@misc{AltenkirchZlatanovićWoodwardetal., author = {Altenkirch, Nora and Zlatanović, Sanja and Woodward, K. Benjamin and Trauth, Nico and Mutz, Michael and Molkenthin, Frank}, title = {Untangling hyporheic residence time distributions and whole stream" "metabolism using a hydrological process model}, series = {Procedia Engineering}, volume = {154}, journal = {Procedia Engineering}, issn = {1877-7058}, doi = {10.1016/j.proeng.2016.07.598}, pages = {1071 -- 1078}, abstract = {The interaction of the water residence time (RT) in hyporheic sediments with the sediment metabolic rates is believed to be a key factor controlling whole stream metabolism. However, due to the methodological difficulties, there is little data that investigates this fundamental theory of aquatic ecology. Here, we report on progress made to combine numerical modelling with a series of modification to laboratory flumes overcoming methodological difficulties e.g. by creating steady flow paths for assessment of metabolic rates. To model the biogeochemical performance and to validate the model results, sediment structures were introduced in both, the model and the flumes, leading to differing RT distributions. Furthermore, the DOC supply in the flumes was manipulated to test the whole stream metabolic response with regard to RT distributions. In the flumes, hydraulic conditions were assessed using conservative tracer and heat as tracer. Metabolic activity was assessed using oxygen dynamics as a proxy of community respiration (CR). Residence time and metabolic processes were modelled using a multicomponent reactive transport code called MIN3P and calibrated with regard to the hydraulic conditions using the results obtained from the flume experiments. Monod type expressions were used to implement metabolic activity terms in the model. Using the results of the hydrological process model, a sensitivity analysis of the impact of RT distributions on the metabolic activity could yield supporting proof of an existing link between the two.}, language = {en} } @misc{DiCesareAltenkirchSchleissetal., author = {Di Cesare, Giovanni and Altenkirch, Nora and Schleiss, Anton and Roth, Michael and Molinari, Peter and Michel, Marcel}, title = {St{\"o}rfall vom 30. M{\"a}rz 2013 bei der Staumauer Punt dal Gall}, series = {Wasser, Energie, Luft}, volume = {107}, journal = {Wasser, Energie, Luft}, number = {1}, issn = {0377-905x}, pages = {1 -- 8}, abstract = {Am Osterwochenende 2013 kam die Restwasserdotierung im Sp{\"o}l, einem Gebirgsbach im Schweizerischen Nationalpark, unerwartet zum Erliegen. Die daraufhin eingeleitete {\"O}ffnung des Grundablasses der Stauanlage Punt dal Gall der Engadiner Kraftwerken AG, (EKW), f{\"u}hrte zwar zu einer Wiederbenetzung des Bachbettes, zeitgleich wurden aber auch enorme Mengen an Feinsedimenten in den Sp{\"o}l eingetragen. Diese beiden Vorf{\"a}lle im Bereich der Stauanlage f{\"u}hrten zu einer massiven Beeintr{\"a}chtigung der aquatischen Lebensgemeinschaft im Sp{\"o}l. Als unmittelbare Massnahmen wurden der Turbinenbetrieb in Ova Spin eingestellt, der ungew{\"o}hnlich tiefe Wasserstand des Stausees Livigno angehoben und der Sp{\"o}l mit erh{\"o}hten und variierenden Dotierwassermengen beschickt. Zudem wurde eine Task-Force f{\"u}r die weitere Lagebeurteilung und unmittelbare Zustandserhebung einberufen. Eine erste Begutachtung des Sp{\"o}ls zeigte, dass der Umweltunfall zu einem starken Eintrag von Feinsedimenten in das Bachbett gef{\"u}hrt hatte. Insbesondere im oberen Drittel des betroffenen Gew{\"a}sserabschnitts wurden die Benthosbesiedlung und der Fischbestand erheblich gesch{\"a}digt. Ein anf{\"a}nglich kommunizierter «{\"o}kologischer Gau» bzw. Totalausfall beim Fischbestand konnte allerdings nicht festgestellt werden. Die allm{\"a}hliche Erholung der Gew{\"a}sser{\"o}kologie konnte in den Folgeuntersuchungen vom Herbst 2013 und Fr{\"u}hjahr 2014 best{\"a}tigt werden. Die untersuchten Fische waren bei sehr guter Kondition, und hatten wieder die gesamte L{\"a}nge des oberen