JAHRESBERICHT 2001

Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich

Direktor: Prof. Dr.-lng. H.-E. Minor

Adresse: Gloriastrasse 37-39 8006 Zürich Telefon: +41 1 632 40 91 Postadresse: Telefax: +41 1 632 11 92 ETH-Zentrum e-mail: [email protected] 8092 Zürich Internet: http://www.vaw.ethz.ch

VORWORT

Die Anforderungen - man kann auch sagen die Bedürfnisse der Gesellschaft - an die Forschung, wandeln sich mit der Zeit. Im Bereich des Wasserbaus war in den letzten Jahren festzustellen, dass das Thema Schutz vor Naturgefahren eine grössere Bedeutung bekommen hat. Dies hängt mit den steigenden Schäden und einer Häufung der Ereignisse während der letzten Jahre in der Schweiz zusammen. Bei der Planung und Realisierung der zu treffenden Massnahmen, welche die Schäden zu begrenzen suchen, kommt dem Prozessverständnis entscheidende Bedeutung zu. In einer Reihe von Grundlagenforschungsprojekten versuchen wir, ein besseres Verständnis der Vorgänge zu gewinnen, und für spezielle Situationen erarbeiten wir in der Praxis umsetzbare Lösungen. Häufig ergeben sich aus der Bearbeitung konkreter Projekte wieder Fragestellungen für die Grundlagenforschung.

Im Ausland ist eine andere Tendenz erkennbar. Die Ressource Wasser wird knapp und muss sorgfältig bewirtschaftet werden. Die Wasserkraft stellt für viele sich entwickelnde Länder eine wichtige Energiequelle dar. Daraus ergibt sich ein bedeutender Bedarf an grossen Wasserbauprojekten und deren Planung. Diese Entwicklung wird durch die Privatisierung im Energiebereich eher unterstützt als gebremst.

Der konstruktive Wasserbau wird wieder mehr gefragt. Dies schlägt sich auch in der Namensänderung einer der grössten internationalen Verbände nieder. Die IAHR hat das Engineering in ihren Namen aufgenommen und nennt sich nun International Association of Hydraulic Engineering and Research.

Wir sind froh sagen zu können, dass wir beide Bereiche - Schutz vor Naturgefahren und Konstruktiven Wasserbau - konsequent weiterentwickelt haben und damit für die uns gestellten Aufgaben gerüstet sind.

An dieser Stelle möchte ich mich bei allen bedanken, mit denen wir im vergangenen Jahr zusammenarbeiten durften, die unsere Forschungsprojekte finanziert oder uns interessante Aufgaben zur Lösung übertragen haben.

Allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der VAW danke ich für die gute Arbeit, die sie im abgelaufenen Jahr geleistet haben.

Zürich, im März 2002

INHALT Seite

1. Forschung 7

1.1 Hydraulik 7

1.2 Wasserbau 18

1.3 Flussbau 29

1.4 Numerik 46

1.5 Glaziologie 50

2. lehre 64

2.1 Professur für Wasserbau und affilierte Lehraufträge 64

2.2 Lehraufträge für Glaziologie an der ETHZ 68

2.3 Diverses 69

3. Veranstaltungen 70

3.1 Nachklärbecken-Treffen 70

3.2 Öffentliche Kolloquien an der VAW 70

4. Personelles 72

ANHANG 74

A.1 Grundlagenforschung 74

A.2 Angewandte Forschung 76

A.3 Mitarbeit in Kommissionen 81

A.4 Wissenschaftliche Publikationen 83

A.5 Vorträge von Mitarbeitern der VAW 87

A.6 Organigramm der VAW 94 ---- ·------7

1. Forschung

1.1 Hydraulik

Luftaustrag aus Hochgeschwindigkeitsabflüssen

Im zweiten Jahr des dreijährigen Forschungsprojektes unterstützt vom Nationalfondsprojekt Schweizerischen Nationalfonds (Jahresbericht 2000) wurden die Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager experimentellen Untersuchungen weitergeführt. Die installierte Doktorand: K. Kramer Messtechnik und die Automatisierung wurden aufeinander abgestimmt. Parallel zu den Vorversuchen konnte die Software der faseroptischen Messtechnik (RBI Grenoble) auf die automatische Auswertung angepasst und erweitert werden. Der vom IDM angegebene Durchfluss Qwwurde mit über Querschnitte integrierten Gemischgeschwindigkeiten errechneten Durchflüssen verglichen und Abweichungen von höchstens 5 % festgestellt. Der Luftdurchfluss o. wurde analog mittels den gemessenen lokalen Gemischgeschwindigkeiten und Luftkonzentrationen überprüft. Die dabei errechneten Abweichungen waren von gleicher Grössenordnung wie beim Wasserdurchfluss.

Zur Untersuchung der Massstabseffekte wurden Modellfamilien analysiert. Das Ziel war, die Genauigkeit von Vorhersagen vom Modell auf die Natur anhand des Modellgesetzes von Froude zu überprüfen. Hierbei ergaben zu geringe Abflusstiefen im Modell im Verhältnis zu grosse Blasen, und demnach Massstabseffekte. Aus diesem Grund werden die Experimente mit möglichst grossen Durchflüssen und Abflusstiefen gefahren. Die belüftete Hochgeschwindigkeitsströmung wurde mittels zweier Methoden erzielt: (1) Zugabe von Druckluft im Zuflussrohr und (2) Schussrinnen-Belüfter im eigentlichen Kanal (Abb. 1)

Abb. 1: Belüfter im Versuchskanal mit Qw = 200.0 l/s, o. =30 .0 l/s, h0 =6.0 cm. 8

Erste Ergebnisse für eine Schussrinnenneigung von 1O % (Abb. 2) zeigen, dass die Forderung nach 5-8% Bodenluftkonzentration zur Vermeidung von Kavitationsschäden (Peterka 1953) nur über eine sehr kurze Distanz vom Belüftungspunkt stromab erfüllt werden kann. Da sich diese Aussage aber auf mittlere Luftkonzentrationen bezieht, ist eine genauere Definition der benötigten Bodenluftkonzentration erforderlich.

20 40 60 W 100 1W 1~ 160 160 X= x/h90u

Abb. 2: Typische Luftkonzentrationsverteilung C(X, Z) entlang des Kanals

normiert auf die Gemisch-Normalabflusstiefe h00, bei C = 0.9, für

Q w = 192.6 l/s, O. = 45.8 l/s, h0 = 5.0 cm, hGOu = 6.5 cm, F = 11.0, R = 3.9*105, W = 202.5.

Impulswellen - Einflüsse von Dichte, Rutschungswinkel und Wassertiefe

Nationalfondsprojekt Mit einer CCD-Kamera wird während des Eintauchprozesses der Projektleiter: Rutschmasse eine instantane Abfolge von Doppelrahmenbildern mit der Prof. Dr. W.H. Hager Doktorand: A. Zweifel Frequenz von 15 Hz aufgenommen. Die durch die Verwendung eines Kreuzkorrelationsalgorithmus erfolgende Auswertung der PIV­ Bildsequenz ergibt ein aus Vektorpfeilen bestehendes Raster, welches die Geschwindigkeitsverteilung an der Rutschfront und in dem ihr vorgelagerten Wellenbereich darstellt. Hinter der Rutschfront bildet sich aufgrund der Trägheit des verdrängten Wassers und dem mit einem Wellenbrecher verbundenen Lufteintrag ein mit Luft gefüllter Separationshohlraum aus. Dieser zerfällt schliesslich wieder nach der Auftrennung des anfänglichen Wellenbrechers in eine vorwärts propagierende Hauptwelle und eine sich rückwärts bewegende Sekundärwelle unter dem Gewicht des rückfliessenden Wassers. 9

Abb. 3: Geschwindigkeitsverteilung im Eintauchbereich eines Rutschkörpers 3 (Rutschgeschwindigkeit v "" 5 m/s, Dichte P. = 2.64 g/cm , Wassertiefe h = 300 mm, Rutschflächenneigung w= 45°. Links im Bild befindet sich die durch den Laserlichtschnitt in der Kanalmitte beleuchtete Rutschfront. Die punktierte Linie markiert die Grenze zwischen Wasser und Rutschfront und deren Fortsatz in Form eines Wellenbrechers in der oberen Bildhälfte.

Am Versuchsstand wurde das Linsensystem für eine maximale Aufweitung des im Eintauchbereich der Rutschmasse erzeugten Laserlichtschnitts um ca. 1 m kanalabwärts verschoben. Zugleich erfolgte die vorläufige Entfernung des am Kanalende situierten Wellenkeils zur Modellierung des am geneigten Ufer in der Endausbreitungsphase von Impulswellen stattfindenden Auflaufprozesses. Mit unterschiedlichen, aufgrund eines ferngesteuerten Pneumatikgenerators realisierten Massenbeschleunigungen wurden erste Modellversuche für Erdrutsche mit einem schweren Material der Dichte p, = 2.64 g/cm 3 durchgeführt, welche in der Folge mit analogen Versuchen zu Schnee- und Eislawinen mit einem leichteren Material der Dichte p, = 0.95 g/cm 3 verglichen werden sollen. 10

Bei gemessener Eintauchgeschwindigkeit der im physikalischen Modell verwendeten Granulatrutschmasse von ca. 6-7 m/s sowie einer Wassertiefe von 300 mm und einem Neigungswinkel der Rutschfläche von 45° zeigt die von den Wellenkapazitätsmesspegeln (CWG) aufgezeichnete Amplitude eine starke Abnahme in der Ausbreitungsrichtung. Dieses Resultat ist teilweise den bei hoher Rutschgeschwindigkeit auftretenden und mit akutem Lufteintrag verbundenen Wellenbrechern zuzuschreiben. Die über die Amplitude der erzeugten Impulswelle definierte Wellenenergie erfährt somit unmittelbar nach der Impulsübertragung durch die schlagartig eintauchende Rutschmasse eine bedeutende Reduktion entlang ihres Ausbreitungsweges. Im Gegensatz zur variablen Amplitude liegt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle nahezu konstant zwischen 2 und 3 m/s und lässt sich rechnerisch mit guter Näherung aus der am ersten Wellenpegel gemessenen maximalen Amplitude herleiten. Der berechnete Energieumwandlungsgrad zwischen Erdrutsch und Impulswelle fällt mit durchschnittlich 14% ebenfalls sehr gross aus, währenddem Resultate aus vergleichbaren Modellversuchen in der Vergangenheit für entsprechende Froude Zahlen der Rutschmasse (F. = 4.1) einen Energieumwandlungsgrad von höchstens 5% ergaben.

Berührungslose Durchflussmessung bei Hochwasser in Flüssen

Projekt 'Doktorieren Ein effizienter Hochwasserschutz verlangt Kenntnisse über Extrem­ an der anderen Ereignisse. Durch die statistische Auswertung dieser Informationen ist es Hochschule' Projektleiter: möglich, einen Dimensionierungsdurchfluss zu ermitteln. Die aktuellen Prof. Dr. W.H. Hager Flügelmessungen ermöglichen leider oft keine Ermittlung des Doktorand: 0. Baud Durchflusses bei Hochwasser, da Geschiebetransport und hohe Geschwindigkeiten eine Messung verunmöglichen. Um diese Schwierigkeiten zu bewältigen, wurden zusammen mit dem Institut für Hydromechanik und Wasserwirtschaft IHW (ETHZ) zwei Forschungsarbeiten durchgeführt. Die an der VAW entwickelte hybride Abflussmessmethode besteht aus zwei Arbeitsprozessen:

In einer ersten Phase wird die Wasseroberfläche im Messbereich gleichzeitig mit drei kalibrierten CCD Kameras aufgenommen. Um eine Ermittlung der Wasseroberfläche und des zugehörigen Geschwindigkeitsfeldes zu ermöglichen, werden flussaufwärts schwimmende Tracerpartikel zugegeben. Ein am Institut für Geodäsie und Photogrammetrie IGP (ETHZ) erarbeitetes photogrammetrisches Programm und ein an der VAW entwickelter Tracking-Algorithmus erlauben die Auswertungen. Abbildung 1 stellt das Ergebnis der Auswertung für eine untersuchte Schwelle von 40 mm dar. 11

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X [mm) 3-00

Abb. 4: Ermittelte Oberflächen-Charakteristika an einer Schwelle

In einer zweiten Phase wird mit den ermittelten Oberflächen-Daten der Durchfluss Q mittels eins numerischen Modells iterativ berechnet. Die für die Berechnung benötigte Sohlengeometrie wird vorgängig bei Niederwasser ausgemessen. Das Modell stützt sich auf die nach Reynolds gemittelten Navier-Stokesgleichungen und ein k- € Turbulenz­ modell. Ein Berechnungsvolumen wird aus der gemessenen Wasseroberfläche und der Sohlengeometrie definiert, ein erster Durchfluss Q gewählt, in das Berechnungsvolumen eingegeben und die so berechnete Geschwindigkeitsverteilung an der Wasseroberfläche mit der gemessenen verglichen. Die Differenz wird als Konvergenz-Kriterium für die iterative Berechnung benutzt. Die Optimierung erfolgt durch die Interpolation der somit resultierenden Zielfunktion.

Laborversuche mit Schwellen, wie sie an Durchflussstationen typisch auftreten, haben einen mittleren relativen Messfehler von 2-3 % mit einer Standardabweichung von 0.8-0.9 % ergeben. Abbildung 2 stellt die an einer im Labor untersuchten Schwelle ermittelten Zielfunktionen und Messfehler für Durchflüsse von 6-15 l/s dar.

Die wichtigsten Einsatzbedingungen für die neue Durchfluss­ Messmethode sind: a) Der Einfluss der Sohlengeometrie auf die Geschwindigkeits­ verteilung muss stärker sein als derjenige der Sohlenrauhigkeit. b) Während der Oberflächen-Messung soll die Sohlengeometrie keine nachhaltige Änderung infolge eines Kolks oder Sedimenttransport aufweisen. Abflussmessstationen mit einer fest eingebauten Sohle erfüllen diese Anforderungen. 12

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b) Durchfluss Q [l/s)

Abb. 5: (a) Ermittelte Zielfunktionen und (b) relativer Messfehler an einer Schwelle

Schiessender Abfluss in 90° Vereinigungs-Schächten

Auftrag: ATV mit Aufbauend auf dem Projekt Schiessender Abfluss in 45° Universität Neapel Vereinigungsschächten (siehe VAW Jahresbericht 2000) sind im Projektleiter: Prof. Dr. C. Gisonni vergangenen Jahr die Abflussstrukturen in 90° Vereinigungsschächten Prof. Dr. W.H. Hager näher untersucht worden. Anhand eines hydraulischen Modells sind dabei wiederum drei wesentliche Zustände unterschieden worden: (1) Durchgehend schiessender Abfluss, (2) Strömender Zufluss im Seitenast und schiessender Zufluss im Oberwasserast, und (3) Schiessender Zufluss im Seitenast und strömender Zufluss im Oberwasserast. Je nach den Stützkräften in den beiden Ästen kann jeder dieser drei Zustände einem Regime zugeteilt werden. 13

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20

(a)

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(b)

Abb. 6 Entwickelter Vereinigungsschacht

Weiter sind die massgebenden Wassertiefen, respektive Wellenhöhen infolge von Stosswellenentwicklung in Abhängigkeit der Froudezahl des Seitenasts ermittelt worden. Infolge der gewählten und in Abb. 6 abgebildeten Sehachtgeometrie treten maximale Wellenhöhen gegenüber dem seitlichen Zulauf und am Einlauf zum Unterwasserrohr auf. Wird insbesondere die zweite Welle zu hoch, so schlägt das Unterwasserrohr zu und verursacht strömenden Abfluss im Schachtbauwerk. Dieser gefährliche Abflusstyp ist unter allen Umständen zu vermeiden, da neben Rückstaugefahr auch ein Zweiphasen Wasser-Luttgemischabfluss auftritt, der im Extremfall zu Schachtdeckelabwurf führen kann. Anhand einer Kapazitäts-Froudezahl lässt sich dieser Zustand bemessungstechnisch ausschliessen.

Die vorgeschlagene Geometrie eines Vereinigungsschachts für schiessenden Zufluss lässt sich folgendermassen beschreiben:

a) Die seitliche Zuführung des Zuflusses wird nicht direkt unter einem Winkel von 90° vollzogen, sondern vorerst nur um 45° umgelenkt, dann in ein gerades U-Profil von einem Durchmesser Länge geleitet um schliesslich direkt in das Hauptgerinne einzumünden. 14

Diese knappe Anordnung besitzt den Vorteil einer relativ kleinen und nicht voll ausgeprägten Wellenbildung infolge Umlenkung.

b) Die dem seitlichen Zufluss gegenüberliegende Wand wird direkt vom U-Profil her weiter hochgezogen, womit kein Freibord infolge der Vereinigungswelle notwendig ist. Die Berme wird deshalb nur längs der Krümmungsinnenseite angeordnet, über der sich auch der Sehachteinstieg befindet.

c) Schliesslich wird wie beim Krümmerschacht und beim 45° Vereinigungsschacht die zwei Durchmesser lange Sehacht­ erweiterung zwischen der eigentlichen Abflussvereinigung und dem Schachtende eingeschoben, damit die Vereinigungswelle nicht mit voller Höhe auf die Schachtunterwasserwand aufprallt und damit ein Zuschlagen des Unterwasserrohres begünstigen würde.

Alle drei Massnahmen haben zu einem praktisch identischen Abflussbild in den 45° und 90° Vereinigungsschächten geführt, der Vereinigungs­ winkel hat deshalb praktisch keinen Effekt auf die schiessende Strömung. Abb. 7 zeigt eine Seitenansicht des Versuchsaufbaus mit dem seitlichen Zufluss vorne, dem Oberwasserrohr links und dem Schachtbauwerk hinten rechts. Für diesen Fall sind sowohl die Zuflüsse als auch der Unterwasserabfluss schiessend, der Vereinigungsschacht ist deshalb bezüglich seiner Durchfluss-Kapazität nicht voll ausgelastet. Stösst man hingegen an die Kapazitätsgrenze, so genügt eine kleine Durchfluss­ steigerung um den oben beschriebenen Strömungszusammenbruch schlagartig herbeizuführen.

Abb. 7 Versuchsaufbau für die Untersuchung zum 90° Vereinigungsschacht mit durchgehend schiessendem Abflusstyp 15

Überflutungsberechnungen im Rahmen des IRMA-Projektes

Im Projekt IRMA (lnterregionale Rhein-Maas-Aktivitäten) wird die Auftrag: BWG Wirksamkeit von verschiedenen Hochwasserschutzmassnahmen Projektleiter: Prof. Dr. W.H. Hager raumplanerischer Art wie Objektschutz, zweite Verteidigungslinie und Sachbearbeiter: Notfallplanung untersucht. Im Berichtsjahr ist hauptsächlich das letzte der Dr. R. Fäh, vier Fallprobleme untersucht worden, der Ausfluss aus einem Fluss Dr. S. Krüger infolge Breschenbildung. Die anderen drei Beispiele haben sich auf (1 ) die Überschwemmung einer Ortschaft infolge Ausuferung eines steilen Flusses in der Kleinstadt, (2) der Umleitung eines Baches um eine Ortschaft und (3) die statische Überschwemmung einer Stadt infolge massiven Anstiegs eines Sees bezogen.

Abb. 8 Breschenbildung im Damm eines Flusses

Anhand von einer vorgegebenen Ganglinie ist im untersuchten Flussbereich die Hochwasserwelle vorerst ermittelt und anschliessend die Breschenbildung simuliert worden. Während der Grossteil der Wassermassen sich weiter flussab ergiesst, hat ein Bruchteil die Bresche allmählich erweitert und zu einer hydraulischen Belastung der naheliegenden Ortschaft geführt. Abb. 8 zeigt eine typische Phase der Breschengeometrie. Mit Hilfe eines zweidimensionalen Modells ist dann die Ausbreitung dieser seitlichen Flut ausserhalb der Flussdämme verfolgt worden. Es zeigte sich, dass beispielsweise Lärmschutzwände entlang der Autobahn relativ grossen Einfluss auf die Ausbreitungs­ charakteristika haben. Weitere Schutzmassnahmen wurden vor­ geschlagen. Abb. 9 zeigt eine Überflutungskarte der Region, aus der dann Notfallmassnahmen vorgeschlagen und Gefahrenschutzkarten erstellt werden können. 16

4.10

2.74

1.37

0.00

Abb. 9 Überflutung einer linksseitigen Ortschaft infolge Breschenbildung am Fluss.

Kolkentwicklung bei Brückenpfeilern und Widerlagern

Projekt VAW mit der Die im Jahre 2000 vorläufig abgeschlossene Erarbeitung einer Kolkformel Universita della für Brückenpfeiler und Brückenwiderlager wurde ausgedehnt auf einige Basilicata Dr. G. Oliveto Spezialfälle, um den Berechnungsvorschlag zu prüfen. Es ging dabei um Prof. Dr. W.H. Hager die folgenden Punkte:

Minimale Wassertiefe, damit das Ähnlichkeitsgesetz nach Froude den zeitlichen Kolkverlauf noch genügend genau beschreibt. Es wurde mit

einem Gemisch, dessen mittlere Korngrösse d50 = 0.045 m und die Standardabweichung

Minimale Pfeilerdurchmesser, welche noch eine Anwendung der 17

aufgestellten Gleichung erlauben, sind ebenfalls schwierig anzugeben. Die Experimente betrafen Durchmesser von D = 0.01 , 0.02 und 0.05 m, während die im Jahre 2000 aufgestellte Kolkgleichung ab dem dritten Durchmesser gilt. Wie beim Punkt 1 ist auch bei diesem Aspekt die Messgenauigkeit bei zu kleinen Pfeilerdurchmessern zu ungenau, die Kolke besitzen dann eine Tiefe von einigen Korndurchmessern, sodass ein zufällig erodiertes Partikel grossen Einfluss auf die Auswertung besitzt.

