Wasserbau Binnen

Wasserbauliche Herausforderungen in Chile: Ein Besuch am Instituto Nacional de Hidráulica (INH)

Patrick Heneka hatte bereits über den Besuch von Francisco Martinez vom Instituto Nacional de Hidráulica (INH) in Chile berichtet und den Gegenbesuch am INH angekündigt. Dieser fand nun in der Woche vom 10. bis 14. Juli in Santiago de Chile und direkt am INH in Peñaflor statt. Eingeladen war je ein Vertreter der fünf zuvor über zwei Wochen besuchten Wasserbaueinrichtungen in England (HR Wallingford), Spanien (CEDEX und IH Cantabria), Argentinien (Instituto Nacional del Agua – INA) und Deutschland (BAW).

Das INH steht im Zuständigkeitsbereich des chilenischen Ministerio de Obras Públicas (Ministerium für öffentliche Bauten). Etwa 70 Mitarbeiter untersuchen dort unter Einsatz gegenständlicher und numerischer Methoden, unterstützt durch eigene Naturmessungen, eine ausgesprochen breite Palette an hydraulischen und wasserbaulichen Fragestellungen.

Das INH bearbeitet Projekte an Gewässern im städtischen, ländlichen und andinen Raum, an der Pazifikküste des sich über mehr als 4.000 km in Nord-Süd-Richtung erstreckenden Landes sowie im Zusammenhang mit den vielfältigen Naturgefahren. Extreme Erdbeben und Tsunamis, Vulkanismus, Sturmfluten sowie Sturzfluten, Schlamm- und Schuttströme sind im kollektiven Bewusstsein der Chilenen präsent. In den vergangenen Jahren sind mehrere extreme Naturereignisse eingetreten. Selbstverständlich rückt auch der Klimawandel zunehmend in die Aufmerksamkeit Chiles.

Untersuchungen zu Schlamm- und Schuttströmen am INH (#LaPresidentayYo)

Fachkunde und ein großes Maß an Neugier bei der Untersuchung völlig neuer Fragestellungen sind stark ausgeprägt. Es ist beeindruckend, mit welchem Teamgeist und Enthusiasmus – und natürlich auch viel Freude – am INH gearbeitet wird!

Derzeit arbeitet das INH intensiv an einem eigenen strategischen Zukunftsplan, in dem seine Ziele und das zukünftige Aufgabenspektrum geschärft werden sollen. In diesem Prozess werden Erfahrungen anderer Einrichtungen und ihre Anregungen aufgenommen. Neben den Diskussionen zur Zukunftsstrategie standen viele weitere Punkte auf dem Programm: Das Kennenlernen der wasserbaulichen Versuchseinrichtungen und der vielfältigen Projekte, ein Termin mit Vertretern des Ministerio de Obras Públicas sowie Vorträge im Rahmen des in Chile viel beachteten Seminars Cambio Climático, un Desafío para la Infraestructura zu Klimawandel und Klimawandelanpassung.

Der besondere Höhepunkt der Woche, insbesondere für das INH, war der erst mit wenigen Tagen Vorlauf angekündigte Besuch der chilenischen Staatspräsidentin Michelle Bachelet und zweier ihrer Minister (für öffentliche Bauten und für Umwelt) am 14.7. am INH. Das 50-jährige Bestehen des INH war ein Grund für den Besuch. Viel wichtiger war jedoch die zum Abschluss des Besuchs erfolgte und in allen chilenischen Medien viel beachtete offizielle Ankündigung der Präsidentin, weiter verstärkte Anstrengungen der chilenischen Regierung zur Anpassung der Infrastruktur an den Klimawandel zu unternehmen. Das INH wird auf diesem Gebiet sicher eine wichtige Rolle spielen.

Den fünf internationalen „expertos“ kam in der gesamten Woche die besondere Rolle zu, durch ihre Anwesenheit in Chile mit ein Zeichen dafür zu geben, dass sich Chile und das INH aktiv für die Zukunftsaufgaben rüsten. Zeugnis von einer intensiven und ereignisreichen Woche in Chile geben die persönliche Begrüßung und der Dank der Präsidentin und ihrer Minister, die gemeinsame Besichtigung der Versuchseinrichtungen des INH sowie zahlreiche Interviews und Fernsehauftritte.

Die chilenische Präsidentin Michelle Bachelet, zwei ihrer Minister und die fünf internationalen „expertos“ (CEDEX, BAW, INA, HR Wallingford und IH Cantabria) am INH (#LaPresidentayYo)

Verfasst von Nils Huber

Als Leiter des Referats Flussbau in Karlsruhe arbeite ich auf den Gebieten der Strömung und des Sedimenttransports in den Flusswasserstraßen. Die Beeinflussung dieser Prozesse z. B. durch Buhnen, Parallelwerke, Geschiebezugaben sowie Unterhaltungsmaßnahmen und damit die Schaffung ausreichender Tiefen für die Schifffahrt sind, ebenso wie die nachhaltige Entwicklung der Flüsse, zentrale Aufgaben.

