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OBER DIE FORM VON FLUSS-SPIEGELN UND IHRE GEOMORPHOLOGISCHE BEDEUTUNG
Herbert Louis
Summary: Forms of river surfaces and their geomorpho logical relevance.
The so-called equilibrium of rivers is not so well defined as to allow far reaching conclusions about the morpho genous effect of rivers considered to be in a state of equilib rium. The author thinks that accurate observations about the surface of rivers give a better indication of how to approach this problem, as it is possible to state that the general gradient and any other permanent deformation of a river's surface indicate a local change in the water's potential energy.
Four types of river surfaces may be distinguished:
1. The flat river surface. This is characteristic of rivers flowing with moderate turbulence. At times of calm the unevenness of the surface is quite insignificant. Flat spots (Quellfladen), resulting from upwelling water, and small eddies (Sogtrichter) are to be seen moving with the current.
Variations in the supply of energy result from very small, hardly perceptible, alterations of surface gradient.
2. The almost flat river surface. This has more vigorous
"upwell spots" (Quellbuckel) surrounded by marked under tow margins moving with the current. In addition there are wandering ripples which may even be sufficiently steep to give rise to foaming. Nevertheless, the gradient of the river surface is not deformed by any stationary break nor by permanent stretches of opposite gradient. Thus the almost
flat river surface is also indicative of a balanced energy supply throughout the river.
3. The irregularly deformed river surface. This type is characterised by stationary surface breaks over the whole width of the river and in irregular arrangement, and/or by
having permanently some parts of the surface with oppo site gradients. Its movement is rushing (schiefiend). The energy supply between neighbouring points of the river
is no longer balanced. It is not possible to say whether the
Talweg (long profile) of the river is in the process of
becoming more irregular or more regular. This is an un graded river.
4. Between the "almost flat river surface" and the
"irregularly deformed river surface" there is the "regularly, deformed river surface". It has stationary waves grouped in regular patterns and the movement of the water is a rushing one. Because of the stationary waves the long pro file of the river surface is not strictly speaking continuously sloping. However we can deduce from the adjustment of the surface deformations that the energy supply of ad joining points of the river must nevertheless be balanced.
Thus a regularly deformed river surface also indicates a graded river.
Some further remarks deal with the influence which is exerted upon the form of the river surface by the water
level. Finally it is explained that observations upon the type of river surface are to be combined with data of discharge, velocity, gradient and the character of the river bed.
6 Erdkunde Band XX
Einfuhrung, Problems teilung
Die Geographie hat es zumeist mit sehr komplexen Unter suchungsgegenstanden zu tun. Seiten nur gelingt in ihrem Bereich die Isolierung einfacher Sachverhalte, mit deren Hilfe die ?exakten" Naturwissenschaften so erfolgreich arbeiten. Die Geographie ist daher in hohem Mafie auf ein gehende und iiberlegte Beschreibungen ihrer Gegenstande angewiesen, und das wird so bleiben.
Wir verdanken Freund Herbert Lehmann aufier seinem im engeren Sinne fachwissenschaftlichen Werk eine Reihe aus gezeichneter Landschaftsbeschreibungen, deren wissenschaft
licher Gehalt mit ebenso beschwingten und farbenreichen wie scharf beobachteten Strichen dargeboten ist. In der Hoffnung, dafi eine reflektierte Beschreibung auch im Be
reich einer physisch-geographischen Spezialfrage sein Inter esse finden mochte, sei ihm die untenstehende Betrachtung
iiber die Form von Flufispiegeln und ihre geomorphologische Bedeutung zu seinem 65. Geburtstag gewidmet.
An anderer Stelle (H. Louis, 1960 *)) wurde dargelegt, dafi der sogenannte Gleichgewichtszu
stand der Fliisse, wie er von A. Hettner entwik kelt und seither besonders in der franzosischen Literatur zu verfeinern versucht worden ist, die ihm zugedachte Aufgabe bei der Beurteilung des Flufigeschehens in der Geomorphologie nicht er fiillen kann. Dieser Gleichgewichtszustand der Fliisse erlaubt namlich keine fiir den gedachten Zweck ausreichend strenge Definition. Es gibt auch
u. E. im Gegensatz zu den alteren, hierin zuver sichtlicheren Annahmen keine beobachtbare Er scheinung, an der mit Gewifiheit erkannt werden konnte, ob in einem Flusse wenigstens Annahe
rung an jenen gedachten Gleichgewichtszustand besteht oder nicht. Die von Davis und Hettner
fiir kennzeichnend gehaltene Ausbildung einer Talsohle gewahrleistet diesen Zustand jedenfalls
nicht. Denn eine Talsohle, und zwar sowohl eine Maandersohle wie eine Verwilderungssohle kann
unter geeigneten Voraussetzungen die Folge defi nitiver Aufschiittung sein. Eine Verwilderungs
sohle kann aber unter anderen Voraussetzungen sogar auch die Begleiterscheinung lebhaft fort schreitender Tieferlegung des Talgrundes, also eines Flusses mit kraftiger Tiefenerosion sein.
