Überprüfung von Berechnungsansätzen für den Abfluss über breitkronige Wehre

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Überprüfung üblicher Berechnungsansätze für breitkronige Wehre, insbesondere auch für den Hochwasserabfluss mit möglichen Rückstau.

Wehre sind unverzichtbare Bauwerke für die Bewirtschaftung der Gewässer. Sie werden hydraulisch so bemessen, dass sie die zu erwartenden Hochwasserabflüsse möglichst schadlos abführen können. Bei kleinen Fallhöhen kann dies durch hohe Unterwasserstände im Hochwasserfall erschwert werden. Im Hinblick auf zunehmende Extremniederschläge und damit einhergehende steigende Bemessungsabflüsse wird die Leistungsfähigkeit vieler Bestandsanlagen geprüft werden müssen. Zuverlässige Berechnungsansätze können dabei zu einer möglichst wirtschaftlichen Lösung beitragen.
Hydraulische GrundlagenDer Abfluss über ein Wehr wird in der Praxis meist mit der Gleichung von Poleni oder du Buat berechnet:

Q = μ⋅2/3  ⋅b⋅√(2g) ⋅hü 3/2 (1)
Q = μ⋅2/3  ⋅b⋅√(2g) ⋅hE 3/2 (2)

Der Abfluss ist darin eine Funktion der Überfallhöhe (Poleni) oder der Überfallenergiehöhe (du Buat). Beide Gleichungen wurden für folgende Annahmen hergeleitet (Bild 1, links) und im Anschluss auf unterschiedliche Weise vereinfacht:

  • das Wasser strömt in horizontalen parallelen Bahnen über die Wehrkrone,
  • es treten keine hydraulischen Verluste beim Abfluss über der Wehrkrone auf,
  • im Überfallquerschnitt liegt durchgehend atmosphärischer Druck vor.

Der Überflussbeiwert μ korrigiert die getroffenen Annahmen und Vereinfachungen sowie die Anströmbedingungen und ist für beide Gleichungen unterschiedlich. In der Praxis wird meist die einfacher zu handhabende Gleichung von Poleni verwendet. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungen.

Die Annahme horizontaler Strombahnen liegt am ehesten bei breitkronigen Wehren vor. Dies sind Wehre mit einer Länge von mindestens der dreifachen Überfallhöhe (L/hü ≥ 3). Besser wäre hier der Ausdruck „langkroniges Wehr", da für die Definition die Länge in Fließrichtung entscheidend ist, jedoch hat sich der Begriff „breitkronig" etabliert und wird daher auch hier verwendet. Für den Fall horizontaler Strombahnen liegen hydrostatische Druckverhältnisse vor und über dem Wehr stellt sich die Grenztiefe ein (Bild 2). Für diesen idealisierten Fall kann ein Überfallbeiwert von μ = 1/√3 ≈ 0,58 abgeleitet werden. Tatsächlich wird aber in der Praxis über breitkronigen Wehren eine geringere Tiefe als die Grenztiefe beobachtet, was durch die gekrümmten Strombahnen im Zulauf und an der Überfallkante erklärt werden kann [1]. Der Überfallbeiwert über breitkronige Wehre weicht daher – wenn auch geringfügig – von diesem Wert ab.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasser und Abfall 01/02 (Februar 2020)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Linda Neubert
Prof. Dr.-Ing. Stefan Heimann

Artikel weiterleiten In den Warenkorb legen Artikel kommentieren


Diese Fachartikel könnten Sie auch interessieren:

Optische Methoden ermöglichen neuen Blaualgen-Schnelltest
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (12/2021)
Verfärbt sich im Sommer das Wasser in Badeseen und Teichen grün, dann handelt es sich dabei oft um Blaualgen. Diese können für Mensch und Tier gefährliche Gifte in sich tragen, so dass immer wieder Gewässer von den Behörden schon vorsorglich gesperrt werden müssen. Ein Physiker- und Physikerinnenteam arbeitet an der Leibniz Universität Hannover an einem Schnelltest, um die giftigen Blaualgen schon vor Ort sicher von den harmlosen zu unterscheiden. Damit können die Kosten für Wasseruntersuchungen gesenkt und unnötige Gewässersperrungen vermieden werden.

Modelluntersuchungen zum Kolkprozess am Wehr Geesthacht
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Untersuchungen an der Wehranlage Geesthacht zeigen, dass Kolkprozesse in gegenständlichen Modellen nach wie vor eine Herausforderung darstellen. Einerseits erfordert die Abbildung der morphologischen Prozesse von feinen Sedimenten Kompromisse bei der Naturähnlichkeit. Andererseits sind berührungslose Methoden erforderlich, um den Kolkprozess im laufenden Versuch zu beobachten. Insgesamt konnten die maßgebenden Randbedingungen für den Kolkprozess aufgezeigt werden, so dass Sicherheit für die Planung der notwendigen geometrischen Veränderungen des Tosbeckens und für die Konzeptionierung der Kolksicherungsstrecke besteht.

Werkzeugkasten für den Umgang mit Starkregenrisiken in Kommunen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Zur lokalen Bewältigung der Herausforderungen von zunehmenden Starkregenereignissen benötigen Kommunen effektive, passende Werkzeuge. Hierfür haben zehn Institutionen aus sechs Ländern gemeinsam im Projekt Rainman eine frei zugängliche Toolbox erstellt. Sie enthält Methoden zur Risikobewertung und Strategien sowie Maßnahmen zur Risikominderung. Die Toolbox unterstützt kommunale Akteurinnen und Akteure so beim Umgang mit den Risiken aus Starkregen.

Kolmationsmonitoring an einer Renaturierungsstrecke der Wupper
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (2/2021)
In der Wupper in Wuppertal-Laaken wurde im Anschluss an eine Renaturierung ab 2017 ein Kolmationsmonitoring durchgeführt und hierbei ein neues Messgerät auf seine Eignung für das Monitoring der räumlichen und zeitlichen Kolmationsdynamik innerhalb des obersten Sohlbereichs getestet. Dazu bot sich der frisch renaturierte Gewässerabschnitt aufgrund der maschinellen Sedimentumlagerungen an. Die Untersuchungsergebnisse werden hier vorgestellt.

Auswirkungen historischer anthropogener Einflüsse auf den heutigen Gewässer- und Hochwasserschutz
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (2/2021)
Menschliche Aktivitäten beeinflussen bereits seit Jahrhunderten die Fließgewässersysteme. Heutzutage werden vor allem kleine Fließgewässer renaturiert, da diese direkt abhängig von natürlichen und menschlichen Veränderungen im Einzugsgebiet sind und menschliche Aktivitäten die ursprünglichen Bedingungen überlagern. Doch ist die Rückkehr zu einem „morphologisch natürlichen“ Zustand überhaupt möglich?

Name:

Passwort:

 Angemeldet bleiben

Passwort vergessen?