Besuch von der anderen Seite der (Wasserbau-)Welt…

In den letzten beiden Wochen hatten wir an der BAW Besuch von Francisco Martinez vom Instituto Nacionial de Hydráulica (INH) in Chile. Francisco ist einer von 5 chilenischen Kollegen, die in diesem Frühjahr verschiedene Wasserbaueinrichtungen in England, Spanien, Argentinien und Deutschland besuchen, um Erfahrungen auszutauschen. Dieser Austausch ist Teil eines Programms des INH, mit dem die Qualtität der Forschungs- und Beratungstätigkeiten des Instituts gestärkt werden sollen.

In den beiden Wochen in Karlsruhe konnte Francisco das Wasserbaulaboratorium an der BAW kennenlernen. Er verbrachte mehrere Tage an den Modellen der Wasserbaureferate und wir konnten uns mit ihm über unsere laufenden Untersuchungen austauschen. Von großen Interesse waren für ihn die großen Flussmodelle des Rheins und der Donau, an denen wir uns mit Fragestellungen über den Sedimenttransport befassen. Hier stellten wir fest, dass die Zusammensetzung der Sedimente in chilenischen Gewässern teilweise gänzlich anders ist, von Lehm bis zu PKW-großen Felsen! Die Topographie unserer beiden Länder ist schon sehr unterschiedlich… Ein weiteres wichtiges Thema waren die hydraulischen Modelle von Wehren, Schleusen und Fischaufstiegsanlagen in unseren Versuchshallen inklusive Mess- und Versuchstechnik.

Nach Tagen intensiver Diskussion über unsere Aufgaben, Methoden und Modelle haben wir festgestellt, dass trotz der teilweise sehr unterschiedlichen Anforderungen an den Wasserbau in unseren Ländern, die Herangehensweisen gar nicht so unterschiedlich sind. Der fachliche Austausch war somit sehr hilfreich. Auch Lob gab es von seiner Seite: „…everything on time and very precise“:-)

Ein weiterer wichtiger Punkt für Francisco waren auch unsere Aktivitäten im Bereich anwendungsbezogener Forschung. Wie die BAW ist auch das INH hauptsächlich beratend für die Eigentümer der Wasserstraßen – in beiden Fällen der Staat – tätig. Aufgrund der komplexen Fragestellungen, welche die Arbeit an Wasserstraßen mit sich bringen, ist jedoch eine entsprechende Forschungsaktivität unerlässlich, damit die Beratung qualitativ hochwertig und effektiv ablaufen kann. Am INH in Chile sind die Forschungsaktivitäten bislang weit weniger ausgeprägt und Francisco informierte sich über die hiesigen Strukturen der Forschungsförderung. Zudem wurden Möglichkeiten angesprochen, wie eine fachliche Zusammenarbeit in Zukunft aussehen könnte.

Francisco ist dann am Freitag mit vielen neuen Eindrücken, einem Berg an fachlichen Unterlagen und einigen landestyischen Mitbringseln nach Chile zurückgeflogen. Wir sind gespannt, wie es bei ihm am INH in Chile weitergeht, im Juli steht ein Gegenbesuch an.

Verfasst von Patrick Heneka

Ich bin wissenschaftlicher Mitarbeiter im Referat Wasserstraße und Umwelt (W1). Meine Arbeitsschwerpunkte sind u.a. die Beratung der WSV bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen und die Durchführung von experimentellen Untersuchungen im Wasserbaulabor.

Vizedirektorin des Instituto Nacional de Hidráulica aus Chile besucht BAW

Am 14.3. hatte die BAW Besuch von Übersee.

Im Rahmen einer Weiterentwicklungsstrategie des nationalen hydraulischen Instituts (INH) aus Chile besuchte deren Vize-Dikretorin, Fr. Scarlett Vázquez Paulus, die BAW. Ziel des Besuchs war der Austausch über Organisation, Aufgaben und Methoden beider Institute. Hierbei konnten einige Gemeinsamkeiten, aber auch fundamentale Unterschiede festgestellt werden. So stehen in Chile neben Fragen aus dem Küsteningenieurwesen im Wesentlichen Naturgefahren im Fokus der Betrachtungen. Aufgrund der Topographie des Landes mit einer vergleichweise geringen Ost-West-Ausdehnung, jedoch signifikanten Höhenunterschieden mit den Anden im Osten und dem pazifischen Ozean im Westen finden sich wenig schiffbare Flüsse in Chile. Es stehen daher in Chile andere Probleme im Fokus als an der BAW. Das Spektrum des INH geht soweit, dass sogar Lavaströme aktiver Vulkane simuliert werden. Es bestand Einigkeit, dass bei diesem Thema eine Kooperation mit einer deutschen Bundesbehörde wenig Sinn macht…

Gemeinsamkeiten konnten hingegen bei den angewandten Methoden festgestellt werden. Auch in Chile wird mit ähnlichen Methoden nach Lösungen für wasserbauliche Fragestellungen gesucht. Demzufolge wird im Mai oder Juni ein chilenischer Projektingenieur für 1-2 Wochen an die BAW kommen und sich intensiv mit den an der BAW im Labor eingesetzten Methoden und Messverfahren auseinandersetzen.

