Wurm - Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH Aachen

Einfluss von Bergsenkungen und Wassermühlen auf fluviale Morphodynamik
(Projektlaufzeit 2016-2018)
Motivation
Anthropogene Eingriffe in Form von Landnutzungsänderungen, Hochwasserschutzmaßnahmen, Wasserkraftanlagen, Bergbauaktivitäten, Schifffahrt und Energieversorgung haben nicht nur die Abflussdynamik, sondern
auch die Morphodynamik der Flusssysteme verändert.
Die anthropogene Beeinflussung der Morphodynamik kann negative Folgen für die Hochwassersicherheit, die
Ökologie und die Schiffbarkeit der Gewässer sowie auf die Verbreitung von aquatischen Schadstoffen haben.
Viele Schadstoffe werden im Wasser sedimentgebunden transportiert. Änderungen der Morphodynamik, wie
Veränderungen der Sedimentfrachten, der Sedimentationsraten, der Erosionsprozesse und der morphologischen Gestaltung, haben somit automatisch einen Effekt auf die Ausbreitung von Schadstoffen. Diese Problematik ist besonders in (Alt)Industrieregionen von hoher Aktualität und großer Bedeutung, sodass ein tiefergehendes Verständnis des anthropogenen Einflusses auf die fluviale Morphodynamik und dessen Konsequenzen
für die Schadstoffausbreitung dringend erforderlich ist.
Die Wurm dient als beispielhaftes naturnahes und dennoch im hohen Maße anthropogen überprägtes Fließgewässer. Sie entspringt im Stadtgebiet Aachen und durchfließt das sogenannte Wurmrevier, eine früh industrialisierte Bergbauregion. Zudem haben rund 99 Wassermühlen das Erscheinungsbild der Wurm geprägt.
Zielsetzung
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Quantifizierung anthropogener Einflüsse auf die fluviale Morphodynamik
und dessen Konsequenzen für die Schadstoffverbreitung in kleinen Einzugsgebieten. Im Fokus steht dabei der
anthropogene Einfluss in Form von bergbaulich-induzierten Schadstoffkontaminationen und Subsidenzen
sowie die anthropogenen Veränderungen durch die Errichtung und den Rückbau von Querbauwerken. Der
Forschungsschwerpunkt soll dabei auf der Sedimentdurchgängigkeit liegen. Die Rekonstruktion der Belastungshistorie soll zudem in ihrer historischen als auch räumlichen Ausprägung erfolgen.
Die Zielerreichung ist in vier Arbeitsziele untergliedert. Die Landschaftsentwicklung unter anthropogenem
Einfluss seit dem Mittelalter wird rekonstruiert und stellt das Bindeglied zwischen der geomorphologischen,
geochemischen und wasserbaulichen Betrachtung des Themenkomplexes dar. Aus wasserbaulicher Sicht werden die Einflüsse von bergbaulich-induzierten Subsidenzen und Querbauwerken, vorrangig Wassermühlen, auf
die fluviale Morphodynamik quantifiziert. In Bezug auf die Schadstoffverbreitung wird die Belastungshistorie
unter Berücksichtigung des Einflusses der Morphodynamik rekonstruiert. Schlussendlich steht die Zusammenführung der zeitlich und räumlich orientierten Arbeitsmethoden zu einer geeigneten Methodenkombination
zur Prognose der Schadstoffausbreitung und Sedimentdurchgängigkeit. Die Methodenkombination soll eine
Übertragbarkeit der Projektergebnisse auf andere Einzugsgebiete ermöglichen.
Das Forschungsprojekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und läuft über einen
Zeitraum von 36 Monaten. In drei Teilprojekten sind insgesamt drei Forschungsinstitutionen der RWTH Aachen
University am Vorhaben beteiligt.
Projektpartner an der RWTH Aachen University
Institut für Wasserbau und
Wasserwirtschaft (IWW)
www.iww.rwth-aachen.de
Lehrstuhl für Physische Geographie und Lehreinheit Geowissenschaften
Geoökologie (PGG)
Energie- & mineralische Ressourcen Gruppe (EMR)
www.emr.rwth-aachen.de
www.pgg.rwth-aachen.de
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Teilprojekte
AP2: Morphodynamik
Bestimmung der gewässermorphologischen
Einflüsse von bergbaulich-induzierten Subsidenzen und Querbauwerken
AP1: Landschaftsentwicklung
Rekonstruktion der Landschaftsentwicklung
des Wurmtals unter besonderer Berücksichtigung des anthropogenen Einflusses seit dem
Hochmittelalter
AP4: Synthese
Synthese der Arbeitsergebnisse und Prüfung der
Übertragbarkeit auf vergleichbare Gewässer
gleicher oder höherer Flussordnung
AP3: Schadstoffbelastung
Rekonstruktion und Bewertung der
Belastungshistorie des Wurmtals
Arbeiten am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen University (IWW)
Am IWW werden die gewässermorphologischen Einflüsse von bergbaulich-induzierten Subsidenzen und
Querbauwerken analysiert. Mittels modellbasierter Untersuchungen werden die Einflussfaktoren bestimmt.
Modelle bieten die Möglichkeit, unter kontrollierten Bedingungen sowie durch verschiedene Parameterkombinationen Veränderungen der Gewässermorphologie zu untersuchen. Die Umsetzung erfolgt über einen
hybriden Ansatz mit einer Kombination von physikalischen und numerischen Modellen. Dabei liefern die
Naturmessungen aus AP1 die Eingangsdaten, die Randbedingungen und den Validierungsdatensatz für die
Modelle.
In der Versuchshalle des IWW wird für die physikalischen Modelluntersuchungen ein Sedimentbecken mit
flexibler Sohle und sandiger Sedimentfüllung konstruiert, in das ein Flusslauf eingebracht wird. Die flexible
Sohle dient dazu, Senkungseffekte zu simulieren. Für die numerischen Modelluntersuchungen wird die Software Delft3D eingesetzt, die zusammen mit dem Software-Hersteller Deltares (Delft, Niederlande) um die
Nachbildung von Subsidenzeffekten erweitert wurde. Es werden einerseits auf Grundlage von digitalen Geländedaten Fließgewässerabschnitte der Wurm modelliert und andererseits ein Grobmodell aufgebaut, das
allgemein gültige Aussagen losgelöst von den Gegebenheiten an der Wurm ermöglicht.
Über eine Szenarioanalyse werden verschiedene Modellvarianten untersucht, wobei der Fokus auf den Effekten von Subsidenzen und Wassermühlen auf Sedimentdurchgängigkeit und Querschnittsgeometrie liegt.
Zeitraum
Projektbeginn: 15. November 2015 Laufzeit: 36 Monate
Förderkennzeichen: AZ:FR 3509/3-1
Förderträger
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Kontakt
RWTH Aachen University
Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft
Mies-van-der-Rohe-Straße 17
52056 Aachen
Anna-Lisa Maaß, M.Sc. RWTH (Inhaltliche Bearbeitung)
Tel.: +49(0)241 80 25753
[email protected]
Dr. Roy Frings (Projektkoordinator)
Tel.: +49(0)241 80 25265
[email protected]
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf
Tel.: +49(0)241 80 25262
[email protected]
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