Fluviale Formen und Prozesse

Inhalt

1.Einleitung

2.Allgemeine Grundlagen zur Fluvialmorphologie
2.1. Begriffe aus der Flusskunde
2.2. Klassifikation von Fließgewässer
2.3. Flusslängsprofil
2.4. Flussklassifikation
2.5. Flussordnungszahl
2.6. Flussdichte, Taldichte und Gabelungsverhältnis
2.7. Grundriss von Fließgewässer
2.8. Globaler Wasserhaushalt
2.9. Der Wasserkreislauf
2.10. Allgemeine Wasserhaushaltsgleichung
2.11.Abflussganglinie und Abflussregime

3. Physikalische Grundlagen zur Fluvialmorphologie
3.1. Fließart und Fließgeschwindigkeit
3.2. Die mittlere Fließgeschwindigkeit
3.3. Der hydraulische Radius
3.4. Der Abfluss
3.5. Die Schubspannung

4. Fluviale Prozesse
4.1. Erosion
4.2. Transport
4.3. Akkumulation

5. Fluviale Formen
5.1. Grundrissmuster von Flussnetzen
5.2. Idealtypische Talformen
5.3. Fluviale Akkumulationsformen

6. Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

Fluviale Prozesse und Formen bilden bei der Reliefgestaltung ausschlaggebende Faktoren. Die folgende Arbeit möchte die Fluvialmorphologie näher erläutern und beginnt mit allgemeinen Grundlagen der Fluvialmorphologie, die zum besseren Verständnis der Prozesse und Formen dienen soll. Nach Vorstellung allgemeiner Grundlagen wird im dritten Kapitel näher auf die physikalischen Grundlagen eingegangen, wobei einige Formeln besprochen werden. Im anschließenden vierten Kapitel werden fluviale Prozesse vorgestellt und beschrieben. Im fünften Kapitel dieser Arbeit werden fluviale Formen behandelt und dargestellt.

2. Fluvialmorphologie

Die Fluvialmorphologie ist ein Teilbereich der Geomorphologie. Sie beschäftigt sich mit der Formengestaltung der Erdoberfläche, die mittelbar bzw. unmittelbar durch Vorgänge des fließenden Wassers gesteuert oder beeinflusst werden. Forschungsgegenstand der Fluvialmorphologie sind Flüsse und Täler bzw. die Beschreibung von fluvialen Landschaftsformen, sowie die Interpretation und Analyse ihrer Entstehung durch Berücksichtigung theoretischer Kenntnisse der Wasser- und Feststoffbewegung. Flüsse werden insbesondere auf ihr Flussbett untersucht, aber auch auf Erosions-, Transport- und Ablagerungsprozesse. Täler bzw. Talhänge werden hingehend unter Berücksichtigung der dabei stattfindenden Prozesse auf ihre Genese genauer untersucht. Nachbarwissenschaften der Fluvialmorphologie sind unter anderem die Hydrologie (oberirdische Gewässer), Hydrogeologie (unterirdische Gewässer) und andere technische Wissenschaften, die Bezüge zu dem Element Wasser haben (z.B. Wasserbau).^{[1] [2] [3]}