Für die BAWler war der Besuch insofern spannend, als dass Fr. Vázquez Paulus einen guten Einblick in die Aufgaben eines außereuropäischen nationalen Instituts gewährte, mit denen der Austausch naturgemäß  eher gering ist.

 

 

 

 

 

3rd International Workshop on Labyrinth und Piano Key Weirs

Die BAW untersucht seit gut drei Jahren im Rahmen des Projekts „Feste Wehre an Bundeswasserstraßen“ sogenannte Labyrinth- und Piano-Key-Wehre. Dabei handelt es sich um feste Wehre, die im Grundriss gefaltet sind. Durch die wesentlich größere Überfalllänge ergibt sich eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit bei gleicher lichter Weite.

Labyrinth-Wehre werden schon seit vielen Jahren u.a. in den USA eingesetzt. Eine Weiterentwicklung ist das speziell für den Einsatz an Hochwasserentlastungsanlagen von Talsperren entwickelte Piano-Key-Wehr, das in den letzten Jahren vielfach in Frankreich, aber auch in Vietnam gebaut wurde. Das war vermutlich auch der Grund dafür, dass der dritte Workshop nach Liège und Paris diesmal vom 22. bis 24. Februar 2017 in Vietnam stattfand.

Bei dem Workshop hatten wir die Möglichkeit uns mit internationalen Kollegen über diese speziellen Wehrtypen auszutauschen. Der Workshop wurde im Wesentlichen von der Université de Liège, dem Vietnam National Committee on Large Dams (VNCOLD), der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) und der Electricité  de France (EDF) organisiert. Mein Kollege Michael Gebhardt und ich sind dafür nach Vietnam gereist und haben dort unsere Untersuchungen an der Ilmenau und unsere bisherige Forschung zu Labyrinth- und Piano-Key-Wehren vorgestellt.

Die Reise begann Montagvormittag am Karlsruher Hauptbahnhof. Vom Frankfurter Flughafen sind wir dann nach Ho-Chi-Minh-City geflogen und von dort aus weiter zum Konferenzort in Qui Nhon, wo wir nach einer 35-stündigen Anreise ankamen. Die Konferenz fand in einem Hotel statt, in dem auch alle auswärtigen Teilnehmer untergebracht waren. Der Teilnehmerkreis bestand aus etwa 80 Personen, wovon die eine Hälfte aus Vietnam und die andere Hälfte aus dem internationalen Ausland kamen. Vertreten waren unter anderem Kollegen der EDF (Frankreich), der Université de Liège (Belgien), der Utah State University (USA), EPFL (Schweiz), der Islamic Azad University (Iran), der University of Biskra (Algerien), der Stellenbosch University (Südafrika) und VNCOLD (Vietnam).

An zwei Konferenztagen wurden in durchweg interessanten Vorträgen die neuesten Forschungsergebnisse und die praktischen Erfahrungen beim Bau von Labyrinth- und Piano-Key-Wehren vorgestellt. Im Gegensatz zu vielen anderen Konferenzen, bei denen oft eine breite Spanne von Themen rund um Wasserbau und Schifffahrt präsentiert werden, wurde hier nur über diese Wehrtypen diskutiert. Das war hochinteressant und auch aufregend, da man selten die Möglichkeit hat, seine Ergebnisse vor einem derart spezialisierten Fachpublikum vorzustellen. In den Kaffeepausen und während der Mahlzeiten fand immer ein interessanter Austausch zwischen den Teilnehmern aus verschiedensten Ländern statt.

Am dritten Tag fand eine technische Exkursion zur Van Phong Barrage statt, einem in Betrieb befindlichen Piano-Key-Wehr. Mit einer Gesamtlänge von etwa 300 m handelt es sich dabei um eines der größten Piano-Key-Wehre überhaupt.