Wegen dieser Schwierigkeiten wurde versucht, eine Beurteilung iiber die geomorphologische Wirksamkeit der fliefienden Gewasser auf ganz
anderem Wege zu gewinnen, namlich auf Grund der Eigenschaften des Flufispiegels. Unter Flufi spiegel wird hierbei jede Art von Oberflache eines fliefienden Gewassers verstanden, auch jede sehr unebene. Das ist sprachlich sicher zulassig, denn aufier ebenen Spiegeln gibt is ja auch mannigfach gekriimmte. Die Flufispiegel zu studieren liegt nahe, weil sie die Anderung der potentiellen Energie der fliefienden Wassermasse langs des
*) H. Louis, Allgemeine Geomorphologie, Berlin 1960, S. 77 f.
Flusses zum Ausdruck bringen, und weil sie un mittelbar der Beobachtung zuganglich sind.
Wenn man, wie es hier durchgehend geschehen soli, von denjenigen Krauselungen und Wellungen ausdriicklich absieht, die der Wind auf der Ober flache fliefiender oder stehender Gewasser erzeu gen kann, so lafit sich bei den fliefienden Gewas
sern ein deutlicher Unterschied feststellen zwi schen solchen, deren Oberflache nahezu eben ist - wir wollen sie als glatt bezeichnen - und anderen mit mehr oder weniger ausgesprochen unebener Oberflache. Dieser Unterschied kann nur von Be
sonderheiten des Fliefivorgangs herriihren. Die Unebenheit nicht glatter Flufispiegel ware also das
Ergebnis einer Fliefistorung zum Unterschied von der durch den Wind erzeugten Windstorung bzw.
Windwellung.
Es ist bekannt, dafi beim Fliefien durch Rei bung des Wassers am Flufibett und durch Reibung verschieden schnell dahinziehender Partien des Wassers aneinander Wirbel entstehen, wobei be
nachbarte Wirbel sich immer gegenlaufig bewegen.
Nur die schleichende, quasi-laminare Bewegung von Stillwassern vollzieht sich im wesentlichen ohne Wirbelbildung. Man kann das wirbelnde Fliefien des Wassers angenahert auffassen als Be wegung eines Systems von sehr vielen Walzen von
verschiedener Grofie, Achsrichtung, Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit, das letztlich der Uber windung der Reibung der in Bewegung befindli
chen Wassermasse am Flufibett dient.
Infolge der sehr geringen Zahigkeit des Wassers gibt es hierbei einen Zustand, bei welchem man an der Wasseroberflache nur wenig von dem Vor handensein dieses Walzensystems sieht. Das ist der Fall des glatten Flufispiegels. Er bringt zum Aus druck, dafi die bestehenden Walzen, ob ihre Ach sen nun vertikal, schief oder horizontal liegen, nicht kraftig genug sind, um durch ihre Bewegung
eine erhebliche Deformierung des Wasserspiegels zu veranlassen. Als unerheblich sollen hierbei alle wandernden Vertikaldeformationen (Abwei
chungen von der Niveauflache) des Flufispiegels angesehen werden; denn sie beeinflussen nicht die Mittellage des Flufispiegels von Querprofil zu Querprofil. In dieser Weise wird turbulente Fliefi
bewegung mit glattem Flufispiegel als Stromen be zeichnet. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dafi die Fliefigeschwindigkeit des Wassers kleiner ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen, auch der sogenannten langen Wellen, deren Wellenlange
grofi ist im Verhaltnis zur Wassertiefe. Eben dies ist ein Ausdruck dafiir, dafi ortsfest andauernde Deformationen des Wasserspiegels sich nicht hal ten konnen. Die durch das Wasserspiegelgefalle angezeigte Anderung der potentiellen Energie der
fliefienden Wassermasse macht in einem solchen Flufiabschnitt keine Spriinge. Der Flufi stellt hier
ein Wirkungsgefiige dar, in welchem der Energie verbrauch aller Teile in dauerndem sprunglosem gegenseitigem Ausgleich aufeinander abgestimmt
ist.
Anders sind die Verhaltnisse beim schiefienden Abflufi, welcher bekanntlich dadurch definiert wird, dafi die Fliefigeschwindigkeit grofier wird
als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit auch der langen Weilen des Wassers. Beim schiefienden Ab flufi ist die Turbulenz in der Regel stark erhoht, wobei wir davon absehen, dafi in Fallen, in denen
das Gerinnebett ein Fliefien mit besonders gerin ger Reibung ermoglicht, auch Ausnahmen vor kommen. Da beim schiefienden Abflufi nicht ein mal mehr die langen Weilen wegen der erwahnten Geschwindigkeitsbedingung einen Spiegelausgleich
stromauf herbeifuhren konnen, so miissen nun mehr besonders starke Fliefiwalzen und Schwing
bewegungen sich bis zur Wasseroberf lache bemerk bar machen. Die Wasseroberflache wird dadurch auch bei Windstille unruhig und wellig. Sie erleidet Fliefistorung.
