Das Totholz stellt im Gewässer ein Hindernis für die Strömung dar. Der Rückstau des Wassers oberhalb dieses Hindernisses führt zu einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit und der Verzögerung des Abflusses (GREGORY et al. 1985, GURNELL et al. 1995).
Diese Retentionswirkung ist bei Niedrigwasser am größten. Mit zunehmendem Abfluß verringert sich die Wirksamkeit des Totholzes (GREGORY et al. 1985, LISLE 1986). Als Folge der Abflußverzögerung verändert sich der Ablauf der Hochwasserwelle. Die Spitzenwerte werden geglättet und die Dauer des Hochwassers verlängert (GREGORY et al. 1985, MACDONALD et al. 1987).
GIPPEL et al. (1996a) zeigen eine Möglichkeit auf, wie der durch Totholz verursachte Aufstau berechnet werden kann. Ausgangspunkt hierfür ist die von RANGA RAJA et al. (1982) für einzelne Zylinder in einem festgelegten Gerinne ("confined channel") entwickelte Gleichung:

Der Fließwiderstand - Koeffizient (debris drag coeffizient) CD errechnet sich aus:

Die Froude Number F errechnet sich aus:

Der Verdeckungsgrad ("blockage ratio") B errechnet sich aus:

wobei:
Dh= Aufstau als Differenz zum Unterlauf
CD= Fließwiderstands - Koeffizient (debris drag coefficient)
B= Verdeckungsgrad (blockage ratio)
L= Querschnittsbreite, die vom Totholz   eingenommen wird
d= Durchmesser des Totholzes
g= Gravitationskonstante
A= durchströmte Querschnittsfläche
h= Wassertiefe unterhalb
F= Froude Number
FD= Strömungswiderstand
p= Dichte des Wassers
U= Strömungsgeschwindigkeit unterhalb
Ul= Strömungsgeschwindigkeit oberhalb
 
 

Bis auf den Fließwiderstand - Koeffizienten, können alle Werte im Gelände erhoben werden. Dieser wurde für verschiedene Formen von Totholz in Gerinneversuchen bestimmt. Es zeigt sich, daß er vor allem von der horizontalen Lage im Gewässer und vom Verdeckungsgrad abhängt (GIPPEL et al. 1996a).
Bei der Anwendung der Methode bereitet die hinreichend genaue Messung des Verdeckungsgrades und der Strömungsgeschwindigkeit Schwierigkeiten.
Die Berechnung der Stauhöhe ganzer Totholz - Ansammlungen ist bisher nicht möglich. Hierfür wurden von GIPPEL et al. (1996a) jedoch Gerinneversuche durchgeführt. Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Totholz - Elementen kann es, im Vergleich zur Summe der Einzelwirkungen, sowohl zur Verminderung als auch zur Erhöhung des Aufstaus kommen. Die Anordnung mehrerer Zylinder quer zum Gerinne führt zu einer Verminderung der Gesamtwirkung, wobei die Verringerung des Aufstaus vom Abstand zwischen den einzelnen Zylindern abhängt. Je geringer der Abstand zu dem im Oberlauf befindlichen Zylinder, desto geringer ist auch der durch den folgenden Zylinder verursachte Aufstau. Im Gegensatz dazu kommt es bei ungleichförmiger Anordnung der Zylinder, die Totholz - Ansammlungen aus dem Gelände nachempfunden sind, zu einer Erhöhung der Gesamtwirkung.

Parameterauswahl

Die Ergebnisse der Gerinneversuche von GIPPEL et al. (1996a) zeigen, daß der durch Totholz verursachte Aufstau maßgeblich von der horizontalen Lage des Totholzes im Gewässer und dem Verdeckungsgrad bestimmt wird.
Auf welche Art und Weise und in welchem Umfang die Lage einzelner Totholz - Elemente innerhalb einer Akkumulation die Gesamtwirkung beeinflußt, ist bisher noch nicht ausreichend geklärt. Obwohl die Gerinneversuche von GIPPEL et al. (1996a) nahelegen, daß sich die aufstauende Wirkung mit abnehmendem Abstand der einzelnen Totholz - Elemente verringert, scheint die Verteilung, aufgrund der widersprüchlichen Ergebnisse, bei Versuchen mit weniger artifiziellen Totholz - Anordnungen, kein geeigneter Parameter zur Beschreibung des Aufstaus durch Totholz zu sein.