Insgesamt ist die Teilnahme an einer solchen Konferenz nicht zu unterschätzen. Ein Abstract und ein mehrseitiger wissenschaftlicher Beitrag in englischer Sprache müssen verfasst und fristgerecht abgegeben werden. Die Präsentation selbst muss gut vorbereitet sein und der Vortrag will trotz langer Anreise und Jetlags gut gehalten werden, in der Hoffnung dass die Inhalte auch beim Fachpublikum ankommen. Die interessanten Diskussionen, die geknüpften Kontakte und die gemachten Erfahrungen entschädigen aber schnell und führen zu wissenschaftlichem Erkenntnisgewinn und einem echten Mehrwert bei der zukünftigen Beratung der WSV.

Verfasst von Fabian Belzner

Seit 2012 befasse ich mich als wissenschaftlicher Mitarbeiter der BAW in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich mit der Hydraulik von Wasserbauwerken.

Praxissemester bei der BAW in Karlsruhe

Bianca Müller studiert an der Hochschule Emden/Leer Schiffs- und Reedereimanagement. Ihr Praxissemester hat sie bei der BAW in Karlsruhe im Referat Wasserbauwerke verbracht. Als Gastbloggerin erzählt sie von ihren Erfahrungen und Eindrücken:

 

„Süddeutschland? Was willst du denn da mit Wasser machen?“ Solch ähnliche Fragen kamen  häufig, als ich im Bekanntenkreis ankündigte für mein Praxissemester fernab der Küste nach Süddeutschland an die Bundesanstalt für Wasserbau in Karlsruhe zu gehen.

Im Rahmen meines Studiums an der Hochschule Emden/Leer im Studiengang Schiffs-und Reedereimanagement ist ein sechsmonatiges Praktikum vorgeschrieben. Durch die gewählte technische Vertiefung in meinem Studiengang habe ich bereits erste Erfahrungen mit numerischer Strömungsmechanik im wasserbaulichen Bereich machen können. Als studentische Hilfskraft unterstützte ich die Durchführung von Praktika im Bereich der Computational Fluid Dynamics, die den Studenten die theoretischen Inhalte der Vorlesungen anschaulich näher bringen sollten. Das waren die ersten Berührungspunkte mit wasserbaulicher Strömungsmechanik.

So entschied ich mich ein Praktikum zu absolvieren, das auf meinen ersten Erfahrungen in diesem spannenden Bereich aufbaut und wo ich die Chance habe, an vielfältigen und spannenden Projekten mitzuarbeiten. Wo ließe sich dieses erste Grundwissen weiter ausbauen?

Die Wahl fiel auf die Bundesanstalt für Wasserbau in Karlsruhe.  Auch wenn man Karlsruhe nicht als erstes mit Wasser verbindet, sitzt hier die Kompetenz für die deutschen Wasserstraßen. Im Bereich Wasserbau im Binnenbereich, Referat Wasserbauwerke, erwarteten mich vielfältige Möglichkeiten meine Grundkenntnisse in der Strömungsmechanik, deren computergestützte Simulation sowie Kenntnisse in der Auswertung der aufgesetzten Modelle auszubauen.

Anfang September war es soweit und der erste Arbeitstag stand vor der Tür. Ich war gespannt, was mich erwarten würde. Nach einer ersten Begrüßung wurde ich gleich auf dem Gelände herumgeführt. Von außen doch relativ unscheinbar und nicht gleich ersichtlich sind in den riesigen Versuchshallen auf dem Gelände viele gegenständliche Modelle, Rinnen und unterschiedliche Versuchsstände aufgebaut, an denen Untersuchungen durchgeführt werden.

Nach einer folgenden mehrtägigen Einsteigerschulung für das verwendete Software Framework OpenFOAM(R) ging es auch gleich los. Ich wurde von Anfang an in verschiedene Projekte mit einbezogen, erhielt meine eigenen Aufgaben und konnte so schrittweise meine Kenntnisse mit den verwendeten Programmen erweitern und die unterschiedlichsten Anwendungsfälle für die numerische Strömungsmechanik im Wasserbau kennenlernen.

Natürlich gab es immer wieder kleinere und größere Herausforderungen, vor denen ich stand und die ich auch nicht immer alleine lösen konnte. Hier halfen mir aber alle Kollegen und standen mit Rat zur Seite. Geduldig wurde auch schon einmal eine Frage zweimal erklärt, damit es gut umgesetzt werden konnte.

Die sechs Monate verflogen schneller als ich es mir zuerst vorgestellt hatte und schon stehe ich am Ende des Praxissemester vor der Frage: Haben sich meine Ziele und Ansprüche erfüllt?

Ich kann diese Frage für mich nur mit einem eindeutigen „Ja“ beantworten. Fachlich und auch methodisch habe ich durch die Projektmitarbeit viel lernen und für die Zukunft mitnehmen können.

Wir bedanken uns bei Bianca für ihre engagierte Mitarbeit im letzten halben Jahr und wünschen ihr alles Gute für ihre berufliche und private Zukunft.

