Original paper

Fractional bedload transport during small floods in a regulated gravel-bed river

Vericat, Damià; Batalla, Ramon J.

Abstract

Fractional bedload transport during small floods (< q2) was studied in the regulated gravel-bed Ebro River during the period 2003-2004. This paper analyses the relations between shear stress and particle entrainment and hiding, the relation between discharge and fractional bedload transport, and quantifies overall sediment export from the study reach. Analysis is based on bedload samples collected during small floods and bed grain-size distributions obtained at the beginning and at the end of the study period. Data indicate that, under the existing supply-limited conditions, partial transport controls the progressive coarsening of the bed-surface materials in the reach. This process affects sediment entrainment by increasing particle hiding and reducing dimensionless critical shear stress. In addition, a reduction of bed-load transport rates occurs as a consequence of the lower availability of gravel fractions on the bed surface, which are mobilised and not replaced from upstream. These sedimentary processes caused a progressive reduction (almost 50%) in the net export of sediment of all size-classes from the reach during the study period.

Kurzfassung

Die Studie analysiert die Beziehung zwischen Schubspannung und Partikelablösung und -protektion, die Beziehung zwischen maßgeblichem Abfluss und Geschiebetransport und quantifiziert den Sedimentexport. Die Analyse basiert auf Geschiebefrachtproben, die während Abflussereignisse und Daten zur Partikelgrößenverteilung, die am Anfang und Ende der Bemessungsperiode gesammelt wurden. Die Beobachtungen zeigen, dass unter bestehenden Zufuhr-limitierten Bedingungen ein partieller Transport die fortschreitende Vergröberung des Flussbettmaterials kontrolliert. Dieser Prozess beeinflusst die Sedimentablösung durch eine vergrößerte Partikelprotektion und durch die Reduzierung der dimensionslosen Schubspannung. Darüber hinaus kommt es zu einer Reduzierung von Geschiebefrachttransportraten durch die verringerte Verfügbarkeit der Kiesfraktion auf der Flussbettoberfläche, welche mobilisiert aber nicht von stromaufwärts ersetzt wird. Diese Sedimentprozesse verursachten die fortschreitende Reduzierung (nahezu 50%) des Nettoexports von Sedimenten aller Größenklassen aus dem Flussabschnitt während der Beprobungsperiode.

Résumé

Le travail fait attention à la relation entre l'effort de cisaille de l'eau et le seuil de mouvement et la protection des particules dans le fond, sur la relation entre charriage de fond et compétence du flux et finalement on quantifie l'exportation du sédiment. Les analyses, réalisées au debout et à la fin du période, ont été basées en la recollection des échantillons obtenus pendant les crues et la distribution granulométrique des matériaux sédimentaires. Les observations indiquent que un transport partiel contrôle le progressive grossissement des particules de la surface du chenal par une limitation des apports de l'amont de la rivière. Ce processus affecte à la mobilité du sédiment par un accroissement de la protection des particules et la réduction du effort de cisaille critique adimensionel. Encore plus, une réduction du transport du charriage de fond a lieu en relation à la diminution des éléments gros (cailloux, sables) du fond, qui ont été mobilisés mais non renouvelés de la partie supérieur. Ces processus sédimentaires ont été les responsables d'une progressive réduction (minimum 50%) de l'exportation de toutes les classes granulométriques observé pendant le cours de l'étude en dessous des barrages.