2.1. Begriffe aus der Flusskunde

Ein Flussbett oft mit ähnelndem Wasserspiegelgefälle ist eine natürliche Vertiefung, in der zusammengeströmtes Wasser transportiert wird. Besitzt das Flussbett Unebenheiten wie Stufen, entstehen Stromschnellen. Bei freiem Absturz des Wassers über Stufen spricht man von einem Wasserfall. Der bei einem Gewässer am weitesten flussaufwärts gelegene Punkt ist die Quelle. Die Mündung ist der tiefst gelegene Punkt. Ein Flusssystem besteht, wenn von der Mündung aus gesehen, ein baumartig verästelter Aufbau existiert. Das Flusssystem setzt sich aus Haupt – und Nebenflüssen zusammen. Die Einteilung in Haupt- und Nebenflüssen geschah oft willkürlich bzw. aus der Historie und hängt nicht mit dem Wasserreichtum oder der Länge eines Flusses zusammen. Größere Flüsse, die ein Weltmeer oder einen Endsee erreichen bzw. in ein Binnendelta enden oder versiegen, sind Hauptflüsse. Alle diesem Fluss zufließenden Wasserläufe sind Nebenflüsse. Die Fläche, die ein fließendes Gewässer entwässert, nennt man Einzugsgebiet. Grenzlinien, die sich zwischen den Einzugsgebieten befinden und daher ein Einzugsgebiet definieren, werden als Wasserscheide bezeichnet (siehe Abb.1). Die Grenzen zwischen großen Flusssystemen nennt man auch Hauptwasserscheide.^{[4] [5]}

2.2. Klassifikation der Fließgewässer

Die Lehre von oberirdischen Gewässern wird als Hydrologie bezeichnet. Sie beschäftigt sich mit der Limnologie, also den Binnengewässern, und mit der Ozeanografie, den Meeren. Unterirdische Gewässer werden in der Hydrogeologie untersucht. Je nach Lage des Wassers unterscheidet man zwischen offenen oder geschlossenen Gewässern. Die oberirdischen Gewässer zählen zu den offenen. Zu den unterirdischen Gewässern mit denen sich die Hydrogeologie beschäftigt, zählen die vadose Zone, phreatische Zone und das Grundwasser . Das Grundwasser füllt zusammenhängend die Hohlräume der Erdrinde. Die vadose Zone ist der Bereich, in dem das Wasser durchfließt bzw. versickert. Die unter der vadosen Zone befindlichen phreatischen Zonen sind Bereiche, die vom Wasser gänzlich ausgefüllt sind.^{[6] [7] [8]}

Die Bezeichnungen Bach, Fluss und Strom sind wissenschaftlich nicht genau definiert. Eine gewisse Einteilung ist nach der Größe der Einzuggebietsfläche möglich. So wurden Einzugsgebiete, die mehr wie 100 000 km² vorweisen, als Strom bezeichnet. Auch die größten Fließgewässer einer Region, vor allem wenn sie in das Meer münden, werden oft als Strom angegeben. Ein Bach ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Breite üblicherweise nicht 5 m überschreitet und dass er im Verlauf des Gefälles den Unregelmäßigkeiten des Reliefs folgt. Hierbei unterscheidet man 3 Bachkategorien abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und dem Gefälle: Der Gebirgsbach mit aufgrund hohen Gefälles starker Strömung; Der Mittelgebirgsbach mit abnehmenden Gefälle und dem entsprechender mittlerer Strömung und dem Flachlandbach, der das geringste Gefälle und somit die geringste Strömung aufweist. Als Fluss wird ein natürliches Fließgewässer bezeichnet, welches eine Einzugsgebietsfläche unter 100 000 km² vorweist und diese durch natürliches Gefälle entwässert. Ein Fluss sollte im Regelfall – in Abgrenzung zu einem Bach – ein ausgeglichenes Längsprofil aufweisen.

Die Entstehung von Fließgewässer ist von zwei Voraussetzungen abhängig: Ein geneigtes Relief muss vorhanden sein und ein Niederschlagsüberschuss, also Niederschlagswerte, die Verdunstung und Versickerungsmengen übertreffen.^{[9] [10] [11]}

2.3. Flusslängsprofil

Das Flusslängsprofil gibt das Höhenprofil eines Flusses von der Quelle bis zur Mündung wider. Das Seitenprofil des Flusses von der Quelle in Richtung Mündung ist konkav ausgebildet und sein Energiegefälle verläuft flussabwärts. Das Längsprofil ist in drei Abschnitte untergliederbar: Ober-, Mittel- und Unterlauf . In der Regel herrscht im Oberlauf ein steiles Gefälle und im Unterlauf bis zur Mündung ein flaches, fast ebenes Gefälle vor. Gewöhnlich nehmen Fließgeschwindigkeit und Gefälle vom Oberlauf zum Unterlauf ab. Ausnahmen hierbei bilden markante Knickpunkte wie Wasserfälle (Kaskaden-, Hänge- und Niagaratyp).^{[12] [13]}