Flutwellen. Bis anhin wurden alle Kolkexperimente unter stationären Bedingungen gefahren. Neu ist im vergangenen Jahr auch der Einfluss von instationärem Zufluss zum Kolk verfolgt worden, ohne dass bereits eine endgültige Bemessung vorgeschlagen wurde. Bekanntlich können bei Pfeilerkolk drei Regime unterscheiden, nämlich: (1) bis zu einem Grenzzustand tritt überhaupt kein Kolk auf, (2) zwischen den Grenzen (1) und (3) wird der Pfeiler gekolkt, jedoch bleibt die Sohle oberwasserseitig stabil, und (3) für Zustände über der oberen

Grenze (3) tritt gleichzeitig Kolkung am Pfeiler und Sediment-Transport an der Oberwassersohle auf. Falls die Flutwelle ausser während der Anfangsphase nur im Bereich (2) bleibt, sind relativ einfache Resultate zu erwarten. Gibt es jedoch während der Flutwelle Übergänge von einer Bewegungs-Phase zu einer anderen, so ist mit grösseren Schwierigkeiten bei einer Bemessung zu rechnen.

Zusätzlich zur üblichen vertikalen Wider/agergeometrie mit einem Winkel von 90° gegenüber der Horizontalen sind auch seitlich schräge Formen mit Winkeln von 30° und 60° untersucht worden. Insbesondere bei flachem Winkel wirken diese Widerlager teilweise wie Buhnen, der Widerlagerkopf wird dann nämlich überströmt. Die Resultate dieser Messkampagne sind noch nicht abschliessend ausgewertet worden.

Abb. 10 Typischer Kolk unterhalb eines feinen Sandes 18

1.2 Wasserbau

Fliessverhältnisse im Jökulsa Diversion Tunnel

Auftrag: Landvirkjun, Der Jökulsa Diversion Tunnel ist Teil des geplanten Karahnjukar Electrowatt-Ekono AG Hydroelectric Scheme im östlichen Teil lslands. Als Sekundärfassung soll Projektleiter: Urs Keller er die Stromproduktion im Falle von tiefen Spiegellagen im Haupt­ reservoir, dem Halslon Reservoir, sicherstellen.

Abb. 11 :

Im geplanten Stollen mit einer Neigung von 1.3 % werden die Fliessverhältnisse vom Abfluss mit freier Oberfläche zum Abfluss unter Druck wechseln. Der implizit vorhandene Wassersprung wird dabei Luft in den Druckabfluss eintragen. Gleichzeitig wird der Ort des Wechselsprungs als Folge der Wasserspiegelschwankungen im Halslon Reservoir über eine beträchtliche Länge im Stollen wandern können. Um einen störungsfreien Betrieb der Zentrale zu gewährleisten, musste, in dieser Phase im Sinne einer Machbarkeitsanalyses, ein Konzept erarbeitet werden, das den Eintrag von Luft in den Hauptstollen verhindert.

Im Zuge der durchgeführten Modellversuche konnte ein sehr einfaches Konzept, bestehend aus mehreren über die ganze Länge des Jökulsa Diversion Tunnel verteilten Entlüftungsschächten, vorgeschlagen werden, das diesen rigiden Anforderungen gerecht wird. In der weiteren Planung wird nun die genaue Lage und die detaillierte Gestaltung der Schächte vom Auftraggeber zu definieren sein. 19

Wasserbauliche Untersuchungen am Limmatwehr Dietikon

Nach der aussergewöhnlich langen Hochwasserperiode an der Limmat Auftrag: EKZ im Mai und Juni 1999 wurden - wie bereits in den frühen 90er Jahren - Bauleitung: NOK Projektleiter VAW: ober- und unterhalb des Wehres Dietikon Erosionen und Adriano Lais Kolkerscheinungen beobachtet. Die Elektrizitätswerke des Kantons Zürich (EKZ) als Betreiberin des Limmatkraftwerks Dietikon wollen aufgrund der Kolkprobleme die Situation im Ober- und Unterwasser des Wehres dauerhaft sanieren. Mögliche Sanierungsvarianten sowie die bei ihrer Realisierung massgebenden Bauzustände sollen dabei im hydraulischen Modell geprüft und optimiert werden.

Beim Ausleitkraftwerk Dietikon wird die Limmat mit einem beweglichen Wehr gestaut. Der Ausbaudurchfluss beträgt 100 m3/s. Bei Hoch­ wasserereignissen mit Limmatabflüssen über 400 m3/s wird das Wasser über das Wehr entlastet.

Die 4 Wehröffnungen sind mit je einer Ober- und Unterschütze verschliessbar. Die Oberschützen regulieren in überströmter Stellung den Stau. Bei grösserer Wassermenge werden die abgesenkten Ober- mit den Unterschützen gekoppelt und zusammen hochgezogen, wobei sie gleichzeitig unter- und überströmt werden. Ab einer bestimmten Regulierstellung werden die Schützen nur noch unterströmt bis schliesslich ab 450 m3/s der Wehrdurchfluss frei erfolgt.

Die nach dem Hochwasser im Jahr 1999 durchgeführten Flussgrundvermessungen zeigen, dass im Oberwasser einerseits die Einlaufschwelle zum Oberwasserkanal teilweise zerstört, anderseits das linke Ufer auf einer Länge von 60 m unterspült wurde. Gleichzeitig waren vor dem Wehr flächige Erosionen und Pfeilerkolke zu beobachten.

Unterhalb des Wehres bildete sich im Bereich der linken Flusshälfte ein langgestreckter, sehr tiefer Kolk, der bis zur Strassenbrücke 80 m unterhalb des Wehres reicht. Steinblöcke, welche im 1996 zur konstruktiven Sicherung der Spundwand und damit der Uferböschung geschüttet wurden, rutschten in diesen Kolk nach (Abb. 12). Hier und am linken Ufer im Oberwasser waren Sofortmassnahmen zum Schutz der betroffenen Uferpartien notwendig.

An der VAW wurde im Massstab 1 :40 die Wehranlage des KW Dietikon nachbebildet. Aus der Umrechnung von Linienproben entsprechend herkömmlicher Siebanalysen konnte die Kornverteilung des Sohlen­ materials bestimmt werden. 20

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Abb. 12 Kolk und in den Kolk nachgerutschte Blockschüttung im Unterwasser des Wehrs Dietikon nach der Hochwasserperiode im Mai und Juni 1999.

Untersuchungen an der VAW haben gezeigt, dass die Ursachen der im Oberwasser aufgetretenen flächigen Erosionen und Unterspülungen auf die Wirkung der Kurvenströmung vor dem Wehr und auf die Wehrbedienung zurückzuführen sind. Die als Sofortmassnahme eingebrachten Blöcke halten einer Destabilisierung in Zukunft stand. Hingegen ist eine lokale Absenkung der Blockschüttung vor dem Wehr durch Ausspülung von Feinmaterialien nicht auszuschliessen, sodass allenfalls Nachbesserungen erfolgen müssen.

Hinsichtlich der im Jahre 1931 mittels Kolkuntersuchungen optimierten Wehrschwelle erstaunt die heute im Unterwasser anzutreffende Kolktiefe. Damals ging man davon aus, dass alle Schützen jeweils gleichmässig bewegt werden. Es zeigte sich, dass der Einfluss der Form der Wehrschwelle auf die Kolktiefe vergleichsweise gering ist. Der tiefste Kolkpunkt ergab sich für einen auf alle 4 Wehröffnungen gleichmässig verteilten Wehrdurchfluss von 400 m3/s. Im Modell wurde auch der Revisionsfall mit nur 3 betriebsbereiten Schützen untersucht, wobei sich in diesem Fall kein wesentlich tieferer Kolk ergab.

Zur Reproduktion des heutigen Zustandes wurden die Werkrapporte von mehreren Hochwasserereignissen der jüngsten Vergangenheit herangezogen. Die Durchsicht zeigte, dass oft nur eine Schütze in unterströmter Stellung über Tage hinweg in dieser Position belassen wurde, während die 3 anderen Schützen den Stau automatisch in überströmter Stellung regulierten (Abb. 12, siehe Stellung der Schützen). Im Vergleich zu den Untersuchungen von 1931 ergibt sich dadurch bei gleichem Unterwasserstand ein grösserer Durchfluss durch eine Wehröffnung, als bei einer gleichmässigen Verteilung des Abflusses auf 21

alle Wehrfelder. Der grössere spezifische Durchfluss, für den das kurze Tosbecken nicht ausgelegt wurde, führte zu einer deutlich grösseren Kolktiefe.

Eine mögliche Sanierungsvariante ist eine flächendeckende Anreicherung der Kolksohle im Unterwasser mit Blöcken mit dem Ziel, die Energie in der von der Strömung geschaffenen Kolkwanne dissipieren zu lassen. Als weitere mögliche Variante gilt eine optimalere Gestaltung der linken Uferböschung, die zurückgesetzt den Abflussquerschnitt in der Breite öffnet und damit den spezifischen Abfluss reduziert. Eine Anpassung des Tosbeckens wird aus wirtschaftlichen Gründen fallen gelassen. Sicher jedoch wird eine neue Wehrsteuerung in Betrieb genommen, die eine möglichst gleichmässige Beaufschlagung der 4 Wehrfelder garantieren soll.

Wirbelfallschacht Weinbergstrasse Zürich

Die Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) Auftrag: Tiefbauamt der der ETH Zürich wurde vom Tiefbauamt der Stadt Zürich (T AZ) beauftragt, Stadt Zürich Planung, Bauleitung: einen in der Weinbergstrasse als Vereinigungsbauwerk zweier Kanal­ Hubert Meier AG stränge geplanten Wirbelfallschacht (WFS) in Bezug auf Hydraulik und Projektleiter VAW: konstruktiver Gestaltung zu beurteilen. Dr. P. Volkart, Dr. R. Boes Die auf der Grundlage von hydraulischen Berechnungen und langjährigen Erfahrungen mit Wirbelfallschächten getroffenen Empfehlungen der VAW beziehen sich insbesondere auf eine Veränderung und Anpassung des WFS-Belüftungssystems sowie eine Optimierung der Drallkammer. Daneben werden Änderungen der Toskammer und des Vereinigungs­ bauwerks mit dem Unterwasserkanal vorgeschlagen.

Das Vereinigen zweier höhenversetzter Zuflüsse kann unterschiedliche Strömungsbilder im lotrechten Fallrohr zur Folge haben. Deshalb ist der internen Luftzirkulation besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Ein Zuschlagen des Abflusses könnte Pulsationen, Druckschläge und eine starke Lärmbelastung nach sich ziehen. 22

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Abb. 13 Wirbelfallschacht, Grundriss Drallkammer

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Abb. 14 Wirbelfallschacht, Schnitt B-B

Die Luft wird über eine Rohrleitung einem separaten Schacht zur Rezirkulation zugeführt. Der Ausgleich zur Atmosphäre erfolgt über den Kanaleinstieg. 23

Energieverluste an Einlaufrechen; Naturmessung KW Kallnach mit künstlich angebrachter Teilverlegung

Einlaufrechen vor den Eintrittsöffnungen von Wasserkraftwerken dienen Forschungsprojekt dem Zweck Schwimm- und Schwebstoffe zum Schutz der Turbinen PSEL und VAW Projektleiter: zurückzuweisen. Dies führt trotz leistungsfähiger Reinigungsmaschinen Dr. P. Volkart zwangsläufig zu Teilverlegungen des Rechens. Einer der Gründe, Sachbearbeiter: weshalb die theoretisch berechneten Energieverluste an den Einlauf­ H. Meusburger rechen oft um ein Vielfaches tiefer sind als die in der Praxis gemessenen, liegt in der unvermeidbaren Teilverlegung, welche in den bekannten Gleichungen nicht mitberücksichtigt wird.

Abb. 15: Vor den beiden Einlaufrechen ist jeweils eine künstliche Verlegung von 12.5% des Rechenfeldes mit vertikaler Ausrichtung angebracht.

Mit Hilfe der Naturmessung am KW Kallnach (BKW FMB Energie AG, Bern) sollten die tatsächlichen Strömungsbedingungen vor der Rechenebene und die am Objekt auftretenden Rechenverluste erfasst und der zuvor am wasserbaulichen Modell untersuchte Einfluss der Teilverlegung mit Hilfe der Naturmessung überprüft werden. Dabei wurden die Lastfälle 0%, 12.5% und 25% Verlegung untersucht.

Die Auswertung der Messungen hat gezeigt, dass die Ergebnisse der Modellversuche mit den Ergebnissen der Naturmessung gut übereinstimmen. Zudem haben sie gezeigt, dass sich die Energieverlusthöhe bei einer 12.5% Verlegung mit vertikaler Ausrichtung gegenüber dem Fall ohne Verlegung verdoppelt. Durch eine 25% Verlegung wird die Energieverlusthöhe sogar verfünffacht. 24

Kriterien zur optimalen Schlammräumung bestehender und neuer Nachklärbecken

Forschungsprojekt Im Rahmen des BUWAL-Projektes ,,Erarbeiten von Kriterien zur BUWAL und VAW optimalen Schlammräumung bestehender und neuer Nachklärbecken" Projektleiter: Dr. P. Volkart sind physikalische Untersuchungen an einem Versuchsnachklärbecken• Sachbearbeiter: modell mit Massstab 1:1 durchgeführt worden. Die Messkampagne soll R. Hollenstein den Einfluss des Räumerbetriebes auf die Absetzwirkung von Belebt­ schlamm in einem rechteckigen Nachklärbecken (NKB) mit Kettenräumer aufzeigen.

Im Versuchs-NKB wurden verschiedene Betriebszustände für mehrere Beckenbelastungen und Räumeranordnungen untersucht. Variable Parameter waren die Oberflächenbeschickung mit 1.0 und 2.0 m/h, das Rücklaufverhältnis mit 0.5 und 1 .0 und verschiedene Parameter des Kettenräumers wie der Räumbalkenabstand (1.0 und 3.0 m) , die Räumbalkenhöhe (10 und 20 cm), die Räumergeschwindigkeit (1.1 cm/s, 2.2 cm/s und 5.5 cm/s) und die Räumrichtung.

Die Messung von Stör- und Zustandsgrössen erlaubt eine umfangreiche Beurteilung der verschiedenen Betriebszustände und einen Vergleich mit bisherigen Untersuchungen. Als Zustandsgrössen wurden neben den Feststoffkonzentrationen im Rücklauf und im Ablauf auch Feststoffkonzentrationsprofile und Profile der Strömungsgeschwindig­ keiten im Becken gemessen. Die seitlich angeordneten Glasscheiben erlaubten die Messung der Schlammspiegellage und eine visuelle Beurteilung der Strömung.

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Schlammspiegel7

Abb. 16: Räumergeschwindigkeit. a) Bei einer langsamen Räumergeschwindigkeit (1.1 cm/s) wird der Schlammspiegel nur unwesentlich aufgewirbelt. b) Eine schnelle Räumergeschwindigkeit (5.5 cm/s) führt zu turbulenten Wirbelstrukturen im Nachlauf des Räumers (Re= 18'400). 25

Die Messkampagne erfolgte zwischen dem 30. Oktober und dem 3. De­ zember 2001 und umfasste eine Versuchsreihe mit über 100 Versuchen.

Nach der abgeschlossenen Auswertung aller Versuche und der Bereinigung der Messdaten gilt es anschliessend die Grundlagen für die Beurteilung des Räumerbetriebseinflusses zu erarbeiten. Über die Bestimmung der Schlammaufenthaltszeit und der Schlammmenge im NKB können die entsprechenden Aussagen über die Wirkungsweise der unterschiedlichen Räumparameter getroffen werden. Ergänzend dazu, gilt es den Zusammenhang der massgebenden Betriebsparameter aufzuzeigen. Daraus abgeleitet können Beurteilungskriterien für eine optimale Betriebseinstellung bei unterschiedlichen Belastungszuständen definiert werden.

Durchflussmessung auf Abwasserreinigungsanlagen

Es gibt verschiedene Gründe, die Genauigkeit der Durchflussmessung Auftrag: Amt für auf Kläranlagen zu verbessern: Gewässerschutz und Abfallwirtschaft des a) Die Abwasserabgaben werden zunehmend durchfluss- und fracht­ Kantons Bern Experte VAW: abhängig erhoben. Dr. P. Volkart Partner: b) Im Zuge der Umsetzung der Gewässerschutzgesetze unter Peter Kaufmann, Einbezug des GEP sollen Ausbauprojekte auf zuverlässig aquawet erhobenen Daten früherer Betriebsjahre basieren und nicht nur auf eher spekulativen Annahmen zur künftigen Entwicklung. c) Simulationsprogramme zur betrieblichen Steuerung und Energie- optimierung sollen verifizierbar werden.

Kontrollen haben gezeigt, dass in der Praxis nicht selten sogenannt systematische Fehler auftreten. Zum einen entspricht die Strömung des Abwassers im Messquerschnitt nicht den Voraussetzungen des eingesetzten Messprinzips, zum andern mangelt es der Übertragungs• funktion - gemeint ist beispielsweise die Umrechnung der Fliesstiefe in einen Durchfluss - der notwendigen Präzision.

Zu handen des Kantons Bern wurde ein ausführlicher Expertenbericht verfasst, der den gebrauchstauglichen Einsatz von Durchflussmessern abhandelt und zusätzlich die Selbstkontrolle durch den Betreiber sowie die unabhängige Überprüfung durch Spezialisten regelt. 26

Mes:wng nach Rechen und Sandfang: Messung nach VKB: Spouen S pitzen bei Redlonlllg IUhrt Rück.liufe werdtH'I mMgemessen. zu lwrzuWtigen Minima.

~--L -::J 101.5 %

Uoersehussschlarrwn 1.5 % 201 .5 %

Frisch­ Triib-und sclllemm 101.5 "' Zentral Fei..Masser 0.25 % 0.3 % 0.6%

..._ _-- _-_--_ __. _ 100 % 0.3 % Messung Auslaut: Ausgeglichen Ganglinie, Mes:wng kann nur noch Votflute< bedingt liJr die Anlegenstooe

Abb. 17: Mögliche Orte zur Durchflussmessung. Die Prozentzahlen sind als Beispiel gedacht. Als 100%-Durchfluss wird der Ausfluss des gereinigten Abwassers in den Vorfluter definiert. (Quelle: GSA Kanton Bern)

Betonabrasion im Wasserbau

Forschungsprojekt: Schäden an Betonoberflächen, die über fliessendes Wasser in Kontakt PSEL, TFB, VAW mit Sand, Kies und Steinen gelangten, sind im Wasserbau seit langem Projektleiter VAW: Dr. P. Volkart bekannt und gefürchtet. Eine systematische Untersuchung zur Wechsel­ Sachbearbeiter: wirkung zwischen abrasivem Sedimentkorn und Betonoberfläche an K. Winkler realen Bauwerken des Wasserbaus fehlte aber; insbesondere tappte man für die besonderen Verhältnisse in gebirgigen Gegenden im Dunkeln. Hohe Fliessgeschwindigkeiten sowie ein weiter Bereich der Korndurchmesser und -formen prägen hier das Bild ebenso wie lokal hohe Beanspruchung gepaart mit den schwierigen Bau- und Unterhalts­ verhältnissen in anspruchsvoller Topographie.

Ging man ursprünglich vom Abrieb durch feine Sandpartikel als primärer Ursache aus, stellte sich im Zuge der Untersuchung immer mehr das grobe und oft kantige Korn des Flussgeschiebes - im wörtlichen Sinne - als Stein des Anstosses heraus. 27

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Abb. 18: lnitialschaden durch grosses Geschiebekorn

Dank dem Entgegenkommen der KVR und der NOK konnte am Geschiebeumleitstollen der Kraftwerke Vorderrhein (KVR) beim Aus­ gleichsbecken Runcahez am Rein da Somvitg ein passendes Testobjekt gefunden werden.

Bei Hochwasser setzt sich hier das Geschiebe im Fluss massiv in Bewegung. Um das Becken vor Verlandung zu schützen, wird jeweils die Segmentschütze am Stolleneinlauf geöffnet und der geschiebeführende Abfluss durch diesen Umleitstollen geleitet.

~) = Reprofilierun~sbeton B 35/25. PC 300 kg/m

{,_,2.) = Ausbruch bestehender Sohlenbeton

Hochleistungsbetone 30(20)cm stark

Abb. 19 : Querschnitt durch den Teststollen. Es wurden Testfelder aus verschiedenen Betonen eingebaut und während 5 Jahren bei Hochwasser mit Geschiebe beaufschlagt 28

Rein strömungstechnisch stellen sich Gerinneformen, bei denen der Abfluss örtlich stark konzentriert und/oder unter stumpfem Winkel auftritt (lnitialschaden) sowie Strömungen mit Rezirkulation (,,Gletschermühlen") als abrasionsverdächtig heraus, insbesondere, wenn grosse und kantige Geschiebeanteile mit im Spiel sind. Abpflästerungen aus sehr hartem aber sprödem Material eignen sich nicht als Schutzmassnahme, da der Schlag eines grossen Steines zum Sprödbruch einer ersten Platte führt. Kann sich der hydrostatische Wasserdruck dann unter eine Pflästerung ausbreiten, so lösen sich in der Folge grosse Plattenbereiche ab.

