Beschreibung und hydraulischeBemessung einerSohlengleite ... · 2 Beschreibung und...

2

Beschreibungund

hydraulische Bemessungeiner Sohlengleite

im Zusammenhang mitdem naturnahen Ausbau eines

Flusslaufes

cand.-ing. Daniela Henning

Studienarbeit

LuFG Wasserwirtschaft und Wasserbau

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis iv

I Einleitung 1

1 Einfuhrung in”Naturnaher Ausbau eines Flusslaufes“ 3

2 Aufbau der Studienarbeit 7

II Sohlenbauwerke 9

3 Einfuhrung 11

4 Schwellen 134.1 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.2 Ausfuhrungsformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.3 Konstruktive Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5 Sohlenstufen 195.1 Ausfuhrungsformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.1.1 Absturze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.1.2 Absturztreppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.1.3 Raue Rampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

5.2 Konstruktive Gestaltung von Rauen Rampen . . . . . . . . . . . . . 235.2.1 Rampenbauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2.2 Rampenbauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6 Anlagen zur Durchgangigkeit von Fließgewassern 316.1 Arten der Fischaufstiegsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.2 Grundlegende Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.3 Allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

i

ii Inhaltsverzeichnis

III Ausfuhrungen und Planungen 35

7 Ausfuhrungen entlang der Wupper 377.1 Der Wupperverband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.2 Die Wupper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.3 Ausfuhrungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

7.3.1 Reuschenberger Muhle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407.3.2 Schaltkotten/Mungsten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417.3.3 Heizkraftwerk Wuppertal-Barmen . . . . . . . . . . . . . . . 457.3.4 Oedeschlenke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

8 Evaluierung einer ausgefuhrten Sohlengleite 558.1 Der Bestand: Das Sprotte-Wehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558.2 Die Umgestaltung: Sohlengleite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558.3 Bewertung der Sohlengleite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

9 Bemessung einer rauen Rampe in der Pockau 619.1 Die Pockau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619.2 Zweck und Notwendigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619.3 Dimensionierung und Annahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619.4 Hydraulische Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629.5 Stabilitatsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669.6 Konstruktive Gestaltung der Rampe . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Literaturverzeichnis 71

IV Anhang 73

Abbildungsverzeichnis

3.1 Definition Sohlenbauwerke nach DIN 4047-5 . . . . . . . . . . . . . 12

4.1 Stutzschwelle, Quelle: DIN 4047-5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.2 Grundschwelle, Quelle: DVWK 118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.3 Sohlenschwelle, Quelle: DVWK 118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.4 Mogliche Bauweisen von Holzschwellen, Quelle: DVWK 118 . . . . . 164.5 Mogliche Bauweisen von Steinschwellen, Quelle: DVWK 118 . . . . . 174.6 Geschlossene Steinschwelle, Quelle: DVWK 118 . . . . . . . . . . . . 174.7 Aufgeloste Steinschwelle, Quelle: DVWK 118 . . . . . . . . . . . . . 17

5.1 Absturz, Quelle: DIN 19661-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.2 Absturztreppe, Quelle: DIN 19661-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.3 Abflusszustande, Quelle: DVWK 118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.4 Sohlenrampe, Quelle: DIN 19661-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.5 Sohlengleite, Quelle: DIN 19661-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.6 Rampenbauweisen: o: Setzsteinbauweise, u: Schuttsteinbauweise, Quel-

le: DVWK 232/1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.7 Skizzenhafte Darstellung einer Schauberger Rampe, Quelle: DVWK

232/1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.8 Grundriss und Langsschnitt einer Riegelrampe, Quelle: LfU-Veroff-

entlichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.9 Skizzenhafte Darstellung einer Muldenrampe, Quelle: LfU-Veroffent-

lichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.10 Teilrampen, Quelle: DVWK 232/1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.1 Gebrauchliche Bauweisen von Fischaufstiegsanlagen, Quelle: DVWK

232/1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7.1 Karte des Wupperverbands, Quelle: Umweltbericht 2003 des Wupper-

verbandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.2 Ubersichtskarte Reuschenberger-Muhle, Quelle: Wupperverband . . . 417.3 Grundriss Teilrampe Reuschenberger-Muhle, Quelle: Wupperverband 42

iii

iv Abbildungsverzeichnis

7.4 Reuschenberger Muhle nach Umbau, Quelle: Wupperverband . . . . . 437.5 Ubersichtskarte Schaltkotten, Quelle: Wupperverband . . . . . . . . 447.6 Teilrampe Schaltkotten nach Umbau, Quelle: Wupperverband . . . . 457.7 HKW-Barmen: Rampe wahrend des Umbaus, Quelle: Wupperverband 477.8 HKW-Barmen: Rampe nach Umbau, Quelle: Wupperverband . . . . . 487.9 Oedeschlenke: Wehr und Obergraben, Quelle: Wupperverband . . . . 497.10 Oedeschlenke: Grundriss 1.Planung, Quelle: Wupperverband . . . . . 507.11 Oedeschlenke: Langsschnitt durch Rampe, Quelle: Wupperverband . . 517.12 Oedeschlenke: Querschnitt 1.Planung, Quelle: Wupperverband . . . . 517.13 Oedeschlenke: Querschnitt 2.Planung, Quelle: Wupperverband . . . . 527.14 Oedeschlenke: Schleifung des Wehres, Quelle: Wupperverband . . . 527.15 Oedeschlenke: fortgeschrittene Schleifung, Quelle: Wupperverband . . 53

