Original paper

Quantification and Modeling of Fluvial Bedload Discharge from Hillslope Channels in two Alpine Catchments (Bavarian Alps, Germany)

Haas, Florian; Heckmann, Tobias; Wichmann, Volker; Becht, Michael

Abstract

Fluvial activity in hillslope channels play a major role for the geomorphic system in alpine catchments as they link sediment sources in the upper parts of the catchment to the channel network. Within the framework of the SEDAG Project (Sediment Cascades in Alpine Geosystems) it was the aim of the presented work to measure the fluvial bedload discharge from such hillslope channels in two catchments in the northern Alps between 2000 and 2006 using 33 sediment traps. In combination with geospatial and statistical analyses, these data made it possible to identify those parameters that influence the fluvial bedload discharge. The spatial variability of the mean annual fluvial bedload discharge can be statistically explained by the size of the sediment contributing area. This area is derived by a rule based approach which includes distance to channel, slope and vegetation cover. Based on these results, a statistical model for the Lahnenwiesgraben was developed to predict mean annual bed load using the regression between measured bedload discharge and the size of the sediment contributing area. The model was successfully validated using the measured bed load discharges in a second catchment (Reintal). Thus, by using the model it is possible to regionalize fluvial bedload discharge in the hillslope channels of both catchments and to identify those channels which have a very high sediment output. Furthermore it is possible to calculate the sum of mean annual fluvial bed load input to the main channel (torrent) from all coupled hillslope channels for both catchments.

Kurzfassung

Fluviale Hangprozesse sind ein wichtiger Bestandteil des geomorphologischen Prozessgeschehens in alpinen Einzugsgebieten, da diese häu als Bindeglied zwischen dem Hauptgerinne und den weiter oberhalb in einem Einzugsgebiet liegenden Schuttdepots fungieren. Im Rahmen des SEDAG Projektes (Sediment Kaskaden in Alpinen Geosystemen) war es das Ziel der vorliegenden Arbeit den fluvialen Geschiebeaustrag aus Hanggerinnen in zwei Untersuchungsgebieten der nördlichen Kalkalpen durch den Einsatz von 33 Sedimentfallen zwischen 2000 und 2006 detailliert zu messen. In Verbindung mit digitalen Reliefanalysen und statistischen Auswertungen, konnten durch diese Daten diejenigen Parameter identifiziert werden, die den fluvialen Geschiebeaustrag aus Hanggerinnen maßgeblich beeinflussen. Räumliche Variabilitäten in den mittleren jährlichen Austragsraten lassen sich statistisch am besten mit der Größe der sedimentliefernden Fläche erklären. Diese wird durch einen regelbasierten Ansatz abgeleitet, der die Vegetationsbedeckung, die Entfernung zum Gerinne und die Hangneigung berücksichtigt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde ein statistisches Modell entwickelt, das den Zusammenhang zwischen fluvialem Geschiebeaustrag aus den Hanggerinnen und der Größe der sedimentliefernden Fläche verwendet. Um das Modell zu validieren, wurde dieses auch im zweiten Untersuchungsgebiet (Reintal) eingesetzt und das Ergebnis mit den dort gemessenen Geschiebeausträgen verglichen. Die Vorhersage des fluvialen Geschiebeaustrag im Reintal durch das Model war sehr gut. Die Anwendung des Models bietet nun die Möglichkeit den fluvialen Geschiebeaustrag für alle Hanggerinne der beiden Untersuchungsgebiete zu regionalisieren und so Hanggerinne zu identifizieren, die einen hohen Sedimentaustrag aufweisen. Darüber hinaus ist es möglich die Summe des Geschiebeeintrags durch alle gekoppelten Hanggerinne in die Hauptbäche beider Untersuchungsgebiete zu berechnen.

Keywords

fluvial erosionbedload dischargesediment trapsmodelingalps