2.4. Flussklassifikation

Aufgrund unterschiedlicher Kriterien teilt die Potamologie, die Fließgewässerkunde, Flüsse nach bestimmten Gesichtspunkten ein. So lassen sich Flüsse nach verschiedenen Kategorien wie Klimazone, Einzugsgebiet, geomorphologischen oder hydrogeographischen Aspekten klassifizieren.

Eine Einteilung nach dem jahreszeitlichen Wasserstands eines Flusses wird von den Klimazonen abhängig gemacht. Man unterscheidet zwischen perennierenden, periodischen und episodischen Flüssen . Die perennierenden Flüsse sind ganzjährig Wasser führend (Bsp. Rhein, Donau) und befinden sich meist in humiden Gebieten. Daneben existieren noch intermittierende Gewässer, welche nur periodisch oder episodisch Wasser führen; sie sind häufig in semiariden bzw. ariden Gebieten vorzufinden. Periodische Gewässer führen einige Zeit im Jahr kein Wasser und fallen mindestens einen Monat trocken; das ist meist in den trockenen Sommermonaten, zur Regenzeit sind diese dann wieder Wasser führend (Bsp. Gingee in Indien, Torrente in Italien). Episodische

Gewässer führen nur ganz selten Wasser, dies ist oft der Fall, wenn nach jahrelangen Trockenperioden wieder Niederschläge eintreten. (Bsp. Wadi).^{[14] [15] [16]}

Eine weitere Einteilung ist bezüglich des Einzugsgebietes möglich. Man unterscheidet hierbei zwischen autochthonen (bodenständige, eigenbürtige) und allochthonen (nicht bodenständig, fremdbürtig) Flüssen. Autochthone Flüsse sind als ein eigenständiges Produkt eines spezifischen Klimabereiches zu verstehen. In humiden Gebieten sind autochthone Flüsse perennierend und der Abfluss nimmt flussabwärts zu. In ariden Gebieten sind autochthone Flüsse periodisch oder episodisch: sie beginnen und enden im Trockengebiet. Der Abfluss verringert sich oder versiegt völlig. Allochthone Flüsse sind „Fremdlingsflüsse“. Sie entspringen in humiden bzw. nivalen Gebieten und fließen in Trockengebiete hinein, in denen sie versiegen oder durch welche sie in Richtung Meer durchströmen.^{[17] [18]}

Neben den zwei oben genannten existieren in der Hydrogeographie noch weitere Bezeichnungen zur Unterteilung von Flüssen bezüglich des Wasseraufkommens und des Flussverlauf Man unterscheidet zwischen endorheischen, arheischen und diarheischen Flüssen . Endorheische (hineinfließende) Fließgewässer bezeichnen allochthone Flüsse, die in humiden Bereichen entspringen oder im Randgebiet der Gletscher bzw. des Inlandeises und in aride Gebiete fließen, wo sie versiegen oder enden (Bsp. Wolga, Syr-Darja). Diarheische (durchfließende) Fließgewässer werden allochthone Flüsse genannt, die in humiden Gebieten oder im Randgebiet eines Gletschers bzw. Inlandeises entstehen und in aride Gebiete hinein fließen, jedoch aufgrund großer Abflussmengen das aride Gebiete durchströmen und so im Meer enden (Bsp. Niger, Nil). Arheisches (nicht ausreichend fließende) Fließgewässer sind Flussbetten und Täler in ariden Gebieten, in welchen nur periodisch oder episodisch Wasser vorhanden ist (Bsp. Wadis, Humboldt River).^{[19] [20]}