8.1 Das Sprotte-Wehr, Quelle: BCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568.2 Rampe von UW betrachtet, Quelle: BCE . . . . . . . . . . . . . . . 578.3 Beckenstruktur, Quelle: BCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598.4 Rampe von UW, Boschungsausbildung, Quelle: BCE . . . . . . . . . 60

9.1 Prinzipskizze fur die Berechnung mit Steinschwellen, Quelle: DVWK

232/1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639.2 Abminderungsfaktor σ, Quelle: DVWK 232/1996 . . . . . . . . . . . 649.3 AngreifendeKrafte am Einzelstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Teil I

Einleitung

1 Einfuhrung in

”Naturnaher Ausbau einesFlusslaufes“

Der Eingriff des Menschen in das naturliche Gleichgewicht der Fließgewasser hateine lange Tradition.Grunde fur ein Eingreifen waren die Schifffahrt, die Wasserkraftnutzung, der Hoch-wasserschutz und die Landgewinnung. Der Mensch stellte seine Bedurfnisse an dieNutzung der Gewasser in den Vordergrund; die Anspruche der Okologie und vor-allem der Biozonose traten dabei in den Hintergrund. So wurden Flusse begradigtund verkurzt, Flussquerschnitte in hydraulisch gunstige Regelprofile gezwangt unddas Flussbett mit Pflasterungen, Betonierungen oder Steinschuttungen versehen.Im Laufe der Zeit wurden die Auswirkungen dieser Maßnahmen auf den Zustandder Gewasser deutlich. Eintiefungen der Sohle waren die Folge und damit verbun-den die Absenkung des Grundwassers, was wiederum zu Veranderungen der Floraund Fauna fuhrte. Um die Tiefenerosion zu verhindern bzw. das Ausmaß zu ver-ringern, wurden Querbauwerke erforderlich.Mit zunehmender Umweltverschmutzung und wachsendem Umweltbewußtsein derBevolkerung gab dieser naturferne Gewasserausbau Anlass sich uber eine Verbes-serung von Gewassergute und Gewasserstrukturen Gedanken zu machen.So gewann der Begriff der Renaturierung immer mehr an Gewicht.

Renaturierung bedeutet eigentlich”Ruckfuhrung von Fließgewassern in ihren ur-

sprunglichen Zustand“. Um diesen Zustand zu erreichen musste allerdings die ge-samte Flachennutzung auf den alten Stand gebracht werden. Dies wurde sowohlSiedlungen wie auch die Industrie, die Landwirtschaft und das Verkehrswesen be-treffen. Daraus ist ersichtlich, dass solch eine Ruckfuhrung nicht moglich oderzumindest begrenzt durchfuhrbar ist. Renaturierung kann also eher als eine Ent-wicklung von Konzepten zu einem moglichst naturnahen Gewasserruckbau ver-standen werden.Ausgebaute, aus okonomischen Gesichtspunkten regulierte Gewasser sollen unterEinbeziehung von Gewasserbett, Wassergute undWassermenge in einen annaherndnaturlichen Zustand zuruckgefuhrt werden, so dass eine Verbesserung der Lebens-

3

4 Kapitel 1 EINFUHRUNG IN”NATURNAHER AUSBAU EINES FLUSSLAUFES“

bedingungen fur Flora und Fauna eintreten kann.Ein Eingreifen der Menschenkann keinen Idealzustand eines naturlichen Gewassers schaffen. Vielmehr verstehtsich die Renaturierung als Anpassung an einen Zustand, der die Entfaltung einernaturtypischen Eigendynamik des Gewassers ermoglicht.

Wichtige Ruckbaumaßnahmen sind[1]:

• Beseitigung von Verrohrungen, Betongerinnen und anderen naturfremdenMaterialien aus dem Fließgewasserprofil

• naturnahe Trassierung des Wasserlaufes

• großtmogliche Bereitstellung naturlicher Retentionsflachen in den Talauendurch Umwandlung von Ackerflachen in Grunland (Hochwasserruckhalt undGrundwasserneubildung)

• Bildung von Feuchtstandorten und Entwicklung einer standortgerechten Ar-tenvielfalt aus Geholzen, Rohrichten und Uferstauden

• Harmonische Einbindung der Gewasserlandschaften in die sie umgebendenNaturraume (Biotopvernetzung)

• Entwicklung unterschiedlicher Querprofile

• Schaffung einer Standortvielfalt durch Profilaufweitungen

• Freilegung und Anbindung von Altarmen und anderen beseitigten ehemali-gen Fließgewasserstrecken

• Verminderung der Fließgeschwindigkeiten bei Erhaltung der Durchgangigkeitder Fließgewasser mittels Sohlengleiten.

Die Erreichung eines”guten okologischen Zustandes“ fur alle Gewasser bis zum

Jahr 2015 ist das Kernziel der EU-Waserrahmenrichtlinie (EU-WRR). Dieser Zu-stand wird in der WRR wie folgt definiert [2] :”Die Durchgangigkeit des Flusses wird nicht durch menschliche Tatigkeiten gestort

und ermoglicht eine ungestorte Migration aquatischer Organismen und den Trans-

port von Sedimenten.”

