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Grundsätze des naturnahen Wasserbaus

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Grundsätze des naturnahen Wasserbaus. Fließgewässer sind dynamische Systeme. Sie formen ihr Bett und den dazugehörigen Talquerschnitt durch Erosion, Transport und Sedimentation unter den jeweiligen Randbedingungen. Sie entwickeln ihre eigenen morphologischen und biotischen Strukturen.

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Presentation Transcript
grunds tze des naturnahen wasserbaus
Grundsätze des naturnahen Wasserbaus

Fließgewässer sind dynamische Systeme.

Sie formen ihr Bett und den dazugehörigen Talquerschnitt durch

  • Erosion,
  • Transport und
  • Sedimentation unter den jeweiligen Randbedingungen.

Sie entwickeln ihre eigenen morphologischen und biotischen Strukturen.

Deshalb:

  • dem Fließgewässer ausreichend Raum zur eigendynamischen Entwicklung geben
  • nur solche Bauweisen und Materialien anwenden, wie sie im Gewässer auch natürlich vorkommen
  • anthropogene Eingriffe und technische Bauwerke minimieren
  • Zeit lassen
auenvitalisierung anlage von uferstreifen
Auenvitalisierung, Anlage von Uferstreifen
  • Auflassen von Deichen, Überflutungsdynamik anstreben
  • Ausbaggern von höher gelegenen Flächen, um Anschluss an Grw und Überflutung zu schaffen
  • Wiedervernässen von Sekundärrinnen, die trocken gefallen sind
  • Neubegründung von Auenwald
  • Erhöhen der Vielfalt an morphologischen Strukturvielfalt (Altgewässer, Tümpel, periodisch überflutbare Teile, bewusste Trockenstandorte)
bedeutung der uferstreifen
Bedeutung der Uferstreifen
  • Übergangszone Wasser / Land
  • Gewässervernetzung, Anbindung von Seitengewässern
  • Puffer- und Filterwirkung gegenüber Stoffeinträgen aus dem Hinterland
  • Einfluss auf Energie- und Stoffhaushalt, Beschattung
  • Kleinklima, Windschutz
  • Landschaftsbild und Erholungsraum
  • Funktion als Lebensraum
r hrichte
Röhrichte
  • Einsatz nur bei geringen Fließgeschwindigkeiten
    • Auswahl in Abhängigkeit von
    • Standort (Boden, Exposition)
    • Gewässerchemismus und-temperatur,
    • Strömungsbelastung und Lichtverhältnissen
  • Rohrglanzgras bis v=1,8 m/s
    • kräftiges Wurzelwerk
    • legt sich beim Überströmen um und richtet sich wieder auf
    • Flussröhrichte dürfen nicht abbrechen (hohe v), sonst Verfaulen des Wurzelwerkes
grunds tze des naturnahen wasserbaus5
Grundsätze des naturnahen Wasserbaus

Fließgewässer sind dynamische Systeme.

  • Sie formen ihr Bett und den dazugehörigen Talquerschnitt durch
    • Erosion,
    • Transport und
    • Sedimentation unter den jeweiligen Randbedingungen.
  • Sie entwickeln ihre eigenen morphologischen und biotischen Strukturen.

Deshalb:

  • dem Fließgewässer ausreichend Raum zur eigendynamischen Entwicklung geben
  • nur solche Bauweisen und Materialien anwenden, wie sie im Gewässer auch natürlich vorkommen
  • Anthropogene Eingriffe und technische Bauwerke minimieren
  • Zeit lassen
ma nahmen am flie gew sser querschnitt
Maßnahmen am Fließgewässer, Querschnitt
  • Ausbildung des Gewässerbetts
  • Querschnitt:
  • Flache Ufer und Böschungen max. 1:1, besser 1 : 1,5 bis 1: 2
  • Bei Lebendverbau der Ufer Minderung der Abflussleistung; deshalb Zugabe beim Querschnitt je nach Verhältnissen von 10 – 20 %
  • Ist Befestigung der Ufer erforderlich, dann nach Schwere des Falls entscheiden und wählen aus
    • Flechtwerken
    • Faschinen/Spreitlagen
    • Steinwalze zur Fußstabilisierung / Steinschüttung als Deckwerk
    • Blockvorlage / Drahtschotterkasten
ma nahmen am flie gew sser l ngsschnitt
Maßnahmen am Fließgewässer, Längsschnitt
  • Längsschnitt:
  • Eingriffe in Längsschnitt sind kritisch zu bewerten: Deshalb nicht oder nur behutsam eingreifen!
  • Kriterien:
    • Fließgeschwindigkeit
    • Untergrund
    • Schleppkraft (abhängig von Gefälle und Gewässertiefe)
    • Gleichgewicht anstreben
  • Bepflanzung:
  • Natürliche Bepflanzung anstreben, aber nicht einseitig auf eine Baumart setzen (z.B. Erle), gelegentlich auch Rasen
  • Pflege = Bewirtschaftung der Ufersäume, gelegentlich auf den Stock setzen.
wasserbau definitionen