2.5. Flussordnungszahl

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Flussordnungszahl (FLOZ) bzw. die Gewässerordnungszahl wird zur Flusssystemanalyse verwendet. Mithilfe der Ordnungszahl ist eine Untersuchung von Einzugsgebieten möglich. Um ein Gewässersystem zu analysieren, wird es zunächst zerlegt. Als Flüsse 1.Ordnung werden alle Quellflüsse eines Flusssystems bezeichnet. Die 2. Flussordnung ergibt sich durch den Zusammenfluss der Quellflüsse. Die 3. Flussordnung entsteht durch die Vereinigung von

Flüssen 2. Ordnung. Nach dieser Systematik kann man weitere Abstufung vornehmen. Auf ein gesamtes Flussnetz bezogen wird der Wert der höchsten Ordnungszahl als FLOZ betrachtet. Manche Wissenschaftler haben bei der Hierarchisierung eigene Systematiken entwickelt, beispielsweise Strahler und Shreve.^{[21] [22] [23]}

2.6. Flussdichte, Taldichte und Gabelungsverhältnis

Teilt man die Gesamtlauflänge der Fließgewässer durch die Einzugsgebietsfläche ergibt sich die Fluss - bzw. Gewässerdichte eines Gebietes. Wird die Gesamtlauflänge der Täler durch die Einzugsgebietsfläche dividiert , erhält man die Taldichte . Das Gabelungsverhältnis beschreibt das Verhältnis der Flüsse einer bestimmten Ordnung und der Zahl der Flüsse der nächsthöheren Ordnung.^{[24] [25]}

2.7. Grundriss von Fließgewässer

Die Geomorphologie unterscheidet drei Grundrisstypen von Fließgewässern: gestreckte bzw. gerade Flussläufe, verzweigt Flüsse, mäandrierende Flüsse . Eine scharfe Abgrenzung ist meist nicht möglich, da selbst gerade verlaufende Flüsse schwache Bögen in der Grundriss aufweisen. Die geraden Flussläufe kennzeichnen sich häufig dadurch aus, dass sie in Kerbtälern mit großem Gefälle, an linearen tektonischen Strukturen oder vom Menschen begradigte Rinnebetten auftreten. Ist der Abfluss auf mehrere Stromstriche verteilt, spricht man von verzweigten Flüssen. Diese Verzweigungen entstehen aus unterschiedlichen Begebenheiten. Häufig treten sie auf, weil das Gewässer schwankenden Wasserständen unterliegt, Sedimentfracht aufgrund von Strömungsveränderungen abgelagert wird oder leicht erodierbare Ufer existieren; so entstehen Sand-, Kiesbänke oder kleine Inseln im Flussverlauf. Sind die Verzweigungen aus Grobmaterial heraus entstanden spricht man von einem Braided River . Sind sie aus sandigem Material gebildet nennt man sie anastomisierend . Der dritte Grundrisstyp ist gekennzeichnet durch weite oder enge bogenförmige Schlingen, die sogenannten Mäander . Mäander werden durch Wellenlänge, Mäanderradius und Amplitude beschrieben. Der Windungsgrad auf einem bestimmen Streckenabschnitt beschreibt die Sinuosität eines Mäanders. Unterschieden wird zwischen freien Mäander und Talmäander. Verläuft der mäandrierende Fluss in eine breiten Ebene oder Talsohle spricht man von freien Mäander. Talmäander entstehen, wenn der Fluss in ein Tal vertieft hat und die Schlingen dem Talverlauf folgen. Mäander besitzen an der Außenseite einen Prallhang und an der Innenseite einen Gleithang . Der Prallhang ist steil und liegt näher am Stromstrich, so dass hier Tiefen- und Seitenerosion wirksam ist. Der Gleithang ist flach und besitzt einen größeren Abstand zum Stromstrich, daher findet hier Sedimentation statt. Fortschreitende Erosions- und Ablagerungsprozesse an Mäander können dazu führen, dass ein Mäanderhals durchbrochen wird und ein Altwasserarm entsteht. In Talmäander führt derselbe Vorgang zu Bildung eines Umlaufbergs .^{[26] [27] [28] [29]}

