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Auswirkungen eines Dammschadenereignisses auf Sedimentologie und Konnektivität der Kaja, Nationalpark Thayatal

Wurster, Maria Theresia (2017) Auswirkungen eines Dammschadenereignisses auf Sedimentologie und Konnektivität der Kaja, Nationalpark Thayatal.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Pöppl, Ronald

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-20780.76848.897469-7
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Abstract in German

Konnektivität lässt sich definieren als Transfer von Material und Energie innerhalb eines Systems und auch über dessen Grenzen hinaus. Sedimentkonnektivität beschreibt das Potential für Sedimenttransfer in einer Landschaft. Dabei finden auch Verteilung und Charakteristik der Ablagerungen Beachtung. Die Konnektivität einer Landschaft kann durch verschiedene Formen unterbrochen werden. Dämme sind eine dieser Formen: sie verringern die Sedimentkonnektivität im Gewässer und stellen temporäre Materialspeicher dar. Das Entfernen von Dämmen remobilisiert das angelagerte Material. Im Dezember 2015 kam es in Folge eines Dammschadenereignisses im Kajabach, Nationalpark Thayatal, zur Freisetzung von mehreren Tonnen Feinmaterial, welches in weiterer Folge in den Bach eingespült wurde. Nachdem ein Teil dieser Feinsedimente bereits durch Baggerarbeiten entfernt worden war, beschlossen die Verantwortlichen des Nationalparks, mittels einer Spülung weiteres Material auszuschwemmen. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Auswirkungen untersucht werden, welche der Eintrag des Feinmaterials auf die Sedimentcharakteristik der abwärts gelegenen Bachabschnitte hat, daneben soll auch die Rolle der Sedimentkonnektivität im Bachbett beleuchtet werden. Das Untersuchungsobjekt befindet sich im Nationalpark Thayatal, Niederösterreich. Das Klima in der Region ist gemäßigt, mit einer Mitteltemperatur um 8°C und jährlichen Niederschlägen zwischen 500 und 600 mm. Die Morphologie im Quellgebiet des Kajabaches weist nur geringe Reliefenergie auf, da die Landschaft aus weiten Tälern besteht, meist verfüllt mit Lössschichten aus dem Quartär. In den tieferen Lagen, wo die Kaja sich Richtung Thaya tief in die kristallinen Ausgangsgesteine der Böhmischen Masse einschneidet, herrschen steile, enge Täler vor. Damit geht auch eine veränderte Landnutzung einher: Von intensiv landwirtschaftlich genutzten Bereichen im Oberlauf hin zu bewaldeten Ufern im Bereich des Nationalparks. Im Rahmen der Untersuchungen wurden zwei Methoden angewandt: Zum einen eine geomorphologische Kartierung entlang der Kaja, dabei wurden alle Feinsedimentbänke, ihre Lage und Größe mittels GPS erfasst, zusätzlich wurden Verklausungen festgehalten. Diese Daten wurden mit ESRI ArcMAP weiterverarbeitet. Die zweite Methode bestand aus der Entnahme von Freeze-Cores aus dem Bachbett und deren granulometrischer Analyse. Dafür wurden im März und Oktober jeweils zwei Cores an je drei Probestrecken entnommen, in 10 cm Abschnitte unterteilt und anschließend deren Korngrößenverteilung ausgewertet. Die Analyse der Korngröße erfolgte auf Grundlage der ÖNORM L 1061-1 2002 02 01: Teil 1: Grobboden und Teil 2: Feinboden. Der Fokus der Analyse lag auf den Korngrößen der Feinmaterial Fraktion: Sand (2 mm – 63 μm), Schluff (63 μm – 2 μm) und Ton (< 2 μm). Die geomorphologische Kartierung weist eine deutliche Abnahme der Gesamtmenge des abgelagerten Materials aus. Die Sedimentmenge ging von 17,95 m3 im März auf 6,85 m3 im Oktober zurück. Das Material wurde flussabwärts verlagert, wodurch in Dammnähe keine Sedimentbänke mehr vorhanden waren, dafür war in diesem Bereich eine dünne Schlammschicht im Bachbett auffällig. Die Analyse der Freeze-Cores zeigt, dass der Anteil der Tonpartikel in vielen Sedimentschichten zugenommen hat, was auf einen vermehrten Tiefeneintrag schließen lässt. Grundsätzlich kann man von einer Verbesserung der Situation im Kajabach sprechen. Die Spülung hat einen großen Teil des Materials ausgeschwemmt, die übrigen Partikel wurden entweder flussabwärts verlagert oder in tiefere Sedimentschichten eingespült. Auswirkungen auf diese longitudinale oder vertikale Verlagerung hatten vor allem Verklausungen oder das geomorphologische Setting (z.B. enge Talschneisen), die lokale Sedimentationsbasen darstellen. Durch die so entstandenen Sedimentschichten aus Ton und Schluff kam es zur Verstopfung der obersten Schichten des Sohlgrundes und die vertikale Konnektivität, die Austauschprozesse zwischen Grund- und Oberflächenwasser, wurden beeinflusst. Alles in allem sind die Auswirkungen der Spülung differenziert zu betrachten, weshalb weiteres Beobachten und Monitoring anzuraten ist.