Insbesondere dann, wenn sich im Flusse orts f e s t andauernde Spiegeldeformationen ausgebil det haben, ist aus der dadurch fiir die betreffende Stelle angezeigten sprunghaften Anderung der po
tentiellen Energie des Wassers zu entnehmen, dafi in einem solchen Flufiabschnitt nicht ein fiir alle Punkte einigermafien ausgeglichener Verbrauch an potentieller Energie des fliefienden Wassers statt findet. Vielmehr treten Singularitaten des Energie verbrauchs auf. Diese erfordern eine Untersuchung dariiber, ob oder wieweit sie geomorphologisch von Bedeutung sind.
Mit den bisherigen Uberlegungen wurde ver sucht deutlich zu machen, dafi es uberhaupt von Interesse ist, auf die Gestaltung der Oberflache fliefiender Gewasser zu achten. Nun sollen einige Beobachtungen iiber das Aussehen von Flufispie
geln und entsprechende Deutungsversuche folgen.
Der geglattete Flufi Spiegel
Nur bei schleichenden Stillwassern und auch bei diesen nur in Zeiten vollkommner Windstille ist die Oberflache des Gewassers wirklich spiegelglatt.
Aber im Unterschied von wellig und schaumend dahinrauschenden Gewassern gibt es solche, die bei Windstille trotz kleiner Unebenheiten der Oberflache und trotz lebhafter Fliefibewegung
von 1 bis 2 m/sek oder sogar mehr, dennoch den Eindruck ruhigen Stromens machen. Hineingewor
fene Steine verursachen eine vom Einwurfpunkt ringartig fortlaufende Welle, wenn diese auch in folge der Fliefibewegung des Wassers von der Kreisgestalt abweicht. Es herrscht also stromende Fliefibewegung. Die Oberflache solcher Flusse ist gewohnlich durch fladenartige Partien besonders ebener Gestalt ausgezeichnet. Diese Fladen kom
men in Durchmessergrofien von etwa 1 Dezimeter bis iiber 1 Meter vor und sind in der Mitte im Stromstrich besonders haufig. Genauer betrachtet
stellen sie minimale ganz flache Aufwolbungen der Wasseroberflache dar mit einzelnen Quell stellen, an denen zu sehen ist, dafi Wasser von unten emporsteigt. Der rundliche Aufienrand die
ser Quellfladen des Wassers ist ein wenig versteilt.
Die Wasseroberflache biegt hier um einen Betrag von Millimetern bis wenigen Zentimetern nach
abwarts, und auch der Rand der umrahmenden, meist etwas weniger ebenen Wasserpartien biegt
sich entsprechend herab. Deutlich bewegt sich Was ser an dem linienhaft ein wenig eingetieften Saum des Quellfladens nach abwarts. Die Quellfladen und die absinkene Wasserbewegung an ihrem Saum sind der sichtbare Ausdruck fiir die seit lan gem bekannte Schraubenbewegung des mit Wir belbildung fliefienden Wassers, bei welcher ge wohnlich im Stromstrich aufsteigende, an den
Stromrandern absteigende Bewegung iiberwiegt.
Aufier den Quellfladen und ihren Absinkrandern sind meist kleine, einige Millimeter bis einige Zentimeter tiefe Sogtrichter an der Oberflache
ruhig stromender Fliisse zu sehen. In ihrem Um kreis setzt Wasser mit um den Trichter drehender Bewegung in die Tiefe. Sogtrichter sind haufig einerseits in der Umgebung der Quellfladen, an dererseits nahe den Stromrandern, wo, wie er wahnt, absteigende Wasserbewegung gewohnlich
iiberwiegt.
Die soeben beschriebenen geringen Unebenhei ten der Wasseroberflache sind nicht ortsfest. Sie bewegen sich vielmehr in der Fliefirichtung fort.
Allerdings ziehen die Sogtrichter nahe den Flufi randern, flufiab von Vorsprungen des Ufers, nicht seiten in grofieren kreisartigen Bahnen da hin, wobei die Bewegung im ufernahen Teil des Kreises stromauf gerichtet ist. Dies verdeutlicht
das Vorhandensein von Nehrstromen, d. h. von Uferwalzen der Wasserbewegung mit senkrecht
stehender Achse. Mit ihrer Hilfe mindert das flie fiende Wasser die Reibung an der unregelmafiig verlaufenden Uferwandung.
