Untersuchung zur Variabilität von Schwebstoffkornverteilungen am Beispiel alpiner Flüsse

Abstract

Diese Arbeit untersucht die Variabilität der Schwebstoffkorngrößenverteilung und -konzentration sowie deren Beziehungen zu Abfluss und Trübung in drei Schweizer Flüssen. Die Aare bei Brienzwiler, den Rhein bei Diepoldsau und die Rhône bei Porte du Scex. Die Analyse zeigt, dass zwischen den drei Stationen deutliche Unterschiede in der Korngrößenverteilung (PSD) und den mittleren Korndurchmessern (D50) der jeweiligen Proben herrschen und auch die Bodenanteile (Ton, Schluff, Sand, Kies) und Bodenarten variieren. Die Untersuchung der Beziehungen zwischen Abfluss (Q), Schwebstoffkonzentration (SSC) und Trübung zeigt, dass die SSC-Trübungskorrelation durch lineare Funktionen beschrieben werden kann, während die Beziehung zwischen Abfluss und SSC häufig durch eine hohe Streuung gekennzeichnet ist und durch Exponentialfunktionen zu beschreiben ist. Die Steigung der SSC-Trübungsregression variiert zwischen den Messstandorten und ist in Gebieten mit feinkörnigerem Material geringer. Allgemein kann gesagt werden, dass die Korngröße bei der Korrelation SSC-Trübung insofern eine Rolle spielt, als dass größere Korngrößenverteilungen zu höheren Konzentrationen führen, während kleinere Korngrößenverteilungen zu höheren Trübungswerten führen. Eine Analyse der saisonalen Variation zeigte, dass hohe SSC-, Trübungs- und Korngrößen hauptsächlich in der ersten Hälfte des hydrologischen Sommerhalbjahres (Mai-Juli) auftreten, was auf nival-glaziale Abflussregime zurückzuführen ist. Basierend auf diesen Erkenntnissen können bessere Modelle zur Überwachung der Wasserqualität entwickelt werden. Darüber hinaus könnte die Reduzierung manueller Probenahmen zu effizienteren und kostengünstigeren Messverfahren führen. In weiterführenden Studien könnten alternative Methoden zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen derselben Sensitivitätsstudie unterzogen, die saisonalen, hydrologischen und lithologischen Zusammenhängen in den betrachteten Einzugsgebieten genauer betrachtet und die Bedeutung von Peak-Events untersucht werden.

This study investigates the variability of the particle size distribution and concentration of suspended sediment and their relationship to discharge and turbidity in three Swiss rivers. The Aare at Brienzwiler, the Rhine at Diepoldsau and the Rhône at Porte du Scex. The analysis shows that there are clear differences between the three stations in the particle size distribution (PSD) and the mean grain diameters (D50) of the respective samples and that the soil proportions (clay, silt, sand, gravel) and soil types also vary. The investigation of the relationships between discharge (Q), suspended sediment concentration (SSC) and turbidity shows that the SSC-turbidity correlation can be described by linear functions, while the relationship between discharge and SSC is often characterized by a high scatter and can be described by exponential functions. The slope of the SSC turbidity regression varies between the measurement sites and is lower in areas with finer grained material. In general, it can be said that grain size plays a major role in the SSC-turbidity correlation where larger grain size distributions lead to higher concentrations, while smaller grain size distributions lead to higher turbidity values. An analysis of the seasonal variation showed that high SSC, turbidity and grain sizes mainly occur in the first half of the hydrological summer half-year (May-July), which can be attributed to nival-glacial runoff regimes.Based on these findings, better models for monitoring water quality can be developed. In addition, the reduction of manual sampling could lead to more efficient and cost-effective measurement methods. In further studies, alternative methods for determining suspended matter concentrations could be subjected to the same sensitivity study, the seasonal, hydrological and lithological relationships in the catchment areas under consideration could be examined in more detail and the significance of peak events could be investigated.