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Der Begriff „fluvial“ leitet sich von dem lateinischen Wort „fluvius“ ab, welches sich mit „Fluß“ ins Deutsche übersetzten lässt. Daraus könnte man schließen dass sich fluviale Prozesse auf die Oberflächengestaltung durch Flüsse beschränkt, was aber nicht 100%ig korrekt ist. Die flächenhafte Abtragung, im deutschen „Denudation“ genannt, kann auch Bestandteil der fluvialen Abtragung sein. Da aber eine Vorraussetzung für Denudation die Bewegung von Material in Richtung der Erdanziehungskraft ist, lässt sich diese Abtragungsform besser unter gravitative Massenbewegung einordnen.

Die fluviale Erosion, also die lineare Abtragung durch Wasser, ist ein großer Bestandteil der Oberflächenformung, weil nahezu alle Erdteile davon betroffen sind. Abgesehen von den vollariden Gegenden kann man überall Reliefbildung durch fließendes Wasser beobachten, egal welche Vegetation oder geologische Faktoren gegeben sind. Welche Prozesse wichtig für die fluviale Formung sind, und unter welchen Umständen sich welche Formen bilden wird auf den nächsten Seiten veranschaulicht.

II. Fluviale Prozesse und Formen

1. Grundlagen der Hydrologie

a. Abfluss und Abflussgang

Flüsse werden durch Niederschlag oder durch abschmelzenden Schnee mit Wasser gespeist. Die Menge des Wassers das in einem bestimmten Gebiet und in einem bestimmten Zeitraum bei diesen Ereignissen dem Fluss zufließt wird als Abfluss bezeichnet. Der Zeitraum der Messung beträgt meist ein hydrologisches Jahr, von November bis Oktober. Der Betrag des Niederschlags der Teil des Abflusses wird, kann durch Verdunstung schon im Vorfeld beeinflusst werden. Dieses Wasser kann auf verschiedenen Wegen in den Fluss gelangen. Wenn der Boden trocken und gut durchlässig ist infiltriert, also sickert das Wasser bis zum Grundwasser, und fließt als Basisabfluss in Richtung der Erdanziehung. Wenn sich in den Erdschichten eine weniger durchlässige Schicht, z.B. Ton, befindet, oder wenn das Grundwasser durch viel Niederschlag stark angestiegen ist kann es zum sog. Hangwasserabfluss, oder Interflow, kommen. Dabei fließt das Wasser im Hang ebenfalls in gravitativer Richtung in den Fluss. Das Wasser, welches ohne zu infiltrieren direkt in den Fluss fließt, nennt man Oberflächenabfluss oder auch Direktabfluss. Ist ein Boden zu nass um noch mehr Wasser aufnehmen zu können ist seine Infiltrationsrate (in mm/min) niedriger als die Niederschlagsrate (in mm/min). In diesem Fall kann das Wasser nur noch an der Oberfläche abfließen. Dieser Abfluss wird Sättigungsabfluss genannt, weil er dadurch entsteht dass der Boden gesättigt mit Wasser ist. Der sog. Horton’sche Abfluss ist das Ergebnis physikalischer Gegebenheiten, wie undurchlässiger Untergrund oder Verschlämmung.

Um nun feststellen zu können wie sich in welchen Gegenden der Abfluss bei Niederschlags-oder Schmelzereignissen verhält bedient man sich der Abflussganglinie eines bestimmten Einzugsgebiets. (vgl. Abb. 1.1) Diese Linie zeigt an wie stark der Abfluss in diesem Raum während einer bestimmten Zeit, z.B. einem Jahr, ist. Dabei kommt es zu einem steilen Anstieg zu der Zeit des Niederschlagsereignisses, der Hochwasseranstieg genannt wird. Hat die Wirkung des Niederschlags nachgelassen geht die Ganglinie über den

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Hochwasserscheitel in den Hochwasserabfall über. Dieser ist im Gegensatz zum Anstieg stark abgeflacht da der Interflow und das Grundwasser über längeren Zeitraum abfließen als der Direktabfluss. Ganglinien benachbarter Gebiete können große Unterschiede Aufweisen da die Ganglinie von einigen Faktoren bestimmt wird die sich auch in benachbarten Gebieten unterscheiden können. Relevante Größen sind Wasserdurchlässigkeit des Bodens, die Reliefeigenschaften (Hangneigung, Hanglänge, etc.), die Vegetation und die Landnutzung durch den Menschen.