 

Verfasst von Fabian Belzner

Seit 2012 befasse ich mich als wissenschaftlicher Mitarbeiter der BAW in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich mit der Hydraulik von Wasserbauwerken.

IWASA 2017 in Aachen

Blick auf Ausstellungsfläche der IWASA 2017 in Aachen„Living Rivers – Neues aus Praxis und Forschung“ – so lautete das Thema des diesjährigen Internationalen Wasserbau-Symposium Aachen – kurz: IWASA. Am 12. und 13. Januar fand zum mittlerweile 47. Mal diese Veranstaltung statt, die alljährlich vom Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (IWW) der RWTH Aachen unter der Leitung von Herrn Prof. Schüttrumpf organisiert wird.

Die etwa 20 Vorträge wurden in die Themenbereiche Messen, Stoffe, Prozesse, Maßnahmen und Projekte unterteilt, so dass den rund 600 Teilnehmern ein breites Spektrum an neuen Entwicklungen, Forschungen und Anwendungen präsentiert werden konnte. Jede/r Vortragende hatte dabei 20 Minuten Zeit, dem Publikum ihre/seine aktuellen Arbeiten vorzustellen. Die anschließende Möglichkeit der Diskussion wurde von den Zuhörern durch viele Fragen und Anmerkungen genutzt.

Wer auch aus der Ferne live dabei sein wollte, konnte die Vorträge (zumindest einige) auf der Facebookseite des IWW mitverfolgen. Die dort geposteten Livestreams können auch nach Ende der Veranstaltung abgerufen werden.

BAW-Messestand auf der IWASA 2017 in AachenNeben den spannenden Vorträgen gab es auch für Firmen und Institutionen die Möglichkeit, sich an ihren Messständen zu präsentieren und auf diesem Weg alte Kontakte zu pflegen bzw. neue zu knüpfen. Unter den rund 50 Ausstellern war diesmal auch die BAW mit ihrem Messestand vertreten. Drei Mitarbeiter aus dem Referat Flussbau beantworteten die zahlreichen Fragen der vielen interessierten Besucher. Insbesondere die StudentInnen der RWTH nutzten die Möglichkeiten, sich über die BAW, ihre Aufgabenbereiche und mögliche Praktika, Bachelor- oder Masterarbeiten zu informieren. Für die Studierenden ergeben sich durch solche Kooperationen interessante Fragestellungen aus der wasserbaulichen Praxis, für die BAW sind sie ein wichtiger Baustein im Rahmen der Gewinnung des wissenschaftlichen Nachwuchses.

Wer jetzt auf den Geschmack gekommen ist und bei der nächsten IWASA ebenfalls teilnehmen möchte (die Teilnahme ist übrigens kostenfrei): Am 18. und 19. Januar 2018 lädt das IWW zur 48. IWASA mit dem Thema „D³ – Deckwerke, Deiche, Dämme“ ein – vielleicht trifft man sich ja wieder am Messestand der BAW.

Verfasst von Lars Backhaus

Seit 2013 befasse ich mich als wissenschaftlicher Mitarbeiter der BAW in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich mit numerischen mehrdimensionalen hydro- und morphodynamischen Modellen.

Dünen, numerische Modellierung und am Ende ein Doktorhut

Es war endlich soweit. Ich war auf dem Weg zum Laboratoire Hydraulic St-Venant, dem Institut der Universität Paris-Est auf dem Gelände der EDF (Electricité de France) in Chatou bei Paris. Die Verteidigung meiner Doktorandin Annalena Goll vor einem internationalen Komitee stand kurz bevor und ich war überraschend aufgeregt. Als Mitglied der Jury hatte ich erstmals die Möglichkeit „hinter die Kulissen“ zu schauen. Da man als Betreuer aber auch immer ein stückweit selbst auf dem Prüfstand steht, hoffte ich, dass die Kandidatin bestmöglichst abschneidet.

annalena_doktorhut_dsc_9571_ Annalena Goll hatte 2010 als Diplomandin mit der Dünenmodellierung in der BAW begonnen. Die Ergebnisse waren so vielversprechend, dass wir ein FuE-Projekt initiierten: „Numerische Modellierung von Transportkörpern (Dünen) in Binnenwasserstraßen“. Frau Goll modellierte insgesamt fast fünf Jahre lang mit dem Programm TELEMAC-3D (http://www.opentelemac.org) erst Labor-Dünen aus der sogenannten „blauen Rinne“ – eine Versuchsrinne der BAW – und später sogar „richtige“ Dünen in einem Elbeabschnitt bei Lenzen.