Schlagwörter in Deutsch

Konnektivität / vertikale Konnektivität / Spülung / Nationalpark Thayatal / Kaja / Dammschaden / Sedimentologie / Freeze-Core / Feinsediment / Spülung

Abstract in English

Sediment connectivity describes the potential for sediment transport through catchment systems, further defining locality and characteristics of sedimentation. Dams decrease sediment connectivity and act as temporary sediment sinks. When dams are removed, these sediments are being reworked and released downstream. In December 2015, a dam failure led to the entrainment of several tons of fine-grained reservoir sediments entering and depositing in the downstream channel reaches of the Kajabach, Nationalpark Thayatal. After excavation-works, the National Park Authority decided to initiate a flushing event in April 2016, aiming to remove the remnant deposits. The aim of this study was to investigate the effects of dam failure-induced fine sediment release and reservoir flushing on downstream bed sediment characteristics, further discussing the role of in-channel sediment connectivity. The study area is within the area of Thayatal Nationalpark in the Bohemian Massif, Lower Austria, with the Kajabach, a mixed-load single-thread perennial wadable stream entering the Thaya River, being centre of investigation. The climate in this region is temperate, with an average temperature around 8°C and 500 – 600 mm average precipitation. In the upper reaches of the Kaja, morphology is mostly a smooth landscape with wide open valleys and an overlay of Quaternary Loess, while in the lower reaches steep valleys made of crystalline rocks are predominant. Therefore, landuse can also be devided between upper and lower reaches, with agriculture at the spring and mixed woodland in the Nationalpark. Two main methods were used. Geomorphological Mapping was done along the river course, recording all fine sediment bars, its size and volume and log jams. All these features were GPS-tagged; the data was processed further in ESRI ArcMap. The second method consisted on Freeze-Core Sampling and granulometry analysis. At three spots, two cores were taken in March and October respectively and afterwards subdivided in 10 cm layers. Granulometry Analysis was done following ÖNORM L 1061-1 2002 02 01: Teil 1: Grobboden and Teil 2: Feinboden with a focus on the grain sizes sand (2 mm – 63 μm), silt (63 μm – 2 μm) and clay (< 2 μm). Geomorphological Mapping illustrates the overall decrease of fine sediment regarding size as well as volume. The mass dropped from 17.95 m3 of sediment in March to 6.85 m3 in October. The sediment bars were redistributed further downstream, leaving the area near the broken dam and the steeper channel reaches nearly bare of jetted material. Sedimentological Analysis of Freeze Core Samples determined that most bed sediment layers show a higher amount of clay particles. This can be attributed to the flushing event or naturally occurring flood events. The investigation of the effects of dam failure induced fine sediment release showed an overall improvement of the situation, since the flushing removed a major amount of sediment. The remaining particles shifted downstream and fine sediment input into lower soil horizons increased. Due to log jams or geomorphological setting (e.g. narrow valley reaches) affecting longitudinal Connectivity, sediment bars formed upstream. These growing layers of clay and silt decreased Vertical Connectivity and oxygen availability, further inducing oxidation of the upper bed sediment layers. (see Project Report) Overall, the flushing event showed differentiated results, indicating the need for further monitoring and investigation.

Schlagwörter in Englisch

Connectivity / vertical connectivity / flushing / nationalpark Thayatal / Kaja / dam break / sedimentology / freeze-core / fine sediment

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Wurster, Maria Theresia
Title: Auswirkungen eines Dammschadenereignisses auf Sedimentologie und Konnektivität der Kaja, Nationalpark Thayatal
Umfangsangabe: VIII, 75 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karten
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Geographie
Publication year: 2017
Language: ger ... Deutsch
Supervisor: Pöppl, Ronald
Assessor: Pöppl, Ronald
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.09 Physische Geographie
43 Umweltforschung, Umweltschutz > 43.69 Umweltbelastung durch sonstige Ursachen
AC Number: AC14509655
Item ID: 49054
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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