Fließgeschwindigkeit von Gewässern

Mit Fließgeschwindigkeit wird bei Gewässerläufen die durchschnittliche Geschwindigkeit bezeichnet, mit der sich das Wasser eines Fließgewässers durch sein Bett bewegt. In Flüssen variieren die Fließgeschwindigkeiten ungefähr zwischen 0.1 und 6 m/s. In Bezug auf die Erosionswirkung und die Zerstörungskraft von Hochwasser ist zu beachten dass die kinetische Energie einer gegebenen Wassermenge im Quadrat zur Geschwindigkeit zunimmt. ^[1] Die transportierte Wassermenge selbst ist wiederum abhängig von der Fließgeschwindigkeit. Da der Strömungsquerschnitt mit ansteigender Fließgeschwindigkeit größer wird, der Wasserstand steigt, steigt die Wassermenge mehr als linear mit der Geschwindigkeit. Die Zerstörungskraft eines Hochwasser führenden Flusses steigt also mehr als kubisch mit der Fließgeschwindigkeit.

Grundlagen

Die Fließgeschwindigkeit eines Gewässers als offenes Gerinne, aber auch in vadose Höhlen hängt von folgenden Faktoren ab:

1. Gefälle des Gewässers. Je größer das Gefälle, desto größer ist die Fließgeschwindigkeit.
2. Unstetigkeiten. Neben dem Gefälle des Tales oder der Ebene, durch die das Gewässer fließt, können auch Unstetigkeiten wie Wasserfälle Einfluss nehmen. Die Fallhöhe eines Wasserfalls geht dem übrigen Gewässerlauf als Höhendifferenz verloren. Daher ist bei sonst gleichen Bedingungen die Fließgeschwindigkeit eines Gewässers mit gleichmäßigem Gefälle größer als die eines Gewässers, bei dem die gleiche Höhendifferenz für die gleiche Gewässerstrecke zum Teil durch Wässerfälle überwunden wird. Eine ähnliche Wirkung haben Staustufen.
3. Strömungswiderstand des Bettes. Gibt es in einem Gewässer viele Hindernisse wie z. B. Felsen oder Bauwerke (Brückenpfeiler), so kommt es zu  Verwirbelungen, wodurch dem Wasser Bewegungsenergie verloren geht. Daher ist auch hier die Geschwindigkeit geringer. Ähnlich verhält es sich bei geschlossenen Gerinnen (phreatische Höhlen, unterirdische Abschnitte), gänzlich anders aber im Grundwasser oder Versickerungsabschnitten. Ist die Fließgeschwindigkeit null, spricht man von Totwasser.
4. Lage im Flussbett: Die Fließgeschwindigkeit ist innerhalb eines Querschnitts durch das Flussbetts verschieden. Sie nimmt im allgemeinen wegen der abnehmenden Reibung zur Strommitte hin und mit steigender Höhe über Grund zu. In Flussschlingen verschiebt sich der Stromstrich allerdings aus der Mitte in Richtung auf den Außenbogen.

Bestimmung

Aus dem Produkt von Fließgeschwindigkeit und Fliessprofil (Querschnitt des Gewässers) ergibt sich seine Wasserführung (Abflussmenge). Die Abschätzung der Fließgeschwindigkeit erfolgt durch:

1. Direkte Messung:
   • Flügelmessung
   • ADCP-Messboot
   • H-ADCP
   • Ultraschall Laufzeitanlage
   • Doppler-Radar
2. Messung der Wasserführung bei bekanntem Querschnitt:

   Lässt man ein Gewässer durch eine Röhre oder eine Wehrschleuse fließen, so kann man dort den Durchfluss und damit die gesamte Wasserführung messen. Die Fließgeschwindigkeit ergibt sich dann aus dem Durchfluss und dem Querschnitt des Gewässers in der Nähe der Messanlage. So z.B. der Querschnitt im Unterwasser einer Staustufe.

3. Berechnung:

   Empirische Fließformeln berücksichtigen den Zusammenhang von Fließprofil, Gefälle und Reibung.

Einzelnachweise

1. ↑ Hans Georg Wunderlich: Einführung in die Geologie, Band I, Exogene Dynamik, Bibliographisches Institut Mannheim/Wien/Zürich, B.I.-Wissenschaftsverlag, Mannheim, 1968, S. 78