Ganz allgemein kann man sagen, dafi in der artigen Fliissen kein Punkt sprungartig verstark ten oder verringerten Energieverbrauchs vorhan den ist. Vielmehr sind alle Anderungen des Ener gieverbrauchs mit der Nachbarschaft durch leichte, kaum wahrnehmbare Spiegelanderungen ausglei chend abgestimmt. In einem solchen Wirkungsge fiige kann man, wenn die sonstigen Gegebenheiten gleich bleiben, Vorhersagen iiber den weiteren Ab lauf des Geschehens, insbesondere auch iiber die zu erwartenden Veranderungen der Reliefgestal tung herleiten, nicht anders als das bei schleichen den Stillwassern der Fall ist. Der soeben beschrie bene Typus der Flufioberflache rechtfertigt es
8 Erdkunde Band XX durch seine Form und durch die mit ihr verbun
denen Eigenschaften, ihn als g e g 1 a 11 e t zu be
zeichnen.
Der vorgeglattete Flujlspiegel
In Gewassern, welche starke Schnellen aufwei sen, findet man gewohnlich in einer Zwischen zone zwischen dem unter Aufbaumen des Wassers dahinjagenden Abflufi der eigentlichen Schnelle und einer talab folgenden Strecke ruhigen Stro mens im Glattungszustand eine Ubergangsform
der Oberflachenbeschaffenheit.
Wahrend im Glattungszustand trotz der be schriebenen geringfiigigen Unebenheiten von einer glatten Wasseroberflache gesprochen werden kann, weist die Wasseroberflache nun auch bei Wind
stille deutliche Wellung auf. Deren Vertikalaus mafie konnen von einigen Zentimetern bis zu Dezimetern gehen. Quellwirbel sind noch deutlich erkennbar, aber die einzelnen Wirbel sind flachen mafiig kleiner, doch in der Vertikalen weit kraf tiger als beim Glattungszustand. Es sind mehr Quellbuckel als Quellfladen. Zwischen den Quell
buckeln und abseits von ihnen ist die Wasserflache hier und da durch Sogtrichter gegliedert, im iibri gen ausgesprochen gewellt.
Wahrend aber im Glattungszustand die dort ja auch vorhandenen geringfiigigen Unebenheiten der Wasseroberflache stets aus im Scheitelteil abge
flachten Gebilden bestehen, uberwiegen hier Wel lenkorper mit zugescharfter, manchmal sogar auf schaumender Firstlinie. Man kann sie als Kamm wellen bezeichnen. Offenbar entstehen diese Kammwellen aus der Uberlagerung benachbarter,
unregelmafiig liegender und sich drehender Was serwirbel, welche so kraftig sind, dafi Wellenberge und Wellentaler merklich iiber das Mittelniveau der Wasseroberflache gehoben, bzw. unter dieses Niveau hinabgedriickt werden. Die Turbulenz des Wassers ist also wesentlich starker als im Glat
tungszustand, mag sie nun von einer oberhalb ge legenen sehr starken Schnelle her iibertragen sein oder aus den Reibungswirkungen der unmittelbar durchmessenen Flufistrecke selbst herriihren.
Charakteristisch fiir diesen Typ der Flufiober flachen ist ferner, dafi die beschriebenen Kamm wellen nicht ortsfest sind, sondern mit der Stro mung wandern, und dafi die Grofie benachbarter Kammwellen ziemlich gleich ist, jedenfalls keine
auffalligen Unterschiede aufweist. Dies gilt auch dann, wenn diese Weilen bis zum Aufschaumen versteilt und zugescharft sind.
Die Wasseroberflache ist oft zu unruhig, um durch Einwurf von Steinen festzustellen, ob in diesem Falle die mittlere Fliefigeschwindigkeit grofier ist oder die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Oberflachenwellen, welche die der langen Wei
len ja nicht ganz erreicht. Manchmal kann man
aber feststellen, dafi sogar Oberflachenwellen ein wenig stromauf f ortschreiten, was stromenden Ab
flufi anzeigt. Aus der Gleichartigkeit der Grofie der Kammwellen ist immerhin zu schliefien, dafi auch in diesem Falle die Bodenreibung der flie fienden Wassermasse keine sprungartigen Ande
rungen auf kleinem Raum erfahrt. Fiir die Frage nach der reliefverandernden Wirkung eines Flus
ses dieser Spiegelgestaltung besagt dies, dafi diese Wirkung wohl kraftiger sein mufi als beim ge
glattet fliefienden Flufi, dafi aber auch hier nach barliche Ausgeglichenheit der Reibungswirkungen vorhanden sind.
Wenn man bei einer Flufioberflache der be schriebenen Art in jedem Querprofil und fiir jeden Augenblick die Mittelwerte aller tatsachlichen Hohen der Wasseroberflache gebildet denkt, so wird sich ohne Zweifel ein gleichsinniges und
sprungloses Gefalle der aus den Mittelwerten aller Querprofile gebildeten Kurve in der Abflufirich
tung ergeben. Nicht die Wasseroberflache selbst, wohl aber die Gefallskurve der in jedem Quer
profil genommenen Mittelhohen der Wasserober flache ware hiernach als glatt zu bezeichnen. Diese Eigenschaft kann wohl nur bei uberwiegend noch
stromender Fliefibewegung gegeben sein, d. h. bei einer Bewegung, welche, abgesehen von mafiigen, ortlich und zeitlich veranderlichen Abweichun gen, einen durchgehenden Spiegelausgleich ge wahrleistet. Man wird in diesem Falle vielleicht von einem unruhigen Stromen sprechen konnen.
