Project

Discipline

River Restoration; Groundwater; River Floodplains; Hydrology; Stochastic Modelling; SW / GW Interactions

Lead
Das Forschungsprojekt „River Floodplains“ legt die Grundlage für eine quantitative Analyse, welche Rolle das Abflussregime für Überflutungsgebiete und deren Ökosysteme spielt und wie es sich auf die ökologischen und biogeochemischen Ökosystemleistungen auswirkt. Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchen wir, wie sich der zeitlich ändernde Abfluss auf das Verhalten des Systems Fluss - Überflutungsgebiet - Grundwasser auswirkt. Wir werden kritische Links der zugrunde liegenden Prozesse aufzeigen.
Lay summary
In der Schweiz und vielen Teilen der Welt sind Überflutungsgebiete und deren Ökosysteme von grosser Bedeutung für die Gesellschaft. Wasser ist von essentieller Bedeutung für die gesamte Umwelt. Wasser spielt eine tragende Rolle in allen physikalischen, chemischen und sozio-ökonomischen Systemen. Auf der einen Seite beeinflusst der Wasserzyklus in signifikanter Weise die klimatischen Bedingungen und reagiert selbst sehr sensitiv auf eine sich wandelnde Umwelt. Diese Rückkopplungsprozesse sind höchst komplex. Auf der anderen Seite können sich ändernde Wasserverfügbarkeiten und Extremereignisse dramatisch auf das Wassereinzugsgebiet auswirken.    Das Forschungsprojekt „River Floodplains“ legt die Grundlage für eine quantitative Analyse, welche Rolle das Abflussregime für Überflutungsgebiete und deren Ökosysteme spielt und wie es sich auf die ökologischen und biogeochemischen Ökosystemleistungen auswirkt. Um dieses Ziel zu erreichen, untersuchen wir umfassend, wie sich der zeitlich ändernde Abfluss auf das Verhalten des Systems Fluss - Überflutungsgebiet - Grundwasser auswirkt. Wir werden die kritischen Links der zugrunde liegenden hydrologischen, geomorphologischen und klimatischen Prozesse aufzeigen.     Die neuen Erkenntnisse dieser Forschung werden sehr hilfreich sein, um Vorhersagen unter den Bedingungen von Klimawandel machen zu können. Sie werden helfen, neue Regularien für flussnahe Ökosysteme zu entwickeln, die unter steigendem anthropogenem Druck stehen. In diesem Sinne werden die Forschungsergebnisse auch als Basis dafür dienen, die längerfristigen Ziele von Flussrevitalisierungsprojekten zu definieren.

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Last update: 27.09.2013

Active participation

Self-organised

Number	Title	Start	Funding scheme

Principal Investigator:Mario Schirmer, Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and TechnologyMain Collaborator:Gianluca Botter, University of Padova (Italy)1.Summary of the research planThe research program aims to lay the foundations for a quantitative analysis of the role played by streamflow regimes in shaping the ecological and biogeochemical services provided by river-floodplains and their ecosystems. In order to achieve this long-term goal, we will comprehensively investigate the impact of streamflow temporal variability on the behavior of river-floodplain-groundwater systems, showing the critical links with the underlying hydrologic, geomorphic and climatic processes. The new insight emerging from the research will be particularly useful to predict the impacts of climate change and evolving regulations on riverine ecosystems and to preserve the ecological value of fluvial systems, which are particularly valuable tasks in view of the increased anthropogenic pressure on climate and freshwaters. This would also serve as a basis to better define the long-term objectives of river restoration projects. Specifically, our investigation will be carried out by focusing on the following intertwined aspects of the eco-hydrologic functioning of river-floodplain-groundwater systems: stream habitat, stream-floodplain-groundwater connectivity, riparian vegetation and sediment transport. We will first define the role played by the shape of river cross sections in modulating the variability features of streamflows, to identify the signatures of climate/landscape attributes and river forms on stage fluctuations and stream habitat suitability for different biological populations. We shall then analyze the relevant stream-groundwater interactions, the extent of the aquatic/terrestrial transition zones (areas only temporarily flooded) and their connectivity with the main river course as a function of the streamflow regime. The implications in terms of the amount of resources coming into rivers from the adjoined floodplains will be also analyzed. The characterization of the aquatic-terrestrial interfaces in rivers will provide a basis for a quantitative description of the relationship between the stochastic character of water availability and the dynamics of riparian vegetation, whose spatial and temporal patterns strongly influence the river biodiversity. The dynamics of riparian vegetation will be analyzed with particular emphasis on the multifaced interactions between biotic (vegetation features) and abiotic factors (groundwater and soil moisture, in turn controlled by the flow regime). Later on, the impact of streamflow regimes on sediment transport will be also analyzed with the goal of providing a probabilistic characterization of the sediment load transported by rivers, with implications for river morphodynamics and stream ecology studies, as well as for reservoir management problems. The models developed in the research project explicitly include the stochastic variability of hydrologic forcings and distinguish themselves by the availability of analytical solutions, which allow for a quick but rigorous characterization of complex eco-hydrological processes. These features can be of particular interest for engineering and consulting companies, which could potentially achieve significant advantages in term of lower costs and time consumption. Therefore, an additional long-term objective of this research project is to transfer the knowledge acquired and to make the stochastic tools developed and tested available to the industry and real world applications.