Der Begriff der Durchgangigkeit beinhaltet mehrere Aspekte, von denen ich nurdie zwei wesentlichen erwahnen mochte. Zum einen ist es der Aspekt des Sedi-menttransportes. Einen großen Einfluss uben dabei Querbauwerke aus. Bei denQuerbauwerken unterscheidet man zwischen Sohlenstufen und Stauanlagen. Soh-lenstufen werden zur Stabilisierung der Flusssohle eingesetzt, wahrend Stauanlagen

Kapitel 5

u.a. der Aufrechterhaltung bzw. Steuerung von Wasserstanden dienen. Eine wich-tige Rolle spielen dabei die Wehre. Durch die Aufstauung des Gewassers verandernsich alle okologischen Verhaltnisse sowohl vor sowie auch hinter der Stauanlage.Oberhalb eines Wehres wird die Fließgeschwindigkeit stark verringert, so dass manteilweise schon von stehenden statt fließenden Gewassern sprechen kann. Durchdiese Verminderung der Geschwindigkeit werden Schweb- und Feststoffe nicht mehrweitertransportiert. Ansammlungen des Sediments vor dem Wehr sind die Folge.Diese fließgewasseruntypischen Ablagerungen im Staubereich rufen veranderte Be-dingungen hervor. Schlick und Schlamm mindern den Sauerstoffgehalt des Wassersund verschlechtern somit die Lebensbedingungen im Wasser. Verstarkend kommthinzu, dass durch die verlangsamte Fließgeschwindigkeit das Wasser Temperatur-schwankungen bzw. einer Erwarmung ausgesetzt ist. Damit Wehre nicht komplettverlanden, ist es ublich in bestimmten Zeitabstanden Wehre ganz zu offnen und soAblagerungen auszuspulen. Unterhalb des Wehres fuhren solche Spulungen zu sehrunnaturlichen Geschiebeverhaltnissen. Denn im Normalfall ist der Bereich hintereiner Stauanlage fast sedimentfrei. Um das Feststoffdefizit auszugleichen und durchdie wieder erhohte Fließgeschwindigkeit, kommt es hinter einer Stauanlage zu Ufer-sowie zu Tiefenerosionen.

Zum anderen ist die Durchgangigkeit im Sinne der Durchwanderung von Quer-bauwerken zu verstehen. Die Wanderungen der Fische und anderer Organismenzahlen zu den grundsatzlichen Verhaltensweisen und sind fur die Fortbestandhal-tung der Arten sehr wichtig. Doch Querbauwerke sind fur viele Fische einfachunuberwindbar. So konnen diese Arten nicht die Stellen errreichen, die ihnen guteLaich- und Nahrungsbedingungen und einen ruhigen Ort fur den Winteraufent-halt bieten. Der Erhalt der Arten ist somit gefahrdet und teilweise schon vomAussterben bedroht.

Die Wiederherstellung der okologischen Durchgangigkeit ist heute ein erklartesgesellschaftspolitisches Ziel. Dies kann durch geeignete zusatzliche Anlagen, wieFischtreppen oder Verbindungsgewasser, oder durch den Bau von Rauen Ram-pen bzw. durch das Ersetzen nicht mehr benotigter Stauanlagen durch eine RaueRampe erzielt werden. Jedoch bildet der Aufstieg der Fische nicht mehr allein denSchwerpunkt dieser Anlagen. Auch der Abstieg und die Beachtung aller aquati-schen Organismen spielen eine wichtige Rolle.

Im Zuge der EU-WRR, die am 22.12.2000 in Kraft trat, sind vorhandene Querbau-werke zu erfassen, zu uberplanen und umzubauen. Diese Aufgabe wird in den mei-sten Fallen von Ingenieurburos aus dem Fachbereich Wasserwirtschaft und Was-serbau ubernommen.

6 Kapitel 1 EINFUHRUNG IN”NATURNAHER AUSBAU EINES FLUSSLAUFES“

2 Aufbau der Studienarbeit

Renaturierung ist ein weitreichendes Thema. Da sich in den vergangenen Jahrendie Gewasserqualitat stetig verbessert hat, kommt der okologischen Durchgangigkeiteine ausschlaggebende Bedeutung zu. Aufgrunddessenmochte ich im weiteren Verlauf dieser Arbeit den Bereich Gewassergute nicht wei-ter erlautern.Ebenso wurde es den Rahmen sprengen alle moglichen Um- bzw. Ruckbaumaß-nahmen in der notwendigen Tiefe zu beschreiben. Vielmehr werde ich mich speziellmit dem Ruckbau bzw. mit der Umgestaltung von Wehren im Zuammenhang mitErrichtungen von Sohlengleiten beschaftigen.

