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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Versuchsanstalt für Wasserbau

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Physikalische Modellversuche zur Energieumwandlung bei kleinen Hochwasserrückhaltebecken
Projektleiter:Prof. Dr.-Ing. Silke Wieprecht
Stellvertreter:Dr.-Ing. Sven Hartmann, AOR
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Phys. Gerhard Schmid
Projektdauer:5.11.2009 - 29.6.2012
Finanzierung:Bayerisches Landesamt für Umweltschutz
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
Hydromorphologie

MMM - Monitoren, Messen und Modellieren

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Bei der Planung und Ausführung von kleinen Hochwasserrückhaltebecken (HRB) wird der Energieumwandlung des über den Betriebsauslass abgegebenen Durchfluss oftmals zu wenig Beachtung geschenkt. Dies beruht vor allem darauf, dass die Standardlösung mit einem Tosbecken entweder nicht anwendbar ist oder nicht angestrebt wird, da sie den Fließcharakter der Gewässer unterbricht und somit die ökologische Durchgängigkeit behindert. Klassische Tosbecken mit Stufen oder Absätzen, die eine gute, lokal definierbare Energieumwandlung ermöglichen würden, sind bei ökologisch durchgängigen Becken nicht realisierbar. So finden häufig Störsteine Verwendung, deren hydraulische Wirkung jedoch meist unzureichend abgeschätzt werden kann. Die Folge können Erosionsschäden im Unterwasser sein, die mitunter zu Problemen bei der Standsicherheit des Dammbauwerkes führen.
Das Institut für Wasserbau (IWS) der Universität Stuttgart ist daher durch das Bayerische Landesamt für Umweltschutz (LfU) beauftragt, Arbeitshilfen zu erarbeiten, in denen Ausführungsmöglichkeiten für eine optimale Energieumwandlung bei ökologisch durchgängigen Becken darzustellen und zu erläutern sind.
Die Fragestellung ist auf zwei grundsätzlich unterschiedliche Ausführungsmöglichkeiten von Betriebsauslässen ausgerichtet. Zum einen ist dies eine offene Bauweise („Ökoschlucht“) und zum anderen eine Rohrleitung. Um die Untersuchungen möglichst praxisnah zu gestalten, erfolgen die Versuche auf der Basis des in der baulichen Umsetzung befindlichen Rückhaltebeckens Erlachbach, das durch den Markt Hengersdorf betrieben werden wird.
Das IWS hat, auf der Basis von eingehenden Erörterungen der Thematik mit dem LfU, ein Untersuchungskonzept vorgeschlagen und umgesetzt, das theoretische Überlegungen, Analogieschlüsse zu bereits in Betrieb befindlichen Anlagen sowie eigene Modellversuche beinhaltet. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf den Modelluntersuchungen in der Versuchsanstalt für Wasserbau des IWS. Die Nachbildung des HRB im physikalischen Modell konzentriert sich dabei auf den Bereich des Auslassbauwerks, um einen möglichst großen Maßstab verwenden zu können. Auf der Basis von Vorüberlegungen wird schließlich ein Modell im Maßstab von 1 : 5 erstellt, und dem Wunsch des Auftraggebers entsprechend ein Versuchsstand aufgebaut, der eine möglichst große Anschaulichkeit aufweist, um ggf. auch Schulungs- und Weiterbildungsmaßnahmen durchführen zu können. Konsequenterweise erfolgt der Versuchsaufbau weitgehend aus Plexiglas. Den verwendeten Abmessungen liegt dabei das bereits angesprochene HRB Erlachbach zu Grunde.
Ausgehend von Vorversuchen mit naturähnlichen, unregelmäßig geformten Steinblöcken erfolgt schließlich die systematische Untersuchung von unterschiedlichen Geometrien und Anordnungen von Prallwänden, um eine hinreichende Reproduzierbarkeit und Übertragbarkeit der Ergebnisse sicherstellen zu können.