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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Wasserbauliche Modellversuche zur Bestimmung der Abflusskennlinien des Hochwasserrückhaltebeckens HRB9 Waldhausen/Lorch"

Das Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS) der Universität Stuttgart kon-zipierte und erstellte im Auftrag des Wasserverbandes Remstal ein physikalisches Modell des Hochwasserrückhaltebeckens (HRB 9 Waldhausen/Lorch) im Maßstab 1:30. Für die Unter-suchung kam ein hybrider Modellierungsansatz zum Einsatz, wobei ein hydrodynamisch-numerisches Modell zur Einstellung der unteren Randbedingung am physikalischen Modell diente. Mithilfe des hybriden Modellansatzes konnten die für einen sicheren operativen Be-trieb erforderlichen Abflusskennlinien der Schütze abgeleitet werden.
Die Erstellung der Kennlinien erfolgte über die messtechnische Ermittlung der Ausflussbei-werte μ, welche abhängig vom Beckenwasserstand sind. Anschließend kann die Abfluss-menge in Abhängigkeit der Öffnungsweite und des Beckenwasserstands über die Ausfluss-formel bestimmt werden. Ein Vergleich zwischen berechneten und gemessenen Werten zeigt eine hohe Übereinstimmung. Die Abflusskennlinien wurden zunächst für das mittlere Schütz (S2) erstellt und die Messergebnisse belegen, dass die für das mittlere Schütz ermittelten Ab-flusskennlinien auch für das orographische linke und rechte Schütz Gültigkeit besitzen. Bei einem vollen Beckenwasserstand kann jedes der drei einzelnen Schütze den Regelabfluss von 154 m³/s ableiten.
Bei den Abflusszuständen BHQ1 und BHQ2 wurden die Schütze nicht überströmt und ein verbleibender Freibord zur Dammkrone von mindestens 1,3 m (BHQ2) nachgewiesen. Im Fall BHQ1(n-1) wird das Stauziel (278,9 müNN) um 0,10 m überschritten. Obwohl im physikali-schen Modell kein Überströmen zu beobachten war (aufgrund von Oberflächenspannungsef-fekten im verkleinerten Maßstab) ist davon auszugehen, dass im Naturmaßstab ein leichtes Überströmen stattfinden kann. Der Freibord zur Dammkrone beträgt in diesem Fall 1,2 m. Des Weiteren ist die Energieumwandlung für den BHQ1(n-1)-Fall als kritisch zu betrachten.
Ein Vergleich zur bisherigen Steuerung, der sogenannten „Hab-Acht-Stellung“, ergab bei Ein-haltung des Stauziels einen maximalen Abfluss von ca. 88 m³/s, welcher deutlich geringer ist, als der bisher angenommene Abfluss von 110 m³/s. Aufgrund von Unsicherheiten, durch fehlende Kalibrierungsdaten im hohen Abflussbereich, wurde die Sensitivität der Durchflüsse auf den Wasserspiegel am unteren Modellrand unter-sucht. Es wurde festgestellt, dass eine Wasserspiegelerhöhung um 0,10 m am Steuerpegel (Modellrand) einer Erhöhung um 0,5 cm - 4,0 cm im Becken entspricht. Unter Berücksichti-gung der maximalen Unsicherheit am Modellrand (± 40 cm) ergibt sich für den Wasserstand im Becken eine Gesamtunsicherheit von 2 cm bis 16 cm.
Als zukünftiger Steuerpegel wird ein existierender Abflusspegel ca. 1000 m unterstrom des Durchlassbauwerks vorgeschlagen. Dieser vorhandene Pegel erfüllt sämtliche Anforderun-gen an einen Steuerpegel. Allerdings ist für diesen Pegel keine verlässliche W-Q-Beziehung vorhanden. Auf Grundlage einzelner Datensätze konnte rechnerisch eine W-Q-Beziehung sowie deren Sensitivität abgeschätzt werden. Um eine verlässliche W-Q-Beziehung zu ermitteln, wird empfohlen regelmäßige Abflussmes-sungen bei unterschiedlichen Abflussereignissen durchzuführen, sowie eine automatisierte kontinuierliche Wasserspiegelmessung einschließlich deren Speicherung einzurichten. Dadurch können wichtige Kalibrierungsdaten erfasst werden, sodass verlässliche Aussagen über die Abflusssituation im Untersuchungsgebiet getroffen werden können.