TY - GEN A1 - Altenkirch, Nora A1 - Zlatanović, Sanja A1 - Woodward, K. Benjamin A1 - Trauth, Nico A1 - Mutz, Michael A1 - Molkenthin, Frank T1 - Untangling hyporheic residence time distributions and whole stream" "metabolism using a hydrological process model T2 - Procedia Engineering N2 - 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. KW - residence times KW - metabolism KW - MIN3P Y1 - 2016 UR - http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705816319877 U6 - https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.598 SN - 1877-7058 N1 - 12th International Conference on Hydroinformatics, HIC 2016, Incheon, Korea VL - 154 SP - 1071 EP - 1078 ER - TY - GEN A1 - Di Cesare, Giovanni A1 - Altenkirch, Nora A1 - Schleiss, Anton A1 - Roth, Michael A1 - Molinari, Peter A1 - Michel, Marcel T1 - Störfall vom 30. März 2013 bei der Staumauer Punt dal Gall T2 - Wasser, Energie, Luft N2 - Am Osterwochenende 2013 kam die Restwasserdotierung im Spöl, einem Gebirgsbach im Schweizerischen Nationalpark, unerwartet zum Erliegen. Die daraufhin eingeleitete Öffnung des Grundablasses der Stauanlage Punt dal Gall der Engadiner Kraftwerken AG, (EKW), führte zwar zu einer Wiederbenetzung des Bachbettes, zeitgleich wurden aber auch enorme Mengen an Feinsedimenten in den Spöl eingetragen. Diese beiden Vorfälle im Bereich der Stauanlage führten zu einer massiven Beeinträchtigung der aquatischen Lebensgemeinschaft im Spöl. Als unmittelbare Massnahmen wurden der Turbinenbetrieb in Ova Spin eingestellt, der ungewöhnlich tiefe Wasserstand des Stausees Livigno angehoben und der Spöl mit erhöhten und variierenden Dotierwassermengen beschickt. Zudem wurde eine Task-Force für die weitere Lagebeurteilung und unmittelbare Zustandserhebung einberufen. Eine erste Begutachtung des Spöls zeigte, dass der Umweltunfall zu einem starken Eintrag von Feinsedimenten in das Bachbett geführt hatte. Insbesondere im oberen Drittel des betroffenen Gewässerabschnitts wurden die Benthosbesiedlung und der Fischbestand erheblich geschädigt. Ein anfänglich kommunizierter «ökologischer Gau» bzw. Totalausfall beim Fischbestand konnte allerdings nicht festgestellt werden. Die allmähliche Erholung der Gewässerökologie konnte in den Folgeuntersuchungen vom Herbst 2013 und Frühjahr 2014 bestätigt werden. Die untersuchten Fische waren bei sehr guter Kondition, und hatten wieder die gesamte Länge des oberen Spöl besiedelt. Die Präsenz von natürlich aufkommenden Jungfischen lässt die Hoffnung zu, dass sich der Fischbestand, der derzeit bei rund 50% des Ausgangszustands liegt, in den nächsten Jahren gänzlich erholen wird. Die EPFL in Lausanne hat die möglichen Ursachen ergründet, welche zum Umweltereignis geführt haben. Die Studie ist zum Schluss gekommen, dass der ausserordentlich tiefe Seestand, der jedoch noch 18 m über dem konzessionierten Absenkziel lag, zur Freilegung grosser Flächen an abgelagerten Sedimenten führte. Durch sogenannte Trübeströme gelangten, auch auf Grund des normalen Weiterbetriebs der Anlage, grosse Sedimentfrachten entlang des Seegrunds innerhalb kürzester Zeit bis zum Grundablass und zur Dotierfassung. Dieser Vorgang führte zu ersten, grösseren Einträgen von Feinsedimenten über die Dotiervorrichtung in den Spöl und zur zeitweisen Verstopfung derselben, ohne dass dies die installierte Abflussmessung registrierte. Folge war die Trockenlegung des Spöls unterhalb der Staumauer. Die Feststellung dieser unzulässigen Situation führte zum Entscheid, den Grundablass zu öffnen. 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 erwähnte weitere Austritt von Feinsedimenten in schliessden Spöl war jedoch die Konsequenz. Folgende Massnahmen wurden definiert, um zukünftig ähnliche Ereignisse verhindern zu können: • Verzicht auf ein Absenken des Wasserstands im Stausee Livigno unter 1735 m ü.M. • Weiterführung der bisherigen künstlichen Hochwasser • Installation eines redundanten Abflussmesssystems in der Dotiereinrichtung mit kontinuierlicher Trübemessung • Höhersetzung des Einlaufs zum Dotiersystem Y1 - 2015 SN - 0377-905x VL - 107 IS - 1 SP - 1 EP - 8 ER - TY - CHAP A1 - Altenkirch, Nora A1 - Mutz, Michael A1 - Molkenthin, Frank A1 - Zlatanović, Sanja A1 - Trauth, Nico T1 - Untangling hyporheic residence time distributions and whole stream metabolisms using a hydrological process model T2 - European Geosciences Union, General Assembly 2016, Vienna, Austria N2 - 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. Y1 - 2016 UR - http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2016/EGU2016-14435.pdf N1 - EGU2016-14435 PB - European Geophysical Society CY - Katlenburg-Lindau ER -