Die Flussdynamik oder Fluss Geodynamik, untersucht die Entwicklung der Geomorphologie von Flüssen (die Formen resultierenden fallenden Flussmorphologie). Es handelt sich um multidisziplinäre Elemente aus Methode und Diagnose aus der physikalischen Geographie (einschließlich Geomorphologie ), Geologie , Sedimentologie , Hydraulik , Hydrologie , Biologie und Flussökologie.
In Europa hat die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) den Begriff der „Flusshydromorphologie“ in das Gesetz aufgenommen.
Früher oft mit dem Ausdruck " Flussgeomorphologie " ( Flussgeomorphologie unter den Angelsachsen) und nach dem Ausdruck von Maurice Pardé mit " Potamologie " (einschließlich Auswirkungen und Ursachen wie Überschwemmungen und Überschwemmungen) bezeichnet.
In Frankreich wurde das Wort "Hydrogeomorphologie" genau verwendet, um eine bestimmte Methode zur Bestimmung der Überschwemmungsgebiete zu beschreiben (Masson et al., 1996), basierend auf topografischen Merkmalen und geomorphologischem Talboden ( Nebenbett , Mittelbett und Hauptbett unterhalb von Nicht-) überflutbare Flussterrassen ).
In Europa wurde mit der Europäischen Rahmenrichtlinie ( WRRL ) der Begriff der „fluvialen Hydromorphologie“ in das Gesetz aufgenommen, der mit der guten ökologischen Funktionsweise der Wasserscheide und insbesondere des hydrologischen Kompartiments korreliert.
Der Transport von Sedimenten auf Wasserstraßen wird häufig als "Feststofftransport" oder "Sedimenttransit" bezeichnet.
Der Sedimenttransport erfolgt in zwei gut differenzierten Formen: Bettlast und Suspension. Der Schub ist der Transport von eher groben Sedimenten auf dem Boden des Bettes durch Rollen oder Salzen . Die Suspension ist ein Sedimenttransport in der Strömungsmasse.
In einer bestimmten hydraulischen Situation variiert das Verhalten der Sedimente je nach Größe der Partikel:
Die Größe der Materialien, die sich somit in einer Zwischensituation befinden, variiert wenig mit der Neigung. Aus diesem Grund deckt der Übergangsbereich für die meisten Wasserläufe (mit Ausnahme von sehr langsamen Wasserläufen unter 0,1 ‰ und Strömen über 3%) den mittleren bis groben Sand zwischen 200 und 700 μm ab .
Beobachtungen von Hochwasserablagerungen zeigen deutlich diesen Mechanismus:
In den großen Tälern und in der Schwemmlandebene ist der aktive Streifen die Zone alluvialer Ufer mit wenig oder keiner Vegetation, die durch jährliche oder zweijährige Überschwemmungen überarbeitet wird, die beispielsweise in einem Teil der Loire immer noch bedeutsam und relativ natürlich sind.
In der „ Schwemmlandebene “, das Tal Boden oder das Delta , spricht man von einem aktiven Bett , wenn das Bett in permanent ist (oder zumindest häufig) Wechselwirkung mit den Sedimenten durch den Wasserlauf transportiert. Diese Interaktion hat folgende Konsequenzen:
Im Gegenteil, wir sprechen von einem Passivbett, wenn der Boden des Bettes fixiert ist und der Sedimenttransit ohne Wechselwirkung mit dem Bett erfolgt. Das Bett kann repariert werden:
Zwischensituationen sind natürlich möglich:
Die Flüsse sind mit feinen und / oder groben Sedimenten gesäumt. Diese Sedimente werden durch die Geschwindigkeit des Wassers mitgerissen werden und es wird daran erinnert, dass die Geschwindigkeit des zu Beginn des Mitreißens einer Sand von 0,5 bis 1 mm im Durchmesser bis zu einer Tiefe von 1 bis 5 m beträgt etwa 0, 5 m / s . Ein fester Transport wird daher hergestellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit größer als dieser Wert ist. Eine beträchtliche Anzahl von Forschern gearbeitet Sedimenttransport Formeln während der XX - ten Jahrhundert. Der feste Sedimentfluss ist ungefähr proportional zum Flüssigkeitsfluss des Flusses. Eine Flut erhöht vorübergehend den Feststofftransport, indem sie den Meeresboden erodiert.
Die allgemeine Form des Bettes, die mit sehr unterschiedlichen Typen verbunden ist, wird als "Flussstil" bezeichnet. Die verschiedenen Stile werden von Upstream bis Downstream aufgelistet:
Im stromaufwärts gelegenen Teil von Flüssen aus Bergregionen ist der Hang sehr steil und der Bach fast gerade. Das Bett ist schmal. Solider Transport ist wichtig.