Der Abfluss wird auch als Wasservolumen das pro Zeiteinheit einen bestimmten Fließquerschnitt durchflossen hat definiert. Diese Definition eignet sich besonders für Flüsse da diese in ihrem Bett eingeengt sind. Für den Abfluss eines Flusses ist es von großer Bedeutung wie schnell das Wasser des Flusses fließt.

wissen.de/abwasserlexikon/a/abflussganglinie.htm )

b. Fließgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit eines Flusses ist stets in der Mitte am größten. Am Rand wird durch die Reibung an den Seiten des Flussbetts das Wasser stark abgebremst und die Geschwindigkeit geht gegen 0. Ebenso verhält es sich an der Sohle des Flusses. Die Fließgeschwindigkeit ist also in der Mitte und an der Oberfläche des Flusses maximal. Da direkt an der Oberfläche oft Faktoren wie Wind das Fließen stören ist der Fluss in der Realität knapp unterhalb der Wasseroberfläche am schnellsten. Die Zone der maximalen Fließgeschwindigkeit wird als Stromstrich bezeichnet, da sie als Linie an der Wasseroberfläche zu erkennen ist.

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Die Größen Fließgeschwindigkeit und Fließquerschnitt (Gewässertiefe * Gewässerbreite) stehen zur Berechnung des Abflusses in direktem Zusammenhang. Ändert sich bei konstantem Abfluss eine der Größen muss das durch die anderen kompensiert werden. Wird das Gewässer zum Beispiel breiter wird der Fluss seichter und langsamer, da die Reibung an einer größeren Wasserfläche angreifen kann. Bei einer Einengung verringert sich die Reibung da der Fluss tiefer wird. Es steigt also auch die Geschwindigkeit. Die Größe die man braucht um festzustellen wie viel Wasser mit der Gewässersohle in Kontakt ist, ist der hydraulische Radius. Er gibt an wie gut der Fließquerschnitt eines Gewässers ausgenutzt, also durchflossen wird. c. Fließzustände

Neben Wassermenge und der Geschwindigkeit des Wassers ist auch die Art und Weise wie das Wasser fließt ausschlaggebend für die erosive Wirkung eines Gewässers. Es wird zwischen laminarem und turbulentem Fluss unterschieden. Laminar ( vom lat. Lamina = Blatt) wird der Fluss bezeichnet wenn die Wasserteilchen sich parallel in Fließrichtung bewegen ohne Verwirbelungen und Störungen der Oberfläche hervorzurufen. Dieser Fluss ist in Flüssen äußerst selten. Man kann ihn eher auf glatten Oberflächen wie Glasscheiben beobachten.

Der turbulente Fluss zeigt Wirbel, Schaumkronen bis hin zu stehenden Wellen. Die Wasserteilchen werden durch Hindernisse und Reibung wild durcheinander gewirbelt. (vgl. Abb. 1.2.)

Es gibt drei Arten des turbulenten Fließens. Das strömende Fließen ist die langsamste Art des turbulenten Flusses. Das Wasser zeigt eine fast glatte Oberfläche auf der sich auch kleinere Wirbel ergeben, die dann in Fließrichtung des Flusses abtreiben. Beim schießenden Fließen kommt es zu Schaumbildung und stehenden Wellen an der Wasseroberfläche, z.B. wenn der Fluss durch große Geröllbrocken eingeengt wird. Stehende Wellen können beim schießenden Fluss aber auch ohne Hindernisse auftreten. Dabei ist die Geschwindigkeit des Flusses größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen im Wasser. Die Ausbreitung ist ausschließlich von der Tiefe des Gewässers abhängig, wobei gilt je tiefer das Wasser desto höher die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle. Die beiden Faktoren sind ausschlaggebend bei der Differenzierung zwischen strömendem und schießendem Fluss. Strömender und schießender Fluss können kurz nacheinander auftreten, je nachdem wie Zonen unterschiedlicher Wassertiefe und Fließgeschwindigkeit im Fluss verteilt sind. Das fallende Fließen unterscheidet sich grundsätzlich von den anderen Fließzuständen. Das Wasser fließt nicht mehr auf dem Boden eines Flussbetts sondern befindet sich im freien Fall. Je nach Wassermenge und Fallhöhe passiert dies als ganze Wassermasse, in einzelnen Wasserstrahlen oder in Tropfen aufgelöst als feiner Nieselregen.

