Einfluss des Sedimenttransports durch Umleitstollen auf die Hydroabrasion der Stollensohle und auf die Ökomorphologie im Unterwasser

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501114
• Projekttitel Englisch: Impacts of high sediment transport through sediment bypass tunnels on invert abrasion and on the eco-morphology of downstream river reaches

Schlüsselwörter (Englisch)

Sustainability of reservoirs, sediment bypass tunnel, laser scanning, LiDAR flight, invert abrasion

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Stauraumverlandung führt zu Verlusten des Nutzvolumens und mindert zudem die Hochwasserschutzfunktion und die Sicherheit der Stauanlage. Sedimentumleitstollen (SBT) stellen effiziente Gegenmassnahmen dar, leiden aber unter massivem Verschleiss. Ziel dieser Arbeit ist es, die Effizienz und den ökomorphologischen Einfluss von SBT auf das Unterwasser zu untersuchen, wirtschaftliche Lösungen für Abrasionsprobleme zu bestimmen und den Betrieb von SBT zu optimieren.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Reservoir sedimentation leads to a loss of active storage capacity and may endanger the safety of dams. A Sediment Bypass Tunnel (SBT) is an effective countermeasure, suffering from significant invert abrasion, however. In this project, hydro-abrasion processes in SBTs and the impact of sediment flushing on the downstream river eco-morphology is investigated in order to contribute to an optimized, economic and eco-friendly sediment management at reservoirs.

Schlussbericht (Deutsch)

Zur nachhaltigen Bewirtschaftung von Stauanlagen ist ein umfassendes Sedimentmanagement erforderlich. Sedimentumleitstollen (Sediment Bypass Tunnels = SBTs) können dabei einen wichtigen Beitrag zur Wiederherstellung des gestörten Sedimenttransports leisten und so nicht nur den Stauraum vor Verlandung schützen, sondern auch die Ökomorphologie im Unterstrom signifikant verbessern. Dabei können aber Schäden durch Hydroabrasions an der SBT-Sohle auftreten und hohe Unterhaltskosten verursachen. Ziel dieses Projektes war es deshalb, mittels in-situ Versuchen am SBT Solis an der Albula (1) die Zusammenhänge zwischen Beanspruchung, Materialeigenschaften und Abrasionstiefen zu untersuchen, und (2) den Einfluss des SBT-Betriebs auf die Ökomorphologie im Unterwasser zu analysieren. Die Abrasion der Stollensohle wurde mittels 3D-Laser aufgenommen. Obschon visuell feststellbar, konnten die Abrasionstiefen bisher messtechnisch nicht quantifiziert werden, da sie im Bereich der Messgenauigkeit des Lasermessgeräts liegen. Eine Weiterführung des Monitorings ist daher angezeigt. Das Monitoring der Gewässerökomorphologie umfasste neben LiDAR- auch Meso-Habitats- und Sedimentaufnahmen. Die Daten der beiden LiDAR-Vermessungen und der Sedimentaufnahmen wurden aufbereitet und analysiert. Die Ergebnisse der Sedimentanalysen zeigen, dass Inbetriebnahmen des SBTs die Kornverteilung des Flussbettes rasch ändern können. Die LiDAR-Vermessungen erlauben eine detailliertere Untersuchung des Einflusses der SBT-Ereignisse auf die Morphologie.

Zugehörige Dokumente

• Einfluss des Sedimenttransports durch Umleitstollen auf die Hydroabrasion der Stollensohle und auf die Ökomorphologie im Unterwasser - Schlussbericht [PDF] 7'467 kB

Schlussbericht (Englisch)

For a sustainable and eco-friendly reservoir operation, long-term sediment management strategies are required. Among others, Sediment bypass tunnels (SBTs) are an effective and holistic countermeasure against reservoir sedimentation. They reduce reservoir sedimentation, restore disturbed sediment transport and thus enhance the eco-morphology of the downstream river reach. However, high flow velocities in combination with high sediment transport rates cause severe hydro-abrasive damages at the tunnel invert, resulting in expensive refurbishment works. Therefore, the present project aims at (1) addressing the hydro-abrasion problem and (2) investigating the effect of SBT operation on the ecomorphology of the downstream reach of the Albula river at the test case Solis SBT. The abrasion depths  of various invert test fields implemented in the SBT were measured using a 3D-LASER-Scanner. Although abrasion traces on the various invert materials at the SBT were visually observed, it was not possible to extract quantitative abrasion depths from the scanned surface maps due to their low extent in the order of the laser device measurement accuracy. Therefore, the monitoring will be continued in the coming years. The eco-morphological investigations included two LiDAR flights, sediment sampling campaigns and meso-habitat surveys. The results suggest that SBT operations change the riverbed grain size composition rather rapidly, and that thanks to the analysis of the LiDAR data, a quantitative analysis of the morphological effects of the SBT operations was possible.

Schlussbericht (Französisch)

Pour une gestion durable des barrages une gestion globale des sédiments est nécessaire. Des tunnels de dérivation de sédiments (SBTs) peuvent apporter une contribution importante de rétablir le transport des sédiments perturbé. Par conséquence SBTs ne protègent pas seulement les réservoirs de sédimentation, mais améliorent aussi de manière significative la qualité éco-morphologique des rivières. Pourtant, des dégâts hydroabrasifs sévères peuvent nécessiter des travaux de réhabilitation coûteux. Donc, le but de ce projet était d’analyser in-situ dans la SBT Solis sur la rivière Albula (1) la relation entre l’impact, les propriétés des matériaux et l’hydroabrasion et (2) l’influence des opérations de SBT sur l’éco-morphologie de la rivière an aval. Les abrasions du radier ont été mesurées par 3D-LaserScanning. Bien que les abrasions soient déjà découvrables visuellement, il n’était pas possible de les détecter d’une manière quantitative. Par conséquent, il est prévu de continuer la surveillance. Les études éco-morphologiques comprenaient des vols LiDAR, des campagnes d'échantillonnage de sédiments et des enquêtes de méso-habitat. Les résultats suggèrent que les opérations du SBT modifient rapidement la composition granulométrique du lit de la rivière. Grâce à l'analyse des données LiDAR, une analyse quantitative des effets morphologiques des opérations de la SBT a été possible.