An die Einleitung schließt sich die genaue Erlauterung von Sohlenbauwerken. Indiesem 2.Teil werden die einzelnen Bauwerksarten genau beschrieben und derenUnterschiede aufgezeigt.Im darauffolgendem 3.Teil werden ausgewahlte Ausfuhrungsbeispiele aus dem Ein-zugsgebiet des Wupperverbandes vorgestellt und ihre Bauweise naher erlautert.Anschließend zeige ich noch allgemeine Anforderungen an Fischaufstiegsanlagenauf, um damit einen groben Uberblick uber optimale Anordnungen und Gestal-tungen zu geben.Mit den daraus gewonnenen Erfahrungen werde ich mich im 8. Kapitel dieser Stu-dienarbeit mit einer einzelnen, schon bestehenden Sohlengleite beschaftigen unddiese bewerten.Im 9. Kapitel wird auf Grundlage der zuvor erarbeiteten Kriterien das Konzeptfur eine noch nicht ausgefuhrte Sohlengleite entwickelt. Dabei soll sowohl auf diebautechnische wie auch auf die hydraulische Bemessung eingegangen werden.

7

8 Kapitel 2 AUFBAU DER STUDIENARBEIT

Teil II

Sohlenbauwerke

3 Einfuhrung

Die Wiederherstellung der okologischen Durchgangigkeit von Fließgewassern istneben wasserwirtschaftlichen Zielvorstellungen heute in zunehmenden Maße aus-schlaggebend fur wasserbauliche Maßnahmen.Fur den Bau von Fischaufstiegsanlagen stehen den Wasserbauern/-ingenieurenmehrere verschiedene Moglichkeiten zur Verfugung. Dabei wird grob zwischen na-turnahen und technischen Bauweisen von Fischaufstiegsanlagen unterschieden. Zuden technischen Bauweisen zahlen der Schlitzpass oder der konventionelle Becken-pass. Auf diese Bauweisen wird im weiteren Verlauf der Studienarbeit jedoch nichtweiter eingegangen. Unter naturnahen Bauweisen versteht man den Bau von Um-gehungsgerinnen, Fischrampen o.a. Diese sind durch ausreichende Planung genauzu untersuchen und gegeneinander abzuwagen.

Welche Maßnahme letztendlich umgesetzt werden kann, hangt von vielen verschie-denen Faktoren ab:

• Art der Umgestaltung des Gewassers

• Anforderungen an die Maßnahme

• vorhandene naturliche Gegebenheiten (z.B. Gefalle)

• Zwangspunkte im Flusslauf (z.B. im Bereich der Schwebebahn)

• rechtliche Aspekte (Wasserrecht)

• Wirtschaftlichkeit - Kosten fur die Baudurchfuhrung sowie Nachfolgekosten

• verfugbare Flache .....

11

12 Kapitel 3 EINFUHRUNG

Eine Maßnahme, die als naturnah bezeichnet werden kann, ist der Einbau vonSohlenbauwerken. Die DIN 4047 Teil 5 (Begriffe - Ausbau und Unterhaltung vonGewassern) beschreibt Sohlenbauwerke als ingenieurtechnische Bauwerke, die querzur Fließrichtung uber die gesamte Breite des Gewassers angeordnet sind (Quer-bauwerke) und folgende wesentlichen Aufgaben erfullen sollen:

1. Vermeidung bzw. Verringerung von Sohlenerosionen

2. Gefallereduzierung

3. Anhebung der Gewassersohlen

4. Erreichen einer okologischen Durchgangigkeit.

In der Art und Weise wie die verschiedenen Bauwerksarten diese Anforderungumsetzen, unterscheidet man laut der DIN 19661, Teil 2 zwischen Sohlenstufen undSchwellen. Absturze, Absturztreppen, Sohlengleiten und Sohlenrampen bilden dieGruppe der Sohlenstufen. Schwellen umfassen Sohlenschwellen, Grundschwellenund Stutzschwellen.

Abb. 3.1: Definition Sohlenbauwerke nach DIN 4047-5

4 Schwellen

4.1 Anwendungsbereiche

Schwellen sind laut der DIN 19661, Teil 2 Sohlenbauwerke, die dazu dienen dieErosion der Gewassersohle zu verhindern, indem sie diese stabilisieren und so dasGewasserprofil schutzen. Das Sohlengefalle bleibt bei dieser Maßnahme zunachstunverandert.Zusatzlich tragen Schwellen zu einer annahernd naturlichen und abwechslungsrei-chen Gewasserstruktur bei.In Sonderfallen und unter Beachtung bestimmter Anforderungen an den Bewuchs,die Geometrie der Schwelle und des Fließquerschnittes, konnen Schwellen sogar alsMessbauwerke fungieren.

4.2 Ausfuhrungsformen

Nach DIN 19661, Teil 2 unterscheidet man drei Arten von Schwellen.

Stutzschwellen

Stutzschwellen sind Schwellen, die uber die Sohle des Gewassers hinausragen undso einen Aufstau bewirken (Abb.4.1). Durch die Anhebung der Wasserspiegellageim Oberwasser wird das Energieliniengefalle verringert sowie die Fließgeschwin-digkeit und somit auch die Schleppspannung. Durch die Konstruktion so einerSchwelle fließt das Wasser wie bei einem Wehr uber die Krone und es kommtbei allen Abflussen zu einem Fließwechsel. Sie sind somit hydraulisch wirksam.In der Regel ist fur die Energieumwandlung ein Tosbecken erforderlich. Da siein ihrer hydraulischen Wirksamkeit Absturzen oder festen Wehren gleichen, wer-den sie auch als Stutzwehre bezeichnet. Aufgrund der verminderten Schleppspan-nung konnen Verlandungen des Stauraumes die Folge sein. Werden keine Maß-nahmen dagegen ergriffen, entwickeln sich Stutzschwellen schließlich zu Sohlstufenund wirken wie Absturze. Bei Laufverkurzungen konnen Stutzschwellen auch derGefallekonzentration dienen.

