Hybride Barrieren zur Optimierung von Stabrechen zum Fischschutz
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (10/2021)
Die Forderung eines effektiven Fischschutzes an Wasserkraftanlagen bewegt immer mehr Betreiber zur Optimierung ihrer Kraftwerke. Dabei ist es wichtig, eine Ausgewogenheit zwischen der energetischen Nutzung und der notwendigen Fischschutzwirkung der verwendeten Rechen zu gewährleisten. Ein neu entwickeltes System ermöglicht die Ausstattung bestehender Turbinenschutzrechen mit Elektroden, die durch ein elektrisches Feld im Wasser den Fischschutz sicherstellen, ohne wirtschaftliche Einbußen durch geringere Stababstände zu verursachen.

Aalabwanderung an der Wasserkraftanlage Unkelm√ľhle - zwei Methoden, ein Ergebnis?
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Die Wasserkraftanlage Unkelm√ľhle (Sieg) wurde mit einem flach geneigten Vertikalrechen und Fischabstiegswegen f√ľr Aal und Lachs ausger√ľstet. Die Funktionsf√§higkeit der Fischschutzeinrichtungen f√ľr den Aal wurde u. a. mit einem Fangmonitoring an den sohlennahen Abstiegen sowie mittels Radiotelemetrie √ľberpr√ľft. Mehr als 90 % der am Standort erfassten abgewanderten und telemetrierten Aale nutzten jedoch oberfl√§chennahe Abstiegswege, entweder direkt bei √úberfall am Wehr oder im Bereich des Krafthauses. Eine bodennahe Abwanderung √ľber die Bottom Gallery wurde zwar nachgewiesen, die Telemetrie-Daten zeigten jedoch unabh√§ngig vom Fangmonitoring deren untergeordnete Bedeutung f√ľr Aale.

Feinrechen - Grenzen der Kirschmer- Gleichung
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Die Berechnung des Stauh√∂henverlusts an Feinrechen in kommunalen Kl√§ranlagen basiert seit Jahrzenten auf der von Otto Kirschmer 1925 entwickelten Gleichung. In der Praxis zeigt sich bei Anwendung dieser f√ľr Wasserkraftanlagen konzipierten Gleichung auf Feinrechen, dass sich die berechneten und gemessenen Werte z. T. erheblich unterscheiden. Unter Zuhilfenahme von √ľber 900 Experimenten wurden in der Herleitung der Kirschmer-Gleichung die daf√ľr verantwortlichen Annahmen, welche in heutigen Kl√§ranlagen oft nicht zul√§ssig sind, identifiziert.

Experimentelle Untersuchungen zu Sedimentablagerungen in einer Flusskr√ľmmung am Mittelrhein
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Die Bundesanstalt f√ľr Wasserbau untersucht im gro√üma√üst√§blichen Modellversuch eine f√ľr die Binnenschifffahrt herausfordernde Kr√ľmmung im Mittelrhein bei Oberwesel. In der Flusskr√ľmmung wird die Schifffahrt durch Sedimentanlandungen entlang einer Kiesbank am Innenufer erschwert. Diese Anlandungen werden derzeit durch Baggerung wiederkehrend entfernt. Flussbauliche Ma√ünahmen sollen helfen, den Unterhaltungsaufwand zu vermindern. Eine besondere Herausforderung bei der Modellierung lag darin, das Natursediment auf ein geeignetes Modellsediment zu √ľbertragen. Als Modellsedimente wurden verschiedene Kunststoffgranulate unterschiedlicher Dichte als Granulatmischungen eingesetzt.

Stauraumverlandung von Hochgebirgstauseen: Experimentelle Modellversuche mit Mischungen aus Kunststoffgranulat und Sand
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In Hochgebirgsstauseen erfolgt der Sedimenteintrag aus Einzugsgebieten, die durch Vegetationsmangel gepr√§gt sind und dadurch bei Extremereignissen stark erodiert werden. Das eingetragene Sediment ist oftmals eine Mischung aus Kies und Sand sowie kleineren Anteilen aus Schluffen und Tonen. Der Kies wird als Geschiebe transportiert und bildet am oberen Teil des Stausees einen deltaf√∂rmigen Transportk√∂rper, der im Stausee langsam zur Talsperre wandert. Der Sand wird √ľberwiegend in Suspension transportiert und bei den vornehmlich kleineren Staur√§umen bis hin zum Absperrbauwerk abgelagert. Der Sedimenteintrag verringert den Stauraum z. T. deutlich. Da Kies im Wesentlichen als Geschiebe und Sand prim√§r als Suspension in den Stauraum eingetragen werden, m√ľssen diese morphodynamischen Prozesse im physikalischen Modell unterschiedlich betrachtet werden. Im Rahmen von zwei Consulting-Projekten an Talsperren in Chile wurden morphodynamische Experimente f√ľr Staur√§ume durchgef√ľhrt mit dem Ziel, die Stauraumverlandung durch eingetragenes Sediment aus Kies und Sand zu reduzieren. Als Modellsediment wurde eine Mischung aus Sand und Kunststoffgranulat verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass mit den getesteten innovativen Verfahren im physikalischen Modell die Baggerungen im Stausee deutlich reduziert werden konnten.