Die Prüfung bestand aus zwei Teilen, einem 45-minütigem Vortrag und einer zeitoffenen Fragestunde, in der am Ende sogar das Publikum die Möglichkeit hatte (und wahrnahm!), Fragen zu stellen. vlcsnap-2016-12-19-10h21m38s729 Frau Goll präsentierte ihre Ergebnisse hervorragend. Diese wurden u.a. illustriert durch ein beeindruckendes Video, das die numerischen Ergebnisse und die Messungen aus der BAW-Rinne perspektivisch gegenüberstellt.

Das war ein guter Einstieg in die Fragerunde, die von den 3 Professoren der Jury (Prof. Stansby, Universität Manchester, Prof. Whitehouse HR Wallingford und Prof. Hinkelmann, TU Berlin) eingeleitet wurde. Frau Goll schlug sich hervorragend und hatte es damit geschafft. duene_auf_hut_annalena_Als Anerkennung gab es einen Doktorhut mit einem Teil einer echten Düne aus der „blauen BAW-Rinne“. Um Geschwindigkeitsmessungen über den Labor-Dünen durchführen zu können, waren die Dünen mit einem Leim fixiert worden. So behielten die Dünen sogar noch beim Abbau des Modells ihre Form bei und ein Teil davon ziert nun den Doktorhut.

Verfasst von Rebekka Kopmann

Als wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich ist mein Lieblingsthemengebiet die Anwendung und Weiterentwicklung von numerischen mehrdimensionalen morphodynamischen Modellen.

Masterarbeiten helfen bei Forschung

Ca. 15 Masterarbeiten werden jährlich in der BAW im Wasserbau im Binnenbereich vergeben und bearbeitet. Die Themen kommen aus den aktuellen Projekten der BAW. Oft fragen engagierte Studenten bei uns nach Masterarbeiten, weil sie die Arbeit der BAW spannend finden. Herr Mai Trung Hieu wollte unbedingt in dem Bereich Zuverlässigkeitsanalyse seine Masterarbeit schreiben und kam so zu mir und dem FuE-Projekt „Untersuchung der Prognosefähigkeit von mehrdimensionalen Feststofftransportmodellen an spezifischen Fragestellungen aus dem Flussbau“. Seine Masterarbeit zu dem Thema: “Anwendung von Zuverlässigkeitsmethoden auf ein numerisches Modell eines Rheinabschnittes“ entstand in Kooperation mit der Uni Stuttgart, Department of Stochastic Simulation & Saftey Research for Hydrosystems. Durch sein großes Vorwissen war die Arbeit so erfolgreich, dass sie sowohl auf der „Telemac-Mascaret User Conference 2015“ als auch auf der EGU 2016 vorgestellt wurde.

Bericht von Herrn Mai Trung Hieu über seine Teilnahme an der EGU 2016:
egu1European Geosciences Union General Assembly is one of the most exciting annual event for scientific researchers in Europe as well as worldwide to present their study on various themes related to our planet: surface water, ground water, soil, sediment transport, climate etc.. The EGU 2016 took place in Vienna, Austria and I had a contribution as poster presentation “Uncertainty quantification for a hydro-morphodynamic model of river Rhine”. The poster presentation was a summary of my Master thesis on reliability analysis in sediment transport modeling for a real project application at BAW.

Attending the session “Connectivity in hydrology and sediment dynamics: concepts, measuring, modelling, indices and societal implications” I have seen a large variety of contributions from all areas: hydrology, geomorphology, ecology and geochemistry. The topics focused in illustrating or identifying the role of connectivity for sediment transport, ecology and geochemical cycles by experimental work and modelling on different scales: local, regional and global scale.

Herr Trung Mai Hieu mit Prof. Nowak vor seinem Poster auf der EGU

Herr Mai Trung Hieu mit Prof. Nowak vor seinem Poster auf der EGU

By answering the question “how does reliability methods help in river engineering”, my poster drew a great attention from the audience who were interested in sediment transport processes in river modelling and especially in consideration of uncertainties to appraise the reliability of sediment transport models.
EGU 2016 was a great scientific event and I would like to thank BAW and University of Stuttgart, IWS, LS3 for the financial support to the conference costs.

Verfasst von Rebekka Kopmann

Als wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich ist mein Lieblingsthemengebiet die Anwendung und Weiterentwicklung von numerischen mehrdimensionalen morphodynamischen Modellen.

Aufzug oder Schleuse – auch für Fische

Seit einigen Jahren berät die BAW zusammen mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung bei der Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit der Bundeswasserstraßen. Diese sind vielfach gestaut, um z.B. die notwendige Wassertiefe für die Schifffahrt zu gewährleisten. Häufig werden die Stauanlagen auch für die Gewinnung von Strom aus Wasserkraft genutzt. Aus Sicht von Wanderfischen (und fast alle Fische wandern über kürzere oder längere Strecken) sind die Stauanlagen Sperren auf ihrem Weg. Es gibt etliche Fischarten, u.a. die bekannten Aale und Lachse, aber auch die weniger bekannten wie Meerforellen, Maifische und viele regional vorkommende Arten, die ohne eine längere Wanderung in unseren Flüssen keine Laichmöglichkeiten mehr haben. Dabei wandern u.a. Lachse und Maifische zum Laichen stromaufwärts, Aale stromabwärts.