13

14 Kapitel 4 SCHWELLEN

Abb. 4.1: Stutzschwelle, Quelle: DIN 4047-5

Grundschwellen

Grundschwellen sind Schwellen, die zwar auch uber die Gewassersohle ragen, je-doch ist die Hohe wesentlich geringer als bei Stutzschwellen (Abb.4.2). Durch dieErosion der Sohle kann sich diese Hohe im Laufe der Zeit vergroßern.Im allgemeinen sind Grundschwellen hydraulisch unwirksam. Nur bei geringen Ab-flussen kann sich ein hydraulisch wirksamer Fließwechsel einstellen. Ebenso wie beiden Stutzschwellen besteht auch bei den Grundschwellen die Gefahr der Auflan-dung.Grundschwellen werden dann eingesetzt, wenn das zulassige Gefalle der unbefe-stigten Sohle nur gering uberschritten wird. Sie konnen eine Erhohung des Nied-rigwassers bewirken.

Abb. 4.2: Grundschwelle, Quelle: DVWK 118

Sohlenschwellen

Sohlenschwellen sind Schwellen, die nicht uber die Sohle hinausragen, sondernsohlengleich im Flussbett eingebaut werden (Abb.4.3). Sie wirken lediglich alsSohlenhaltepunkte, um so das Eintiefen zu verhindern. Bei auftretender Erosionkonnen nach einer geraumen Zeit aus Sohlenschwellen Grundschwellen entstehen.Da Sohlenschwellen keinen Aufstau hervorrufen, nehmen sie keinen Einfluss aufdie Hydraulik des Gewassers.

Kapitel 4.3 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG 15

Abb. 4.3: Sohlenschwelle, Quelle: DVWK 118

4.3 Konstruktive Gestaltung

Bei der Planung von Schwellen sind sowohl wirtschaftliche, okologische wie auchwasserwirtschaftliche Aspekte zu beachten. Vorallem die okologische Durchgangigkeitkann maßgebend sein. In der Regel wird versucht solch eine Maßnahme so natur-vertraglich und naturnah wie moglich zu gestalten. Bei der Wahl des passendenMaterials kann entschieden werden zwischen naturlichen oder kunstlichen Baustof-fen. Zu den naturlichen Stoffen gehoren vorallem Steine und Holz; diese Baustoffesind vorrangig einzusetzten. Unter kunstlichen Materialien versteht man Stahl,Beton, Kunststoff oder auch bituminose Stoffe. Diese sollten jedoch vermiedenwerden und nur in besonderen Fallen eingesetzt werden. Auch die Ausbildung ei-ner Schwelle im Querschnitt kann unterschiedlich ausfallen. Je nach Material derSchwelle, der Breite des Gewassers und des vorhandenen Sohlenmaterials konnenSchwellen rund, rechteckig als auch trapezformig hergestellt werden.

Aufgrund der Durchgangigkeit fur Lebewesen im Wasser sollten Lucken in denSchwellen geplant sein. Die Abstande der Schwellen sind abhangig von der Gewas-serbreite, dem Gefalle, daraus resultierend von der Fließgeschwindigkeit, und derSchleppspannung der Sohle. In der Regel sollten bei breiten Fließgewassern mitgrobem Sohlenmaterial Schwellen in großeren Abstanden verlegt werden. Ist eingroßes Gefalle vorhanden, werden die Abstande der Schwellen verringert. Schwel-len, die in Gruppen angelegt werden, dienen einer Verhinderung von Schaden beieiner verstarkten Erosion.

Im folgenden werden ich drei mogliche Ausfuhrungen mit unterschiedlichen Bau-materialien kurz erlautern [3]:

Holzschwellen

Um eine Holzschwelle zu errichten werden sogenannte Piloten senkrecht in denBoden gerammt. Diese dienen der Abstutzung von Querholzern. Dabei kann die


Schwelle einfach ausgefuhrt werden, indem nur ein Querholz verlegt wird (Abb.4.4).Mochte man jedoch eine Unterspulung vermeiden, sollten mehrere ubereinanderlie-gende Rundholzer eingebaut und auch tiefer gegrundet werden. Besteht zusatzlichdie Gefahr, dass die Standsicherheit durch Erosion hinter der Schwelle vermindertwird, konnen dort Steine verlegt werden.