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Der laminare Fluss hat im Gegensatz zum turbulenten Fluss kaum erosive Kraft. Bei turbulenter Bewegung ist diese Kraft beim schießenden Fluss am stärksten, die Erosion am Flussbett verbunden mit dem Transport des abgetragenen Materials ist in den Bereichen des schießenden Flusses am wirkungsvollsten. 2. Erosion und Transport

a. Flusserosion

Die Erosion ist der erste Prozess der im Fluss ablaufen muss um eine Formgestaltung des Flussbetts zu gewährleisten. Dabei wird durch das Wasser Material an Flussbettsohle und Flussbettrand abgelöst um es für das Gewässer transportfähig zu machen. Es werden zwei Arten der Erosion unterschieden.

Die Tiefenerosion hat ein Einschneiden des Flusses in den Untergrund zur Folge, da die erosive Wirkung des Wassers hier unmittelbar an der Flussbettsohle angreift. Auf lockerem Aufschüttungsgrund geschieht der Abtrag durch die Aufnahme des Lockermaterials durch den Fluss, und anschließenden Abtransport. Auf felsigem Untergrund ist Abrasion ( vom lat. Abradere = abkratzen) nötig. Dabei wird der Felsgrund durch transportierte Steine gemäß der deutschen Bedeutung des Wortes abgekratzt und auch Teile herausgeschlagen. Die Seitenerosion dagegen wirkt weniger am Flussbett, sondern in erster Linie an der Gewässerbegrenzung. Dabei wird v.a. der unter Wasser liegende Teil des Hangs abgetragen, und der darüber liegende Teil unterschnitten. Das Ufer wird instabil und stürzt zu gegebener Zeit in den Fluss. Faktoren welche die Instabilität des Hangs noch verstärken sind aus dem Hang austretendes Wasser, also Grundwasser oder Interflow, und zu Frostzeiten das Gefrieren und anschließende Auftauen des Bodens.

Die Vorraussetzung für die Erosion ist dass der Fluss nach dem Überwinden der Reibung an Sohle und Rand noch genügend überschüssige Energie besitzt um Material ablösen und transportieren zu können. Nach DU BOYS ist die Scherspannung am Flussbett, also die Spannung die der Fluss an der Sohle aufbaut, das Produkt aus Wassergewicht, Tiefe und Sohlgefälle. Diese Scherspannung muss mindestens so groß sein wie die kritische Scherspannung des Flussbettmaterials. Diese Größe beschreibt wie leicht sich das Material vom Boden abheben lässt. Wie groß der Wert der kritischen Scherspannung ist hängt von Form und Lage, aber hauptsächlich vom Gewicht des Transportguts ab.

Ein Prozess der sehr stark an der Flusserosion beteiligt ist, ist das Anheben eines Steins durch einen nach oben gerichteten Sog. Dieser entsteht wenn auf steinigem Untergrund eine Steinspitze aus dem Boden ragt. Das Wasser welches um und vor allem über diesem Stein fließt erhöht kurzzeitig seine Fließgeschwindigkeit und hebt den Stein leicht an. Die Verwirbelungen die auf der Leeseite des Steins entstehen führen dann zum endgültigen Herausheben.

b. Frachten des Flusses

Nach der Abtragung von Material durch das fließende Gewässer muss dieses auch vom Fluss abtransportiert werden. Jegliches Material, egal ob durch den Fluss erodiert oder auf anderem Wege in den Fluss gelangt, wird Flussfracht genannt. Man kann bei den Frachten drei Arten unterscheiden. Die Unterscheidungsfaktoren sind Herkunft der Fracht, Verhalten im Gewässer und der Anteil der Formengestaltung des Flussbetts.

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