Materialtechnische Folgerungen gegen Abrasion:

a) Guter Verbund zwischen Zementstein und Zuschlag b) hohe Biegezugfestigkeit und hohe Bruchenergie c) allenfalls tiefer E-Modul d) geringer Schleifverschleiss, beispielsweise nach Böhme

Bei qualitativ gutem Einbau und professioneller Nachbehandlung der Betone stellten sich ein B 40/30 für Flussbauwerke im Mittelland, ein B 2 50/40 (Biegezugfestigkeit ca. 6 N/mm ) an Wildbächen und ein 2 Hochleistungsbeton B 80/70 (Biegezugfestigkeit > 10 Nimm ) als prüfens• werte Lösung heraus.

Literatur: ,,Betonabrasion im Wasserbau, Grundlagen - Feldversuche - Empfehlungen" mit den Autoren F. Jacobs (TFB), K. Winkler (VAW), F. Hunkeler (TFB), P. Volkart (VAW), VAW Mitteilung 168, 2001; 162 Seiten 29

1.3 Flussbau

Untersuchung der rheologischen Eigenschaften von Murgängen

Bei der Gefahrenbeurteilung von Murgängen und Hangmuren in Forschungsprojekt Risikogebieten (Siedlungen, Infrastrukturen) stützt man sich heute in der BWG und VAW Projektleiter: Regel auf empirische Formeln oder auf physikalische oder numerische Dr. G.R. Bezzola Modelluntersuchungen. Die erwähnten Methoden sind bezüglich Doktorand: Genauigkeit hingegen begrenzt. Dies liegt unter anderem daran, dass die M. Schatzmann Fliesseigenschaften (Rheologie) von Murgängen und Hangmuren heute noch zu wenig bekannt sind. Da Murgänge nebst Wasser aus einem Feststoffgemisch der Ton- bis Blockfraktion zusammengesetzt sind, lässt sich die Rheologie von Murgängen nicht mit den traditionellen rheometrischen Messgeräten bestimmen.

Neue Messtechniken müssen deshalb entwickelt werden, welche insbesondere die Bestimmung der Rheologie von Suspensionen mit Grobpartikeln erlauben. Eine neuartige Messtechnik ist das sogenannte Kugelmesssystem KMS, welches geeignet ist für Suspensionen mit maximalen Korndurchmessern bis 5 mm. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Lebensmittelwissenschaften (ILW) der ETH Zürich wurden für Tonsuspensionen Vergleichsmessungen zwischen einem traditionellen Koaxial-Zylinderrheometer und dem KMS durchgeführt, um die Tauglichkeit des neuen Systems zu überprüfen. Die Resultate zeigen, dass sich das KMS sich für die Untersuchung von Suspensionen mit Grobpartikeln eignet.

Gestützt auf diese Voruntersuchungen wird im Rahmen dieses Forschungsprojektes das KMS in einer grösseren Ausführung weiterentwickelt, um damit Murgangmischungen mit maximalen Korndurchmessern von bis zu 50 mm rheologisch zu untersuchen.

Abb. 20: Kugelmesssystem KMS nach MüllerfTyrach (1999) zur Bestimmung der Rheologie von Suspensionen mit Grobpartikeln < 5mm Durchmesser. 30

200 ~ Koax-Zylinder_aufsteigende 180 Scherraten 160 - -o- ·Koax-Zylinder_absteigende Scherraten 140 .& KMS 1 rotation 120 t:i. KMS 10 rotationen 100 80 60 40 20

o ....__.~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 0.00001 0.0001 0 001 0.01 0 1 1 10 100 1000 10000 Scherrate [1 /s]

Abb. 21 : Vergleich der Rheologie von Tonsuspensionen (Feststoff- konzentration Cv = 0.275), gemessen mit dem Koaxial-Zylinder­ Rheomat und mit dem Kugelmesssystem KMS.

Numerische Murgangsimulationen an der Maschänserrüfe

Auftrag: Tiefbauamt des Im Einzugsgebiet der Maschänserrüfe bei Trimmis/GR treten regelmässig Kantons Graubünden Murgänge auf. Grössere Murgänge, die bis in den Rhein vorstossen Projektleiter: Dr. G.R. Bezzola gefährden einerseits die parallel zum Rhein verlaufenden Verkehrsträger Sachbearbeiter: (SBB, RhB, Autobahn A13 und Hauptstrasse). Anderseits können grosse Dr. Ch. Tognacca, Murgangablagerungen im Rhein einen Rückstau bewirken, wodurch die M. Schatzmann umliegenden Gebiete durch Überflutung gefährdet sind. Zum Schutz vor diesen Gefahren wurde am Kegelhals der Maschänserrüfe vor mehr als 30 Jahren ein Geschiebesammler mit einem Fassungsvolumen von 400'000 m3 erstellt, in dem die Murgänge vollständig zurückgehalten wurden. Bei einer mittleren jährlichen Geschiebezufuhr von 20'000 m3 ist die Geschiebebewirtschaftung in diesem Sammler kostenintensiv. Zudem besteht im Alpenrhein ein generelles Geschiebedefizit. Daher wird an der Maschänserrüfe nach Lösungen gesucht, mit welchen

a) die Durchgängigkeit des Sammlers für Murgänge erhöht werden kann, um so dem Rhein Geschiebe zuzuführen und den Aufwand für die Bewirtschaftung des Sammlers zu reduzieren sowie gleichzeitig

b) der Abfluss- und das Volumen von Murgängen im Sammler begrenzt werden können, um so die Risiken im Mündungsbereich des Rheins zu reduzieren.

Basierend auf physikalischen Modelluntersuchungen wurde der Geschiebesammler durch Einbau von abflussbegrenzenden Transportgerinnen (Streichwehrprinzip) optimiert (siehe VAW- Jahresbericht 1999).

In einem weiteren Schritt wurden mittels numerischer Simulation mit dem 31

Murgangprogramm Flo-20 die Kapazität des Gerinnes vom Geschiebe­ sammler bis zur Mündung in den Rhein überprüft, wobei auch das System der Transportgerinne im Sammler miteinbezogen wurde. Die Resultate der numerischen Simulation bestätigen die Funktionsweise des Streichwehrprinzips. Der Abfluss von Murgängen kann bei richtig gewählter Streichwehrhöhe in gewünschter Weise gedrosselt werden, um die Risiken im Bereich der Verkehrsträger zu minimieren. Je nach Fliesseigenschaft des Murgangs lagern sich jedoch im Gerinneabschnitt zwischen Sammler und Rhein kleinere bis grössere Feststoffvolumina ab, die regelmässig entnommen werden müssten. Um zu grosse Murgangablagerungen im Rhein zu verhindern, müsste ausserdem eine ereignisabhängige Volumenbegrenzung im Gerinne oder am Sammlerausgang in Form eines steuerbaren Abschlusses vorgesehen werden.

0.1 O.S 1.0 2.0 30 5.0 tOO 15.0 M O 50 C 100 200 ...

Abb. 22: Ablagerungshöhen nach einem grossen Murgangereignis im opti­ mierten Geschiebesammler und im anschliessenden Gerinne.

Abl;lgerung11shöh-•- - • 0.1 O.S 1.0 2..0 l.O 5.0 100 15.0 M 0 50 10) 150 200 ....

Abb. 23: Ablagerungshöhen nach einem grossen Murgangereignis im Gerinne unterhalb des Geschiebesammlers bis zur Mündung in den Rhein. 32

Maximale Fliesstiefe

0.1 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 10.0 15.0 Im! 0 10 20 30 40 1m1SO

Abb. 24: Maximale Fliesstiefen während eines grossen Murgangereignisses im Bereich der Verkehrsträger (Hauptstrasse und Autobahn A 13 Nordspur).

Hybride Modellierung von Murgängen - Fliess- und Ablagerungs­ versuche

Projektleiter: Die Simulation von Murgängen erfolgt heute zunehmend auch mit Hilfe Dr. G.R. Bezzola von numerischen Simulationsprogrammen. Die Güte solcher Programme Beratung: Dr. Ch. Tognacca, kann einerseits mittels Naturbeobachtungen (anhand von Spuren entlang M. Schatzmann des Fliesswegs, der Geometrie von Ablagerungen und rekonstruierten Sachbearbeiter: Ereignisabläufen) beurteilt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in T. Bergomi, B. Wettstein, E. Tempesta der Durchführung von geeigneten physikalischen Modellversuchen und der nachfolgenden Simulation mit dem numerischen Programm.

Im Rahmen dieser Möglichkeit werden an der VAW Fliess- und Ablagerungsversuche mit Modellmurgängen (Tonsuspensionen) durchgeführt. Dabei fliessen die Murgänge mit definierten Ganglinien durch eine stark geneigte Rinne und breiten sich in einer schwach geneigten Ablagerungsebene aus (Abb. 25). Mit geeigneten Instrumenten werden weiter die rheologischen Parameter der Modellmurgänge bestimmt. Mit den so bestimmten Kennwerten wird anschliessend der Fliess- und Ablagerungsprozess numerisch simuliert.

Aufgrund des Vergleichs können bezüglich Güte der eingesetzten numerischen Programme folgende Aussagen gemacht werden: Fliess­ und Ablagerungsprozesse von Murgängen im mittleren und steilen Gefällsbereich bei stark strukturiertem Relief lassen sich mit in der numerischen Simulation gut nachbilden. Bei flacheren Gefällen und wenig strukturiertem Relief ergeben sich jedoch unter Umständen bedeutende Unterschiede zwischen dem physikalischen und dem numerischen Modell (Abb. 26). 33

Ziel ist es deshalb, bestehende numerische Programme für die Verbesse­ rung der Simulation im flachen Ablagerungsbereich weiter zu entwickeln.

Abb. 25: Versuchsstand für die Fliess- und Ablagerungsversuche von Modellmurgängen.

Abb. 26: Ablagerungsgeometrie eines Murgangs in einer flach geneigten Ebene: Vergleich zwischen physikalischem Modell (links) und numerischer Simulation (rechts). 34

Sohlenmorphologie und Stabilität steiler Gerinne

Forschungsprojekt Die Sohlen von Wildbächen zeigen meist eine ausgeprägte Tendenz zur BWG undVAW Selbststabilisierung, indem sich unter hydraulischer Belastung grobe, Projektleiter: Dr. G.R. Bezzola strukturierte Deckschichten bilden, die häufig als Stufen-Becken­ Doktorand: Sequenzen beschrieben werden. R. Weichert Bei grossen Hochwasserabflüssen kann die Belastungsgrenze dieser Deckschichten überschritten werden, in Folge dessen grosse Geschiebemengen in kurzer Zeit mobilisiert werden können.

Anhand von Laboruntersuchungen soll das Stabilitätsverhalten solcher Sohlendeckschichten genauer untersucht werden. Zu diesem Zweck steht eine in ihrer Neigung verstellbare 13,4 m lange und 0,6 m breite Versuchsrinne zur Verfügung.

Die Versuche haben zum Ziel neben einem besseren Verständnis der Entstehungsmechanismen der natürlichen Morphologien, die qualitative und quantitative Identifizierung der massgebenden Versagens­ mechanismen abzuleiten. Im Blickfeld der Untersuchungen sind kleine und mittelgrosse Bäche im Gefällsbereich von rund 3-30%.

Falls die Stabilität der natürlichen Sohlenmorphologie nicht ausreicht, um ein definiertes Schutzziel einzuhalten, besteht die Möglichkeit, erosionsbegrenzende Sohlenbauwerke zu realisieren. Hierbei ist in den letzten Jahren die Nachfrage an gewässerökologisch verträglichen Lösungen stark gestiegen. Dieser Forderung wird mit der Entwicklung und Realisierung von morphologienahen Sohlenbauwerken, z.B. aufgelösten Blockrampen entsprochen (Abb. 27).

Abb. 27: Beispiel für eine naturnah gestaltete Steilstrecke an der Dala bei Leukerbad, Bild links: Zustand bei Niederwasser, Bild rechts: während des Hochwassers vom Oktober 2000 35

Deshalb besteht ein weiteres Ziel der Forschungsarbeit darin, Erkenntnisse abzuleiten, die das Formulieren allgemeingültiger Be­ messungsempfehlungen für morphologienahe Sohlenbauwerke ermög• lichen.

Fliesswiderstand und Sohlenstabilität natürlicher Gerinne unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der relativen Überdeckung

Experimentell gemessene Verteilungen der Turbulenzintensitäten und der Forschungsprojekt VAW turbulenten Schubspannung zeigen, dass über rauhen Sohlen eine Doktorand: G.R. Bezzola rauhigkeitsbeeinflusste Schicht (roughness sublayer) vorhanden ist, in der die Strömungsvorgänge stark durch die Strömungsablösungen an den einzelnen Körnern der Sohle geprägt sind. Innerhalb dieser Schicht, deren Mächtigkeit mit den Abmessungen der Rauhigkeitselemente vergleichbar ist, sind die Turbulenzintensitäten annähernd konstant (Abb. 28). Die turbulente Schubspannung weicht im roughness sublayer von der dreieckförmigen Verteilung ab und ist kleiner, als die aus dem Produkt von Abflusstiefe und Gefälle bestimmte Sohlenschubspannung.

0.0 2.3 3.0 ,-;=:=====;====:::::;---~------~-, h s l k h s I k • 0.64 .. 1.36 D 0.73 'V 1.56 •O .. 0.92 • 1.88 Q {). 1.00 0 2.31 .?. o·. o '. .. 0 , 0 0 •• 1.0 o · o·. ·-.--1 '.

0.0 2.3

Abb. 28: Turbulenzintensitäten über einer Einkornsohle (Korndurchmesser k) für verschiedene relative Überdeckungen hs I k im Vergleich zur empirischen Beziehung für die Verteilung über glatter Sohle; Messungen von Dong et al. (1991 ). Der grau hinterlegte Bereich kennzeichnet den roughness sublayer.

Die Reduktion der turbulenten Schubspannung kann mit dem Einfluss kleinskaliger Sekundärströmungen im Nahbereich der Körner und des 36

damit verbundenen, räumlich fixierten Impulstransports erklärt werden. Letzterer ist um so grösser, je kleiner die relative Überdeckung (das Verhältnis von Abflusstiefe zu charakteristischem Korndurchmesser des Sohlenmaterials) ist. Die Abnahme der turbulenten Schubspannung geht einher mit einer überproportionalen Abnahme der sohlennahen Fliessgeschwindigkeit, einer überproportionalen Zunahme des Fliess­ widerstands und äussert sich zudem in einer scheinbar grösseren Sohlstabilität.

Auf der Basis des Mischungswegsansatzes nach Prandtl wird ein neuer Ansatz für die Geschwindigkeitsverteilung über rauhen Sohlen vorgeschlagen. Wesentlichstes Element ist dabei die Vorstellung, dass für die mittlere Bewegung über rauhen Sohlen nur der Anteil der turbulenten Schubspannung massgebend ist. Als Rauhigkeitsmass wird im neuen Ansatz die Mächtigkeit des roughness sublayer eingeführt.

Der Vergleich mit Geschwindigkeitsmessungen (Labor und Natur) sowie mit Fliesswiderstandsdaten (Naturmessungen) bestätigt die dem neuen Ansatz zugrunde liegenden Annahmen (Abb. 29). Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen ist das Rauhigkeitsmass für eine gegebene Sohlenkonfiguration nicht von der relativen Überdeckung abhängig, was die Ermittlung eindeutiger Rauhigkeitsbeiwerte bedeutend erleichtert. Wird weiter die Beanspruchung der Sohle auf der Basis des neuen Geschwindigkeitsverteilungsmodells ermittelt, so lässt sich damit der Erosionsbeginn bei kleiner relativer Überdeckung mit grösserer Genauig­ keit vorhersagen als mittels bestehender Ansätze.

14.0-.------, C 12.0

10.0 ..· 8.0

6.0 ...... • 4.0 • 2.0 ...... · · · logarithmischer Ansatz ---neuer Ansatz

0.1 1.0 10.0 20.0 h/d 8 4

Abb. 29: Vergleich der Naturdaten von JARRETT (1984) mit dem logarithmischen Ansatz von Nikuradse sowie mit dem neuen Ansatz. c: Fliessbeiwert nach Chezy, k': äquivalentes Sandrauhigkeitsmass, yR: Mächtigkeit des roughness sublayer, d84: charakteristischer Korndurchmesser des Sohlmaterials 37

Aufgelöste Blockrampen an der Emme

Im Rahmen des Projekts ,,Eliminierung der Wanderhindernisse" des Auftrag: Schwellenverbands Emme II. Sektion wird ein Beitrag zum langfristigen Schwellenverband Emme II. Sektion Ziel, die Längsvernetzung auf der ganzen Länge der Emme, geleistet. An Projektleiter: der Emme sollen die bestehenden Schwellen sukzessive durch Bauwerke Dr. G. R. Bezzola zur Sicherung der Sohlenlage ersetzt werden, die für Fische und Sachbearbeiterin: N. Semadeni Kleinlebewesen durchgängig sind. In einer ersten Phase ist vorgesehen, im Abschnitt zwischen Emmematt und Burgdorf insgesamt 13 Schwellen zu ersetzen.

Als Ersatz für die Schwellen sind aufgelöste Blockrampen vorgesehen. In einer Diplomarbeit an der VAW wurden im Wintersemester 2000/2001 drei verschiedene Formen von aufgelösten Rampen als Ersatz für eine baufällige Betonschwelle bei Hasle (Emme-Kilometer 22.000, Absturzhöhe 2 m) im hydraulischen Modell untersucht. Die Versuche wurden für ein Gefälle der Rampe von 6 % durchgeführt.

Im kommenden Sommer 2002 soll an der Emme ein Prototyp des aus der Diplomarbeit hervorgegangenen ,,Tausendfüsslers" (Abb. 30) realisiert werden. Anlass ist die notwendige Sanierung einer Betonschwelle bei Emme-Kilometer 32.455 (Absturzhöhe 2.5 m), die im Herbst 2001 durch ein Hochwasser zerstört wurde.

Abb. 30: Rampenform ,,Tausendfüssler" bei einem Abfluss von 10 m3/s.

Als Grundlage für die Projektierung und Bemessung der geplanten 13 aufgelösten Blockrampen an der Emme werden zusätzlich systematische Modellversuche für ein breiteres Spektrum von Randbedingungen durchgeführt. Insbesondere sollen neben einem Rampengefälle von 6 % 38

sowohl Rampen mit flacherem als auch solche mit steilerem Gefälle untersucht und auch der zu überwindende Höhenunterschied variiert werden. Weiter soll der Einfluss einer Aufweitung der Emme im Unterwasser der Schwelle, beziehungsweise jener einer Verbreiterung im Bereich der Rampe untersucht werden.

Ziel der Untersuchung ist - ausgehend von der bereits entwickelten Rampenform des ,,Tausendfüsslers" - eine weitergehende Optimierung der aufgelösten Blockrampe hinsichtlich Durchgängigkeit und Stabilität bei gleichzeitig minimalem Materialbedarf sowie die Erarbeitung allgemein anwendbarer Bemessungskriterien für Rampen in aufgelöster Bauweise.

Studie zur Schwemmholzproblematik

Auftraggeber: Im Rahmen der breit angelegten Studie werden die Ergebnisse aus den Bundesamt für Wasser in den letzten zwei Jahren bearbeiteten Fallstudien, ergänzt durch und Geologie Projektleiter: Zusatzversuche und den Erfahrungen vergleichbarer Projekte verwendet, Dr. G.R. Bezzola um Strategien und Massnahmen zur Verringerung des Sachbearbeiter: Gefahrenpotenzials durch Schwemmholz zu entwickeln. Neben dem Roland Hollenstein, Hansjürg Sigg, vollständigen Rückhalt von Schwemmholz werden Massnahmen zum Daniela lange, selektiven Rückhalt, zum Auskämmen (Schwemmholzrückhalt bei Stefan Gantenbein Weiterleitung des Geschiebes) oder zum schadlosen Weiterleiten entwickelt und untersucht.

Während sich die Arbeiten zunächst aufgrund der aktuellen Bedürfnisse vor allem auf die Möglichkeiten eines weitgehend vollständigen Rückhalts von Holz und Geschiebe konzentrierten (siehe Jahresberichte 1999 und 2000), wurden im Berichtsjahr Konzepte für den selektiven Rückhalt am Beispiel des Riemenstaldnerbaches bei Sisikon entwickelt. In einer weiteren Phase werden im Modellversuch Möglichkeiten zur Auskämmung von Schwemmholz mittels verteilten Hindernissen in verzweigten Gerinnen untersucht 39

Abb. 31: Auskämmung von Schwemmholz mit verteilten Hindernissen im verzweigten Gerinne. Prototyp eines Hindernisses im Vorversuch (Fliessrichtung von links nach rechts).

Im Rahmen einer Diplomarbeit wurden weiter die Verklausungs­ mechanismen an Brücken vertieft untersucht. Ziel dieses Teilprojekts ist einerseits die Ableitung von Wahrscheinlichkeiten für das Verklausen eines Brückenquerschnitts, damit im Rahmen der Gefahrenbeurteilung diesem Prozess quantitativ besser Rechnung getragen werden kann. Die Versuche zeigen, dass es primär sperrige Elemente wie z.B. Wurzelstöcke sind, welche eine Verklausung auslösen. Da Wurzelstöcke häufig auch rollend fortbewegt werden, stellt das Verhältnis zwischen der längsten Abmessung eines Wurzelstocks und der lichten Höhe unter der Brücke ein wesentlicher Parameter dar. Selbst wenn dieses Verhältnis einen Wert von 0.8 aufweist, beträgt die Verklausungswahrscheinlichkeit noch rund 20-30 %. In einem weiteren Schritt werden mittels ähnlicher Versuche Massnahmen zur schadlosen Weiterleitung untersucht.