Abb. 4.4: Mogliche Bauweisen von Holzschwellen, Quelle: DVWK 118

Steinschwellen

Steine fur eine Steinschwelle mussen ausreichend befestigt werden, um nicht all-mahlich aufgrund ortlicher Kolke im Boden zu versinken. Auch hier ergeben sichmehrere Moglichkeiten eine Steinschwelle auszubilden. Wie bei einer Holzschwellekonnen Steine mittels Piloten abgestutzt werden, sowohl einseitig wie auch beid-seitig (Abb.4.5). Eine

”geschlossene“ Steinschwelle besteht aus großen Steinen, die

tief gegrundet und quer zur Fließrichtung verlegt werden (Abb.4.6). Staffelt mandie Steine in Langsrichtung spricht man von einer

”aufgelosten“ Steinschwelle. Die-

se wirkt, falls ein Hohenunterschied uberwunden wird, wie eine Rampe (Abb.4.7).

Betonschwellen

Betonschwellen sollten nur in bestimmten Fallen gebaut werden; z.B. wenn fur einMesswehr eine exakte Horizontale notwendig ist.

Kapitel 4.3 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG 17

Abb. 4.5: Mogliche Bauweisen von Steinschwellen, Quelle: DVWK 118

Abb. 4.6: Geschlossene Steinschwelle, Quelle: DVWK 118

Abb. 4.7: Aufgeloste Steinschwelle, Quelle: DVWK 118

5 Sohlenstufen

Sohlenstufen sind Querbauwerke, die einen Hohenunterschied in der Gewassersohleuberwinden. Dabei wird das Sohlenlangsgefalle an dieser Stelle zusammengefasst,so dass oberhalb und teilweise auch unterhalb dieses Sohlenbauwerkes das Gefalleverringert werden kann. Dabei sollte das Gefalle so gewahlt werden, dass die Sohleim Gleichgewichtszustand verbleibt.

Zusatzlich dienen Sohlenstufen

• der Stabilisierung der Gewassersohle zur Vermeidung von Erosion

• der Anhebung der Gewassersohle durch Anlandung im OW bei bereits ein-getieften Gewassern

• der Erhohung der Wassertiefe [5].

Doch auch in okologischer Hinsicht betrachtet, mussen Sohlenstufen gewisse An-forderungen erfullen. Um eine naturliche Wiederbesiedlung und eine Ausbreitungseltener Arten zu ermoglichen, sollten diese Bauwerke moglichst strukturreich aus-gefuhrt werden und ein vielfaltiges Luckensystem fur die Artenvielfalt der aquati-schen Lebensgemeinschaften aufweisen konnen.

5.1 Ausfuhrungsformen

Nach DIN 19661, Teil 2 zahlen zu den Sohlenstufen die Absturze, Absturztrep-pen, Sohlenrampen und die Sohlengleiten. Wie im einzelnen diese verschiedenenBauwerke ausgebildet werden und inwieweit sie die wasserwirtschaftlichen undokologischen Anforderungen erfullen, wird im folgenden beschrieben:

5.1.1 Absturze

Absturze sind die in Fließrichtung kurzesten Sohlenbauwerke, da die Gefallekon-zentration an einer Stelle lokal auftritt. Sie bestehen aus einer lotrechten oder

19

20 Kapitel 5 SOHLENSTUFEN

einer steil geneigten Absturzwand (Abb.5.1). Eine steile Wand wird meistens glattausgefuhrt; eine flacher geneigte dagegen kann rauer ausgebildet werden. Im Be-reich des Uberfalls gibt es mehrere Moglichkeiten die Uberfallkrone auszubilden.Typische Ausfuhrungsformen sind rechteckige, trapezformige oder auch dreieckigeQuerschnitte, die scharfkantig, abgerundet oder uberstehend ausgefuhrt werdenkonnen. Je nach Neigung der Wand lost sich der Uberfallstrahl von dieser Wandoder liegt an dieser an. Oberhalb einer Absturzwand sollte eine gewisse Streckebefestigt sein; aufgrund der entstehenden Energie ist unterhalb des Absturzes einTosbecken oder ein Sturzbett erforderlich.Laut DIN 19661, Teil 2 ist ein Absturz hydraulisch wirksam, wenn bei den maßge-benden Abflussen zweifacher Fließwechsel mit Wechselsprung und gestauter Deck-walze auftritt. Zweifacher Fließwechsel bedeutet, dass im Ober- und UnterwasserStromen und im Ubergangsbereich Schiessen herrscht. Die hydraulische Wirksam-keit beruht auf der Energieumwandlung in der Deckwalze. Diese setzt am Fuß derDeckwalze Schießen mit Fr ≥ 1,7 und damit hinter der Deckwalze Stromen mit Fr≥ 0,5 voraus[4].Bereits kleinste Absturzbauwerke sind fur die meisten Lebewesen unuberwindbar,da die in verschiedenen Richtlinien festgelegten

”zulassigen Absturzhohen“ nur fur

wenige Arten Gultigkeit hat. Jedoch ist das Erreichen einer linearen Durchgangigkeitnicht nur fur leistungsstarke Fischarten, wie die Forellen, ausgelegt, sondern auchfur Kleinstlebewesen, auch Benthosorganismen genannt, ein notwendiges Ziel. Un-ter diesen Gesichtspunkten sollte auf diese Bauweise grundsatzlich verzichtet wer-den.