Aktuell befassen wir uns hauptsächlich mit der Wanderung stromaufwärts. Es gibt viele verschiedene Ideen und Konzepte, wie den Fischen der Weg wieder ermöglicht werden kann. Dazu zählen z.B. der Umbau von bestehenden Stauanlagen in fischpassierbare Bauwerke, die Anlage von Umgehungs(ge)rinnen um die Stauanlagen, aber auch die Herstellung von Fischschleusen oder Fischaufzügen. Zu diesen besonderen Formen von Fischaufstiegsanlagen gibt es einen neuen BAWBrief.

Bei allen Anlagen ist gleich, dass die Fische den Einstieg selber und möglichst zügig finden sollen. Sie dürfen nicht abgeschreckt werden und sollen am anderen Ende sicher wieder „aussteigen“. Was dazu zu beachten ist, wurde im BAWBrief „Anforderungen an die Planung von Fischaufzügen und Fischschleusen“ dargelegt.

Fischaufzüge und Fischschleusen können z.B. sinnvoll sein, wenn im Bereich der Stauanlage nur wenig Platz ist und ein Umgehungsgerinne nicht möglich ist. Bei sehr hohen Stauanlagen können sie den Fischen helfen, notwendige Energie zu sparen, weil die Überwindung des Höhenunterschieds für die Fische erleichtert wird. Andererseits müssen auch Fischaufzüge und Fischschleusen möglichst für alle wanderwilligen Fische geeignet sein. Dafür müssen verschiedene Anforderungen gewährleistet werden:

  • Die Fische müssen die Fischaufzüge oder -schleusen gut finden können und den Einstieg attraktiv finden.
  • Wenn Fischaufzüge oder -schleusen keinen kontinuierlichen Einstieg bieten (z.B. in der Hebephase), muss durch andere Mittel sichergestellt werden, dass die Fische den Einstiegsbereich nicht verlassen.
  • Die Räume, in denen Fische transportiert werden, müssen attraktiv und ausreichend groß sein.
  • Die Unterhaltung und der Betrieb der Anlage müssen sichergestellt sein.
  • Die Fische müssen in geeigneter Weise in das Oberwasser entlassen werden: entweder sie schwimmen selbst aus dem Fischaufzug/der Fischschleuse oder sie werden über eine Rutsch oder in einem Wasserstrahl in das Oberwasser gekippt. Dabei soll keine Verletzungsgefahr für die Fische bestehen.

Diese und weitere Anforderungen an Fischaufzüge und Fischschleusen werden im aktuellen BAWBrief 2/2016 dargelegt. Er ist auf der Internet-Seite

http://www.baw.de/DE/service_wissen/publikationen/bawbriefe/bawbriefe.html

verfügbar.

Verfasst von Anne Kampker

Ich bin wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich. Ich berate die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen.

Gestaltungskriterien und hydraulische Bemessungsgrundlagen für Streichwehre

An den Bundeswasserstraßen gibt es derzeit mehr als 300 Wehranlagen, die von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) des Bundes betrieben und unterhalten werden. 140 dieser Wehranlagen befinden sich an eher weniger befahrenen Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes. Aufgrund des nicht ausreichenden Zustandes vieler dieser Bauwerke, ist in den nächsten 10 Jahren mit einem Ersatzneubau oder einer Grundinstandsetzung zu rechnen. Möglichst investitions- und unterhaltungsarme Anlagen sollen dabei in Betracht gezogen werden. Dies führt zu der Überlegung, bestehende bewegliche Wehre an Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes künftig möglichst durch feste Wehre zu ersetzen. Jedoch sind derartige Wehrtypen bisher selten an Bundeswasserstraßen eingesetzt worden, so dass Kenntnisse über die Grundlagen und Rahmenbedingungen für den breiteren Einsatz fehlen.