Abb. 32: Verklausung eines Brückenquerschnitts links: Brücke mit vorkragenden Widerlagern (Blick in Fliessrichtung) rechts: Situation mit einem Absturz unmittelbar flussaufwärts der Brücke (Blick gegen die Fliessrichtung) 40

Schwemmholzproblematik am Riemenstaldnerbach

Auftraggeber: Massive Geschiebeauflandungen bei Hochwasserereignissen in der Baukommission Schale des Riemenstaldnerbaches haben im Dorf Sisikon schon Riemenstaldnerbach Projektleiter: mehrfach zu Überschwemmungen und grossen Schäden geführt. Dr. G.R. Bezzola Modellversuche an der VAW (1995) haben gezeigt, dass die Sachbearbeiter: Geschiebeauflandung in der Schale mit einem stärkeren Sohlengefälle Roland Hollenstein, Hansjürg Sigg und einem Geschiebeauffangraum im Urnersee reduziert werden kann. Diese Massnahmen wurde im laufe des Jahres 1999 realisiert.

Infolge der steilen Topographie und dem bewaldeten Einzugsgebiet des Riemenstaldnerbaches muss bei einem Hochwasserereignis neben dem Geschiebe auch mit Schwemmholz gerechnet werden. Bei den Brücken im Dorf Sisikon besteht daher die Gefahr, dass es zu Verklausungen und damit zu einem Ausbruch des Baches kommen kann. Da ein Holzrückhalt oberhalb der Schale des Riemenstaldnerbaches aus Platzgründen nur beschränkt möglich ist, soll das Transportvermögen in der Schale auch für das anfallende Holz möglichst ausgenutzt werden und nur diejenigen Teile des Schwemmholzes zurückgehalten werden, welche eine Verklausung provozieren können.

Als Voraussetzung für die Beurteilung der Verklausungsgefahr wurde vorgängig die aus dem Einzugsgebiet zu erwartende Schwemm­ holzmenge ermittelt. Auf Grund systematischer Modellversuche im Massstab 1 :25 konnte in einer ersten Reihe von Modellversuchen für den Riemenstaldnerbach zwei unterschiedliche Verklausungsarten be­ obachtet werden.

Bei der ersten Verklausungsart führt die Haufenbildung durch Ablagerung einzelner Stämme, die bei nachlassendem Abfluss nicht mehr weiter transportiert werden, zu einer Holzansammlung im Gerinne. Bei der zweiten Verklausungsart sind es einzelne grosse Stämme und Wurzelstöcke, welche an den Brücken hängenbleiben und so eine Verlegung dieser Querschnitte bewirken (Abb. 33).

Im Verlauf eines Hochwassers ist mit einer Verlegung der Brückenquerschnitte primär unmittelbar nach dem Durchgang der Hochwasserspitze zu rechnen, weil dann der Abfluss genügend gross ist, um auch die sperrigsten Elemente bis in die Bachschale zu verfrachten. Ein wesentlicher Anteil des Schwemmholzes fällt zudem häufig beim Durchgang des Spitzenabflusses oder unmittelbar danach an, was eine vollständige Verklausung der Brückenquerschnitte bei grossen Abflüssen begünstigt. Demgegenüber ist die Haufenbildung eher bei abklingendem Hochwasser zu erwarten, so dass eine vollständige Verlegung des Gerinnequerschnitts in diesem Fall weniger wahrscheinlich ist. 41

Abb. 33: Verklausung eines Brückenquerschnitts und Haufenbildung in der Schale des Riemenstaldnerbaches im Dorf Sisikon

Um die Verklausungsgefahr zu vermindern müssen also primär sperrige Wurzelstöcke und grosse Stämme im Sperrentreppenabschnitt oberhalb der Bachschale zurückgehalten werden. Dieser Rückhalt muss selektiv erfolgen, da im unteren, engen Teil des Riemenstaldnertales kein Platz für einen Sammler vorhanden ist.

An einem zweiten Modell (Massstab 1:40) wurden verschiedene Konzepte und Anordnungen von Rückhaltebauwerken systematisch untersucht. In zahlreichen Versuchen konnte eine Lösung gefunden werden, die auf einem neuartigen Konzept beruht. In aufeinanderfolgenden Feldern der Sperrentreppe sind insgesamt sechs ,,Wurzelstockfänge" teilweise versetzt angeordnet (Abb. 34). Die Wurzel­ stöcke und grossen Stämme bleiben an diesen Hindernissen hängen, während das Wasser mit dem Geschiebe und dem grössten Teil des übrigen Holzes die verklausten Hindernisse umfliessen können. 42

Abb. 34: Wurzelstockfänge im Sperrentreppenabschnitt oberhalb des Dorfes Sisikon. Neben den verklausten Hindernissen bleibt ein Teil des Abflussquerschnittes frei.

Holzrückhalt an der Gürbe

Auftrag: Beim Hochwasser im Jahre 1990 entstanden im Gürbetal (Kanton BE) BWG, Wasserbau­ durch Holzverklausungen an Brücken grosse Schäden. Das daraufhin verband Obere Gürbe Projektleiter: entwickelte Sanierungsprojekt sieht neben verschiedenen Hochwasser­ Monika Weber, schutzmassnahmen auch den einen Holzrückhalterechen am Ende der Dr. G.R. Bezzola markanten Gerinneaufweitung (,,Ausschütte") am Fuss des Schwemm­ Sachbearbeiterin: Daniela lange kegels der Gürbe bei Wattenwil vor. Der projektierte Holzrückhalterechen wurde im hydraulischen Modell im Massstab 1 :40 untersucht. Eine Besonderheit des Projektes ist die beschränkte Höhe, die innerhalb der Dämme zur Verfügung steht. Mit einem seitlich angeordneten Notüberlauf soll deshalb im Fall eines übermässigen Rückstaus durch den mit Holz verlegten Rechen ein Überströmen der Dämme vermieden werden. 43

Die Versuche zeigten, dass der Holzrückhalt in der projektierten Variante unzureichend war, da bis zu 50% des anfallenden Holzes über den Notüberlauf ausgetragen wurde. Zur Optimierung wurde der Rechen in Kombination mit einer Tauchwand vor dem Notüberlauf getestet. Diese Lösung gewährleistet auch beim Extremereignis einen weitgehenden Holzrückhalt (Abb. 35)

Abb. 35: Überprüfung des Holzrückhaltekonzeptes im hydraulischen Modell für das Extremereignis (Hochwasserganglinie mit einem Spitzenabfluss von 160 m3/s, einer Geschiebezufuhr von 285'000 t und einer 3 Holzzufuhr von 3'000 fm ) . links: Projekt rechts: Vorschlagslösung mit Tauchwand

Die Prozesse der Geschiebeablagerung in der Ausschütte und des Holzrückhaltes stehen miteinander in engem Zusammenhang. Während das Geschiebe bei nicht verlegtem Rechen in den Unterlauf transportiert werden kann, kommt es bei verlegtem Rechen zum vollständigen Geschieberückhalt in der Ausschütte. Für das daraus resultierende Geschiebedefizit unterhalb des Rechens und des Notüberlaufes wurde in Modellversuchen ein Kolkschutzkonzept entwickelt (Abb. 36).

Abb. 36: Konzept des Kolk- und Uferschutzes im hydraulischen Modell; die Blockteppiche nach dem Rechen und nach dem Notüberlauf sind mit Geschiebe überdeckt. 44

Wirbelröhre am Kraftwerk Schiffmühle

Auftrag: Erhebliche Geschiebeablagerungen nach Hochwassern, zuletzt im Mai Limmat Kraftwerke AG, 1999, erforderten am Limmatkrattwerk Schiffmühle immer wieder Baden Projektleiter: aufwendige Ausbaggerungen des Oberwasserkanals. Zukünftig soll M. Weber, laufendes Geschiebe bei erhöhten Abflüssen mit Hilfe einer Wirbelröhre Dr. G.R. Bezzola kontinuierlich abgezogen und in die Restwasserstrecke geleitet werden. Sachbearbeiter: A.P. Schmidt Im hydraulischen Modell im Massstab 1 :35 wurden neben einer projektierten Variante zwei weitere, mit ,,Omega" und ,.Sigma" bezeichnete Typen von Wirbelröhren hinsichtlich Wirkungsgrad (prozentualer Anteil der abgezogenen Feststoffe zum Feststofftransport im Kanal), hydraulischen und betriebstechnischen Kriterien beurteilt. Die Auswahl orientierte sich an der Eignung einer Wirbelröhre für den Einsatz in einem gekrümmten Kanal mit einer Geschiebebank auf der Innen- und einem Kolk auf der Aussenseite.

Abb. 37: Wirbelröhre ,.Omega" am Ende eines Versuches mit 500 m3/s. Flussaufwärts hat sich die Geschiebebank an das Bauwerk angepasst und erreicht eine Höhe bis zur Schlitzöffnung (Fliessrichtung von links nach rechts).

Die Versuchsreihen zeigten, dass ein Abzug von Geschiebe grundsätzlich mit verschiedenen Typen von Wirbelröhren möglich ist. Grosse, asymmetrische Röhrenquerschnitte sowie lange Röhren welche den Kanalquerschnitt einengen, erzeugen oft Strömungsablösungen im Nahbereich der Röhre und tragen Geschiebe über die Röhre. Die höchsten Wirkungsgrade wurden mit einem nahezu vollständig in die Geschiebebank integrierten Röhrentyp (,.Omega") erreicht, der um 60° 45

gegen die Fliessrichtung gedreht und im Scheitel mit einem Schlitz versehen ist (Abb. 37). Mit dieser Anordnung wurden maximale Wirkungsgrade, minimale Störungen der Abflussverhältnisse im Oberwasserkanal sowie eine Vermeidung von Kolkerscheinungen im Nahbereich des Bauwerkes erreicht.

Schnitt A-A Schnitt B-B '--(Q)i-.:- ~ D J

Grundriss 'y L. Länge der Wirbelröhre D Röhrendurchmesser (innen)

T Schlitzbreite

E Höhendifferenz zwischen ober- und unterstromigem Schlitzrand e e Winkel der Röhrenachse zur Hauptfliessrichtung im Kanal ~ a Neigungswinkel der Röhrenachse zur Horizontalen

t/D Quotient von Schlitzbreite und Röhrendurchmesser

Abb. 38: Schematische Darstellung einer Wirbelröhre mit Definition der geo- metrischen Parameter. 46

1.4 Numerik

Validierung eines numerischen Modells zur Simulation der Mündung des Rheins in den Bodensees

Auftraggeber: Das grösste europäische Flussdelta an einem See bildet sich bei der Internationale Mündung des Alpenrheins in den Bodensee. Die in den See Rheinregulierung Projektleiter: transportierten Feststoffe bestehen grössten Teils aus Feinmaterial. Um Dr. R. Fäh, die Verlandung der mündungsnahen Buchten zu verhindern, werden Dr. G. R. Bezzola seewärts Leitdämme gebaut, wodurch die Schwebstoffe in tiefere Sachbearbeiter: Dr. R. Fäh. D. Vetsch Bereiche des Bodensees gelangen. Mit dem Ziel eine natürlichere Umgebung des Mündungsbereichs zu erhalten, wurde im Rahmen der ökologischen Begleitplanung vorgeschlagen, die Dämme stellenweise abzusenken, um eine gezielte Überflutung bei Hochwasser zu ermöglichen. Die dadurch gewonnenen Auflandungen (kleine Inseln) sollen - nach der Schliessung der Dammbreschen - Tieren und Kleinstlebewesen als neuer Lebensraum dienen.

Mit Hilfe von numerischen Simulationen sollen die Einflüsse von verschieden Konfigurationen der Leitdämme auf die Deltaentwicklung untersucht werden. Das numerische Modell basiert auf den tiefengemittelten Flachwassergleichungen mit finite Volumen Diskretisierung. Die Zusammensetzung der zugeführten Schwebstoffe und der Flusssohle kann durch mehrere Kornklassen repräsentiert werden, wobei der Transport der suspendierten Stoffe und des sohlnahen Geschiebes getrennt behandelt wird.

Simuliert wird das aussergewöhnliche Hochwasserereignis 1999 (sehr wasserreiches Jahr) mit einem betrachteten Zeitraum von sechs Monaten. Zur Validierung werden die während der Berechnungsperiode entstandenen morphologischen Veränderungen mit den im Herbst 1999 erhobenen Naturmessungen verglichen. 47

>ooJ·L -----• diff[m) 2 0

1 5

1 0

OS

00

·O 5

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..,. · 1 s

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Abb. 39 links: Aus dem Resultat einer Vier-Korn-Berechnung erstellte Topographie des Alpenrheindeltas rechts: Höhendifferenz zur initialen Flusssohle: Weite Verbreitung der suspendierten Feststoffe durch eine höhere Auflösung der Kornverteilung.

Kurvenkolk

Bei der Bestimmung von Überflutungsgefahren ( z.B. Gefahrenkarten) ist Projekt: VA W in der Praxis die Anwendung von numerischen 2dh-Modellen zum Projektleiter: Dr. R. Fäh, Standard geworden. Diese Modelle beruhen in der Regel auf der Ch. Marti Annahme einer nicht beweglichen Sohle. Das heisst, dass Sachbearbeiter: morphologische Veränderungen am Gerinne, die sich als Folge des P. Ruoss, S.Döll Feststofftransportes ergeben, vernachlässigt werden. Die Erfahrung mit den Hochwassern der letzten Jahre zeigt jedoch, dass vor allem in steilem Gelände der Feststofftransport und hier insbesondere der Transport des Geschiebes eine wichtige Rolle spielt.

Um den Geschiebetransport in tiefengemittelten Modellen adäquat simulieren zu können sind die Prozesse, die für den seitlichen Transport (quer zur Hauptfliessrichtung) massgebend sind, besser zu bestimmen. Ein spezieller Aspekt ist dabei der Transport, der sich in einer Krümmung als Folge der Sekundärströmung ergibt. Zur Quantifizierung dieser Sohlformen wurde in einem ersten Schritt anhand von Laborversuchen das Strömungsfeld und die Entwicklung der Sohle für verschiedene Durchflüsse und Kornmischungen in einem gekrümmten Kanal gemessen (Abb. 40). Der Fokus der Versuche galt dabei Verhältnissen, bei denen die Kurve vom unteren Rand her eingestaut ist. Eine Situation wie sie für 48

Flusskraftwerke typisch ist und zu der in der Literatur noch kaum Untersuchungen zu finden sind.

Abb. 40: links: In einem ersten Schritt wurde das Strömungsfeld für verschiedene Einstaugrade in einem Kanal mit fester Sohle gemessen. rechts: Anschliessend wurde eine bewegliche Sohle eingebaut und deren zeitliche Entwicklung mit dem zugehörigen Strömungsfeld ermittelt.

Auf der Basis dieser Daten soll in einem zweiten Schritt ein numerisches 3d-Modell geeicht werden. Mit diesem Modell lassen sich dann die Parameter, mit denen eine Beziehung zwischen den tiefengemittelten Strömungsgrössen und dem seitlichen Transport abgeleitet werden kann, auf ökonomische Art bestimmen.

Durchströmung des künstlichen Beckens vor dem Paragon Building

Auftrag: Atelier Dreiseitl, Im Südwesten von London entwarf der englische Stararchitekt Sir Ueberlingen, Norman Foster für einen bekannten Formel 1 Rennstall einen neuen Deutschland Projektleiter: Hauptsitz. Das 500 Mio. SFr. teure Bauvorhaben, welches schon Dr. P. Rutschmann grösstenteils fertiggestellt ist, weist die Form eines Ying-Yang-Zeichens Sachbearbeiter: auf. Die beiden Teile dieses Symbols werden durch das eigentliche Dr. P. Rutschmann, Dr. F. Hermann Gebäude einerseits und eine riesige Wasserfläche andererseits gebildet. Die Wasserfläche stellt im Entwurf nicht nur ein architektonisches 49

Element dar, sondern erfüllt auch ihren Zweck im ökologischen Gesamtkonzept. Sie dient als Rückhalt für Starkniederschläge und zum Klimaausgleich des Gebäudes, d.h. im Sommer wird dieses durch das Wasser gekühlt, im Winter geheizt. Aus Gründen des Naturschutzes sollen dabei keine Zusatzstoffe eingesetzt werden. Es ist vorgesehen, das Wasser mit Bio-Filtern und durch eine regelmässige Umwälzung und damit Wassererneuerung rein und algenfrei zu halten.

In einem dreidimensionalen, numerischen Modell wurde die Wasserströmung im künstlichen Becken untersucht und optimiert. Grundlagen für die Simulation bildete eine Navier-Stokes Modellierung, wobei Dichteunterschiede infolge unterschiedlicher Wassertemperaturen zu berücksichtigen waren. Die Untersuchungen haben aufgezeigt, dass geringe, äussere Einflüsse die Strömung im Becken total verändern können, wenn der Ablauf nur über Grundablass und seitlichen Überlauf ins Reinigungsbiotop erfolgt. Durch eine Optimierung der Auslaufwassermengen und -positionen konnte eine Strömung erzielt werden, die auch durch massive Windeinflüsse nicht wesentlich zu beeinflussen war. D.h. es gelang eine stabile Strömungskonfiguration zu erzielen, bei der unter allen möglichen, äusseren Einflüssen keine Totwasserzonen zu befürchten waren. Im Gegensatz zu einem Medium mit einheitlicher Dichte, können Dichteunterschiede, hervorgerufen durch eine Wassertemperaturdifferenz von nur 5°C, die Durchmischung des Wasserkörpers sehr stark beschleunigen.

Abb. 41 : Modell des Gebäudes mit Resultaten einer Strömungssimulation. Hell bezeichnet sauerstoffarmes, dunkel sauerstoffreiches, frisches Wasser, welches über eine Kaskade im rechten Teil des künstlichen Sees zugeführt wird. 50

1.5 Glaziologie

Sediment Deformation unter dem Engabreen, Norwegen

Projekt: NSF (USA) Obwohl die Deformation von Sedimenten unter Gletschern und und VAW Eisströmen massgeblich zu deren Bewegung beitragen kann, sind die Projektleiter und Sachbearbeiter: Kinematik und Mechanik der Sedimentdeformationsprozesse umstritten. Dr. U.H. Fischer Die Kontroverse rührt zum Teil von subglazialen Messungen her, die schwierig zu interpretieren sind. Messungen werden oftmals in Bohrlöchern durchgeführt, wobei die genau Position der Messsensoren, die Mächtigkeit der Sedimentschicht, die Gletscherbettgeometrie und die durch die Bohrung hervorgerufenen Störungen des Sediments und des subglazialen Spannungszustandes meistens ungewiss sind.

Eine Alternative zu Bohrlochmessungen bietet das Svartisen Subglacial Laboratory, welches einen direkten Zugang zum Bett des Engabreen, Norwegen, unter 230 m Eis ermöglicht. Von einem horizontalen Schacht im Fels, der am Gletscherbett endet, wurde ein Tunnel entlang der Gletschersohle in das Eis geschmolzen. Eine Vertiefung (-2 m x 1.5 m x 0.4 m tief) wurde in das Felsbett gesprengt und mit Sediment (75% Sand und Kiesel, 20% Silt, 5% Ton) gefüllt (Abb. 42).

Sediment ~.... - ~~~ , ...___ _ .\l'w~ ~ ..-/ ~ . Borehole lengths and ,~ tunnel not to scale o o.t o.3 o., -\ [)stane& (m)

Abb. 42: Schematischer Längsschnitt durch die mit Sediment gefüllte Vertiefung im Felsbett des Engabreen: Druckzelle (EPC), Extensio­ meter (S 1) , Porendrucksensoren (P1 ,P2) Neigungsfühlerketten (T1 ,T2), Fliessmarkierungen (DP1 ,DP2). 51

Im Sediment wurden Sensoren installiert, um die Scherdeformation (T1 ,T2), die Dilatanz und Kompression (S1 ), die totale Normalspannung (EPC) und den Porenwasserdruck (P1 ,P2) zu messen. Der Porenwasserdruck wurde manipuliert, in dem Wasser mit hohem Druck in das Sediment von einem Tunnel 4 m unterhalb der Gletschersohle gepumpt wurde.

Nach einer Anfangsphase, in der das Schliessen des Eistunnels zu einer unregelmässigen Verformung des Sediments geführt hat, hörten die Scherdeformation und die Volumenänderung auf und die totale Normalspannung erreichte einen konstanten Wert von 2.1 MPa. Anschliessend wurden Pumptests durchgeführt, die Porenwasserdrücke über 70% der totalen Normalspannung erzeugten und zu einer Scherdeformation und Dilatanz über die gesamte Sedimentschicht führten. Bei geringsten effektiven Drücken kam es zu einer Ablösung des Eises vom Sediment und die Scherdeformation hörte auf (Abbildung 2). Das Geschwindigkeitsprofil gemittelt über die Dauer der Pumptests deutet darauf hin, dass die Scherverformungsrate nach oben gegen die Gletschersohle zunahm.