Nach der Art der Einwirkung unterscheidet man zwischen

    • Längsbauten
    • Querbauten
  • Längsbauten:
    • verhindern Seitenerosion
    • regeln Laufrichtung
    • haben keine Wirkung auf das Gefälleprofil (Energielinie)
  • Querbauten:
    • verhindern Tiefenerosion
    • wirken stabilisierend auf das Gefälleprofil

Wasserbau: Definitionen

  • Je nach Höhe des Gefällesprungs und nach Bauform kann man unterscheiden (regional verschiedene Begriffe)
    • Sperren; Absturzhöhe < 2 m
    • Sohlschwellen, Sohlrampen; Grundschwelle
    • Sohlgurte; kein Gefällesprung bzw. kleiner als Gewässertiefe
bausteine f r eine revitalisierung von flusslandschaften
Bausteine für eine Revitalisierung von Flusslandschaften

Einheit von Linienführung, Längs­ und Querprofil

  • Strukturen von Referenzgewässern studieren und übertragen
  • Bei ehemals begradigten Gewässerabschnitten naturnahe Regelungsbauwerke zur Begünstigung von Prall- und Gleituferstrukturen vorsehen

Geschiebeverhältnisse

  • Ursachen klären, bei Geschiebedefizit zum Ausgleich Seitenerosion zulassen
  • Geschiebedepots (ehemalige Sandbänke, die überwachsen sind) aktivieren durch Einbau von Leitbauwerken
  • Verbesserung des Geschiebehaushaltes; natürlichen Geschiebehaushalt anstreben
  • Ständige Veränderung von Sohlenstrukturen, Sand­ und Kiesbänken, Gleit­ und Prallufern
  • Wiederherstellung der Durchgängigkeit für Geschiebe für ehemalige Staugewässer; Geschiebezugabe und Stauraumspülung
  • Nachteil der Stauraumspülung: biotischer Stress durch Suspensionsstoß
sicherung gef hrdeter uferbereiche oder zerst rter b schungsfl chen
Sicherung gefährdeter Uferbereiche oder zerstörter Böschungsflächen
  • Uferdeckwerke
    • Blockvorlage , sorgfältig verlegte Steine bzw. Blöcke
    • Böschungspflaster, Rautenpflaster
    • Steinsatz, verlegt
    • Steinschüttung, Steinwurf, Steinmatte: leichter zu erstellen als Deckwerke, durch Schüttung bzw. Wurf mit der Baggerschaufel
    • Spreitlage: “grüne” Böschungssicherung
    • Senkwalze: insbesondere zur Sicherung des Böschungsfußes
    • Kombinierte Bauweisen, z.B. Steinsatz mit Steckhölzern, begrüntes Böschungspflaster
  • Die verlegten Uferdeckwerke erfordern eine Filterschicht unter der Steinen
l ngsbauten oder leitwerke
Längsbauten oder Leitwerke
  • Funktion: Abdrängen des fließenden Wassers vom Ufer
    • Ausbuschungen: Bei Hohlufern und Kolken Astwerk in die Hohlformen einlegen und mit Pfählen verankern (gut Fichte). Dadurch Sedimentrückhalt. Ergänzt mit Weidensetzstangen kann dauerhafte Sicherung erreicht werden.
    • Rauhbaum: naturnahe Bauweise, rasch wirksam; Befestigung und Verankerung eines gut beasteten Nadelbaums mit guter Krone am Stammfuß, Ausrichtung annähernd uferparallel mit Spitze in Strömungsrichtung; durch Anströmung der Krone Auffächerung der Äste und Abfangen und Ablagern von Sediment.Bei größeren Uferanbrüchen mehrere Rauhbäume hintereinander; auf stabile Befestigung des Rauhbaums achten.
buhnen
Buhnen

Buhnen: B. zählen, obwohl quer zum Gewässer ausgerichtet, zu den Längsbauten (keine Wirkung auf die Energielinie). In ihrer Wirkung auf die Gewässersohle (Verhinderung von Kolken, gezielte Anlandung) vermitteln sie schon zu den Querbauten; deshalb gelegentliche Zuordnung zu Querbauten.

