Hydromorphologie

Die Beschreibung und Erfassung von Geschiebe- und Schwebstofftransportprozessen ist essentiell, um langfristige Tendenzen in der Sohlentwicklung eines Fließgewässers zu erkennen und diese gegebenenfalls beeinflussen zu können. Viele Gewässer sind aufgrund von anthropogenen Eingriffen in ihrem natürlichen Sedimenthaushalt und der damit verbundenen Sedimentdynamik gestört. Unsere Forschung konzentriert sich auf kleinräumige als auch großräumige Prozesse des Feststofftransports.

Großräumige Prozesse: Eine großräumige Bilanzierung des Geschiebe- und Schwebstoffhaushaltes über große Zeiträume dient der Abschätzung langfristiger Tendenzen der Sohlevolution. Mittels naturverträglichen Gewässergestaltungsmaßnahmen können diese beeinflusst werden, um eine naturnahe Flussbettdynamik wiederherzustellen.

Kleinräumige Prozesse: Neben den globalen Geschiebetransportprozessen liegt einer unserer Forschungsschwerpunkte auf der Analyse sogenannter Kolmationsprozesse. Kolmation beschreibt den Transport von Feinteilen und deren Eindringen in die Gewässersohle, wodurch der Austausch von Nährstoffen und Sauerstoff zwischen Wasser und dem Flussbett beeinträchtigt wird. Neben grundlagenorientierten Laboruntersuchungen haben wir auch in-situ Messverfahren entwickelt, die es ermöglichen Kolmation im Feld zu erfassen und den Grad der Kolmation zu quantifizieren. Gegenwärtig konzentrieren wir uns auf die Analyse von Kolmationszonen und darauf, wie unerwünschte ökologische Verschlechterungen von Flusssystemen aufgrund von Kolmationsprozessen verhindert werden können.

Das Sedimenttransportkontinuum eines Fließgewässers wird durch Stauanlagen unterbrochen. Im Rückstau von Dämmen kommt es deshalb zu Sedimentablagerungen und Verlandungsprozessen. Die Untersuchung von Verlandungsprozessen in Stauräumen und die damit verbundene Problematik stellt einen weiteren Forschungsschwerpunkt dar. Neben anwendungsorientierten Arbeiten (messtechnische Erfassung und numerische Simulationen) fokussiert sich unsere Grundlagenforschung auf die Sedimentdynamik kohäsiver Sedimente. Die oftmals auftretende organische Besiedelung von Sedimenten (z.B. durch Algen oder Biofilme) und deren Wirkung auf das Transportverhalten wird in interdisziplinären Projekten zusammen mit Biolog*-innen untersucht. Unsere selbstentwickelten labortechnischen Methoden zur Erfassung der Transporteigenschaften von Feinsedimenten (unsere SETEG-Rinne) und in-situ Verfahren tragen zum besseren Systemverständnis und Weiterentwicklung numerischer Berechnungsansätze bei.

Gemäß der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist das Erreichen eines guten ökologischen Zustands Ziel für alle Fließgewässer in Europa. Ein elementarer Baustein zur Verwirklichung dieses Ziels ist die Wiederherstellung natürlicher morphodynamischer Funktionen. Unsere anwendungsorientierte Forschung befasst sich mit hydromorphodynamischen und ökologischen Defizitanalyse von Gewässern. Darauf aufbauend entwickeln und optimieren wir in interdisziplinären Kooperationen Gewässergestaltungsmaßnahmen. Über zweidimensionale (2D), hydro-morphodynamische und numerische Modelle hinaus verwenden wir eigene Software und Open-Source-gestützte Python-Programme, um den ökologischen Zustand von Gewässern zu analysieren und angemessene naturnahe Bauweisen zielführend zu implementieren

Eine möglichst exakte Prognose von klein- und großskaligen Ausuferungsprozessen während Hochwasserereignissen ist Grundlage für die Planung eines nachhaltigen und effektiven Hochwasserschutzes. Um dem Ziel eines integrierten Hochwassermanagements nachzukommen, führen wir in anwendungsorientierten Projekten numerische Modellierungen durch. Die Ergebnisse zeigen Überflutungsflächen, -höhen und -dauer sowie Fließgeschwindigkeiten zur Beurteilung der Hochwasserintensität und des Gefährdungsrisikos an. Diese hydrodynamisch-numerische Modellierung erlaubt sowohl die Bewertung von baulichen Maßnahmen als auch die Simulation und Evaluierung von Szenarien zur Reaktivierung von Retentionsflächen und Auenlandschaften. Unser Portfolio beinhaltet auch die Durchführung physikalischer Modellversuche um detaillierte Ausführungsvarianten für nachhaltige und ökologisch verträgliche Hochwasserschutzmaßnahmen erarbeiten.