2.0 (a) Pore-Water Pressure a. 1.5 '°~ ~ 1.0 :J 0.5 !!:"' a. 0.0 E" 51 .o .s C 0 .(;; 50.5

~"' a. E 0 50.0 (b) Compression/Oilation ü

2.0 a. '°6 1.5 ~ :J "' 1.0 "'~ a. (c) Effective Pressure 0 .5

I 0.2 ~ -0.2 (d) Shear Strain Rate

12 : 14: 16: 18: 20: 22: o: 2: 4: 26 27 March 2001

Abb. 43: Messungen in der mit Sediment gefüllten Vertiefung während einem Pumptest. (a) Porenwasserdruck (P1 ), (b) Kompression und Dilatanz der Sedimentschicht (81 ), (c) effektiver Druck, (d) Scher­ deformationsrate (BT6). 52

Untersuchung eines subglazialen Fliesswegs mit Tracermethoden und numerischer Modellierung

Forschungsprojekt ETH Zeitliche Änderungen der Gletscherlliessgeschwindigkeit sind Projektleiter: hauptsächlich auf die basale Bewegungskomponente zurückzuführen. Dr. U. H. Fischer, Dr. G. H. Gudmundsson Diese wiederum wird massgeblich beeinflusst vom Wasserdruck am Doktorand: T. Schuler Gletscherbett, welcher einerseits von der Menge des abzuführenden Schmelzwassers und andererseits von der Kapazität des Abflusssystems bestimmt ist. Um dieses Drainagesystem näher zu untersuchen wurden Tracerexperimente durch einen subglazialen Kanal des Unter­ aargletschers durchgeführt. Dabei wurden die Markierstoffeingaben in kurzen Zeitabständen über einen gesamten Tagesgang hinweg wiederholt. Die so gemessenen mittleren Fliessgeschwindigkeiten stehen in einer komplexen Beziehung zur Abflussmenge während des jeweiligen Versuchs. Diese Beziehung unterliegt einer zeitlichen Entwicklung dergestalt, dass bei gleicher Abflussmenge die Geschwindigkeit bei zunehmendem Abfluss grösser ist, als bei abnehmender Wassermenge. Dieses Verhalten kann mit einer veränderlichen Geometrie des Kanals erklärt werden. Wenn sich der Kanalquerschnitt mit zunehmendem Abfluss vergrössert, reduziert sich damit der Druckgradient und somit auch die Fliessgeschwindigkeit. Eine solche dynamische Kanalgeometrie wird in der Röthlisberger-Theorie vorgeschlagen, wobei beim turbulenten Fliessen freigesetzte Energie für das Erweitern des von Eis umgebenen Querschnitts sorgt. Dem entgegen wirkt die visko-plastische Deformation des Eises.

9 10 ll 12 13 discharge (m l s -l) Abb. 44: Fliessgeschwindigkeiten als Funktion des Abflusses. Dargestellt sind die Ergebnisse der Modellierung für drei verschiedene Fälle: (a) starre Kanalgeometrie, (b) ebener Röthlisberger-Kanal, (c) geneig­ ter Röthlisberger-Kanal. 53

Mit einem numerischen Modell eines solchen Röthlisberger-Kanals wurde getestet, ob die vorgeschlagenen Prozesse das beobachtete Verhalten wiedergeben können. In der Abbildung 3 wird die Geschwindigkeits- Abfluss Beziehung dreier verschiedener Modelle dargestellt (unveränderlicher Kanalquerschnitt, ebener Röthlisberger-Kanal, geneigter Röthlisberger-Kanal).

Mit der starren Kanalgeometrie bleibt die Geschwindigkeits-Abfluss Beziehung eindeutig und das beobachtete Verhalten kann damit nicht erklärt werden. Die Röthlisberger-Theorie ermöglicht es jedoch eine Hysterese zu erzeugen, der Effekt wird bei einer Annäherung des Modells an die natürlichen Randbedingungen gesteigert.

Abschätzung der Firnerwärmung im 21. Jahrhundert unter Klima­ änderungsszenarien am Seserjoch, Monte Rosa

Im Rahmen des EU-Projektes ALPCLIM (Environmental and Climate EU-Projekt ALPCLIM Records from High Elevation Alpine Glaciers) wurden im letzten Projektleiter: Dr. M. Hoelzle Projektjahr unter anderem die thermischen Auswirkungen auf den kalten Doktorand: S. Suter Firnsattel am Seserjoch unter Klimaänderungsszenarien abgeschätzt. Zu diesem Zweck wurde ein räumliches Energiebilanzmodell mit einem eindimensionalen thermomechanischen Firnmodell gekoppelt. Das Energiebilanzmodell berechnet alle relevanten Energieflüsse wie kurz­ und langweilige Strahlung, fühlbaren und latenten turbulenten Wärmefluss, Bodenwärmefluss und die Wärmeflüsse aufgrund von Wiedergefrierprozessen an der Oberfläche und Oberflächenschmelze mit Hilfe von Daten einer Meteostation. Ein Vergleich der modellierten Oberflächentemperatur (als Ergebnis der Energiebilanz) mit der gemessenen Oberflächentemperatur am Seserjoch hat gezeigt, dass nur dort eine gute Übereinstimmung gefunden wurde, wo auch die einzelnen Energieflüsse für das Seserjoch gut modelliert wurden.

Aufgrund dieses Ergebnisses wurde schliesslich eine Vereinfachung des Energiebilanzmodells vorgeschlagen, welche die obere Randbedingung für das thermische Firntemperaturmodell im Sinne der Oberflächentemperatur und des Schmelzenergieeintrages parameterisiert. Mit Hilfe dieser Parameterisierungen wurde eine mögliche Entwicklung der Firntemperaturen am Seserjoch aufgrund von IPCC (lntergovernmental Panel on Climate Change) -Szenarien für das 21. Jahrhundert berechnet (Abb. 45). 54

-2

0'-4 L, ....0 ~ &-6 5 E-< s ~-8

IPCC Scenario: -t-0.45 until 2020 +1 .48 until 2050 +3.18 untll 2100

- 12 L..L...._._.._._...... _._..._,_._._.._._..._._.....,...... ~ ...... _...... _..__._.._._._._..._._.._._. 2fXXJ 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Abb. 45: Entwicklung der 18m Firntemperatur am Seserjoch mit der Situation im Jahr 2000 (beobachtet) und der modellierten Entwicklung bis ins Jahr2100

Die Firntemperatur in 18 m Tiefe zeigt ein stark nicht-lineares Verhalten und einen beschleunigten Anstieg mit der Zeit aufgrund eines höheren Schmelzenergieeintrages mit steigender Luft- bzw. Oberflächen• temperatur. Ungefähr im Jahre 2080 wird der Firn am Seserjoch temperiert. Die stärkeren Fluktuationen um das Jahr 2080 können dadurch erklärt werden, dass ab diesem Zeitpunkt erstmals Schmelzwasser bis in 18 m Tiefe vordringt und eine entsprechend noch stärkere Erwärmung des Firns verursacht.

Zwei-Körper-Modell: Vorstossen von Eis über einen deformierbaren Untergrund

Forschungsprojekt ETH Das Fliessfeld an der Gletscherfront wird mit den häufig gebrauchten Projektleiter: Gletscher Fliessmodellen wie zum Beispiel der "Shallow lce H. Gudmundsson Doktorandin: Approximation" nur ungenügend beschrieben und die Prozesse des G. Leysinger Vieli Vorstossens, zum Beispiel durch Überrollen, werden nicht beschrieben. Um solche Vorstoss Prozesse betrachten zu können, haben wir in einem ersten Schritt ein Modell entwickelt, welches die Impulsgleichungen exakt löst und das gravitative Zerfliessen von einem Eiskörper exakt berechnen kann. Damit hat sich gezeigt, dass eine Eismasse, die am Boden kein 55

Gleiten zeigt, mit Überrollen vorstösst. In der Natur wird aber auch Blockfliessen (plug-flow) beobachtet, das heisst, die ganze Deformation findet im Sediment statt und im darüber liegenden Eis ist die Deformation insignifikant. Um diese Art von Vorstossen berücksichtigen zu können haben wir das bestehende Modell mit einer deformierbaren, viskosen Schicht unter der Eismasse erweitert. Die Frage stellte sich nun, ob es mit einem solchen Modell nur noch Blockfliessen geben wird, oder ob Überrollen auch weiterhin vorkommen kann.

Die Rheologie des Eises und des Untergrundes wird mit einem nicht linearen Potenzgesetz beschrieben (Glen'sches Fliessgesetz) und die Evolution der Gletscher- und ,,Sediment"-Oberfläche wird im Detail mitverfolgt. Der Gletscher liegt auf einer dünnen ,,Sedimentschicht", welche sich unter der Gletscherfront weiter nach vorne fortsetzt.

Das Vorstossen des Eiskörpers wird nun für verschiedene Rheologien des Untergrundes, welche durch variieren der Fliessparameter (A und n) erhalten werden, untersucht. Die Fliessparameter vom Eis werden immer gleich gehalten.

Ein sehr klein gewählter Fliessparameter A führt zu einer sehr steifen Unterschicht, auf der sich der Eiskörper alleine durch Überrollen (Abb.46) vorwärts bewegt.

4 58 460 4 .62 464 4.66 468 d1stance

Abb. 46: Überroll Zyklus: Die Gletscher und ,,Sediment" Oberfläche sind zu verschiedenen Zeitpunkten dargestellt. Die Punkte stellen jeweils einen materiellen Punkt des Gletschers, wie des davor frei liegenden Sedimentes dar. Das Sediment nimmt parallel zum ,,überrollt werden" an Dicke zu.

Dieses Resultat ist im Einklang mit jenem des Ein-Körper-Modells, welches ans Bett angefrorenes Eis behandelt. Bezieht man dieses Resultat auf einen Blockgletscher, so müsste dieser auf einem gefrorenen Boden durch Überrollen vorstossen. Mit zunehmendem Fliessparameter wird beim Überrollen das Sediment dicker und bei genügend dünner Eisfront stellt sich Blockfliessen ein. Je grösser A gewählt wird desto früher tritt diese Ablösung ein, bis die Vorwärtsbewegung durch Blockfliessen dominiert (Abb. 47). 56

Abb. 47: ,,Plug-Flow": der Vorstoss findet durch ,,Sediment" Deformation statt. Der sich bildende Hügel ist mit einer Stossmoräne vergleichbar. Die Evolution dieser Stossmoräne kann als eine Form konservierende Welle beschrieben werden.

Je nachdem wie der rheologische Kontrast zwischen den beiden Körpern ist, stösst die Eismasse durch reines Überrollen, das durch Blockfliessen abgelöst wird, oder Blockfliessen vor. Beim Vorstoss durch Blockfliessen deformiert sich nur die Unterschicht und die Eisfront ,,reitet" ohne interne Deformation mit. Etwas hinter der Front ist das Eis noch dicker und interne Eisdeformation trägt noch immer zu einem Anteil der Gesamtdeformation bei. Bezieht man diese Beobachtungen auf einen Gletscher, der sich auf einem viskos verhaltendem Sediment vorwärts bewegt, würde dies heissen, dass die Deformationsmessung des Sedimentes gleich hinter der Eisfront den Anteil der basalen Deformation an der Fortbewegung des Gletschers überschätzt.

Stabilität von Hängegletschern

EU Projekt GLACIORISK Das Ziel des Projektes ist eine Verbesserung der Prognose von Projektleiter: Dr. M. Funk Eisabbrüchen von Hängegletschern und ein besseres Verständnis des Doktorand: A. Pralong physikalischen Prozesses der zum Abbruch von labilen Gletschereismassen führt. Ein empirischer Ansatz basierend auf Geschwindigkeitsmessungen auf der labilen Eismasse wurde von Röthlisberger und Flotron (1977) vorgeschlagen. Im Rahmen dieses Projektes wird der Abbruchprozess theoretisch und mit numerischen Modellierungen sowie experimentell untersucht.

Das Abbrechen von Eis wird mit der Theorie der ,,continuum damage mechanics" untersucht. Das Problem wird numerisch mit der Methode der finiten Elemente gelöst. Im Modell wird der Prozess des progressiven Abbruches vom Eis mit demjenigen des viskosen Fliessens gekoppelt. 57

Für die Modellierungen werden Informationen über die Gletscher­ geometrie, Eisbewegung und -temperatur benötigt. Zentral für diese Studie sind Bewegungsmessungen bis zum Abbruch von Gletscherteilen.

Im Sommer 2001 erfolgten Feldarbeiten an den Hängegletschern in der Mönch-Südflanke und der Eiger-Westflanke. Am Mönch wurden sechs Heisswasserbohrungen bis ans Gletscherbett durchgeführt, um die Dicke des Gletschers und die Eistemperaturen messen zu können. Die Resultate zeigen, dass der Hängegletscher am Mönch temperiert (Eistemperaturen überall am Druckschmelzpunkt) und gut 75 m dick ist. Für den Hängegletscher am Eiger wurden Eistemperaturen und -dicke bereits vor acht Jahren gemessen. Es wurden sechs Reflektoren auf labilen Eisblöcken am Hängegletscher in der Mönch-Südflanke installiert, wovon fünf bereits bei Eisstürzen runtergefallen sind. Auch am Hängegletscher in der Eiger-Westflanke wurden im Sommer 2001 zwei Reflektoren auf einer labilen Eismasse installiert. Nach dem Abbruch im Herbst 2001 wurden zwei weitere Reflektoren auf dem nächsten instabilen Teil eingebohrt. Ein Theodolit-Laserdistometer am Jungfraujoch und bei der Bahnstation Eigergletscher misst die Position dieser Reflektoren automatisch einmal pro Stunde. Die Daten können direkt nach Zürich transferiert werden. Damit wurde eine progressive Beschleunigung bis zur Ablösung der labilen Eismasse ausgewertet und mit Modellrechnungen interpretiert (Abb. 48).

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r . a.-> - O -~ ~~l8 29 .W ;1 J ~ .\ 4 5 t'i 7 ~ q ·o 11 12 13 I

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Abb. 48: links: Labiler Eisblock an der Front des Eigergletschers mit den zwei am 25.7.01 installierten Reflektoren. Der Eisblock ist am 18.8.01 abgebrochen. rechts: Gemessene Beschleunigung des Eisblocks am Eiger­ gletscher (passt mit der von Flotron und Röthlisberger ermittelten Formel gut überein). 58

Inklinometer-Messungen am Unteraargletscher

SNF Projekt Es existieren bereits viele Studien die sich mit der Rheologie von Projektleiter: Gletschereis befassen und durch umfangreiche Laborversuche Dr. H. Gudmundsson Doktorand: J. Helbing verschiedene Materialgesetze empirisch bestimmt haben. Diese ermöglichen analytische und numerische Berechnungen und damit detaillierte Aussagen über das Fliessverhalten von Gletschern. Um die gewonnen Ergebnisse in der Natur zu testen, ist die unmittelbare Messung der Eisdeformation eines Gletschers mit Hilfe von Bohrlochinklinometrie eine hervorragende Methode die sonst auf die Gletscheroberfläche limitierten Feldmessungen zu erweitern.

Die Oberflächengeschwindigkeit (V1) eines Gletschers ist die Summe der drei Prozesse Eisdeformation (I), Gleiten (II} und Sedimentdeformation (III} (Abb. 49).

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Abb. 49: Die drei Komponenten der Oberflächengeschwindigkeit eines Gletschers. I Eisdeformation, II Gleiten, III Sedimentdeformation

Die Position an der Oberfläche kann Dank GPS auf eine Genauigkeit unter einem Zentimeter bestimmt werden. Misst man nun den Verlauf eines Bohrloches bis zum Gletscherbett zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten mit Hilfe einer Inklinometer-Sonde, lässt sich auf einfache Weise die Deformation und die Summe der Komponenten am Gletscherbett (II und 111) ermitteln (Abb. 50). 59

Oberflaechengeschwind1gke11

GPSAntAR"IA Gleiten '-.... :

FLIESSEN ~>

Abb. 50: Vorgehensweise für lnklinometermessungen auf einem Gletscher

Am Unteraargletscher im Berner Oberland wurden im Sommer 2000 mehrere Löcher bis ans Bett gebohrt, wovon eines fast über ein Jahr hinweg, von Juni 2000 bis Mai 2001 , inklinometriert werden konnte.

d21 1 m1 VOM: 20.06.00 B IS :

0&.07 00 31.(17.00 08.09.00 04..10.00 21.12.QO 17.05.0 1 ;!(1().0

180.0

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40.0

20.0

0.0 2.0 4 0 6.0 8.0 10.0 12 0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 Eisdeformation und Gleiten [m]

Abb. 51: Gemessene Deformationsprofile eines rund 200m tiefen Bohrloches 60

Aus der in Abbildung 51 dargestellten einmaligen Messreihe lassen sich zu den jeweiligen Zeitpunkten die jährliche Oberflächen- (V1) und Bettgeschwindigkeiten (V2), und daraus der Gleitanteil (G), berechnen (Tabelle). Es zeigt sich eine Beschleunigung im Sommer gefolgt von einer Verzögerung im Winter. Das Gleiten verhält sich analog.

V1 V2 G

6.07.00 23.45 16.93 0.72

31 .07.00 25.51 17.16 0.67

8.09.00 25.74 14.58 0.57

4.10.00 25.25 14.29 0.57

21.12.00 23.18 11.63 0.50

17.05.01 20.93 10.45 0.50

Tab. 1: Gemessene Oberflächen- {V1) und Bettgeschwindigkeiten (V2) sowie Gleitanteil (G).

Das Vorhandensein von Wasser am Gletscherbett, als Schmiermittel, ist ein entscheidender Faktor der Bewegung. Im Winter fallen jedoch Schmelzwasser und Regen, der als Schnee an der Oberfläche verbleibt, als Lieferanten weg, und folglich ist weniger Wasser am Bett vorhanden. Der Gletscher sitzt nahezu wörtlich auf seinem Untergrund auf und sein Vorankommen ist verhindert. Dies zeigt sich in der verminderten Oberflächengeschwindigkeit und der erhöhten Deformation.

Gletscherveränderung in den Schweizer Alpen

Projekt: VAW mit Das Schweizerische Gletschermessnetz bezweckt die langfristige GK/SANW Dokumentation der Gletscherveränderungen in den Schweizer Alpen und Projektleiter: Dr. A. Bauder wird von der Abteilung Glaziologie an der VAW gemeinsam mit der Glaziologischen Kommission der Schweizerischen Akademie der Naturwissenschaften (GK/SANW) betrieben. Das Messnetz beinhaltet jährliche Messungen der Längenänderung an rund 100 Gletscherzungen sowie aufwändigere Erhebungen der Massenbilanz, Volumenänderung und Oberflächengeschwindigkeit an einigen wenigen ausgewählten Gletschern. Zusätzlich existiert an der VAW eine laufend erweiterte, umfangreiche Sammlung von hoch aufgelösten Luftbildern, die eine nachträgliche Auswertung wichtiger Informationen zur Ausdehnung und Veränderung der Gletscher gewährleistet. 61

Die an den Zungen von allen grösseren sowie vielen kleineren Gletschern jährlich ausgeführten Messungen der Längenänderungen vermitteln einen sehr guten Überblick über die Veränderungen der Schweizer Gletscher. Die angewandten Messmethoden sind einfach und lassen sich deshalb auch von nicht speziell ausgebildeten Personen ausführen. Trotz der Inhomogenität des Beobachtungsmaterials vermögen die Resultate die allgemeine Entwicklung deutlich wiederzugeben.

Anzahl klassierte Gletscher 100 BO 60 40 20 0 1900 1950 2000 Anteile vorstossende, stationäre, schwindende Gletscher in% 100F"";;::::::-::====!:=:======:::::======:=!;":::::i

BO

60

40

1900 1950 2000 Jahr

Abb. 52: Lageänderung der Gletscherenden in den Schweizer Alpen von 1897/80 bis 1999/2000. Anzahl der Gletscher im Vorstoss und im Rückzug in Prozenten der Gesamtzahl der beobachteten Gletscher.

Abbildung 52 zeigt, dass seit Messbeginn nur in sehr wenigen Jahren mehr als die Hälfte der Gletscher länger geworden sind. In der übrigen Zeit ist alljährlich die grosse Mehrheit der Gletscher kürzer geworden.

Die Anzahl der beobachteten Gletscher ist von Jahr zu Jahr verschieden. Frühe Wintereinbrüche und wirtschaftliche Engpässe (z.B. die Grenz­ besetzungen 1914 und 1939) sind die Ursachen für die kleinere Anzahl beobachteter Gletscher. Dennoch sind drei Perioden mit einer grösseren Anzahl wachsender Gletscher festzustellen.

Während der vergangenen Messperiode 2000/01 haben die Schweizer Gletscher in der Mehrzahl an Länge eingebüsst. Von den 84 bereits ausgewerteten Gletschern zogen sich 72 zurück und nur 6 stiessen vor. 6 Gletscher veränderten ihre Zungenposition nicht. Bei rund 15 weiteren 62

Gletschern des Messnetzes konnten im Herbst 2001 keine genauen Werte ermittelt werden. Bedingt durch einen relativ frühen Wintereinbruch im September verblieben die Zungen eingeschneit, sodass keine brauchbaren Messungen möglich waren. Bei anderen ist der direkte Zugang durch einen See versperrt oder sie haben sich in unzugängliches Gelände zurückgezogen. Die gemessenen Vorstossbeträge fallen sehr marginal aus oder entstehen durch mitgezählte Rückstände von mehrjährigem, inzwischen deutlich verfirntem Altschnee, welcher kein eigentliches Vorrücken darstellt. Der maximale Rückzug von rund 250 Metern wurde am Triftgletscher ermittelt.

Am Triftgletscher im Susten-/Grimselgebiet (Gadmertal} zeichnet sich ein rasanter Schwund ab. Die Zunge ist seit 2 Jahren von einem See umgeben. Dieser natürlich entstandene, durch einen Felsriegel aufgestaute See beschleunigt das Zurückschmelzen der Zunge zusätzlich. Der Gletscher besitzt ein relativ weit ausgedehntes Nährgebiet mit einer Zunge die sich durch einen schmalen Ausfluss über eine Steilstufe ergiesst und deshalb vergleichsweise tief hinunter (rund 1600 m.ü.M.) reicht. Die am Ende an einer Felsbarriere anstehende, flach auslaufende Zunge wies lange Zeit schulbuchmässige Ogiven auf. Dabei handelt es sich um Eiswülste, die auf Grund der jahreszeitlich unterschiedlichen Fliessgeschwindigkeit unterhalb eines Eisbruches entstehen. In den letzten Jahren ist der Zungenbereich nicht nur stark zusammengeschmolzen und hat sehr viel Masse verloren, sondern der Kontakt zum Felsriegel riss Ende der neunziger Jahre ab und es hat sich ein See am Eisrand gebildet. Von den früher schön ausgeprägt vorhandenen Ogiven ist nur noch eine farbliche Bänderung übrig geblieben.