Abb. 5.1: Absturz, Quelle: DIN 19661-2

5.1.2 Absturztreppen

Absturztreppen, auch Kaskaden genannt, sind Sohlenbauwerke, die einen Hohen-unterschied mit Hilfe mehrerer einzelner Absturze uberwinden (Abb. 5.2). Absturz-treppen sind ebenso wie einzelne Absturze hydraulisch wirksam. Jedoch tritt imallgemeinen nicht auf jeder Stufe ein Fließwechsel ein. Vielmehr schießt das Wasseruber die Stufen hinweg und es stellt sich schließlich am Ende der Absturztreppeein Fließwechsel mit Deckwalze ein. Um fur jede Stufe eine hydraulische Wirksam-

Kapitel 5.1 AUSFUHRUNGSFORMEN 21

keit zu erreichen, muss jede einzelne Stufe mit einem Tosbecken oder Sturzbettausgestattet sein und die Abstande zwischen den aufeinanderfolgenden Absturzenmussen ausreichend groß sein. In der Regel ist jede einzelne Stufe nur bei kleinenAbflussen hydraulisch wirksam.Ebenso wie Absturze stellen auch Absturztreppen ein unuberwindbares Hinder-nis fur Fische und Kleinsttiere dar. Okologisch betrachtet beeintrachtigen dieseBauwerke den Naturhaushalt und sollten vermieden werden.

Abb. 5.2: Absturztreppe, Quelle: DIN 19661-2

5.1.3 Raue Rampen

Raue Rampen sind Sohlenbauwerke, die einen Hohenunterschied in der Gewasser-sohle mit einer flachen Neigung uberwinden. Dabei unterscheidet man zwischen denSohlenrampen und den Sohlengleiten. Ausgebildet werden diese Sohlenbauwerkemit Steinen, so dass eine strukturreiche und raue Oberflache entsteht. Ursprunglichsollten diese Bauwerke der Stabilisierung der Sohle dienen. Sie stellen jedoch ebensoeine sehr gute Moglichkeit dar naturliche Verhaltnisse einer Fließstrecke nachzu-gestalten. Um einen ungehinderten Organismenaustausch zu ermoglichen, ist eindurchgehendes und vielgestaltiges Luckensystem sowie Sohlensubstrat notwendig.Diese Anforderungen lassen sich mit Rauen Rampen je nach Bauweise und Bauartunterschiedlich erfullen.Der großte Teil der Rampen werden mit einer Hohe ∆h ≤ 2m erstellt. Darubergehende Rampen sind sehr kostenintensiv und benotigen eine sehr große Flache.

Die Forderung nach hydraulischer Wirksamkeit laut DIN 19661, Teil 2 ist zwar furAbsturze korrekt, im Sinne von Rampen jedoch praxisfern. Bei Rampen findet dieEnergieumwandlung nicht wie bei Sturzen durch einen Wechselsprung statt, son-dern durch Turbulenzen, die aufgrund hoher Rauigkeit entstehen. In Abbildung 5.3sind die unterschiedlichen Abflussarten dargestellt, die sich je nach Abflussgroßeeinstellen [3]:

1. Bei relativ geringen Abflussen erfolgt die Energieumwandlung weitgehendauf der Rampe, wenn die Rampe fur die Entwicklung des schießenden Nor-


malabflusses ausreichend lang ist. Ein zweifacher Fließwechsel stellt sich ein- die Rampe ist hydraulisch wirksam (Abb.5.3, a).

2. Steigt der Abfluss, nimmt der Einstaueinfluss von UW zu und die hydrauli-sche Wirksamkeit ab, da sich auf der Rampe kein Normalabfluss bilden kannund somit der beschleunigte direkt in den verzogerten Abfluss ubergeht. Esentsteht eine Deckwalze am Rampenfuß - die Rampe ist noch hydraulischwirksam (Abb. 5.3, b).

3. Bei hoheren Abflussen lost sich der Schußstrahl schließlich von der Rampeno-berflache und entwickelt einen sogenannten Oberflachenstrahl. Es stellt sichein gewellter Abfluss ein. Die Energieumwandlung erfolgt weitestgehend aufder Rampe - die Rampe ist hydraulisch unwirksam (Abb. 5.3, c).

4. Steigt der Abfluss noch mehr an, tritt letzendlich kein Fließwechsel mehrein. In diesem Fall liegt ein durchgehend stromender Zustand vor. Die Ener-gieumwandlung auf der Rampe ist geringfugig - die Rampe ist hydraulischunwirksam (Abb. 5.3, d).

Insbesondere fur den Umbau bzw. den Ersatz von Absturzen oder Wehren sinddiese Bauwerke anwendbar. In diesen Fallen konnen sie als Stutzwehre fungieren,die eine Absenkung des Wasserstandes verhindern.

Sohlenrampen

Sohlenrampen unterscheiden sich von den Sohlengleiten nur durch das Langsge-falle. Laut DIN 4047-5 und DIN 19661, Teil 2 spricht man von Sohlenrampen beieinem Gefalle von 1:3 bis etwa 1:10.

Sohlengleiten

Sohlengleiten sind flacher geneigt als Sohlenrampen. Sie weisen nach DIN 4047-5ein Gefalle von 1:20 bis 1:30 auf. Nach DIN 19661, Teil 2 liegt das Gefalle zwischen1:10 und 1:30.