Buhnen:

einseitig vom Ufer ins Gewässer vorspringende Dammkörper; dienen der Ufersicherung, der Abweisung der Strömung oder der Konzentration des Abflusses bei Niedrigwasser (z.B. für Schifffahrt); einzeln als Querbau wirkend, mehrfach als Längsbau

leitwerke leitd mme
Leitwerke, Leitdämme
  • Buhnen: Rauhbaumbuhnen, Bürstenbuhnen, Buschbuhnen, massive Buhnen. Buhnen sollen Wasser abdrängen und zugleich in den Buhnenfeldern die Ablagerung von Geschiebe fördern.
  • Leitwerke und Leitdämme: Maßnahmen ganz überwiegend mit toten Bauelementen an Stellen mit starkem Angriff auf die Böschung; Ausführungen nach Zweck und Lokalität.
    • Gabionen
    • Mauerwerk
    • Steinkasten: Krainer Wand aus Hölzern und Steinen
str mungsverh ltnisse bei buhnen mit unterschiedlicher ausrichtung zur stromrichtung wwv 1992
Strömungsverhältnisse bei Buhnen mit unterschiedlicherAusrichtung zur Stromrichtung (ÖWWV, 1992)

Buhne senkrecht

zur Strömung

  • Wirkung der Buhnen auf:
  • Stömung
  • Uferschutz
  • Struktur
  • Feststoffrückhalt
  • Substratvielfalt
  • Biotopangebot

Buhnen mit Ausrichtung

flussab: deklinant

Buhnen mit Ausrichtung

flussauf: inklinant

strukturelemente in einem nat rlichen gebirgsbach
Strukturelemente in einem natürlichen Gebirgsbach

Längsprofil

Draufsicht

Querschnitt A‘-A

ausbildung nach prall und gleitufer
Ausbildung nach Prall- und Gleitufer

Prall- und Gleitufer: die Gehölzvegetation am Prallufer stabilisiert die Böschungen und sorgt für eine Beschattung des Gewässers

steinsatz
Steinsatz

Steinsatz mit Wasserbausteinen

Steinsatz mit Steckholz

weidenspreitlage
Weidenspreitlage

Weidenspreitlage mitFaschinenwalze zur Sicherungdes Böschungsfußes

flechtwerksbuhne
Flechtwerksbuhne

Flechtwerksbuhne

buhnen wurzelstock steinkasten
Buhnen: Wurzelstock, Steinkasten

Steinkastenbuhne

Wurzelstockbuhne, mit Steinen beschwert

ufersporn
Ufersporn

Ufersporn aus Wasserbausteinen

verformung von weiden bei unterschiedlichen flie geschwindigkeiten
Verformung von Weiden bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten

Nach OPLATKA 1998 (Diss. ETHZ)

verformung von weiden bei unterschiedlichen flie geschwindigkeiten26

Draufsicht

Verformung von Weiden bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten

Nach OPLATKA 1998 (Diss. ETHZ)

b rstenbuhne
Bürstenbuhne

1. Wanne ausheben, 30-40 cm tief, 100 - 120 cm breit

2. Biegsames Reisig einlegen, das vorn 50 -100 cm vor + hoch steht

3. Umrandung in Flechtbauweise

4. Auffüllen mit Steinen, event. mit Setzhölzern bestecken

rauhbaumbuhnen
Rauhbaumbuhnen

Syn. Buschbuhne

Beachte:

Rauhbaumbuhne muss durchströmbar sein; sonst Kolkgefahr

rauhbaum
Rauhbaum

Rauhbaum zur Sicherung gegen Seitenerosion

Anhängen eines Rauhbaums

Intensiv beastete Fichte am Stammfuß anbinden und an starkwüchsigen Bäumen gegen Abtreiben sichern. Wipfel weist stromab.