In der Mitte hat sich zudem ein grosser Einsturztrichter gebildet. Diese Veränderungen und Strukturen weisen auf eine ungenügende Massen­ zufuhr aus dem Nährgebiet hin. Eisdickenmessungen im Frühjahr haben ergeben, dass am Zungenende deren Mächtigkeit auf unter 50 Meter geschwunden ist. Die gegenwärtige Situation könnte ein Aufschwimmen und Auseinanderbrechen weiter Teile der Zunge vielleicht bereits im nächsten Sommer zur Folge haben. Es besteht in einem solchen Fall die Gefahr, dass losgebrochene, grössere Eisberge den Ausfluss des Sees durch die enge Schlucht versperren. Dieser Eisdamm könnte dann plötzlich nachgeben und zur Bildung von einer gefährliche Flutwelle führen.

Zusätzlich zur Veränderung der Gletscherlänge wurde der Massenhaushalt - die Bilanz zwischen Schneezuwachs und Eisabtrag - an den drei Gletschern Basodino, Gries und Silvretta bestimmt. Die Resultate fallen alle ausgeglichen oder positiv aus. Die beiden Gletscher Basodino und Gries sind Wettereinflüssen von Süden ausgesetzt. Sie haben deutlich von den im vergangenen Winter am Alpensüdhang gefallenen grossen Schneemengen profitiert. Der am Alpennordhang liegende Silvrettagletscher hingegen zeigt die Auswirkungen von den 63

längeren Schlechtwetterphasen im Sommer und dem relativ frühen Wintereinbruch im Herbst.

Diese Befunde zeigen sehr klar die unterschiedliche Bedeutung der verschiedenen im Messnetzt enthaltenen Messgrössen. Während die aufwändiger zu bestimmende Massenveränderung viel direkter auf die herrschenden klimatischen Einflüsse reagieren kann, erfährt das Signal der Längenänderung bedingt durch die Reaktionszeit des Gletschers eine Verzögerung, die hauptsächlich von der Gletschergrösse abhängig ist. 64

2. LEHRE

Die Angaben in diesem Kapitel beziehen sich auf das Studienjahr 2000/2001.

2.1 Professur für Wasserbau und affilierte Lehraufträge

Lehrveranstaltungen

Minor H.-E., Prof. Dr.-lng., ordentlicher Professor Departement für Bau, Umwelt und Geomatik Wintersemester Diplomarbeiten im Wasserbau: 8 Diplomierende 2000/2001 Semesterarbeiten im Wasserbau: 5 Studierende Sommersemester Diplomarbeiten im Wasserbau: 5 Diplomierende 2001 Semesterarbeiten im Wasserbau: 8 Studierende Wintersemester Wasserbau (Stauanlagen) 2 Std. Vorlesung im 7. Sem. 2000/2001 1 Std. Übung Sommersemester Wasserbau GZ II 4 Std. Vorlesung im6. Sem. 2001 (inkl. Übungen) Leitungen für Flüssigkeiten und Gase 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. (gemeinsam mit R. Wendelspiess) Sommersemester Wasserbau I 3 Std. Vorlesung im4. Sem. 2001

Bezzola G. R., Dr. sc. techn., Dipl.Bau-Ing.ETH (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik und Departement für Erdwissenschaften: Wintersemster Naturgefahren, Schutzkonzepte 2 Std. Vorlesung im 7. Sem. 2000/2001 (gemeinsam mit Prof. J.-F. Schneider) Flussbau (Flussbau und Wildbachverbau, 2 Std. Vorlesung im7. Sem. Dynamik von Flüssen und Wildbächen) 1 Std. Übung gemeinsam mit: lange D. , Dipl.-lng. für Landeskultur und Umweltschutz und Zünd B., Dipl.Bau-Ing.ETH

Hager W.H., Tit.Prof. Dr. sc. techn., Dipl.Bau-Ing.ETH (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik: Wintersemester Gerinnehydraulik in Abwassersystemen 2 Std. Vorlesung im 7. Sem. 2000/2001 65

Rutschmann P., Dr. sc. techn., Dipl.Bau-Ing.ETH (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik: Hydraulik II 2 Std. Vorlesung im 8. Sem. Sommersemester (gemeinsam mit Prof. Dr. W. Kinzelbach) 1 Std. Übung 2001

Ammann W., Dr. sc. techn., Dipl.Bau-lng.ETH/SIA (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik und Departement für Erdwissenschaften: 2. Sem.-Hälfte: Schnee- und Lawinenmechanik 3 Std. Vorlesung im 6. Sem. Sommersemester bzw. Lawinenschutz (inkl. Übungen) 2001

Epple W., Dipl. Bau-Ing.ETH (Lehrauftrag) Departement Bau, Umwelt und Geomatik Energiewirtschaft+ Kleinwasserkraftwerke 2 Std. Vorlesung im 7. Sem. Wintersemester 2000/2001

Exkursionen im Rahmen der Professur für Wasserbau

Exkursionen im 31.10.00 Exkursion in Fach Wasserbau (Stauanlagen): Wintersemester Besichtigung der Staumauern Punt dal Gall und Ova Spin. 2000/2001 (Teilnehmer: Prof. Minor, Assistenz und 27 Studierende des 7. Semesters des Studiengangs Bauingenieurwissenschaften)

5.12.00 Exkursion im Fach Energiewirtschaft und Kleinwasserkraftwerke: Besichtigung eines Kleinwasserkraftwerkes (Laufkraftwerk) an der Töss in Pfungen. (Teilnehmer: W. Epple, Assistenz und 5 Studierende des 7. Semesters des Studiengangs Kultur­ ingenieurwesen)

25.1.01 Exkursion im Fach Wasserbau GZ II : Besichtigung der Rheinkraftwerke Ryburg-Schwörstadt und Augst. (Teilnehmer: Prof. Minor, Assistenz und 32 Studierende des 5. Semesters des Studiengangs Bauingenieurwissenschaften)

25.1 .01 Exkursion im Fach Schnee- und Lawinenmechanik: Besichtigung des Eidg. Instituts für Schnee- und Lawinenforschung SLF in Davos. (Organisation: Dr. W. Ammann, Departement Wald- und Holz­ forschung, Assistenz für Wasserbau; Teilnehmer: 5 Studierende des 7. Semesters verschiedener Fachrichtungen). 66

9.2.01 Exkursion im Fach Naturgefahren, Schutzkonzepte: ,,Naturgefahren im Limmattal" - Besichtigung der Rutschgebiete am Heitersberg (Westportal des Bareggtunnels, Gemeinde Bergdietikon) und der durch Hochwasser gefährdeten Zonen am Dorfbach bei Spreitenbach und an der Limmat bei Dietikon. (Teilnehmer: Prof. Schneider, G.R. Bezzola und 8 Studierende des 7. Semesters des Studiengangs Umweltingenieurwesen) Exkursionen im Sommersemester 7.6.01 Exkursion im Fach Leitungen für Flüssigkeiten und Gase: 2001 Besichtigung von Baustellen der Transitgasleitung im Jura. (Teilnehmer: R. Wendelspiess, Assistenz und 8 Studierende des 8. Semesters des Studiengangs Bauingenieurwissenschaften).

15.6.01 Exkursion im Fach Wasserbau I: Besichtigung der Zentrale Lavey sowie der Staumauer Emosson mit der Zentrale Vallorcine. (Teilnehmer: Prof. Minor, Assistenz und 26 Studierende des 4. Semesters des Studiengangs Bauingenieurwissenschaften).

Abb. 39 Grundablass der Staumauer Emosson (Exkursion vom 15.6.01 ). 67

16.-18.7.01 Assistenz-Exkursion: Besichtigung des Versuchslabors des Instituts für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen, sowie der Baustellen des Ems-Sperrwerkes bei Emden und des Pumpspeicherwerks Goldisthal in Thüringen. (Teilnehmer: Prof. Minor, Assistenz).

Diplomarbeiten

G. Heier: Wasserkraftwerk Ruppoldingen (Betreuer: D. Kreis). Wintersemester 2000/2001 A. Wenas: Wasserkraftwerk Ruppoldingen (Betreuer: D. Kreis).

T. Bergomi: Numerische Modellierung von Murgängen (Betreuer: Dr. C. Tognacca).

Y. Bumbacher: Geschiebehaushalt in steilen Gerinnen mit Sperrentreppen - Numerische Untersuchung (Betreuer: M. Roth, Dr. G. R. Bezzola).

S. Grounauer: Vergleich von 3D-Computersimulationen der Umströmung von Buhnen mit Naturmessungen (Betreuer: Dr. F. Hermann).

P. Ruoss: Vergleich hydraulischer Modellversuche und 2D-Computer­ simulationen an ausgewählten Beispielen (Betreuer: Dr. R. Faeh, C. Marti).

P. Müller, N. Semadeni: Naturnahe Stabilisierung steiler Gerinne (Betreuer: M. Roth}.

D. Häner: Hochdruckkraftwerk Tuirial (Betreuer: B. Zünd}. Sommersemester 2001 M. Walter: Hochdruckkraftwerk Tuirial (Betreuer: B. Zünd).

S. Gantenbein: Verklausungsprozesse - experimentelle Untersuchung (Betreuer: Dr. G. R. Bezzola).

H. Hofmann: Energieverluste an Einlaufrechen von Flusskraftwerken (Betreuer: H. Meusburger).

S. Brunella: Hydraulik von alpinen Tirolerwehren (Betreuer: Prof. Dr. W. H. Hager).

Semesterarbeiten

Thema der Semesterarbeit im Wintersemester 2000/2001, welche zusammen Wintersemester mit dem ORL durchgeführt wurde, war die Renaturierung der Glatt im 2000/2001 Flughafenbereich. Zunächst waren die erforderlichen Grundlagen zu erarbeiten. Auf diesen basierend, arbeiteten die Studenten mehrere Varianten aus und schlugen eine Bestvariante vor. 5 Studenten, eine Zweier- und eine Dreier­ gruppe, befassten sich mit dem Projekt. Die beiden Gruppen hatten die Grundlagenerarbeitung unter sich aufzuteilen und die gefundenen Resultate in Form von Zwischenberichten auszutauschen. 68

Die Professur für Wasserbau beteiligte sich ausserdem als zugezogener Fachbereich an einer Diplomarbeit des IGB, welche Fundationsprobleme der Sperre Oued Sejnane in Tunesien behandelte.

Sommersemester Im Sommersemester 2001 wurde als Semesterarbeit das Aarekraftwerk 2001 Ruppoldingen ausgeschrieben. In einem mehrstufigen Planungsprozess, welcher ein Konzeptstudium, ein Variantenstudium und ein Vorprojekt umfasste, war ein neues Niederdruckkraftwerk zu projektieren, welches technisch machbar und wirtschaftlich vertretbar sein musste, aber auch ökologischen Aspekten (Durchgängigkeit für Fische, Erhaltung wertvoller ökologischer Bereiche etc.) Rechnung trug.

Skripte Von der Professur herausgegebene Vorlesungstexte

Minor: Wasserbau (Grundzüge) Textbuch

Minor: Wasserbau (Stauanlagen) Textbuch

Minor: Wasserbau I provisorisch

Salm, et al.: Schnee, Lawinen und Lawinenschutz Textbuch

Schneider, Vischer: Naturgefahren, Schutzkonzepte provisorisch

Minor, Wendelspiess: Leitungen für Flüssigkeiten und Gase provisorisch

2.2 Lehraufträge für Glaziologie an der ETHZ

Wintersemester Departemente Erdwissenschaften (D-ERDW) und Mathematik-Physik 2000/2001 (D-MATH, D-PHYS)

Physik der Gletscher 3 Std. Vorlesung 5.+7.Sem. G.H. Gudmundsson inkl. Übungen

Seminar in Glaziologie 1 Std. 7. Sem. G.H. Gudmundsson, U.H. Fischer

Klimaseminar H. Blatter, M.C. Davies, M. Funk, 2 St. 7.-8. Sem D. Ohmura, C. Schär

Departement Erdwissenschaften (D-ERDW)

Glaziologie I: Gletscher und Permafrost 2 Std. Vorlesung 5.+7.Sem. U.H. Fischer, W. Haeberli, M. Hölzle, inkl. Übungen D. Vonder Mühll

Selbst. Arbeiten, Praktikum in Glaziologie 8 Std. gesamt 6.-8. Sem. 69

H. Bösch, U.H. Fischer, M. Funk, G.H. Gudmundsson, W. Haeberli, M. Hölzle, A. Kääb, D. Vonder Mühll Geomorphologie: Seminar Mittelland 2 Std. 6.-8. Sem. W. Haeberli, H.P. Holzhauser, 0 . Keller, M. Hölzle, D. Vonder Mühll

Departement Erdwissenschaften (D-ERDW) und Mathematik-Physik Sommersemester (D-MATH, D-PHYS) 2001

Selbst. Arbeiten, Praktikum in Glaziologie 8 Std. gesamt 6.-8. Sem. H. Bösch, U.H. Fischer, M. Funk, G.H. Gudmundsson, W. Haeberli, M. Hölzle, D. Vonder Mühll

Geomorphologie: Seminar Mittelland 2 Std. 6.-8. Sem. W. Haeberli, H.P. Holzhauser, 0. Keller, M. Hölzle, D. Vonder Mühll

Klimaseminar H. Blatter, M.C. Davies, M. Funk, 2 St. 7.-8. Sem D. Ohmura, C. Schär

Diplomarbeiten

Diplomarbeiten A. Schwerzmann: Inverse Modellierung von Oberflächenunebenheiten auf Gletschern (Betreuer: H. Gudmundsson)

M. Raymond: Analysis of near surface temperatures in high mountain permafrost environment (Betreuer: H. Gudmundsson, M. Hoelzle)

2.3 Diverses

Volkart P., Dr. sc. techn.: Hochschule Technik und Architektur Luzern (Horw), Inspektor und Diplomexperte für das Fach 'Hydraulik'.

Minor H.-E., Prof. Dr.-lng.: Seit 1.10.2001 Studiendelegierter Bauingenieurwissenschaften im Departement Bau, Umwelt und Geomatik 70

3.VERANSTALTUNGEN

3.1 Nachklärbecken-Treffen

8. Nachklärbecken• Das 8. Nachklärbecken (NKB) -Treffen stellte trotz der relativ geringen Teilneh­ Treffen vom 5.10. 2001 merzahl eine erfolgreiche und interessante Gelegenheit dar, um verschiedene an derVAW Organisator: Untersuchungen der aktuellen NKB-Forschung aufzuzeigen und zu diskutieren. R. Hollenstein Die Präsentationen wurden auf der Kläranlage Werdhölzli abgehalten und zeigten die verschiedenen Arbeiten an den Hochschulen Aachen, Hannover und Zürich, sowie der Firma Picatech Huber AG. Die Präsentationen behandelten folgende Themenbereiche, welche in einem Tagungsband zusammengefasst sind:

Verbesserung der Gestaltung von Zu- und Abläufen von horizontal durch­ strömten runden Nachklärbecken

ln-Situ-Messungen von Strömungsgeschwindigkeiten und Absetzverhalten des Schlammes bei Rundbecken

Parameterabstimmung für 1 D-Modellierung mittels Erkenntnissen aus mehr­ dimensionaler Modellierung

Weiterentwicklung der mehrdimensionalen NKB-Modellierung

Untersuchung des Flockungsverhaltens in turbulenter Strömung

Definierte Turbulenzerzeugung mittels eo-axialen Zylindern

Beurteilung des Einflusses des Balkenräumerbetriebes auf die Absetzwirkung in NKB und das Sedimentationsverhalten der Schlammflocken bei tiefen Feststoffkonzentrationen

Anschliessend an die Präsentationen besichtigte man das Versuchs-NKB der VAW und wurde zu einzelnen Anlageteilen der Kläranlage Werdhölzli geführt.

3.2 Öffentliche Kolloquien an der VAW

Wintersemester 09.01.01 Peter, M. , Dipl. Bau-Ing. ETH 2000/2001 Electrowatt Engineering AG, Zürich Krafthäuser Tishrin und Atatürk am Euphrat 71

30.01.01 Roth, M., Dipl. Kultur-Ing. ETH Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie ETH Zürich Modellierung des Rheindeltas am Bodensee

10.04.01 Steiger, K. und Humbel, M. Sommersemester Colenco Power Engineering AG, Baden-Dättwil 2001 "Taquesi - Hochdruckkraftwerk in den bolivianischen Anden"

08.05.01 Köngeter, J., Prof. Dr.-lng. Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH, Aachen "Energiespeicherung und Wasserkraft - Entwicklung und Grenzen"

05.06.01 Teysseire, P. Teysseire & Gandolfi AG, Visp "Das Unwetter 2000 in der Region Visp I Baltschieder I Stalden - Eine Ereignisanalyse"

03.07.01 Willi, H.P. Bundesamt für Wasser und Geologie, Biel "Die 3. Rhone-Korrektion nach dem Hochwasser 2000 - stimmt das Konzept noch?"

30.10.01 Weiss, H.W., Dr. Wintersemester Basler+ Hofmann Ingenieure und Planer AG, Zürich 2001/2002 "Hochwasserschutz im Aralseegebiet"

27.11.01 Schöberl, F., Prof. Dr. Institut für konstruktiven Wasserbau und Tunnelbau Universität lnsbruck "Von der Naturnähe bis hin zum Rückbau des Rückbaus - alpiner Gewässerausbau auf der Suche nach dem ökotechnischen Optimum"

18.12.01 Migenda, W. Gewässerdirektion Südlicher Oberrhein/Hochrhein, Lahr "Hochwasserschutz am Oberrhein. Das Beispiel Kulturwehr Kehl und Polder Altenheim"

22.01.02 Lier, P. Nordostschweizerische Kraftwerke, Baden "Die Sanierung der Staumauer Dietikon"

29.05.01 Zech, Y., Prof. Kolloquien in Universite catholique de Louvain englischer Sprache "Hydrodynamic and morphodynamic response to sudden transient flow, Dam break and sediments" 72

4. PERSONELLES

Besondere Ereignisse Dienstjubiläen Faeh Roland, Dr. 1.4.1981 20 Jahre

Eintritte Schmidt Andreas, Dipl. Ing., wiss. Mitarbeiter 8.1.2001 Wyder Thomas, Leiter Werkstatt Glaziologie 1.3 2001 Lörtscher Roger, Hallenchef, Werkstatt 1.3 2001 Ortmanns Christoph, Dipl. Bauing., Assistent 1.3.2001 Pralong Antoine, Dipl. Masch.-lng. ETH, Doktorand 19.3.2001 Kimmich Diener Kim, Sekretärin 1.7.2001 Raymond Melanie, Dipl. Natw. ETH, wiss.Mitarbeiterin 1.10.2001 Weichert-Walthaner Roman, Dipl. Bauing., Doktorand 1.10.2001 Rousselot Marie, Dipl. Ing. Hydraulik u. Mechanik, Doktorandin 1.11.2001 Janisch-Breuer Tanja, Dipl. Ing. KT und WW, Assistentin 1.11.2001 Schwarzmann Aurel, Dipl.Phys., Doktorand 12.11 .2001 Semadeni Nadia, Dipl. Kulturing. ETH, wiss. Mitarbeiterin 1.12.2001

Austritte Erb Markus, Werkstatt 28.2.01 Dr. Hermann Felix, wiss. Mitarbeiter 31 .3.01 Dr. Tognacca Christian, wiss. Mitarbeiter 21 .4.01 Dr. Winkler Kurt, wiss. Mitarbeiter 30.4.01 Roth Marcel, wiss. Mitarbeiter 31.5.01 von Fischer Barbara, Bibliothekarin 31.5.01 Weber Monika, wiss. Mitarbeiterin 31.5.01 Dr. Hauck Christian, wiss. Assistent 30.6.01 Dr. Gudmundsson Hilmar, wiss. Mitarbeiter 31.7.01 Dr. Lüthi Martin, wiss. Mitarbeiter 31.7.01 Sulzer Sabine, wiss. Mitarbeiterin 31.7.01 Giunta lgor, Doktorand 30.9.01 Dr. Vieli Andreas, wiss. Mitarbeiter 30.9.01 Dr. Krüger Susanne, wiss. Assistentin 31.10.01 Kreis Didier, Assistent 31 .12.01 Dr. Boes Robert, wiss. Mitarbeiter 30.11.01 73

Abschluss von Doktorarbeiten

Bauder Andreas, "Bestimmung der Massenbilanz von Gletschern mit Fern- Promotionen erkundungsmethoden und Fliessmodellierungen" Referent: Prof. H.-E. Minor, Korreferenten: Prof. Dr. G. Kaser, Geogr. Institut, Universität Innsbruck, Dr. G.H. Gudmundsson

Hauck Christian, "Geophysical methods for detecting permafrost in high mountains" Referent: Prof. A. Ohmura, Korreferenten: Prof. M. Davies, Dr. D. Vonder Muehll, Dr. H.U. Maurer

Sulzer Sabine, "Flood discharge estimation for complex river geometries by inverse numerical modelling" Referent: Prof. W. Kinzelbach, Korreferenten: Prof. F. Valentin, Technische Universität München, Dr. P. Rutschmann