Kolkexperimente an Br√ľckenpfeilern unter Sedimenttransportbedingungen mit Polystyrolgranulat
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Br√ľckenzerst√∂rungen durch Auskolkungen erfolgen bei hohen Str√∂mungsintensit√§ten, die im Wasserbaulabor nur schwierig nachzubilden sind. In einer hydraulischen Versuchsrinne mit Sedimentr√ľckf√ľhrung wurden physikalische Modellversuche zur Kolkbildung an Br√ľckenpfeilern unter Klarwasserbedingungen, bei Geschiebetransport und Suspensionstransport durchgef√ľhrt. Als Sediment wurde das Kunststoffgranulat Polystyrol verwendet. Die Flie√ügeschwindigkeiten betrugen das 0,8- bis 8,5-fache der kritischen Geschwindigkeit des Sohlenmaterials. Die maximale Kolktiefe wurde kontinuierlich mit einer endoskopischen Kamera aus dem Inneren eines kreisrunden Plexiglaszylinders gemessen.

Nachbildung von Geschiebesch√ľttkegeln mit Kunststoffgranulaten
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Am Beispiel der Isarm√ľndung in die Donau zeigt sich, dass heterogenes Kiesmaterial im M√ľndungsbereich eines Flusses als sogenannter Sch√ľttkegel abgelagert werden kann. Am Zusammenfluss von Isar und Donau f√ľhrt dies zu Beeintr√§chtigungen der Schifffahrt. Um diese morphologische Situation in einem gegenst√§ndlichen Modell untersuchen zu k√∂nnen, ist ein geeignetes Modellmaterial auszuw√§hlen. Dazu wurden an der Hochschule Magdeburg-Stendal umfangreiche Untersuchungen durchgef√ľhrt, um nachfolgende Laborversuche der Bundesanstalt f√ľr Wasserbau mit der erforderlichen Natur√§hnlichkeit zu erm√∂glichen.

Modelluntersuchungen zum Kolkprozess am Wehr Geesthacht
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Untersuchungen an der Wehranlage Geesthacht zeigen, dass Kolkprozesse in gegenst√§ndlichen Modellen nach wie vor eine Herausforderung darstellen. Einerseits erfordert die Abbildung der morphologischen Prozesse von feinen Sedimenten Kompromisse bei der Natur√§hnlichkeit. Andererseits sind ber√ľhrungslose Methoden erforderlich, um den Kolkprozess im laufenden Versuch zu beobachten. Insgesamt konnten die ma√ügebenden Randbedingungen f√ľr den Kolkprozess aufgezeigt werden, so dass Sicherheit f√ľr die Planung der notwendigen geometrischen Ver√§nderungen des Tosbeckens und f√ľr die Konzeptionierung der Kolksicherungsstrecke besteht.

Neue Wege in der experimentellen morphodynamischen Modellierung durch die Verwendung von Kunststoffgranulat-Sieblinien
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Morphodynamische Modellexperimente sind im wasserbaulichen Versuchswesen nach wie vor ein unverzichtbares Hilfsmittel, um die komplexen Fragestellungen, die bei morphodynamischen Prozessen auftreten, einsch√§tzen zu k√∂nnen. Die √úbertragung der morphodynamischen Prozesse von Natur auf das Modell ist jedoch mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. So wird die Sedimentcharakteristik eine Natursieblinie aus einem Sand-Kies-Gemisch √ľblicherweise auf ein Modellsediment aus Einkorn-Kunststoffgranulat √ľbertragen.

Wasserbauliches Versuchswesen im 21. Jahrhundert
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Das wasserbauliche Versuchswesen hat eine √ľber hundertj√§hrige Tradition und liefert nach wie vor einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung aktueller hydraulischer und morphologischer Fragestellungen. W√§hrend im 20. Jh. wasserbauliche Modellversuche oftmals die einzige M√∂glichkeit waren, komplexe hydraulische Fragestellungen mit einer hinreichenden Prognosesicherheit zu beantworten, liegen im 21. Jh. oftmals die Schwerpunkte in den morphologischen Experimenten und in detaillierten Grundlagenuntersuchungen. Da die zu beantwortenden Fragestellungen immer komplexer, die Naturdaten in ihrer Qualit√§t und Quantit√§t immer besser und die Anforderungen an die Genauigkeiten der Ergebnisse immer h√∂her werden, sind Laborversuche unabdingbar, um weiterhin das Prozessverst√§ndnis zu verbessern. Die Erkenntnisse aus den wasserbaulichen Experimenten dienen als Grundlagen f√ľr die L√∂sungsans√§tze numerischer Modelle und sind damit auch f√ľr deren Weiterentwicklung unabdingbar.

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