Im Astwerk wird allmählich Sediment akkumuliert; der Strömungsangriff wird vom Uferanbruch abgelenkt.

querbauten
Querbauten
  • wirken auf das Gefälle (i.d.R. Gefällssprung, Absturz) oder zur Sicherung der Sohle
    • Sohlgurt: Soll die Wassermenge gleichmäßig über die Gewässersohle verteilen; damit Abnahme der Gewässertiefe und Minderung der Schleppspannung
    • Sohlschwelle: Funktion auch hier Abflachen des Längsgefälles und Minderung der Erosivität des Gewässers, gegebenenfalls auch Geschieberückhalt; immer mit Absturz, deshalb zwingend Vorfeldsicherung (im Unterwasser) vorsehen; sonst Unterspülung der Sohlschwelle und Wirkungsverlust
    • Sperren: Funktion ähnlich Sohlschwelle, aber größere Absturzhöhe, deshalb deutlich schwerere Ausführung; häufig in Holzkasten- oder Gabionenbauweise, bei hohen Geschiebetrieb Drahtkästen vor Abrieb schützen (Streichbleche oder Holzpritschen), sonst Stabilitätsverlust und Zerstörung
hjulstr m diagramm
HJULSTRÖM-Diagramm

Das HJUSTRÖM-Diagrammbeschreibt, ab welcherFließgeschwindigkeit v einSedimentkorn aus der Sohleerodiert wird, in welchem Strömungsbereich Transport abläuft und bei welchem v eswieder sedimentiert.

Sand hat die geringste Wider-standskraft gegen fließendes Wasser; aber solange Strömung herrscht, können sich die Feinkornanteile (Ton, Schluff) nicht absetzen,

berechnung der grenzgeschwindigkeit

Empirische Formel für v0

d in [m], nicht dimensionsrichtig

Beispiel Sandkorn 2 mm Ø = 0,002 m

≈ 0,3 m/s

Beispiel Kies 3 cm Ø = 0,03 m

≈ 1,1 m/s

Gegeben Strömungsgeschwindigkeit: v= 4 m/s d = ?

d ≈ 40 cm

Berechnung der Grenzgeschwindigkeit
  • Grenzgeschwindigkeit v0:
    • Fließgeschwindigkeit des Wassers bleiben Körner gerade noch liegen.
slide37
Anwendung der Sicherungsmethoden in Abhängigkeit der krit.Schubspannungen, bzw. krit. Geschwindigkeiten
sohlgurt
Sohlgurt

Sohlgurt, auch Grundschwelle.

Funktion: hat keinen Absturz, verteilt Wasser gleichmäßig über die Gewässerbreite, verringert die Fließgeschwindigkeit, glättet die Sohle und verhindert weitere Eintiefung. Also Sohlenstabilisierung.

Für Gewässerorganismen i.d.R. kein Wanderhindernis.

sohlschwelle
Sohlschwelle

Sohlschwelle, auch Absturz.

Funktion: Reduktion des Gefälles, Minderung der Schleppkraft; Anhebung der Gewässersohle nach Eintiefung.

Für Gewässerorganismen i.d.R. Wanderhindernis,

Wichtig: Vorfeldsicherung (Ort der Energievernichtung)

sohlrampen
Sohlrampen

Längsschnitt

Rauhe Sohlrampen

Glatte Sohlrampen

Querschnitt

Draufsicht

sohlrampen42

Rauhe Sohlrampen

Glatte Sohlrampen

Sohlgleiten

Sohlrampen

Künstliche Sohlrampen erfüllen die gleiche Funktion wie Abstürze, erfordern aber einen weitaus größeren Aufwand im Bau. Trotzdem werden in neuerer Zeit viele Abstürze in "rauhe Sohlrampen" umgebaut. Dabei finden ausreichend groß dimensionierte Wasserbausteine Verwendung.

Bei naturnaher Ausführung sind Sohlrampen mit natürlichen Objekten (z.B.  Stromschnellen) zu vergleichen und sind für alle Gewässerorganismen voll durchgängig. Um bei einer Sohlrampe auch bei Niedrigwasser eine ausreichende Fließtiefe zu gewährleisten, ist es sinnvoll, eine "Niedrig-wasserrinne" einzubauen, in der sich ein geringer Abfluss konzentriert. Erst bei einem höheren Abfluss wird dann die gesamte Breite beaufschlagt. Die Rampenneigung muss dabei flacher als 1: 15 sein. Dabei sind Becken als Ruhebereiche vorzusehen.

Rauhe Sohlrampen günstig für Belüftung; Energievernichtung teilweise schon auf der Rampe selbst, teilweise im Unterwasser, dann Sohle sichern.