Vieli Andreas, "On the dynamics of tidewater glaciers" Referent: Prof. H. Blatter, Korreferenten: Prof. K. Echelmeyer, Dr. M. Funk

Winkler Kurt Meinrad, "Räumer in Nachklärbecken von Abwasserreinigungs­ anlagen" Referent: Prof. H.-E. Minor, Korreferenten: Prof. Willi Guyer, Dr. P. Volkart

Akademische Gäste

Dr. Gargano, Rudy, Universita di Cassino, Italien, 14.1. - 17.3.2001

Dr. Kaceniauskas, Arnas, Vilnius Gediminas Technical University, Vilnius, Litauen, 1.4. - 30.9.2001

Prof. Dr. Gisonni, Corrado, Universita di Napoli, Italien, 15.7. - 18.8.2001

Sonstiges

Dr. R. Boes, Gewinner des ,,ETH-TIT (Tokyo Institute of Technology) Exchange Award for excellent young ETH Scientists" 2001 ; Aufenthalt am TIT vom 5. bis 18. Oktober 2001 74

ANHANG

A.1 Grundlagenforschung

Hydraulik

Projekte 'Hydraulik' Brückenkolk (gemeinsam mit der Universita della Basilicata, Italien)

lnitialphase von Impulswellen (SNF-Projekt)

Abflussmessstelle bei Extremereignissen (ETH-Projekt)

Geschichte der Hydraulik

IRMA Hochwasser - Notfallplanung

Numerische Simulation von felssturzinduzierten Wellen (SN F-Projekt)

Wasserbau

Projekte 'Wasserbau' Laser-Doppler-Anemometrie in der angewandten Hydromechanik, gekop­ pelte LDA-Geschwindigkeits- und Druckmessungen

Numerische Simulation der Strömungen um Stäbe und Stabgitter

Dynamische Strömungsvorgänge in Stollen und an Grundablässen

Wasser-Luft-Gemisch in Strömungen des Wasserbaus

Energieverluste bei Einlaufrechen von Flusskraftwerken

Dichteströmung im Nahfeld von Räumern in Nachklärbecken, NKB III

Betrieb und optimale Schlammräumung in Nachklärbecken, NKB IV

Vollschlagen von Stollen und grossen Leitungen

Belüfter an Treppenschussrinnen

Gasblasenmessung, Zusammenarbeit mit der Zürcher Hochschule Winterthur, Abt. Biochemie (abgeschlossen)

Flussbau

Projekte 'Flussbau' Fliesswiderstand und Sohlenstabilität in Gebirgsflüssen 75

Sohlenmorphologie und Stabilität steiler Gerinne

Rheologie von Zweiphasenströmungen

Numerische Simulation von Murgängen

Geschiebetransport in mit Wildbachsperren verbauten Gerinnen

Morphological Dynamics in Braided Rivers

Einsatz von Ersatzmaterialien in physikalischen Modellen zur Nachbildung von Feinsedimenten

Schwemmholz - Rückhalt, Auskämmung, schadlose Weiterleitung

Numerik

Numerische Simulation von Extremereignissen an Abflussmessstationen Projekte 'Numerik' (SN F-Projekt)

Numerische Simulation von 20-Strömungen mit beweglicher Sohle (2dMB)

Numerische Simulation von Flusssystemen mit beweglicher Sohle (FLORIS)

Numerische Strömungsberechnungen, FEMTOOL FE-Programm

Numerische Simulation von Murgängen, Beratung für WSL Birmensdorf

Three dimensional numerical simulation of scouring and braided rivers

Glaziologie

Hydrologische und glaziologische Untersuchungen in vergletscherten Ein- Projekte 'Glaziologie' zugsgebieten (in Zusammenarbeit mit dem Institut für Hydromechanik und Wasserwirtschaft der ETH)

Gletscherbeobachtungsmessnetz:

Teilprojekt VAW: Messungen an den Gletschern Aletsch, Gries, Silvretta, Plattalva

Teilprojekt Glaziologische Kommission: Messungen an Gletscher­ zungen, Organisation und Auswertung der Erhebungen am Beobachtungsnetz, Redaktion der Gletscherberichte, Öffentlich• keitsarbeit

Unterhalt der Gletscher-Datenbank

Permafrostbeobachtungsmessnetz: 76

Messungen der Temperatur sowie der horizontalen und vertikalen Deformation in den Bohrlöchern im kriechenden Permafrost

Pegel-Messungen im Jungfraufirngebiet

Permafrost and Climate in Europe (PACE)

Unstable Alpine Permafrost: A potentially important natural hazzard

Untersuchung der Gletschermechanik des Unteraargletschers

Bestimmung der Massenbilanz vom Unteraargletscher mit indirekten Methoden

GPS-Messungen der Oberflächengeschwindigkeiten des Unteraar­ gletschers

Abfluss subglazialer Kanäle am Unteraargletscher

Modellierungen und Feldmessungen des Fliessverhaltens des Vatnajökull, Island

Theoretische Untersuchungen des Einflusses von Bettunebenheiten auf die Eisdeformation

Hydromechanische Kopplungsprozesse am Gletscherbett

Numerische Untersuchungen des Einflusses von Temperaturänderungen auf die Fliessgeschwindigkeit eines Blockgletschers

Subglaziale hydrologische Prozesse und deren Einfluss auf die Dynamik von alpinen Gletschern

Zeitliche Entwicklung der Struktur von subglazialen Sedimenten

Jahreszeitliche Entwicklung der Morphologie des subglazialen Abflusses

Eisdynamische Untersuchungen am Fiescher Sattel (in Zusammenarbeit mit dem Paul Scherrer Institut und der Universität Bern)

Kalbungsprozesse von arktischen Gletschern (in Zusammenarbeit mit dem Geographischen Institut der ETH)

A.2 Angewandte Forschung

Hydraulik

Aufträge 'Hydraulik' ATV, Deutschland: Schiessender Abfluss in 90° Vereinigungsschächten (abgeschlossen)

I RMA Hochwasser-Notfallplanung 77

Wasserbau

PSEL Projekt TBF, Wildegg: Aufträge 'Wasserbau' Betonabrasion in hydraulischen Systemen von Wasserkraftanlagen (abgeschlossen)

Gemeinde Vechingen, BE: Hochwasserschutz Stämpach, Beratung (abgeschlossen)

TBA Kanton Luzern: Entlastungskanal Willisau, Beratung

TBA Kanton Luzern: Reusswehr Luzern, Beratung zum Umbau-Vorprojekt

TBA Kanton Luzern: Enziwigger Willisau, Beratung über Schallemission an Sohlstufen

EWZ Zürich: KW Wettingen, wasserbauliche Modellversuche (abgeschlossen)

IUB AG, Bern: KW Rüchlig, Stauschwall, Naturmessung, numerische Berechnung (abgeschlossen)

GSB Acero SA, Spanien: Tundish IV Strömungsmodell (abgeschlossen)

Entsorgung und Recycling Zürich: Sanierung der Abwasser Zürich Nord (SAN), Bauwerke Glatt, wasserbauliche Versuche und Beratung

Entsorgung und Recycling Zürich: SAN, Anschluss-Stollen Glatt, Beratung

Entsorgung und Recycling Zürich: Wirbelfallschacht Weinbergstrasse, Beratung

Oberingenieurkreis III, Bern: Verbauung der Schüss nach der Taubenlochschlucht in Siel, Beratung

ARA Region Bern AG : Abflussmessung ARA Bern, Beratung

Amberg Ing.Büro AG Sargans: Entwässerung Vereinatunnel, Beratung (abgeschlossen)

Amberg Ing.Büro AG Sargans: 78

Verkehrsentlastung Rapperswil, Dükerbauwerk, Beratung

Ing.Büro Baumann, Horw: Nachklärbecken ARA Aarburg, Beratung (abgeschlossen)

Ch.Von Arx Arch., Solothurn: Expo 2002, Beratung (abgeschlossen)

Bezirksamt Baden: Gerichtsgutachten (abgeschlossen)

EKZ Kanton Zürich: KW Dietikon, Modellversuche zu Sohlensicherungsmassnahmen

BLS Alptransit: Rhonequerung Raron, Beratung zur Abrasion von Brückenpfeilern

Rothpletz, Lienhard + Cie AG: Zusammenschluss der Abwasserregion Langentental (ZALA), hydraulische Überprüfung von Schächten

Hunziker AG: ARA 2010 Region Luzern, Ausbau ARA Buholz, Beratung

GSA Kanton Bern: Kontrolle der Durchflussmessung auf Kläranlagen, Expertenbericht

LI Lahmeyer International GmbH: Gojeb Hydropower Project, Ethiopia wasserbauliche Modellversuche für den Grundablass und die Hochwasserentlastungsanlage

EWE Electrowatt Engineering Ltd.: Karahnjukar Hydroelectric Project, lceland Modellversuche zu Entüftungskonzept für Jökulsa Diversion Tunnel

EWE Electrowatt Engineering Ltd.: Deriner Dam, Beratung zur Talsperrenhydraulik und zur Strömungsmessung

Picatech Huber AG: Flockenfilterwirkung von Belebtschlamm bei rechteckigen Nachklärbecken mit Kettenräumerbetrieb, Messungen an Versucks-NKB

Ing.Büro Rapsch u. Schubert: KW Rheinfelden, Rechenverluste, Beratung

Landeswasserbauamt Bregenz: Bregenzerach, Verlandung des Mündungsbereiches, Beratung 79

Flussbau

Internationale Rheinregulierung: Aufträge 'Flussbau' Gutachten über die Ursache der Feinstoffablagerungen beim Übergang vom Doppeltrapezprofil zum einfachen Trapezprofil im Bereich der neuen Rheinmündung, Massnahmen zur Reduktion der Ablagerungen

Bundesamt für Wasser und Geologie: Integrale Studie zur Schwemmholzproblematik

Bundesamt für Wasser und Geologie: Sohlenmorphologie und Stabilität steiler Gerinne, Modellversuche zur Ableitung von Kriterien für die Beurteilung der Stabilität natürlicher Strukturen und für die Bemessung naturgerechter baulicher Massnahmen zur Stabilisierung steiler Gerinne

Bundesamt für Wasser und Geologie, Wasserbauverband Obere Gürbe: Modellversuche zum geplanten Holzrückhalterechen an der Gürbe bei Wattenwil

Bundesamt für Wasser und Geologie, Schwellenverband Emme II. Sektion: Modellversuche zur Entwicklung von Bemessungskriterien für aufgelöste Blockrampen zur Wiederherstellung der Längsvernetzung in der Emme

Tiefbauamt des Kantons Graubünden: Maschänserrüfe, Numerische Simulation des Fliess- und Ablagerungs­ verhaltens von Murgängen zwischen dem Geschiebesammler und dem Rhein (abgeschlossen)

Amt für Tiefbau des Kantons Uri: Riemenstaldnerbach, Modellversuche zur Gefährdung durch Schwemm­ holz und zum Rückhalt von Schwemmholz (abgeschlossen)

Entreprise de correction de la rive sud du lac de Neuchätel, Canton de Vaud: Participation au groupe de travail "erosion" qui s'occupe de la protection de cette rive (abgeschlossen)

Dienststelle für Strassen- und Flussbau des Kantons Wallis: lllgraben, Modellversuche zur Neugestaltung des lllgrabens in den Rotten und zur Ausleitung von Murgängen im Kegelbereich

Dienststelle für Strassen- und Flussbau des Kantons Wallis: Beratung im Zusammenhang mit der Realisierung von Sofort­ massnahmen an der Doveria bei Gondo (abgeschlossen) 80

Gemeinde Beckenried: Lielibach, Studie zum Geschiebetransport im Unterlauf (abgeschlossen)

Beffa Hydrodynamics, Schwyz: Beratung im Zusammenhang mit der Gestaltung eines Fischaufstiegs in Form eines natürlichen Umgehungsgerinnes beim Stauwehr Wichelsee an der Sarner Aa

KBM Bureau d'ingenieurs civils SA, Sion: Beratung im Rahmen des Gesamtprojekts "Pfynwald"

Limmat-Kraftwerke AG, Baden: Modellversuche zum geplanten Geschiebeabzug in Form einer Wirbel­ röhre im Zulaufkanal des Kraftwerks Schiffmühle (abgeschlossen)

Numerik

Aufträge 'Numerik' Durchströmung des künstlichen Beckens vor dem Paragon Building

Glaziologie

Aufträge 'Glaziologie' Kraftwerke Aegina AG, Ulrichen, durch Maggia Kraftwerke AG, Locarno, und Alusuisse, Zürich: Überwachung des Griesgletschers

Forces Motrices de Mauvoisin SA, Sion/Laufenburg: Fragen im Zusammenhang mit der Sicherheit der Stauanlage Mauvoisin in Bezug auf Gletscherstürze und Massenhaushalt des Glacier de Gietro

Forces Motrices de Mauvoisin SA, Sion/Laufenburg: Massenhaushalt und Bewegung im Zungengebiet des Glacier de Corbassiere

Kraftwerk Mattmark AG, Sion/Zürich: Untersuchung der hydrologischen und glaziologischen Verhältnisse im Mattmarkgebiet

Jungfraubahn AG, lnterlaken: Eissturzgefahr Mönch-Süd

Jungfraubahn AG, lnterlaken: Eissturzgefahr Eiger-West

Gemeinde Saas Fee: Othmarhang: glaziologische Abklärungen im Zusammenhang mit dem Bau eines Staubeckens 81

A.3 Mitarbeit in Kommissionen

Konferenz für Hochwasserschutz, Mitglied Bezzola, G.R.

Schweizerische Geomorphologische Gesellschaft, Vorstandsmitglied

Third International Conference on Debris-Flow Hazards Mitigation 2003, Mitglied des International Advisory Committee, Mitglied des Local Organizing Committee

American Society of Civil Engineers (ASCE), Reviewer Boes, R.

International Association for Hydraulic Research and Engineering (IAHR), Mitglied

Journal ,,Environmental Fluid Mechanics", Dordrecht, Niederlande, Reviewer

Journal of Hydraulic Engineering, Reviewer

Journal ,,Courrier du Savoir'', Algerien, Membre du Comite Scientifique

Ercoftac, Scient. Member Fäh, R.

Bergführerkommission des SAG, Mitglied Funk, M.

Landeskomitees IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics), Mitglied

Glaziologische Kommission der SANW, Mitglied

Kommission für Expertisen bei Bergunfällen (Schweizersicher Berg­ führerverband), Mitglied

American Society of Civil Engineers (ASCE), Journal of Hydraulic Hager, W.H. Engineering, Assoc. Editor

American Society of Civil Engineers (ASCE), Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Reviewer

International Association for Hydraulic Research (IAHR), Journal of Hydraulic Research, member of Editorial Board

Abwassertechnische Vereinigung (ATV), Kommission ES-2.2, Aus­ schussmitglied

Journal of Water, Maritime and Energy, Proceedings Institution Civil Engineers, London, U.K., Reviewer

Canadian Journal of Civil Engineering, Reviewer

Journal Excerpta, ltaly, Reviewer

IAHR, Hydraulic structures section, secretary

Journal of Experiments in Fluids, Reviewer

Journal of Hydropower and Dams, Member of Scientific Board

Sciences et Technologies, Constantine, Algerie, membre du comite 82

SNF, Schweiz. Nationalfonds, Reviewer

Hollenstein, R. Mensakommission, Mitglied

Meusburger, H. Departementskonferenz D-BAUG, Mitglied

Minor, H.-E. Schweizerisches Talsperrenkomitee, Mitglied des Vorstandes, Mitglied der Technischen Kommission

Kompetenzzentrum Naturgefahren CENAT, Mitglied

CENAT-Gruppe der ETH Zürich, Mitglied

Beförderungskommission ETH Zürich, Mitglied

Wahlvorbereitungskommission Assistenzprofessur Risiko und Sicherheit 2000, Mitglied

Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband Vorstandsmitglied Konferenz für Hochwasserschutz KOHS, Mitglied

Kommission für Hochwasserschutz im SWV, Mitglied

International Association for Hydraulic Research and Engineering IAHR, Mitglied

Scientific Board des Leonhard Euler Center Schweiz Pilot Center des ERCOFT AC, Mitglied

SIA, schweizerischer ingenieur- und architektenverein, Mitglied der Standeskommission der Berufsgruppe Ingenieurbau

Berufungskommission für die Professur "Alpine Naturgefahren der Universität für Bodenkultur, Wien", Mitglied

Wahlvorbereitungskommission Assistenzprofessur "Glaziologie", Mitglied

Unterrichtskommission D-BAUG, Mitglied

Habilitationskomission der Universität kfür Bodenkultur, Wien, Mitglied

Vetsch, D. Ercoftac, Scient. Member

Volkart, P. IAHR Section on Experimental Techniques on Physical Modelling, Co­ opted member

VSA, Kommission Messtechnik in der Siedlungsentwässerung, Mitglied

Vonder Mühll, D. Glaziologische Kommission der SANW, Delegierter für Permafrost

Schweizerische Geophysikalische Komm. der SANW, Mitglied

SANW-Koordinationsgruppe Permafrost, Leiter

Council of the International Permafrost Association (IPA), national delegate

Schweizerische Geomorphologische Gesellschaft SGmG, Präsident

WG Data quality control, IPA GTN-P, member 83

A.4 Wissenschaftliche Publikationen (61)

Aöalgeirsd6ttir, G. , Björnsson, H., and Gudmundsson, G., Sensitivity of the size of the Vatnajökull ice cap, lceland to different climatic forcing, Eos Trans. AGU, 81 (48):F438. Fall Meet. Suppl.

Aöalgeirsd6ttir, G. , Gudmundsson, G. H. , and Björnsson, H., Modeling the response of Vatnajökull to different climate change scenarios, Geophysical Research Abstract, volume 3, Nice, France. European Geophysical Society.

Akan, 0 ., Hager, W.H., Design aid for grass-lined channels, Journal of Hydraulic Engineering 127(3): 236-237

Baltsavias E. , Favey E., Bauder A., Bösch H. and Pateraki M, Digital surface modelling by airborne laser scanning and digital photogrammetry for glacier monitoring, Photogrammetric Record, 17(98), p.243-273

Bauder, A., Bestimmung der Massenbilanz von Gletschern mit Fernerkundungsmethoden und Fliessmodellierungen, VAW Mitteilung 169, 171 s Bauder A., Vieli A. und Hoelzle M., Die Gletscher der Schweizer Alpen - Les glacier des Alpes suisses 1999/00, Die Alpen - Les Alpes (Zeitschrift des Schweizer Alpen-Club), 77(10/2001), p. 22-32

Bezzola, G.R., Schwemmholz - Rückhalt oder Weiterleitung? wasser, energie, luft, (93), 9/10, 247-252

Boes, R. , Hochwasserentlastung für schiessenden Zufluss, Proc. JuWi­ Treffen, Modellversuch oder computergestützte Simulation?, Institut für konstruktiven Wasserbau, TU Wien: 10-12

Boes, R., Minor H.-E., lnception point characteristics of stepped spillways, Proc. 29'h IAHR Congress, Peking

Boes, R. ,Volkart, P., Hochwasserentlastung eines steilen Dorfbaches, wasser, energie, luft, Heft 7/8

Dei Giudice, G., Hager, W.H., Supercritical junction flow in sewer manholes, Proc. 29th IAHR Congress, Peking 2, 466-472

Dei Giudice, G., Hager, W.H., Supercritical flow in 45° junction manhole, Journal of Irrigation and Drainage Engineering 127(2): 100-108

Fischer, U. H. and Clarke G.K.C, Review of subglacial hydro-mechanical coupling: Trapridge Glacier, Yukon Territory, Canada, Quaternary International, 86(1 ), 29-43

Fischer, U. H., Porter P., Schuler T. , Evans A. and Gudmundsson H., Hydraulic and mechanical properties of glacial sediments beneath Unteraargletscher, Switzerland: implications for glacier basal motion, Hydrological Processes 15(18), 3525-3540

Fritz, H.M. , Hager, W.H., Minor, H.-E. , Lituya Bay case: rockslide impact 84

and wave run-up, Science of Tsunami Hazards 19(1):3-22

Funk M., Lüthi M. , On the stability of steep glaciers, Geophysical Research Abstracts, volume 3, Nice, France. European Geophysical Society

Funk, M. Vieli A., Minor, H.-E., Über den Einfluss von Gletscherschwankungen auf den Wasserhaushalt: Ergebnisse einer 40- jährigen Messreihe im Einzugsgebiet des Griesstauwerkes, Internationales Symposium: Wasserkraft die erneuerbare Energie, Chur, Chur, 18.-19.10.01, Verbandschrift 65 des Schweizerischen Wasser­ wirtschaftsverbandes, S. 75-85

Funk, M., Minor, H.-E., Eislawinen in den Alpen: Erfahrungen mit Schutzmassnahmen und Früherkennungsmethoden, Wasserwirtschaft 91 , 7-8, 2001 , 362-368

Gisonni, C., Hager, W.H., Hydraulic features of supercritical bend flow, 1 Proc. 29 h IAHR Congress, Peking 1, 229-235

Gudmundsson, G. H., Analytical investigation of the transient evolution of short-scale surface features on ice streams and ice sheets, Eos Trans. AGU , 81 (48):F427. Fall Meet. Suppl.

Gudmundsson, G. H., Comparison of the theoretical response of ice sheets to zeroth- and first-order basal perturbation, Geophysical Research Abstracts, volume 3, Nice, France. European Geophysical Society

Hager, W.H., Swiss contribution to water hammer theory, Journal of Hydraulic Research 39(1): 3-10.

