Hochaufgelöste, numerische Modellierung von Wellen, Strömungen und dem Sedimenttransport in der Flachwasserzone des Bodensees

摘要

Die Sedimentdynamik in der Flachwasserzone von Seen ist durch die Eigenschaften des Oberflächenwellen- und Strömungsfelds, die Morphometrie und Wasserspiegelschwankungen beeinflusst. Empirische Untersuchungen zur Sedimentdynamik liefern meist nur räumlich und zeitlich begrenzte Informationen. Im ReWaM-Verbundprojekt HyMoBioStrategie wurde ein gekoppeltes, numerisches Modell entwickelt, welches gleichzeitig die räumliche und zeitliche Dynamik des Wellen- und Strömungsfelds, des Sedimenttransports und die resultierende Morphodynamik in einem See abbilden kann. Durch Modell-Szenarien und der Simulation einer Sturmperiode im Bereich der Kressbronner Bucht (KB) des Bodensees konnte der Einfluss unterschiedlicher Windrichtungen und Wasserstände auf das Wellen- und Strömungsfeld sowie den Sedimenttransport gezeigt werden. Die räumlich und zeitlich hochaufgelöste Modelldomäne wurde mit Felddaten validiert. Die Ergebnisse der Modellsimulationen ermöglichten unter anderem die Identifizierung der Sedimenttransportdynamik und -bedingungen sowie lokaler Erosions- und Akkumulations-Hot Spots. Der Sedimenttransport in der Flachwasserzone ist vor allem uferparallel. Die größten Magnituden und Dynamiken des Sedimenttransports treten während Starkwindereignissen vor allem bei niedrigen Wasserständen in der Flachwasserzone bis ~ 3 m Wassertiefe auf. Die Muster des Sedimentnettotransports resultieren aus der spezifischen Exposition der Ufer, der Interaktion zwischen der Richtung des Wellen- und Strömungsfelds und der sich lokal ändernden Morphologie. Erstmals konnte das Entstehen von Sanddünen in der Flachwasserzone des Bodensees gezeigt werden. Das hier präsentierte numerische Sedimenttransportmodell kann als Prognose-Tool für zukünftige Planungen, z. B. Uferrenaturierungen und Erosionsschutzmaßnahmen, eingesetzt werden.