene Haimann, Matthias Buchinger, Helmut Habersack

Publications: Contribution to journal › Article › Peer Reviewed

Abstract

Next to the provision of ecological functions, riparian vegetation plays a crucial role for the flow of water and sediment. The flow affects the shape of flexible plants and vice versa, so that the influence of flexible vegetation on flow and sediment transport is especially complex. For correct estimations of water tables during flood discharges as well as morphodynamics, it is important to know the dependencies between flow, vegetation and sediment.

Numerous laboratory investigations were already conducted concerning the role of vegetation, but these were limited due to the impossible scaling of real plants. On the other hand, it is difficult to establish controlled experimental conditions at real rivers, implying that field studies are restricted to observations or measurements at a smaller resolution.

We present the project “VEGSED” (funded by the Austrian Research Promotion Agency), where the interactions between hydrodynamics and sediment transport are investigated in a new research channel. A 5 m wide outdoor flume allows experiments on vegetation patches at the 1:1 scale with flow rates up to 10 m3 s−1 and water depths up to 3 m, aiming to merge the advantages of accuracy in laboratory tests with the explanatory power of field investigations. This paper addresses the interaction of a vegetation patch with the flow and sediment transport inside and outside of the patch, and the use of the obtained data to validate an improved plant deformation model as well as its coupling with a two-dimensional hydrodynamic and sediment transport model.

Translated title of the contribution	The role of vegetation in flood flows – Interactions with hydrodynamics and sediment transport
Original language	German
Pages (from-to)	90-97
Journal	Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft
Volume	70
DOIs	https://doi.org/10.1007/s00506-017-0447-3
Publication status	Published - 29 Nov 2017
Externally published	Yes

Austrian Fields of Science 2012

207114 Water management

Keywords

Vegetation
Floods
Sediment transport
Numerical modeling
Physical modelling
Scaling effects

Access to Document

10.1007/s00506-017-0447-3Licence: CC BY 4.0

Cite this

Klösch, M., Tritthart, M., Waygand, M., Gmeiner, P., Sindelar, C., Pfemeter, M., Egger, G., Glas, M., Busch, E., Baur, P., Haimann, M., Buchinger, M., & Habersack, H. (2017). Rolle der Vegetation im Hochwasserabfluss – Interaktion mit Hydrodynamik und Sedimenttransport. Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft, 70, 90-97. https://doi.org/10.1007/s00506-017-0447-3

@article{e1a392dfca214374869cf3e9c4c3e87d,

title = "Rolle der Vegetation im Hochwasserabfluss – Interaktion mit Hydrodynamik und Sedimenttransport",

abstract = "Vegetation ist ein integraler Bestandteil der Flie{\ss}gew{\"a}sser und ihrer {\"U}berflutungsfl{\"a}chen. Neben ihren Funktionen f{\"u}r ein intaktes {\"O}kosystem ist die Vegetation auch ma{\ss}geblich am Abflussgeschehen beteiligt. Der Einfluss flexibler Vegetation auf Str{\"o}mung und Sedimenthaushalt ist komplex, da die Str{\"o}mung die Form der Pflanze und diese wiederum die Str{\"o}mung beeinflusst. Es ist wichtig den Einfluss zu kennen, um zum Beispiel Hochwasseranschlagslinien und morphodynamische Auswirkungen richtig ermitteln und absch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen.Zur Interaktion zwischen Vegetation und Sedimenttransport wurden bereits zahlreiche Laboruntersuchungen durchgef{\"u}hrt, wobei gr{\"o}{\ss}ere Vegetationsverb{\"a}nde aufgrund der nicht m{\"o}glichen Skalierung noch nicht untersucht werden konnten. An realen Flussabschnitten wiederum fehlt es an kontrollierten Versuchsbedingungen, wodurch sich Felduntersuchungen auf Beobachtungen oder grobskalige Messungen beschr{\"a}nken.Wir stellen das von der {\"O}sterreichischen Forschungsf{\"o}rderungsgesellschaft gef{\"o}rderte Projekt „VEGSED“ vor, in welchem in einem 5 m breiten Forschungsgerinne Versuche im Ma{\ss}stab 1:1 mit Durchfl{\"u}ssen von bis zu 10 m3 s−1 und bis zu 3 m Wassertiefe unter Laborbedingungen durchgef{\"u}hrt werden k{\"o}nnen, wodurch die Vorteile von Laboruntersuchungen mit jenen der Felduntersuchungen vereint werden. Dieser Artikel behandelt die Wirkung eines Vegetationsverbands auf die Hydrodynamik und den Sedimenttransport sowohl innerhalb als auch au{\ss}erhalb des Verbands, sowie die Verwendung der gewonnenen Daten f{\"u}r die {\"U}berpr{\"u}fung eines verbesserten Pflanzenverformungsmodells und dessen Kopplung mit einem zweidimensionalen Hydrodynamik- und Sedimenttransportmodell.",

keywords = "Vegetation, Hochwasser, Sedimenttransport, Numerische Modellierung, Skaleneffekte, Physikalische Modellierung, Vegetation, Floods, Sediment transport, Numerical modeling, Physical modelling, Scaling effects",

author = "Mario Kl{\"o}sch and Michael Tritthart and Magdalena Waygand and Philipp Gmeiner and Christine Sindelar and Martin Pfemeter and Gregory Egger and Martin Glas and Erich Busch and Pamela Baur and Marlene Haimann and Matthias Buchinger and Helmut Habersack",

year = "2017",

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doi = "10.1007/s00506-017-0447-3",

language = "Deutsch",

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Klösch, M, Tritthart, M, Waygand, M, Gmeiner, P, Sindelar, C, Pfemeter, M, Egger, G, Glas, M, Busch, E, Baur, P, Haimann, M, Buchinger, M & Habersack, H 2017, 'Rolle der Vegetation im Hochwasserabfluss – Interaktion mit Hydrodynamik und Sedimenttransport', Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft, vol. 70, pp. 90-97. https://doi.org/10.1007/s00506-017-0447-3