Hager, W.H., Pfeiler- und Widerlagerstau an Brücken, Oesterreichische Wasserwirtschaft 53(1 /2) : 17-27

Hager, W.H., Forum Article: Karl Emil Hilgard, Swiss hydraulician and sponsor of ASCE paper award, Journal of Hydraulic Engineering 127(2): 91-92

Hager, W.H ., Gauckler and the GMS formula, Journal of Hydraulic Engineering 127(8): 635-638

Hager, W.H ., Dei Giudice, G. , Discussion to movable bed roughness in alluvial rivers, Journal of Hydraulic Engineering 127(2): 627-628

Hager, W.H., Oliveto, G., Simplified Shields condition for sediment 1 transport inception, Proc. 29 h IAHR Congress, Peking 2, 264-269

Hager, W.H., Die Entwicklung des Tosbeckens anhand der Beiträge von Theodor Rehbock und Josef Einwachter, Wasserwirtschaft 91 (6): 292- 295

Hager, W.H., Charles Jaeger - Ein bedeutender Hydrauliker der Schweiz, Tec21 (16/17): 29-31

Hager, W.H., Schiessende Abflüsse in Schächten von Kanalisationen, 85

Gas-Wasser-Abwasser 81 (7): 465-471

Hager, W.H., Rudolf Siel und die Fliessformeln seiner Zeit, Gwf/Gas, 142 (12), 876-879

Hager, W.H ., Dei Giudice, G., Schiessender Abfluss im 45°-Vereini­ gungsschacht, Korrespondenz Abwasser 48(4): 478-482

Hager, W.H., Oliveto, G. , Vereinfachte Shields Bedingungen im Wasserwesen, Gwf-wasser/abwasser 142(5): 373-376

Hauck, C., Guglielmin, M., lsaksen, K. and Vonder Mühll, D., Applicability of frequency- and time-domain electromagnetic methods for mountain permafrost studies, Permafrost and Periglacial Processes 12 (1)

Hauck, C., Geophysical methods for detecting permafrost in high mountains, VAW Mitteilung Nr. 171

Hauck, C. , Untersuchung von Permafrost in den Hochgebirgen Europas mit Hilfe geophysikalischer Messmethoden, Jahrestreffen der AG Hochgebirgsökologie, 22.-24.6. 2001 , Trier, Germany

Hauck, C. and Vonder Mühll, D. , Comparing different geophysical techniques for detecting and characterising permafrost in high mountain regions, 1" European Permafrost Conference, 26.-30.3.2001 , Rome, ltaly

Hoelzle, M. und Maisch, M. , The Swiss Glaciers 1997/98 and 1998/99. Glaciological Report No. 119/120, Glaciological Commission of the Swiss Academy of Sciences (GK/SANW) and Laboratory of Hydraulics, Hydrology and Glaciology at the ETH Zurich (VAW/ETHZ)

Hollenstein, R., Hochwassersituation und Schwallentwicklung beim KW Rüchlig - Untersuchte Lastfälle, Tagungsband, 3. JuWi-Trefen in Wien vom 11 .-13. Juli 2001 lverson, N. R. , Hooyer T. S, Fischer, U. H. Cohen, Jackson, D. Moore, G., Lappegard, G. and Kohler, J., A bed-deformation experiment beneath Engabreen, Norway, EOS Transactions AGU 82(47), Fall Meeting Supplement, Abstract IP22C-04

Jacobs, F., Winkler, K., Hunkeler, F, Volkart, P. , Betonabrasion im Wasserbau, VAW Mitteilung 168

Kneisel, C., Hauck, C. and Vonder Mühll, D., Permafrost below the timberline confirmed and characterized by geoelectrical resistivity measurements, Bever Valley, eastern Swiss Alps, Permafrost and Periglacial Processes 11 (4), 295-304

Kohli, A., Hager, W.H., Building scour in flood plains, Water and Maritime Engineering 148(2): 61-80.

Krüger, S., Olsen, N.R.B, Shock-wave computation in channel contractions, Proc. 29mIAHR Congress, Peking

Krüger, S., Computational contribution to highly supercritical flows, VAW Mitteilung 167 86

lange, D., Holzrückhalterechen an der Gürbe, TU Wien, Tagungsband 3. JUWl-Treffen, 17-19

Lüthi M. and Funk M., Modelling heat flow in a cold high-altitude glacier: interpretation of measurements from Colle Gnifetti, Swiss Alps, Journal of Glaciology, Vol 47, No 157, p 314-324

McArdell, B.W., Faeh, R., A Computational lnvestigation of River Braiding, Gravel-bed Rivers V, Edited by New Zealand Hydrological Society lnc., Christchurch, New Zealand

Meusburger, H. Volkart, P., Minor, H.-E., A New lmproved Formula for Calculating Trashrack Losses, Proc. 29'h IAHR Congress, Peking

Meusburger, H., Rutishauser, K. , Volkart, P. , Minor, H.-E., Einfluss der Teilverlegung auf die Energieverluste am Einlaufrechen; Theorie und Praxis, wasser, energie, luft, Heft 11/12

Minor, H.-E., Boes, R. , Hydraulic Design of Stepped Spillways, Proc. 29'h IAHR Congress, Peking

Oliveto, G., Hager, W.H., Clear-water pier and abutment scour, Proc. 29'h IAHR Congress, Peking 1, 7-12

Oliveto, G., Hager, W.H., Pfeiler- und Widerlagerkolke an Brücken, Wasser Energie Luft 93(1 /2): 21-24

Roth, M., Weber, M., Bezzola.G.R., Physical Modelling of Sediment Deposits in a River Delta - A Case Study: The Alpenrhein Delta in Lake Constance, Proc. 29th IAHR Congress, Peking

Roth, M., Konzepte des Geschieberückhalts, wasser, energie, luft, (93), 9/10, 243-246

Schuler, T., Fischer U.H., Sterr R., Hock R. and Gudmundsson H., Comparison of modeled water input and measured discharge prior to a release event: Unteraargletscher, Bernese Alps, Switzerland, Nordic Hydrology (in press)

Schuler, T. , Fischer U. and Gudmundsson H., Changing subglacial flow conditions as revealed by dye tracer studies, Geophysical Research Abstracts, volume 3, Nice, France. European Geophysical Society

Sulzer, S., Kinzelbach, W., Rutschmann, P., Inverse modelling to estimate flood discharge in rivers, Festsymposium Wasserwirtschaft im Wandel, Kassel, Germany (invited paper)

Sulzer, S., Rutschmann, P., Kinzelbach, W., Flood discharge prediction using two-dimensional inverse modelling, ASCE J. Hydr. Engrg., 128/1.

Suter, S., Laternser, M., Haeberli, W., Hoelzle, M., and Frauenfelder, R. , Cold firn and ice of high-altitude glaciers in the Alps: Measurements and distribution modelling, Journal of Glaciology, 47(156): 85-96

Suter, S. and Hoelzle, M., Energy Balance at a cold firn saddle (Seserjoch, Monte Rosa). EGS Research Abstracts, 3, 26th General 87

Assembly, Geophysical Research Abstracts, volume 3, Nice, France. European Geophysical Society

Vetsch, D. , Faeh, R., Validation of a numerical model to simulate the Rhine river delta at the lake of Constance, Proc. 3rd International Symposium on Environmental Hydraulics, Tempe, Arizona, USA, Dec. 5- 8, 2001

Vieli A., Funk M. , Blatter H., Flow dynamics of tidewater glaciers: a numerical modelling approach, Journal of Glaciology (in press)

Vonder Mühll, D., Hauck, C. , Gubler, H., McDonald, R. and Russill, N., New geophysical methods of investigating the nature and distribution of mountain permafrost, Permafrost and Periglacial Processes 12 (1) Winkler, K., Räumung in Nachklärbecken von Abwasserreinigungs­ anlagen, VAW Mitteilung 170

A.5 Vorträge von Mitarbeitern der VAW

A) Eingeladene Vorträge vor wissenschaftlichen Gremien

Schwemmholz - Rückhalt oder Weiterleitung? Fachtagung Hoch- Bezzola, G.R. wasserschutz, Siel

Holzrückhaltevorrichtungen, Studienreise des österreichischen forst­ technischen Dienstes für Wildbach- und Lawinenverbau, Samen lnception point characteristics of stepped spillways, 29th IAHR Congress, Boes, R. Peking

Two-Phase Flow Characteristics and Design of Stepped Spillways, Nihon University, Tokyo

Model Study on a Flood Discharge Scheme in a Steep Creek, Yamanashi University, Kofu

Neue Entwicklungen und Methoden im wasserbaulichen Versuchswesen, Leichtweiss-lnstitut für Wasserbau, TU Braunschweig, Braunschweig

Treppenschussrinne - eine moderne Hochwasserentlastungsanlage, Jahrestagung des Schweizerischen Talsperrenkomitees (STK), Bern

Walzbeton im Wasserbau, University of Applied Science, Ningbo,China

Hochwasserentlastung für schiessenden Zufluss am Beispiel eines Schweizer Mittellandbaches. 3. Treffen junger Wissenschafter von Wasserbauinstituten deutschsprachiger Hochschulen und Universitäten "Modellversuch oder computergestützte Simulation?", 3. JuWi - Treffen 88

Treffen junger Wissenschaftler von Wasserbauinstituten deutsch­ sprachiger Hochschulen und Universitäten, Wien

Fischer, U.H. Die Bedeutung von subglazialen Prozessen in der Gletscherdynamik und bei Gletschernaturgefahren, ETH-Zürich, Zürich

Hydraulic and mechanical properties of glacial sediments beneath Unter­ aargletscher, Switzerland: implications for glacier basal motion, Department of Geology and Geophysics, University of Edinburgh, Edinburgh

Funk, M On the dynamics of Jakobshavn lsbrae, Physics institute, University of Bern, January 29, 2001 , Bern

Gletscher und Wasserkraft, Internationales Symposium: Wasserkraft die erneuerbare Energie, Chur

Funk, M. and Lüthi, M. On the stability of steep glaciers, Methods of applied mathematics and mechanics in an environmental, geophysical and climatological context. March 18-23, Seeheim-Jugenheim, Germany

Gudmundsson, H. Analytische und numerische Modelle in der Glaziologie Climate and environmental physics, Physics institute, University of Bern, Bern

Fliessmodellierungen von Gletschern, Institut für Geotechnik, ETH. Kolloquien WS 2200/01, Zürich

On the importance of first-order stresses in glaciers and ice sheets, Methods of applied mathematics and mechanics in an environmental, geophysical and climatological context. March 18-23, Seeheim­ Jugenheim, Germany

Hager, W.H. Wasserbau in der Schweiz, Forum Architektur Ostschweiz, St. Gallen

Sonderbauwerke in Kanalisationen, NDS EPFL Lausanne, Lausanne

Dimensionnement des canalisations, Colloque bleu, Lausanne

Cavity flow from circular pipes, K. Hutter zum 60. Geburtstag, Darmstadt Simplified Shields condition for sediment transport, 29•h IAHR Congress, Peking

Hydraulic features of supercritical bend flow, 29th IAHR Congress, Peking

Clear-water and abutment scour, 29th IAHR Congress, Peking

Shields entrainment condition, University of Wuhan, Wuhan

Bridge scour, University of Tianjin, Tianjin

European hydraulicians, Nihon university, Tokyo

ETH et IEN: Cas de Hahn, Universite de Nancy, Nancy

90°-Vereinigungsschacht, ATV, Berlin

Kramer, K. Luftaustrag in Hochgeschwindigkeitsabflüssen, 3. JuWi - Treffen Treffen junger Wissenschaftler von Wasserbauinstituten deutsch­ sprachiger Hochschulen und Universitäten, Wien 89

Messungenauigkeiten im Zufluss von Kanalvereinigungen und ihre Krüger, s. Auswirkungen: Eine numerische Untersuchung für überkritische Strömungszustände, Darmstädter Wasserbaukolloquien, TU Darmstadt, Darmstadt

Holzrückhalterechen an der Gürbe, 3. JUWl-Treffen, TU Wien lange, D.

Braided rivers with a limited width, 7th lnt. Conference on Fluvial Marti, C. Sedimentology, Lincoln, Nebraska, USA

1 A New lmproved Formula for Calculating Trashrack Lasses, 29 h IAHR Meusburger, H. Congress, Peking

Schäden an Schussrinnen - Lösungsansätze zur Vermeidung, Tech- Minor, H.-E. nische Universität, München

Der neue Studienplan der Bauingenieure an der ETH Zürich, Technische Universität, Wien

Buhnen - eine Herausforderung an die Modellierung, Technische Universität, München

Physical modelling of sediment deposits in a river delta Case study: The 1 Alpenrhein delta in Lake Constance, 29 h IAHR Congress, Peking

1 Hydraulic design of stepped spillways, 29 h IAHR Congress, Peking

Konzepte des Geschieberückhalts, Fachtagung Hochwasserschutz, Siel Roth, M.

Modellierung des Rheindeltas in den Bodensee, Kolloquien der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, Zürich

Physical and numerical debris flow simulation at VAW and required Schatzmann, M. nature parameters, Workshop on Debris Flow Monitoring, Swiss Group for Operational Hydrology & Shiga University, Joint Research Center, BWG, lttigen-Bern

Numerical simulation of morphological development of the river Rhine at Vetsch, D. the lake of Constance, 3'd International Symposium on Environmental Hydraulics, Tempe, USA

Lattice-gas cellular automata and lattice Boltzmann models, Gelbes Kolloquium, VAW

Durchflussmessung: Grundlagen, Anwendung, 2 Referate anlässlich der Volkart, P. VSA Tagung "Projektierung, Installation und Betrieb von Messgeräten für Kanalisationen und Kläranlagen", VSA Gruppo Svizzera ltaliana, Lugano- Trevano

B) Sonstige Vorträge vor wissenschaftlichen Gremien

Modeling of Vatnajökull, lceland, Alpine Glaciologist Meeting (AGM) Aöalgeirsd6ttir, G. 2.02.01, Munich 90

Modeling the response of Vatnajökull to differenc climate change scenarios, 25'h General Assembly, European Geophysical Union, Nice

Bauder, A. Analysis of thickness and volume changes of Unteraargletscher (Bernese Alps, Switzerland) over the last 70 years, 25'h General Assembly, European Geophysical Union, Nice

Feasibility of Mass-Balance Determination using Remote Sensing Methods and Numerical Flow Modeling, AGU, 2001 Fall Meeting, San Francisco

Bezzola, G.R. Bank Protection Measures, Workshop Flood protection Transcarpatia, Zürich

Boes, R. Treppenschussrinne - eine moderne Hochwasserentlastungsanlage. Jahrestagung des Schweizerischen Talsperrenkomitees (STK), Bern

Walzbeton im Wasserbau, University of Applied Science, Ningbo, China

Fischer, U.H. Subglacial sediment deformation: a new approach to longstanding questions, Alpine Glaciologist Meeting (AGM), Munich

Excess pore-water pressures in subglacial sediments: implications for glacier basal motion, Joint Annual Meeting of the Canadian Geophysical Union (CGU) and the Eastern Snow Conference (ESC), Ottawa

Die Bedeutung von subglazialen Prozessen in der Gletscherdynamik und bei Gletschernaturgefahren, ETH-Zürich, Zürich

Funk M., Lüthi M. On the stability of steep glaciers, 25•h Assembly, March 25-30, 2001. European Geophysical Union, Nice

Gudmundsson, G. H The relation between bottom and surface topography of temperate ice caps, MAGICS Meeting (AGM), Feb.22-23, 2001 , Stockholm

Comparison of the theoretical response of ice sheets to zeroth- and first­ order basal perturbation, 25'h Assembly, March 25-30, 2001. European Geophysical Union, Nice

Analytical investigation of the transient evolution of short-scale surface features on ice streams and ice sheets, Eos Trans. AGU, 81 (48):F427. Fall Meet. Suppl., San Francisco

Inverse modeling of surface data on ice streams and ice sheets, Alpine Glaciologist Meeting (AGM), Feb. 22-23, 2001, München

Hauck, Ch. Comparing different geophysical techniques for detecting and characterising permafrost in high mountain regions, 5'h Alpine Glaciology Meeting (AGM), München

Comparing different geophysical techniques for detecting and characterising permafrost in high mountain regions, 1" European Permafrost Conference, Rom

Untersuchung von Permafrost in den Hochgebirgen Europas mit Hilfe geophysikalischer Messmethoden, Jahrestreffen der AG Hochgebirgsökologie, Deutsche Geographische Gesellschaft 91

lmplication for glacier dynamics derived from borehole inclinometer Helbing, J. measurements, Alpine Glaciologist Meeting (AGM), Feb. 22-23, 2001 , München

Field measurements and numerical modeling of the decay of the medial 1 moraine on Unteraargletscher, Switzerland, 25 h Assembly, March 25-30, 2001. European Geophysical Union, Nice

Overrriding or Plug-Flow: the Advance of Rock Glaciers over Different Leysinger Vieli, G. Ground, AGU, 2001 Fall Meeting, San Francisco

Braided alpine rivers, Workshop Flood protection Transcarpatia, Zürich Marti, C.

Hanging glaciers: stability and breaking off, Annual meeting EC project Pralong, A. glaciorisk, Fjaerland

Swiss Hazardous Glacier lnventory, Annual meeting EC project glaciorisk, Raymond, M. Fjaerland

FEMTOOL Workshop, VAW interne Weiterbildung, Zürich Rutschmann, P.

Analysis of tracer tests performed at Unteraargletscher, Switzerland, Schuler, T. Alpine Glaciologist Meeting (AGM), Feb. 22-23, 2001, München

Daily changes in subglacial flow conditions derived from dye tracer experiments, 25th General Assembly, March 25-30, 2001. European Geophysical Union, Nice

Changing subglacial flow conditions as revealed by dye tracer studies, Joint Annual Meeting of the Canadian Geophysical

Union (CGU) and the Eastern Snow Conference (ESC), Ottawa

Subglacial flow conditions assessed by dye tracer studies and numerical modeling, 6th Scientific Assembly of the International Association of Hydrological Sciences (IAHS), Maastricht

Borehole temperatures of cold firn areas in the Alps: spatial occurrence Suter S. and Hoelzle, M. and statistical models, International Symposium on lce Cores and Climate, Kangerlussuaq, Greenland

1 Energy Balance at a cold firn saddle (Seserjoch, Monte Rosa), 25 h General Assembly, European Geophysical Union, Nice

Glacio-meteorology and ice patches, ALPCLIM Workshop Chamonix, Chamonix

On the Dynamics of Tidewater Glaciers. International meeting at Vieli, A. Glaciology Center, Bristol University, Bristol

C) Vorträge vor nicht wissenschaftlichen Gremien

Glaziologische und hydrologische Messungen und Beobachtungen am Bösch, H. 92

Allalingletscher im 20. Jahrhundert, Allgäuer Skiverband e.V., Jahresfortbildungskurs St. Antönien, St. Antönien

Heisswasserbohrungen und Messungen am Unteraargletscher, Allgäuer Skiverband e.V., Jahresfortbildungskurs St. Antönien, St. Antönien

Minor, H.-E. Das Studium der Bauingenieurwissenschaften an der ETH Zürich, Maturandinnen und Maturanden des Kantons St. Gallen, Kantonsschule St. Gallen

Schuler, T. Gletscher in Wechselwirkung mit unserer Umwelt, Senioren-Universität Schaffhausen, Schaffhausen, Deutschland

Einführung in die Gletscherkunde, Schweizer Bergführer-Verband, Aspirantenkurs, Steingletscher

D) Presseartikel

Bauder, A. Weiterer Rückzug von Schweizer Gletschern (Kritische Situation bei der Zunge des Trittgletscher), Neue Zürcher Zeitung, 29 .12.2001, Nr. 302

Fritz, H.M. Riesenwellen, Tele-Magazin: 41 /2001

Gigantische Flutwellen, BerlinerMorgenpost, 20.12.2001

Geiger, E. Wie fliesst das Wasser bei einem Stauwehr? - Modellversuche für das Flusskraftwerk Wettingen, Neue Zürcher Zeitung

Hager, W.H. Wasserwand von biblischen Ausmassen, Facts 35/2001: 97

Minder, D. Insel zur Staumauer geschoben - Wettingen; Hydraulische Modell­ versuche an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Aargauer Zeitung

Volkart, P. Modell Wettingen, Neue Zürcher Zeitung und Aargauer Tagblatt

E) Andere Veranstaltungen

Fritz, H.M. La Palma Welle, Pro7-TV: Welt-der-Wunder, 21 .10.2001

Impulswellen, D-BAUG Tag der offenen Tür: 12.05.2001

Horizont, Kunst am Bau: Heilpädagogische Schule ZH

Hager, W.H. Gebirgssturz im Labor (A), Deutschlandfunk, Forschung aktuell - Aus Naturwissenschaft und Technik, Forschung am Morgen in "Information am Morgen"

Hollenstein, R. Aktuelle Untersuchungen der NKB-Forschung, 8. NKB-Treffen in Zürich, vom 5. Oktober 2001 93

Kriterien zur optimalen Schlammräumung in Nachklärbecken, Tagungsband, 8. NKB-Tretfen in Zürich vom 5. Oktober 2001

Die Mündung des Alpenrheins in den Bodensee - Physikalische und Vetsch, D. numerische Modellierung, Im Rahmen des Zürcher Festival des Wissens am Tag der offenen Tür des Departements BAUG (Film)

Assistenz für Versuchsanstalt Hydraulik Glaziologie Wasserbau für Wasserbau Prof. Dr. W.H.Hager Dr. M.Funk B.Zünd Dr. P. Volkart

Konstruktiver Angewandte Flussbau Wasserbau Numerik Dr. P. Volkart Dr. R. Fäh Dr. G.R.Bezzola