Wie erwahnt, ist der soeben beschriebene Zu stand des Flufispiegels in Fliissen, bei denen ge glattete und sehr wilde Laufstrecken miteinander wechseln, stets oberhalb der geglatteten Abschnitte
anzutreffen. Dies und die besonders beschriebenen Eigenschaften, vor allem das Glattsein der Gefalls kurve aus den Mittelhohenwerten aller Querpro
file der Flufioberflache geben die Berechtigung, in diesem Typ von Flufispiegeln ein Vorstadium der Glattungzu sehen, bzw. sie als vor geglattet oder vorglatt zu bezeichnen.
Der verformte Flufispiegel
Den beschriebenen Zustanden der Glattung und der Vorglattung der Flufioberflache stehen andere gegeniiber, die man Zustande der Verformung, der Deformation von Flufispiegeln nennen kann. Sie sind ausgezeichnet durch Wellen oder Spriinge der Wasseroberflache, welche am Ortbestehen
bleiben, bzw. dort standig neu gebildet wer den. Derartige bleibende Unausgeglichenheiten des Flufispiegels werden feststellbar, wenn sie wenig
stens in einer Dimension grofieres Ausmafi er langen als die friiher besprochenen wandernden Unebenheiten der Wasseroberflache. Handelt es
sich bei ihnen um ortsfest bleibende Wellen, so
sind es lange Weilen, d. h. ihre Wellenlange ist stets grofi im Verhaltnis zur Wassertiefe.
Wenn man sich auch in diesem Falle eine Ge fallskurve aus den in jedem Querprofil genomme nen Mittelwerten der Hohe der Wasseroberflache gebildet denkt, so ist diese weder sprungfrei, noch besitzt sie wirklich gleichsinniges Gefalle. Viel mehr treten in ihr unbeschadet der Tatsache, dafi
die Wasseroberflache im grofien gesehen flufiab an Hohe verliert, deutlich erkennbare, ortsfest bleibende Gegenboschungen auf. Aus diesem Grunde, bzw. in diesem Sinne erscheint es ange
bracht, hier von einer verformten, defor mierten Wasseroberflache zu sprechen.
Die Art und Weise des Abflusses ist in diesem Falle von den friiher beschriebenen Abflufiweisen des geglatteten und des vorgeglatteten Zustands wesentlich verschieden. Durch das Aufwartsstiir men des Wassers an der flufiauf gekehrten B6
schung der Standwellen und durch das Abwarts jagen an der Gegenboschung bzw. an Stellen sprunghafter Erniedrigung des Flufispiegels wirkt sie reifiend. Der Flufi besitzt nicht mehr die dem geglatteten und dem vorgeglatteten Zustand eigen tiimliche Fahigkeit, irgendwie entstandene Un ebenheiten seiner Oberflache sofort auszugleichen.
Dies kann wohl nur damit zusammenhangen, dafi bei dieser Form des Abflusses die Fortpflanzungs geschwindigkeit der langen Weilen, d. h. der fiir den Spiegelausgleich wirksamsten Vorgange, nicht mehr grofier ist als die mittlere Abflufigeschwin
digkeit des Flusses. Diese Uberlegung legt es nahe, das reifiende Fliefien bei Spiegeldeformationen der vorher beschriebenen Art als Schiefien anzusehen.
Zweifellos gibt es Ubergange zwischen dem vor geglatteten und dem verformten Zustand von Flufioberflachen. Einige, vereinzelt in einem Flufi durch Unregelmafiigkeiten des Betts oder durch eingebaute Bruckenpfeiler verursachte Standwel
len erlauben es nicht, den Flufispiegel im ganzen als deformiert zu bezeichnen, wenn nebenbei ge glattete oder vorgeglattete Partien der Flufiober flache hindurchziehen. Erst wo die Wasserober flache auf der ganzen Flufibreite durch Stand wellen oder durch sprunghafte Spiegelanderung deformiert ist, liegt ein gegeniiber dem geglatteten und dem vorgeglatteten Zustand wesentlich ver anderter Zustand des Flusses vor.
Angesichts der geomorphologischen Zielsetzung dieser Betrachtung ist es unwesentlich, ob das so
eben gekennzeichnete, auf Grund der Gestaltung des Wasserspiegels und der Art der Fliefibewe gung unmittelbar wahrnehmbare Schie fien, dem von der hydraulischen Theorie erar beiteten Begriff des schiefienden Abflusses genau entspricht, oder ob das wahrnehmbare Schiefien dem theoretischen Schiefien nur mehr oder weniger
nahe kommt.