Torrent, Saint-Martin-Vésubie, Alpes-Maritimes.
Torrent, ein weiteres Beispiel.
Das Geflechtmuster ist charakteristisch für einen starken Feststofftransport. Das Bett besteht aus mehreren instabilen Kanälen, die viele Inseln bilden. Das Bett ist breit und flach. Diese Art von Wasserlauf ist in Frankreich aufgrund der vielen Deiche, die in der Vergangenheit durchgeführt wurden, selten anzutreffen. Wir sprechen auch von Flüssen mit anastomosierten Kanälen, wenn der Hang geringer und die kurvenreiche Route stärker ausgeprägt ist.
Fluss in Zöpfen.
In Zöpfen geflochten: eine besonders vielfältige Umgebung, die sich ständig verjüngt.
Fluss in Zöpfen.
Der Wanderstil ist ein mittlerer Schritt zwischen Mäander- und Flechtstil. Der Feststofftransport nimmt ebenso ab wie die Anzahl der Geflechte. Die Mäander nehmen Gestalt an.
Verrückter Stil.
Der Fluss folgt einer gewundenen Linie. Das Bett ist einzigartig und der feste Transport erfolgt fast ausschließlich durch Aufhängen und nicht durch Bettladen.
Fluss schlängelt sich frei.
Der Amazonas.
Wicklung schlängelt sich.
Jeder Wasserlauf zeigt eine Oszillation zwischen Erosion und Ablagerung (wir sprechen auch von Inzision und Anhebung). Das nebenstehende Diagramm zeigt den vereinfachten Prozess des dynamischen Gleichgewichts eines Flusses. Wenn der Wasserfluss zunimmt, bewegt sich der Pfeil in Richtung Erosion, wodurch der Feststofftransport erhöht wird. Wenn umgekehrt die Durchflussrate abnimmt, zeigt der Pfeil auf Ablagerung und die Feststoffdurchflussrate nimmt ab, bis ein „Gleichgewicht“ gefunden wird. Flüsse tendieren zu ihrer sogenannten Gleichgewichtsneigung, die eine Funktion der lokalen physikalischen und hydrologischen Bedingungen ist.
Konzept des Raums der Freiheit oder des Raums der Mobilität.
Die Banken können sich unterschiedlich entwickeln. Die Strömung des Wasserlaufs kann den Verlauf des Bettes durch Erosion der Ufer verändern. Diese Erosion ist möglich, wenn die Geschwindigkeit des Wassers und seine Turbulenzen einschließlich der Wellen des Wasserkörpers genügend Energie enthalten, um Partikel vom Ufer abzureißen. Das heißt, überwinden Sie ihren Zusammenhalt und ihr Gewicht. Betroffen ist das gesamte Ufer, das mit dem Wasser in Kontakt steht: der Fuß und das sichtbare Ufer.
Die Bodenmechanik spielt eine wichtige Rolle in den Evolutionsmechanismen der Ufer. Bank-Erdrutsche können auf Erdrutsche zurückzuführen sein, dh auf Brüche in der Konsistenz des Bodens. Wasser kann diesen Bruch auf verschiedene Weise fördern: indem es den Boden mit Wasser sättigt und einen stabilisierenden Schub gegen das Ufer ausübt oder nicht. Während einer Rezession werden diese beiden Elemente hinzugefügt: Die Steigung ist mit Wasser gesättigt und der stabilisierende Schub nimmt mit der Rezession ab. Eine weitere Ursache für Erdrutsche ist der sogenannte Scheuerprozess . Dieses Phänomen kann beispielsweise während einer regressiven Erosion oder durch Erosion des Fußes des Ufers auftreten.
Andere Faktoren müssen bei der Entwicklung der Banken berücksichtigt werden. Der Auwald kann dank der Wurzelsysteme der Pflanzen eine stabilisierende Rolle spielen oder im Gegenteil die Erosion durch zunehmende Turbulenzen verstärken. Bäume mit flachen Wurzelsystemen können entwurzelt werden und im Herbst einen Teil der Bank tragen. Stromabwärts können die von der Strömung getragenen Bäume Verengungen im Bachbett erzeugen.
Schließlich und in geringerem Maße kann das Vorhandensein von Nagetieren wie Bibern oder Nutria eine Bank destabilisieren.
Der Fluss ist eine dynamische Umgebung in ständiger Entwicklung. Die Planformen werden ständig weiterentwickelt. Entweder durch Erosion und Ablagerung oder abrupter durch Schneiden eines Mäanders oder Wechseln des Bettes nach einer Überschwemmung.
Beispiel für die Entwicklung eines Flusses mit alten Mäandern, einem Mäanderschnitt und einer ehemaligen Überschwemmungsfläche.