Streichwehre, die sich in die Kategorie „feste Wehre“ einordnen lassen, haben sich bereits in der Vergangenheit durch ihre einfache Konstruktion und Unterhaltung bewehrt. Der Vorteil von Streichwehren zeigt sich in der Überfalllänge, die, im Vergleich zu einem senkrecht angeströmten festen Wehr, infolge einer schräg zur Hauptströmungsrichtung angeordneten Überfallkante deutlich erhöht werden kann. An den staugeregelten Flüssen in Deutschland gibt es zahlreiche Streichwehre, die sich in Lage, Querschnitt und Aufbau unterscheiden. Eines der wohl bekanntesten Streichwehr ist das Streichwehr in Würzburg am Main mit einer Länge von 210 m (Bild 1, links). Der Wehrrücken besteht in wesentlichen Teilen aus einer Mauer aus Stahlbeton und Steinen sowie einer Steinschüttung aus Wasserbausteinen im Unterwasser, die als Kolkschutz dient. Das Streichwehr in Weilburg (Bild 1, Mitte) besteht im Bereich der Wehrkrone aus geklammerten Kronensteinen und einem Wehrrücken aus Bruchsteinen, während das Streichwehr in Gochsen (Bild 1, rechts) einen Wehrrücken aus Stahlbeton besitzt. Bereits an diesen drei Beispielen zeigt sich die Vielfalt an konstruktiver Gestaltung.

bestehende Streichwehre

Bild 1: Streichwehre in Würzburg am Main (links), Weilburg an der Lahn (Mitte) und Gochsen am Kocher (rechts)

Um Empfehlungen zur Umsetzung von Streichwehren geben zu können, untersuchte die BAW anhand einer Analyse von etwa 50 bestehenden Streichwehren die Anordnung sowie Querschnittsgestaltung. Mit Bestandsplänen konnten mehrere Querschnittsformen ermittelt werden, wobei die am häufigsten auftretende Querschnittsform der dachförmige Querschnitt mit einer mittleren Böschungsneigung im Oberwasser von etwa 1:2,5 und im Unterwasser von etwa 1:4,0 darstellt.

Streichwehr_Boellberg

Bild 2: Streichwehr in Böllberg an der Saale

Die Lage eines Streichwehres im Gewässer wird maßgeblich durch die örtlichen Gegebenheiten einer Staustufe bestimmt. Streichwehre kommen hauptsächlich als Entlastungsbauwerk in den Altarm in Betracht als sogenannte gerade Streichwehre (Bild 2). Die Anströmung erfolgt hier parallel zur Überfallkrone, während der Anströmwinkel bei schiefen Streichwehren zwischen 0° und 90° liegt, typischerweise bei etwa 30°. Befindet sich am betrachteten Standort ein Wasserkraftwerk, sollte sich die Linienführung am Kraftwerk orientieren. Durch das Streichwehr wird der Fließquerschnitt stetig verjüngt, sodass die Strömung kontinuierlich beschleunigt und eine gute Anströmung am Turbineneinlauf erzielt wird.

Neben Lage und Aufbau spielt vorallem die hydraulische Leistungsfähigkeit dieser Wehrtypen eine entscheidende Rolle beim Ersatzneubau. In der Literatur finden sich hierzu mehrere Berechnungsansätze, die erweiterte Überfallformel nach Poleni hat sich jedoch als die praktikabelste herausgestellt. Neben numerischen Berechnungen zur Querschnittsform wurden im Labor der BAW gegenständliche Modelluntersuchungen an unterschiedlichen Streichwehrgeometrien und Anströmwinkeln durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Anströmwinkel nur einen untergeordneten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit ausübt und bei der hydraulischen Bemessung die volle Überfalllänge des Streichwehres angesetzt werden kann. Der hydraulische Vorteil eines Streichwehres mit dachförmigem Querschnitt zeigt sich vorallem bei rückgestautem Abfluss. Wie auch beim breitkronigen Wehr reagiert das Streichwehr weniger stark auf den steigenden Unterwasserstand als beispielsweise scharfkantige Wehre.

Ein Bericht zu Streichwehren wurde bereits in BAWiki veröffentlicht (http://wiki.baw.de/de/index.php/Wehranlagen), der die hydraulischen Grundlagen zusammenfasst und Hinweise zum Querschnitt und zur Anordnung im Gewässer liefert. Dem planenden Ingenieur werden Formeln und Beiwerte zur Berechnung des vollkommenen und rückgestauten Überfalls zur Verfügung gestellt sowie Hinweise zur Herstellung, Unterhaltung und ökologischen Durchgängigkeit gegeben.

Im Vergleich zu anderen Wehrtypen ist der Querschnitt eines Streichwehres einfach und kostengünstig herzustellen. Aufgrund des großen Platzbedarfes und den örtlichen Randbedingungen können unter Umständen diese Wehrtypen nicht an jedem Standort realisiert werden. Somit stellt sich die Frage nach weiteren leistungsfähigen festen Wehrtypen, die in solchen Fällen in Betracht gezogen werden könnten. Hier stellen gefaltete Wehre, wie beispielsweise Labyrinth- oder Piano-Key-Wehre, eine ansprechende Option dar.

Verfasst von Jennifer Merkel

Ich bin wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Wasserbau im Binnenbereich. Mit Hilfe von gegenständlichen Modellen untersuche ich die Hydraulik fester Wehre und erarbeite Empfehlungen für die Planung dieser Wehrtypen.