TY - JOUR

T1 - Rolle der Vegetation im Hochwasserabfluss – Interaktion mit Hydrodynamik und Sedimenttransport

AU - Klösch, Mario

AU - Tritthart, Michael

AU - Waygand, Magdalena

AU - Gmeiner, Philipp

AU - Sindelar, Christine

AU - Pfemeter, Martin

AU - Egger, Gregory

AU - Glas, Martin

AU - Busch, Erich

AU - Baur, Pamela

AU - Haimann, Marlene

AU - Buchinger, Matthias

AU - Habersack, Helmut

PY - 2017/11/29

Y1 - 2017/11/29

N2 - Vegetation ist ein integraler Bestandteil der Fließgewässer und ihrer Überflutungsflächen. Neben ihren Funktionen für ein intaktes Ökosystem ist die Vegetation auch maßgeblich am Abflussgeschehen beteiligt. Der Einfluss flexibler Vegetation auf Strömung und Sedimenthaushalt ist komplex, da die Strömung die Form der Pflanze und diese wiederum die Strömung beeinflusst. Es ist wichtig den Einfluss zu kennen, um zum Beispiel Hochwasseranschlagslinien und morphodynamische Auswirkungen richtig ermitteln und abschätzen zu können.Zur Interaktion zwischen Vegetation und Sedimenttransport wurden bereits zahlreiche Laboruntersuchungen durchgeführt, wobei größere Vegetationsverbände aufgrund der nicht möglichen Skalierung noch nicht untersucht werden konnten. An realen Flussabschnitten wiederum fehlt es an kontrollierten Versuchsbedingungen, wodurch sich Felduntersuchungen auf Beobachtungen oder grobskalige Messungen beschränken.Wir stellen das von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft geförderte Projekt „VEGSED“ vor, in welchem in einem 5 m breiten Forschungsgerinne Versuche im Maßstab 1:1 mit Durchflüssen von bis zu 10 m3 s−1 und bis zu 3 m Wassertiefe unter Laborbedingungen durchgeführt werden können, wodurch die Vorteile von Laboruntersuchungen mit jenen der Felduntersuchungen vereint werden. Dieser Artikel behandelt die Wirkung eines Vegetationsverbands auf die Hydrodynamik und den Sedimenttransport sowohl innerhalb als auch außerhalb des Verbands, sowie die Verwendung der gewonnenen Daten für die Überprüfung eines verbesserten Pflanzenverformungsmodells und dessen Kopplung mit einem zweidimensionalen Hydrodynamik- und Sedimenttransportmodell.

AB - Vegetation ist ein integraler Bestandteil der Fließgewässer und ihrer Überflutungsflächen. Neben ihren Funktionen für ein intaktes Ökosystem ist die Vegetation auch maßgeblich am Abflussgeschehen beteiligt. Der Einfluss flexibler Vegetation auf Strömung und Sedimenthaushalt ist komplex, da die Strömung die Form der Pflanze und diese wiederum die Strömung beeinflusst. Es ist wichtig den Einfluss zu kennen, um zum Beispiel Hochwasseranschlagslinien und morphodynamische Auswirkungen richtig ermitteln und abschätzen zu können.Zur Interaktion zwischen Vegetation und Sedimenttransport wurden bereits zahlreiche Laboruntersuchungen durchgeführt, wobei größere Vegetationsverbände aufgrund der nicht möglichen Skalierung noch nicht untersucht werden konnten. An realen Flussabschnitten wiederum fehlt es an kontrollierten Versuchsbedingungen, wodurch sich Felduntersuchungen auf Beobachtungen oder grobskalige Messungen beschränken.Wir stellen das von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft geförderte Projekt „VEGSED“ vor, in welchem in einem 5 m breiten Forschungsgerinne Versuche im Maßstab 1:1 mit Durchflüssen von bis zu 10 m3 s−1 und bis zu 3 m Wassertiefe unter Laborbedingungen durchgeführt werden können, wodurch die Vorteile von Laboruntersuchungen mit jenen der Felduntersuchungen vereint werden. Dieser Artikel behandelt die Wirkung eines Vegetationsverbands auf die Hydrodynamik und den Sedimenttransport sowohl innerhalb als auch außerhalb des Verbands, sowie die Verwendung der gewonnenen Daten für die Überprüfung eines verbesserten Pflanzenverformungsmodells und dessen Kopplung mit einem zweidimensionalen Hydrodynamik- und Sedimenttransportmodell.

KW - Vegetation

KW - Hochwasser

KW - Sedimenttransport

KW - Numerische Modellierung

KW - Skaleneffekte

KW - Physikalische Modellierung

KW - Vegetation

KW - Floods

KW - Sediment transport

KW - Numerical modeling

KW - Physical modelling

KW - Scaling effects

U2 - 10.1007/s00506-017-0447-3

DO - 10.1007/s00506-017-0447-3

M3 - Artikel

SN - 1613-7566

VL - 70

SP - 90

EP - 97

JO - Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft

JF - Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft

ER -