Was den Fliefivorgang anbelangt, so ist es oft schwierig oder unmoglich, in einem naturlichen Flufi nachzuweisen, wo die Grenze zwischen stro mendem und wahrnehmbar schiefiendem Abflufi
genau erreicht wird. Unter gewissen Bedingungen vollzieht sich zwar nach alteren Feststellungen der Ubergang vom schiefienden zum stromenden Ab
flufi plotzlich, unter sprunghafter Hebung des Wasserspiegels flufiab, dem sogenannten Wasser
sprung. Daneben gibt es aber sicher auch unscharfe Formen dieses Ubergangs, bei denen z. B. wahr nehmbar schiefiende und stromende Partien des Wassers ein Stuck weit nebeneinander herlaufen
konnen unter starker Wirbelbildung an der Grenze der verschiedenen bewegten Wassermassen.
Der unregelmdfiig verformte Flufispiegel
In der Natur lassen sich zwei Typen verform ter Flufioberflachen recht deutlich voneinander unterscheiden. Der erste Typ zeichnet sich durch Unregelmafiigkeit der Verformung aus. Die Was
seroberflache bringt hier offensichtlich einzelne Unregelmafiigkeiten des Flufibetts individuell zum Ausdruck, eine Stufe im Flufibett, iiber die das Wasser hinwegsturzt oder hinwegschiefit samt der zugehorigen Wirbel- und Deckwalzenbildung
am Fufi des Gefallesprungs, ein Felsriff, grofie Blocke oder sonstige Hindernisse im Flufibett, welche zum Aufbaumen des Wassers oder zu Stau und plotzlicher Spiegelsenkung flufiab fiihren. In bezug auf den Flufi sind diese Erscheinungen un
regelmafiig, weil sie von Gegebenheiten der Struk tur des Untergrundes, von grofien Blocken, die irgendwie ins Flufibett gelangt sind, von Bauten und anderen Eingriffen des Menschen usw. her ruhren. Wir haben also einen unregelmafiig ver formten Flufispiegel vor uns.
Eine unregelmafiige Deformation des Flufispie gels im oben gekennzeichneten Sinne zeigt, dafi das Gewasser nicht mehr imstande ist, durch Spiegelausgleich von flufiab her seinen Energie aufwand an dieser Stelle mit dem der unterhalb oder oberhalb anschliefienden Flufistrecken sprung los abzustimmen. Bei dieser Lage hort der Flufi auf, ein einheitlich zu beurteilendes Wirkungs gefiige zu sein. Man kann insbesondere nicht an geben, ob der Flufi die Tendenz hat, die vorhan dene Unregelmafiigkeit seines Bettes durch un
terschiedliche Erosionsleistungen am Hindernis selbst und auf der flufiab folgenden Strecke zu nachst einmal noch zu vergrofiern, oder ob er dabei ist, sie abzuschwachen.
Fiir die Beurteilung der reliefgestaltenden Wir kung des Flusses ist dieser Unterschied gegeniiber den Verhaltnissen beim geglatteten und beim vor geglatteten Zustand von Fliissen von grofier Be deutung. Denn ist einmal die Glattung oder Vor
10 Erdkunde Band XX
glattung, d. h. ausgleichende Abstimmung des Energieaufwandes unter alien Teilgebieten des Flusses erreicht, so bedarf es ohne Zweifel einer erheblichen Abanderung der Gegebenheiten, um den Flufi aus diesem Zustand wieder herauszubrin
gen. Bei im gegenseitigen Verhaltnis annahernd gleichbleibenden Bedingungen mufite der Zu
stand sich dagegen erhalten, denn jede kleine ort liche Anderung im Energiebedarf wiirde sogleich durch eine leichte Anderung des Spiegelgefalles befriedigt und mit dem Energieauf wand derNach barschaft in Abstimmung gehalten werden. Bei
einem solchen Flufi kann von ausgeglichenem Gefalle gesprochen werden ohne Riicksicht darauf,
ob dabei die absoluten Gefallswerte hoch oder niedriger sind, was von der Wassermenge und von anderen Eigenschaften des Gewassers abhangt.
Dies Gefalle braucht auch durchaus nicht nur flufi ab abzunehmen.
Wo dagegen quer iiber den ganzen Flufi sicht bare Spriinge im Gefalle auftreten, oder wo quer iiber den Flufi in fixierter Lage und zeitlich un unterbrochen Stellen mit gegenlaufigem Gefalle der Wasseroberflache vorhanden sind, da besteht zwar wahrscheinlich immer noch eine gewisse Be einflussung zwischen der Spiegelhohe unterhalb und oberhalb, aber sicher nicht mehr eine aus geglichene Abstimmung des Energieaufwands zwi schen der Storungsstelle und den beiderseits an schliefienden Flufiabschnitten. Ein solcher Flufi stiirzt oder schiefit wahrnehmbar an der betref fenden Stelle. Er besitzt hier kein ausgeglichenes Gefalle. Er ist also als ganzes genommen nicht aus
geglichen.