Rio Negro, Argentinien.
Entwicklung der Mäander.
Yukon und Koyukuk Flüsse, Alaska.
Die Hydrologie und Natürlichkeit eines Wasserlaufs kann durch verschiedene Faktoren verändert werden, darunter Pumpen, Dämme und reservierte Flüsse, Schleusen, Änderung des Hochwasserregimes, Entnahmen aus dem Bett, Künstlichkeit der Ufer usw.
Das Entfernen von Materialien aus dem Bett eines Wasserlaufs führt zu einer Absenkung der Wasserleitung und einer regressiven Erosion stromaufwärts. Wenn die Aufnahme eingeschränkt ist, kann die stromaufwärtige Erosion und Ablagerung in der Grube schließlich die Aufnahme füllen und der Strom kehrt ungefähr zum ursprünglichen Gleichgewicht zurück. Stromabwärts muss der Wasserlauf sein festes Strömungsdefizit nach Ablagerung in der Grube ausgleichen. Der Fluss gräbt das Bett, um mit Materialien gesättigt zu werden. Wir haben daher zwei Erosionen: eine regressive stromaufwärts und eine progressive stromabwärts. Der Mangel an Materialien führt zu einer erhöhten Belastung der Ufer und einer Tendenz zum Mäandern . Die Folgen der Erosion können die Destabilisierung von Strukturen und Erdrutsche an der Küste sein.
Die Wasserreservoirs fungieren als Siedler. Die Strömungsgeschwindigkeiten von nahezu Null ermöglichen es den festen Materialien, sich abzusetzen und den Damm allmählich zu füllen. Das stromabwärts freigesetzte Wasser wird von jeglicher festen Ladung befreit. Um sich mit Materialien zu sättigen, zieht der Wasserlauf den notwendigen Feststoffstrom aus dem Bett. Die Dämme verringern auch die Breite des Nebenbettes, indem sie die Bedeutung von Überschwemmungen begrenzen.
Die Schwellenwerte behindern den Feststofftransport und insbesondere den Schub. Wenn der feste Transport ausreichend ist, steigt das stromaufwärts gelegene Flussbett aufgrund des durch das fallende Wasser erzeugten Soges auf das Niveau des Schwellenkamms minus einige Zentimeter an. Stromabwärts gibt es wie bei Dämmen Erosion.
Die Schweller in einem Winkel zur Flussachse ermöglichen es, den Hochwasserspiegel auf ihrem Kamm zu senken und damit den Tiefgang zu erhöhen. Sie haben somit weniger Einfluss auf den Sedimenttransport als Schweller senkrecht zur Flussachse.
Eine Umleitung führt zu einer verringerten Strömung und Erosion. Der Bypass kann zu einer Absenkung der Wasserleitung sowie zu einer Verringerung der Bettbreite führen. Große Umleitungen können aufgrund der Abnahme der Wassermengen Auswirkungen auf nachgelagerte Ökosysteme haben.
Mit Neukalibrierung ist die Verbreiterung des Flussabschnitts gemeint. Zu viel Neukalibrierung kann zu einer Änderung des Gefälles und einem Ungleichgewicht des Wasserlaufs führen. Die größere Transportkapazität verringert die Häufigkeit von Überläufen und erhöht folglich die Wassermassen stromabwärts.
Eine Erwärmung des Wasserlaufs aufgrund der Zunahme der sonnigen Oberfläche kann auftreten. Sowie eine Abnahme der Sauerstoffkonzentrationen und eine Zunahme der Schwebstoffe .
Böschungen können zu einem erhöhten festen Transport des Wasserlaufs führen. Das Eindämmen führt zu einer Verengung des Strömungsabschnitts und kann zum Absinken des Bettes führen. Beim Verlassen des Dammes bildet sich eine Ablagerungszone.
Buhnen können für die Entwicklung eines Flusses verwendet werden, um die Ufer zu schützen, indem Bereiche mit totem Wasser geschaffen werden, die sich füllen. Der Bau von Buhnen im Flussbett ermöglicht auch die Schaffung eines Hochwasserkanals. Die Ohren konzentrieren den Wasserfluss in Richtung Bettmitte.
Ein natürlicher Eisstau ist eine natürliche Ansammlung von Materialien, die vom Wasser (ausnahmsweise durch einen Erdrutsch) eingebracht werden, ob vorübergehend oder nicht. Eisstaus können das Flussbett verändern, indem sie die Bildung einer Insel oder eines Mäanders einleiten . Eisstaus können zu Bettüberläufen führen. Sie verändern lokal die Strömungsbedingungen und können als Schwelle wirken, indem sie Wassereinlagerungen verursachen.