Sp{\"o}l besiedelt. Die Pr{\"a}senz von nat{\"u}rlich aufkommenden Jungfischen l{\"a}sst die Hoffnung zu, dass sich der Fischbestand, der derzeit bei rund 50\% des Ausgangszustands liegt, in den n{\"a}chsten Jahren g{\"a}nzlich erholen wird. Die EPFL in Lausanne hat die m{\"o}glichen Ursachen ergr{\"u}ndet, welche zum Umweltereignis gef{\"u}hrt haben. Die Studie ist zum Schluss gekommen, dass der ausserordentlich tiefe Seestand, der jedoch noch 18 m {\"u}ber dem konzessionierten Absenkziel lag, zur Freilegung grosser Fl{\"a}chen an abgelagerten Sedimenten f{\"u}hrte. Durch sogenannte Tr{\"u}bestr{\"o}me gelangten, auch auf Grund des normalen Weiterbetriebs der Anlage, grosse Sedimentfrachten entlang des Seegrunds innerhalb k{\"u}rzester Zeit bis zum Grundablass und zur Dotierfassung. Dieser Vorgang f{\"u}hrte zu ersten, gr{\"o}sseren Eintr{\"a}gen von Feinsedimenten {\"u}ber die Dotiervorrichtung in den Sp{\"o}l und zur zeitweisen Verstopfung derselben, ohne dass dies die installierte Abflussmessung registrierte. Folge war die Trockenlegung des Sp{\"o}ls unterhalb der Staumauer. Die Feststellung dieser unzul{\"a}ssigen Situation f{\"u}hrte zum Entscheid, den Grundablass zu {\"o}ffnen. Aus betriebstechnischer Sicht war dieser Entscheid korrekt und notwendig, um die Sicherheit der Anlage zu garantieren, sowie die Dotiereinrichtung vom blockierenden Material wieder zu befreien. Der zuvor erw{\"a}hnte weitere Austritt von Feinsedimenten in schliessden Sp{\"o}l war jedoch die Konsequenz. Folgende Massnahmen wurden definiert, um zuk{\"u}nftig {\"a}hnliche Ereignisse verhindern zu k{\"o}nnen: • Verzicht auf ein Absenken des Wasserstands im Stausee Livigno unter 1735 m {\"u}.M. • Weiterf{\"u}hrung der bisherigen k{\"u}nstlichen Hochwasser • Installation eines redundanten Abflussmesssystems in der Dotiereinrichtung mit kontinuierlicher Tr{\"u}bemessung • H{\"o}hersetzung des Einlaufs zum Dotiersystem}, language = {de} } @inproceedings{AltenkirchMutzMolkenthinetal., author = {Altenkirch, Nora and Mutz, Michael and Molkenthin, Frank and Zlatanović, Sanja and Trauth, Nico}, title = {Untangling hyporheic residence time distributions and whole stream metabolisms using a hydrological process model}, series = {European Geosciences Union, General Assembly 2016, Vienna, Austria}, booktitle = {European Geosciences Union, General Assembly 2016, Vienna, Austria}, publisher = {European Geophysical Society}, address = {Katlenburg-Lindau}, abstract = {The interaction of the water residence time in hyporheic sediments with the sediment metabolic rates is believed to be a key factor controlling whole stream metabolism. However, due to the methodological difficulties, there is little data that investigates this fundamental theory of aquatic ecology. Here, we report on progress made to combine numerical modeling with a series of manipulation to laboratory flumes overcoming methodological difficulties. In these flumes, hydraulic conditions were assessed using non-reactive tracer and heat pulse sensor. Metabolic activity was measured as the consumption and production of oxygen and the turnover of reactive tracers. Residence time and metabolic processes were modeled using a multicomponent reactive transport code called Min3P and calibrated with regard to the hydraulic conditions using the results obtained from the flume experiments. The metabolic activity was implemented in the model via Monod type expressions e.g. for aerobic respiration rates. A number of sediment structures differing in residence time distributions were introduced in both, the model and the flumes, specifically to model the biogeochemical performance and to validate the model results. furthermore, the DOC supply and surface water flow velocity were altered to test the whole stream metabolic response. Using the results of the hydrological process model, a sensitivity analysis of the impact of residence time distributions on the metabolic activity could yield supporting proof of an existing link between the two.}, language = {en} }