Der geordnet deformierte Flufi Spiegel
Wie schon angedeutet, gibt es unter den Flufi strecken mit verformtem Flufispiegel noch einen zweiten Typ. Bei diesem kann man von geord neter Verformung der Wasseroberflache
sprechen. Unterhalb von Sturzstrecken oder un regelmafiigen Schnellen, unterhalb von Stauiiber laufen mit wahrnehmbar kraftig schiefiender Was serbewegung, aber auch in Flufiabschnitten, die nicht auf Stellen noch heftigerer Wasserbewegung
folgen, zeigt die Flufioberflache ofters ein form liches System von Standwellen.
Diese Standwellen konnen in ziemlich gleich mafiigen Abstanden quer zur Flufirichtung zu mehreren bis vielen hintereinander liegen. Manch mal sind sie in geregelt alternierender Nebenein anderordnung mit mehrfacher oder vielfacher Wiederholung hintereinander iiber die Wasser
flache verteilt. Von den Ufern konnen Standwel len in regelmafiigen Abstanden schrag stromab in den Flufi hineinziehen, vom gegenuberliegenden Ufer kommende Standwellen der gleichen Art
konnen sich mit ihnen kreuzen.
Die Grofienordnung dieser Standwellen bewegt sich in weiten Grenzen von wenigen Zentimetern Wellenhohe bis zu mehr als Meterdifferenz zwi schen Wellenberg und Wellental in grofien Fliis sen. Der Abstand von Wellenberg zu Wellenberg betragt das etwa Funf- bis Zehnfache der Wellen hohe. Immer ist die Wellenlange grofi im Verhalt nis zur Wassertiefe. Es handelt sich also stets um
lange Wellen. Die Firstlange der Standwellen reicht von Dezimetern bis zu Dekametern. Sehr oft lauft die Wasserbewegung in der Firstregion der Standwellen stromauf, und es kommt zum Uberschlagen bzw. Aufschaumen. Uber das Sy
stem der Standwellen hinweg bewegen sich dabei stromab als Formen minderer Grofie wandernde
Kammwellen.
Das in den Standwellen ortsfest bleibende Ge gengefalle gegen die Fliefirichtung des Gewassers weist darauf hin, dafi der Abflufi wahrnehmbar schiefiend vor sich geht. Andererseits beweist die Regelmafiigkeit der Anordnung dieser Standwel
len, dafi sie untereinander in Abstimmung stehen.
Gewohnlich wird die Hohe der Standwellen eines Systems flufiab geringer. Das talwartige Enden eines Systems vollzieht sich manchmal auch in der Weise, dafi an Stelle der strengen Anordnung
schliefilich nur noch vereinzelte Standwellen auf treten, die auch ofters nach einer kleinen Zeit der Ortskonstanz verschwinden oder ihren Platz ver
lagern. Allmahlich geht die Flufioberflache in das Vorstadium der Glattung iiber mit Uberhand
nehmen der wandernden Kammwellen und mit dem Hervortreten von Quellbuckeln.
Uberblickt man die Erscheinungen der geord net verformten Flufispiegel im ganzen, so ergibt sich folgendes: Die Tatsache, dafi diese Form der Flufioberflache gewohnlich vom un
regelmafiig deformierten Flufispiegel zum Vor stadium der Glattung iiberleitet, ebenso die syste matische Anordnung der stehenden Deformationen
in diesem Zustand weisen deutlich darauf hin, dafi hier, obwohl der geordnet verformte Flufispiegel bei wahrnehmbar schiefiendem Abflufi erzeugt wird, bereits eine gut ausgeglichene Abstimmung
des Energieverbrauchs entwickelt ist. Die Einzel heiten der Spiegeldeformation gehen hier sicher nicht auf einzelne entsprechende Hindernisse im Flufibett zuriick, so wie es bei den unregelmafiig deformierten Flufispiegeln der Fall ist, sondern
sie sind entweder eine Resonanzerscheinung auf die Gesamteigenschaften der betreffenden Flufi
strecke oder sie bedeuten das Ausklingen eines iibermafiig starken Sturzens oder Schiefiens, oder sie sind beides zugleich.
Die in regelmafiigem Abstand aufeinander fol genden Standwellen ungefahr gleicher Grofie diirf ten wohl dadurch zustandekommen, dafi hier die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von stromauf lau
fenden, durch das sehr starke Gefalle erzeugten langen Weilen recht genau der mittleren Abflufi geschwindigkeit des Flusses gleich ist. Das ware die Bedingung des schiefienden Abflusses.
Das reliefgestaltende Geschehen ist in solchen Flufiabschnitten sicher einheitlich, und mit dem des flufiab folgenden Glattungs- oder Vorglat
tungsabschnitts in Einklang stehend. Es konnen dabei bereits vorhandene Reliefunregelmafiigkei
ten gemildert oder bewahrt, aber schwerlich ver mehrt werden. Denn der Energieverbrauch ist in
solchen Flufiabschnitten von Ort zu Ort nur unbetrachtlich differenziert.
