Funktionsdiagramm

Das Funktionsdiagramm ist eine Abbildung, die alle natürlichen Funktionen eines Gewässers, in Abhängigkeit der Mobilitätsbreite (Gewässerbreite zwischen zwei befestigten Ufern resp. nicht befestigte Gewässerbreite), im zur Verfügung stehenden Gewässerraum darstellt. Einige natürliche Funktionen hängen auch von anderen Faktoren als dem Gewässerraum (Wasserqualität, Geschiebeführung, örtliche Wanderhindernisse etc.) ab. Letztere können bei der Berechnung nicht berücksichtigt werden, sie sind aber bei einer Projektbeurteilung ebenfalls einzubeziehen. Ein Erfüllungsgrad von 100% bedeutet nicht automatisch, dass die natürlichen Funktionen zu 100% erfüllt sind, sondern dass der zur Verfügung stehende Gewässerraum eine Erfüllung zu 100% zulässt, falls alle notwendigen Bedingungen für diese Funktion berücksichtigt sind. Das Diagramm ist insbesondere hilfreich für die folgenden zwei Fälle:

• Definieren eines ökologischen Ziels anhand charakteristischen Kennzahlen eines Fliessgewässers
• Definieren des notwendigen Gewässerraums für ein festgelegtes ökologisches Ziel

Das Funktionsdiagramm stützt sich auf die charakteristischen Kennzahlen eines natürlichen Gewässers ab. Für die Erstellung der Graphik ist die Belegung und die Grösse des Gewässerraums nicht massgeben, aber aus dem Diagramm kann dessen optimale Nutzung abgeleitet werden.

Bestimmen des natürlichen Referenzzustandes

Das Verfahren wird an homogenen Gewässerabschnitten angewendet. Die Bestimmung des natürlichen Referenzzustandes besteht darin, die allgemeinen Aspekte des zu betrachtenden Abschnittes, unter Ausschluss der anthropogenen Einflüsse, festzulegen. Genau genommen will man folgendes wissen.

1. Gerinneform
2. Die Wasserspiegelbreite beim bettbildenden Abfluss
3. Die natürliche Gerinnesohlenbreite
4. Die Mäanderamplitude (nur bei mäandrierenden Fliessgewässern)
5. Anzahl der Abflussrinnen beim bettbildenden Abfluss (nur bei verzweigtem Gerinne)

Option Auengebiet

Die Definition der notwendigen Gewässerraumbreite aufgrund der Funktionen, kann wahlweise ausserhalb oder innerhalb eines Auengebiets erfolgen. Die Erfüllungskurven der Funktionen "terrestrische Strukturen" und "Entwicklung von typischen Pflanzengesellschaften" zielen darauf hin, dass sich eine Weichholzaue entwickeln kann. Zusätzlich dazu soll sich in den Auengebieten auch eine Hartholzaue entwickeln können.

Gerinneform

Zur Bestimmung der Gerinneform eines Gerinneabschnittes bezieht man sich seinen ursprünglichen Zustand d.h. vor allfälligen Gewässerverbauungen. Dazu dienlich sind alte Karte wie die Dufourkarte. Wenn sich die hydrologischen Bedingungen im Einzugsgebiet stark geändert haben, oder wenn keine verlässliche historische Quelle mehr vorhanden ist, kann der Gewässertyp nur noch über mathematische Formeln (Gewässergleichung) ermittelt werden. Es wird zwischen fünf Formen unterschieden. Diese Typologie stützt sich auf den Raumbedarf für die Erfüllung der natürlichen Funktionen der verschiedenen Formen.

1. Verzweigte Gerinne
2. schwach gewundene Gerinne (Mäander die flussabwärts migrieren)
3. stark gewundene Gerinne (Mäander die sich durch Kürvigkeit entwicklen)
4. Gerade Gerinne
5. Eingetiefte Gerinne (Schluchten) (4. Und 5. Können unter gestreckte Gerinne zusmmengefasst werden)

Natürliche Gerinnensohlenbreite und Wasserspielbreite bei bettbildenden Abfluss

Der natürlichen Gewässersohlenbreite kommt eine grosse Bedeutung zu, da sie unter anderem als Abgrenzung zwischen grossen (>15m) und kleiner (≤15m) Fliessgewässern dient. Ebenso wichtig ist die natürliche Wasserspiegelbreite beim bettbildenden Abfluss. Diese entspricht in etwa derjenige Breite des Fliessgewässers die es in seinem natürlichen, unbeeinflussten Zustand hat. In der Regel hat der bettbildende Abfluss eine Wiederkehrperiode von 2-5 Jahren.

Bestimmen der natürlichen Gerinnesohlenbreite und der Wasserspiegelbreite bei bettbildenden Abfluss korrigierten Fliessgewässern

Zur Bestimmung des natürlichen Abflussquerschnittes von korrigierten Fliessgewässern wurde ein Ansatz nach -Manning-Strickler für ein Trapezprofil abgeleitet. Folgende Eingangsgrössen sind notwendig:

• Q_morph Bettbildender Abfluss (m³/s)
• K Rauhigkeitskoeffizien nach Strickler (m^1/3/s)
• m Böschungsneigung (m/m) (mittlere natürliche Neigung der Böschung: 1:3)
• i Gerinnesohlenneigung (m/m)
• n Anzahl der Abflussrinnen (Normalerweise =1, ausser bei verzweigtem Gerinne)
• r Verhältnis Breite/Abflusstiefe (m/m). Bestimmung dieser Eingangsgrösse nach der Typologie von Rosgen (1994) und Interpolation des Wertes in Abhängigkeit der Gerinneform, siehe auch Kapitel 5.2

Das Programm berechnet die natürliche Wasserspiegelbreite (Lpb, in m) bei bettbildendem Abfluss nach der Formel:
Lpb = (K * i^0.5 * Q_morph^-1 * (1 -2/(r*m)+(2/r)*(1 +1/m²)^0.5)^-2/3 *(1/r-1/(r²*m))^5/3)^-3/8 Falls die Zahl der Abflussrinnen grösser als 1 ist, muss in die Berechnung die Grössen Qmorph durch Qmorph/n und r durch r/n eingesetzt werden. Das Resultat für Lpb berücksichtigt die Multiplikation mit der Anzahl der Abflussrinnen.) und daraus die natürliche Gerinnensohlenbreite (Lfl, in m) mit der Formel :
Lfl = Lpb *(1 - 2 /(r *m)) Anat = für die mäandrierenden Gewässer muss die Amplitude der Mäander (in m) definiert werden; diese Grösse kann anhand historischer Karten oder alten heute noch sichtbaren Laufspuren definiert werden; grundsätzlich kann der Wert 6-10x Lpb verwendet werden.
Bemerkung: es ist sinnvoll, die Werte für Lfl und Lpb aufgrund von verschiedenen Ansätzen wie Yalin et da Silva (2001) zu ermitteln um plausible Werte zu erhalten.

Übersicht der Kennzahlen des naturnahen Zustandes

Bemerkung: es ist nötig, dass Lfl < Lpb (< Anat). Der Wert von Anat. Wird für die Verzweigten und die gestreckten Gerinne nicht nötig.