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Hydrodynamische Stauvorrichtung zur Verhinderung der Sohlerosion in Flüssen
Wo das Absinken der Flusssohle infolge von Sohlerosion gravierende wasserwirtschaftliche und ökologische Folgen hat, muss die Sohlerosion verhindert oder gestoppt werden. Dazu muss die Schleppkraft, d. h. die das Geschiebe in Bewegung versetzende Kraft, herabgesetzt werden. Dies gelingt mit Widerstandskörpern, welche allein den Hochwasserspiegel um wenige Dezimeter anheben (anstauen). Da die Schleppkraft nur bei Hochwasser hoch genug ist, die Sohle zu erodieren, genügt es, wenn die Stauvorrichtung nur bei Hochwasser wirksam ist.Die vorgeschlagenen Widerstandskörper stauen ausschließlich das Hochwasser auf. Nur dann nämlich sind die Fließgeschwindigkeiten hoch genug, dass ein hydrodynamischer Aufstau eintritt; dessen Höhe nimmt mit dem Quadrat der Fließgeschwindigkeit zu. Der Aufstau beträgt nur wenige Dezimeter, reicht aber aus, das Gefälle des Wasserspiegels und damit auch der sog. Energielinie und - damit verbunden - die Schleppspannung an der Flusssohle auf ein schadloses Maß zu verringern (Fig. 1). Der Grund dafür ist, dass das Gefälle selbst von alpinen Flüssen wie der Iller i. A. unter 2 ‰ liegt und daher schon mit geringen Stauhöhen deutlich reduziert werden kann (z. B. 0,3 m alle 250 m, was zu einer Gefälleminderung um 4 × 0,3 m/km = 1,2 ‰ führt). - Vereinfacht lässt sich die Wirkung der Widerstandskörper damit erklären, dass dem Hochwasserabfluss mit Hilfe der Widerstandskörper Energie entzogen wird, welche dann nicht mehr für die Mobilisierung des Geschiebes zur Verfügung steht. Durch eine geeignete Wahl von Größe, Form, Anzahl und Anordnung der Widerstandskörper lässt sich die Schleppkraft im erforderlichen Umfang reduzieren.Vorgeschlagen werden 2 Bauarten:1) Kegelartige, über Seile mit der Flusssohle verbundene Widerstandskörper, welche bei Hochwasser aufschwimmen, dabei aber größtenteils getaucht bleiben (Fig. 1). Gemäß Fig. 2 werden mehrere Widerstandskörper in Form eines oder mehrerer „Gürtel“ quer zum Fluss verankert.2) „Zahnschwellen“, die quer über den Fluss verlaufen, auf Pfählen/Spunddielen befestigt (Fig. 3). Sie stauen den Hochwasserspiegel in derselben Art und Weise auf wie in Fig. 1 dargestellt.Beide Bauarten können die Sohlerosion ohne ökologische Nachteile verhindern/stoppen: Weder das Niedrig- noch das Mittelwasser werden verlangsamt, ebenso wenig wird die Passage von Fischen stromauf wie stromab behindert. Der Hochwasserspiegel wird nur wenig erhöht, so dass niedrige Hochwasserdämme ausreichen. Der mittlere Grundwasserspiegel wird nicht erhöht, so dass die Keller der in der Talaue gelegenen Häuser trocken bleiben. Die Eingriffe in den Naturhaushalt sind gering, da weder Baugruben noch Betonbauwerke mit den entsprechenden Transporten erforderlich sind. Die Baukosten sind niedrig. - Die Zahnschwellen kommen in spezieller Bauart auch für schiffbare Flüsse in Betracht.
Hydrodynamische Stauvorrichtung zur Verhinderung der Sohlerosion in Flüssen
Wo das Absinken der Flusssohle infolge von Sohlerosion gravierende wasserwirtschaftliche und ökologische Folgen hat, muss die Sohlerosion verhindert oder gestoppt werden. Dazu muss die Schleppkraft, d. h. die das Geschiebe in Bewegung versetzende Kraft, herabgesetzt werden. Dies gelingt mit Widerstandskörpern, welche allein den Hochwasserspiegel um wenige Dezimeter anheben (anstauen). Da die Schleppkraft nur bei Hochwasser hoch genug ist, die Sohle zu erodieren, genügt es, wenn die Stauvorrichtung nur bei Hochwasser wirksam ist.Die vorgeschlagenen Widerstandskörper stauen ausschließlich das Hochwasser auf. Nur dann nämlich sind die Fließgeschwindigkeiten hoch genug, dass ein hydrodynamischer Aufstau eintritt; dessen Höhe nimmt mit dem Quadrat der Fließgeschwindigkeit zu. Der Aufstau beträgt nur wenige Dezimeter, reicht aber aus, das Gefälle des Wasserspiegels und damit auch der sog. Energielinie und - damit verbunden - die Schleppspannung an der Flusssohle auf ein schadloses Maß zu verringern (Fig. 1). Der Grund dafür ist, dass das Gefälle selbst von alpinen Flüssen wie der Iller i. A. unter 2 ‰ liegt und daher schon mit geringen Stauhöhen deutlich reduziert werden kann (z. B. 0,3 m alle 250 m, was zu einer Gefälleminderung um 4 × 0,3 m/km = 1,2 ‰ führt). - Vereinfacht lässt sich die Wirkung der Widerstandskörper damit erklären, dass dem Hochwasserabfluss mit Hilfe der Widerstandskörper Energie entzogen wird, welche dann nicht mehr für die Mobilisierung des Geschiebes zur Verfügung steht. Durch eine geeignete Wahl von Größe, Form, Anzahl und Anordnung der Widerstandskörper lässt sich die Schleppkraft im erforderlichen Umfang reduzieren.Vorgeschlagen werden 2 Bauarten:1) Kegelartige, über Seile mit der Flusssohle verbundene Widerstandskörper, welche bei Hochwasser aufschwimmen, dabei aber größtenteils getaucht bleiben (Fig. 1). Gemäß Fig. 2 werden mehrere Widerstandskörper in Form eines oder mehrerer „Gürtel“ quer zum Fluss verankert.2) „Zahnschwellen“, die quer über den Fluss verlaufen, auf Pfählen/Spunddielen befestigt (Fig. 3). Sie stauen den Hochwasserspiegel in derselben Art und Weise auf wie in Fig. 1 dargestellt.Beide Bauarten können die Sohlerosion ohne ökologische Nachteile verhindern/stoppen: Weder das Niedrig- noch das Mittelwasser werden verlangsamt, ebenso wenig wird die Passage von Fischen stromauf wie stromab behindert. Der Hochwasserspiegel wird nur wenig erhöht, so dass niedrige Hochwasserdämme ausreichen. Der mittlere Grundwasserspiegel wird nicht erhöht, so dass die Keller der in der Talaue gelegenen Häuser trocken bleiben. Die Eingriffe in den Naturhaushalt sind gering, da weder Baugruben noch Betonbauwerke mit den entsprechenden Transporten erforderlich sind. Die Baukosten sind niedrig. - Die Zahnschwellen kommen in spezieller Bauart auch für schiffbare Flüsse in Betracht.
Hydrodynamische Stauvorrichtung zur Verhinderung der Sohlerosion in Flüssen
ARNOLD OTTFRIED (Autor:in)
03.11.2022
Patent
Elektronische Ressource
Deutsch
IPC:
E02B
HYDRAULIC ENGINEERING
,
Wasserbau
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Hydrodynamische Schienenfahrzeuggetriebe
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|TIBKAT | 1988
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