Hiernach wird man nicht nur Flufistrecken im Glattungszustand und im Vorstadium der Glat
tung, sondern auch solche mit geordneter Defor mation der Wasseroberflache zum Gesamtbereich
des ausgeglichenen Flufigefalles rechnen miissen.
Erst Flufistrecken mit unregelmafiig deformierter Wasseroberflache scheiden aus diesem Bereich aus.
Dies Ergebnis besagt etwas ganz anderes, als die gewohnlich gemachte Annahme, dafi namlich der ? graded stream" der amerikanischen Geomor phologen mit dem sogenannten Gleichgewichts profil der Flusse in Beziehung stiinde. Wenn ein
graded stream dem Wortsinn entsprechend ein Flufi mit ausgeglichenem Gefalle sein soli, bei dem man unter der Voraussetzung gleichbleibender Arbeitsbedingungen Vorhersagen iiber den wei
teren Geschehensablauf machen kann, so mufi die ser Flufi geglattetes oder vorgeglattetes Spiegel gefalle haben und darf sogar geordnet deformierte Spiegelabschnitte enthalten mit wahrnehmbar schiefiendem Abflufi. Nur ungeordnet deformierte Spiegel und mit ihnen ein wahrnehmbar schiefien der Abflufi ungeordneter Art sind ausgeschlossen.
Der Einflufi wechselnder Abflufimenge
Es wurde bisher unterlassen zu erortern, ob Beobachtungen iiber den Flufispiegel in ihrer Be deutung fiir die Reliefentwicklung von der Hohe
des gerade herrschenden Wasserstands unabhan gig sind. Sicher ist das nicht der Fall. Wohl in alien Klimaten sind die Flufiwirkungen bei Hoch wasser am bedeutendsten. Es kommt also darauf
an festzustellen, ob ein Flufi bei Hochwasser ge glattete, vorgeglattete, geordnet deformierte Spie gelabschnitte aufweist, wenn man entscheiden will, ob dieser Flufi ein ausgeglichenes Wirkungsgefuge besitzt oder nicht.
Noch unveroffentlichte Untersuchungen von H. Witt iiber Fliisse der Frankischen Alb, des Vorderen Bayerischen Waldes und des Alpenran
des im Chiemseegebiet haben aber gezeigt, dafi gewisse gesetzmafiige Zusammenhange zwischen dem Fliefizustand einerseits und der Wassermenge, der Abflufigeschwindigkeit, dem Gefalle sowie der Form des Gerinnebettes andererseits bestehen.
Man kann hiernach auf Grund von Beobachtun gen bei Mittelwasser mit einem gewissen Unsicher heitsspielraum Vorhersagen iiber das Verhalten des Abflusses bei einem Hochwasser machen, wenn man jeweils Feststellungen iiber die
bei bestimmtem Wasserstand herrschende Ab flufimenge, Abflufigeschwindigkeit,
das Gefalle und die Form des Gerinne b e 11 s zur Verfugung hat.
Die Beziehungen zwischen dem Charakter des Flufispiegels bei Mittelwasser und bei Hochwasser konnen namlich sehr unterschiedlich sein. Der Charakter kann erhalten bleiben, sich nach der
Seite der Glattung aber auch nach der Seite der Deformation verandern. Das hangt offenbar vom
Zusammenwirken der erwahnten Begleitwerte ab. Dies macht Beobachtungen iiber den Fliefi zustand und die Begleitwerte auch bei Mittelwas
ser wertvoll. Da bisher iiber den Fliefizustand unserer Fliisse, soweit es sich nicht um kunstlich
stark veranderte Wasserstrafien handelt, wenig bekannt ist, sind Beobachtungen iiber ihn bei jeg
lichem Wasserstand unter Hinzufiigung der vor her erwahnten Begleitwerte uberaus erwiinscht.
KARSTWASSERFLACHE UND UNTERIRDISCHE KARSTNIVEAUS *)
Mit 3 Abbildungen Alfred Bogli
Summary: Karst water surface and subterranean karst level.
The existence of karst water bodies and subterranean karst levels has by now been proved beyond a doubt.
A karst water surface, like the level of water under pres sure, behaves according to hydro-mechanical laws and is thus more aptly called a piezometric surface. Its location is largely determined by the main drainage. Together with the phreatic marginal zone this level is the place of inten sive cave formation, in particular through a special kind of corrosion (Mischungskorrosion), which gives rise to extensive subterranean gallery systems, the so-called levels
of caves or subterranean karst levels. They are closely linked with the phases of valley formation via the main drainage and are in fact their correlated feature within the karst. These theoretical deductions are tested and applied in practice, using as example the cave level of the Holloch in central Switzerland.
*) Die vorliegende Arbeit ist aus dem Bediirfnis entstan den abzuklaren, wie sich Karstwasserkorper verhalten und wie unterirdische Karstniveaus Studie ist meinem Freunde Prof. Herbert damit zusammenhangen. Die Lehmann ge widmet, mit dem ich in vielen lehrreichen Stunden Karst probleme diskutiert habe.