2.8. Globaler Wasserhaushalt

Der vollständige Wasservorrat der Erde beläuft sich auf circa 1,46 Milliarden km³. Die Gesamtmenge des Wasservorrats ist konstant, jedoch ändert sich stets die Art der Wasserspeicherung ( in Form von Gletscher, Grundwasser, Ozeane, etc.). Von dem Wasservorrat der Erde sind ungefähr 1,42 Milliarden km³, also ~ 97,2 %, als salzhaltiges Meerwasser vorhanden. 2,8 % des globalen Wasserhaushaltes sind in Form von Frischwasser vorhanden. Das Frischwasservorkommen existiert größtenteils als Oberflächenwasser ( ~ 78 % ). Die übrigen 22 % des Frischwasservorkommens treten hauptsächlich als Grundwasser, aber auch als Infiltrationsmengen in Erscheinung. Das Oberflächenwasser setzt sich aus unterschiedlichen Komponenten zusammen: Gletscher und Eis bilden die Haupterscheinungsform, dagegen machen Atmosphäre, Biosphäre und Seen und Flüsse einen geringen Anteil des Oberflächenwassers aus.^{[30] [31] [32]}

[...]

^[1] Ahnert, Frank (1996): Einführung in die Geomorphologie. Stuttgart. S.24ff.

^[2] http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/index.html

^[3] Baumhauer, Roland (2006): Geomorphologie. Darmstadt. S.55.

^[4] Wilhelm, Friedrich (1997): Hydrogeographie. Braunschweig. S.22f.

^[5] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.162.

^[6] Wilhelm, Friedrich (1997): Hydrogeographie. Braunschweig. S.16ff. / S.86.

^[7] http://www.geo.tu-freiberg.de/hydro/vorlesung/hydrogeologie1/Skript.doc

^[8] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.169f.

^[9] Wilhelm, Friedrich (1997): Hydrogeographie. Braunschweig. S.22f.

^[10] http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/index.html

^[11] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.162.

^[12] Press, F., Siever, R. (2003): Allgemeine Geologie. München. S.345f.

^[13] Baumhauer, Roland (2006): Geomorphologie. Darmstadt. S.61f.

^[14] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.161.

^[15] http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/index.html

^[16] Zepp, Harald (2008): Geomorphologie. Paderborn. S.121f.

^[17] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.162.

^[18] http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/index.html

^[19] http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/index.html

^[20] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.162.

^[21] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.169.

^[22] Wilhelm, Friedrich (1997): Hydrogeographie. Braunschweig. S.23f.

^[23] http://www.geo.fu-berlin.de/fb/e-learning/pg-net/themenbereiche/geomorphologie/index.html

^[24] Baumhauer, Roland (2006): Geomorphologie. Darmstadt. S.68.

^[25] Stüwe, Kurt (2000): Geodynamik der Lithosphäre. Berlin. S.172.

^[26] Strahler, Alan (2002): Physische Geographie. Stuttgart. S.392ff.

^[27] Press, F., Siever, R. (2003): Allgemeine Geologie. München. S.338f.

^[28] Zepp, Harald (2008): Geomorphologie. Paderborn. S.150ff.

^[29] Baumhauer, Roland (2006): Geomorphologie. Darmstadt. S.62f.

^[30] Marcinek, J., Rosenkranz, E. (1996): Das Wasser der Erde.Gotha. S.40ff.

^[31] Press, F., Siever, R. (2003): Allgemeine Geologie. München. S.298f.

^[32] Baumhauer, R., Kneisel, C. (2008): Physische Geographie 2. Darmstadt. S.65ff.