Kapitel 5.2 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG VON RAUEN RAMPEN 23

Abb. 5.3: Abflusszustande, Quelle: DVWK 118

5.2 Konstruktive Gestaltung von Rauen Rampen

5.2.1 Rampenbauweisen

Bei der Herstellung von rauen Rampen gibt es zwei Verfahren Steine in das Gewasserzur Bildung einer Deckschicht einzubringen. Dies ist zum einen die Setzsteinbau-weise und zum anderen die Schuttsteinbauweise (Abb. 5.6).

Setzsteinbauweise

Setzsteinrampen, auch Blocksteinrampen genannt, bestehen aus moglichst dichtaneinanderliegenden etwa gleich großen Steinen, die

”von Hand gesetzt“ werden.


Abb. 5.4: Sohlenrampe, Quelle: DIN 19661-2

Abb. 5.5: Sohlengleite, Quelle: DIN 19661-2

Diese Steine sollten eine Kantenlange von ungefahr 0,6 bis 1,2 m besitzen. Um einegroße Rauheit zu erzielen, werden die moglichst birnenformigen Blocke hochkantgestellt.Der Aufbau erfolgt in der Regel auf einer Filterunterschicht, da sonst die Gefahrdes Ausspulens von Untergrundmaterial besteht. Dieser Filterunterbau kann auseiner Filtermatte mit einer Schotterauflage bestehen. Ebenso ist es moglich diesenmittels eines mehrschichtigen, abgestuften Kiesfilters zu erstellen. Als obere unduntere Begrenzung erhalten Setzsteinrampen Spundwande oder Pilotenreihen. Da-zu eignen sich Stahltrager, ausgediente Eisenbahnschienen o.a. Die untere Begren-zung wird aus konstruktiven Grunden angesetzt und wirkt so der ruckschreitendenErosion entgegen. Im Gegensatz dazu hat die Anordnung von Spundwanden o.a.an der Rampenkrone die Aufgabe die Durchdringung des Rampenkorpers zu ver-ringern und einen Oberflachenabfluss zu gewahrleisten.

Durch die Verwendung großtenteils einheitlicher Steingroßen entsteht eine einlagigeDeckschicht mit einer relativ gleichmaßigen Rauheit und Stromung. Das Steinge-wicht und die Verbundwirkung der Steine bilden die hohe Stabilitat einer solchenRampe. Entstehende Schubkrafte werden durch Reibung in den Untergrund gelei-tet. Man spricht in diesem Fall von einer selbsttragenden Deckschicht.

Setzsteinrampen bilden ein starres Bauwerk, bei denen Umlagerungen der Steinenicht moglich sind. Diese Verbundwirkung geht schlagartig verloren, wenn sich eineinzelner Stein herauslost. Ein plotzliches Versagen der gesamten Rampe ware dieFolge.

Zur Herstellung dieser Rampen ist eine trockene Baugrube erforderlich. Bei breitenGewassern kann auch eine halbseitige Bauweise ausgefuhrt werden, indem man eineZwischenspundwand setzt.


Die Anwendung der Blocksteinbauweise beschrankt sich im allgemeinen auf einGewasser mit einem Gefalle von ≤ 1:10. Eingesetzt werden diese Rampen nur inbesonderen Fallen; z.B. bei Gewassern ohne ausreichende Lange oder Breite, dadiese Bauweise hoheren hydraulischen Belastungen ausgesetzt werden kann.Jedoch sind diese Rampen bei der Herstellung aufwendig und kostenintensiv. ImRegelfall sollte auf diese Bauweise verzichtet werden.

Abb. 5.6: Rampenbauweisen: o: Setzsteinbauweise, u: Schuttsteinbauweise, Quelle:DVWK 232/1996

Schuttsteinbauweise

Die Schuttsteinbauweise ist gekennzeichnet durch eine Deckschicht aus mehrlagiglocker in das Gewasser eingebrachter Steine. Dabei sollte die Schichtstarke minde-stens dem zweifachen maximalen Steindurchmesser entsprechen.

Eine Sicherung mittels Spundwanden oder Pilotenreihen ist nicht notwendig undsollte sogar vermieden werden. In der Praxis hat sich gezeigt, dass solche Riegeldurch Umlagerungen der Steine Absatze bilden, die wiederum die Erosion undKolkbildung hinter diesen Absturzen verstarken. Im allgemeinen ist keine Siche-rung im Ubergang zum UW notwendig. In diesen Fallen nimmt man eine kur-ze Nachbettsicherung von ca. 3 bis 5 m vor. Bei einer erosionsgefahrdeten Sohlekonnen zur Sicherung des Rampenfußes großere, tief in die Sohle eingebundeneSteine gesetzt werden.Bei bestehendem, erosionsbestandigen Sohlmaterial (Grobkies, Steine) ist kein Un-terbau erforderlich und die Steine konnen direkt auf die Gewassersohle aufgebrachtwerden. Ansonsten ist eine Filterunterschicht erforderlich.


Die Aufnahme der Stromungsbelastung geschieht allein durch das Eigengewichtder Steine. Eine Schuttsteinrampe ist ein elastisches Bauwerk. Umlagerungen derSteine bei steigender Stromungsbelastung sind moglich und erhohen sogar die Sta-bilitat der Rampe. Zur weiteren Stabilitatserhohung konnen die Hohlraume miteinem, dem Sohlsubstrat ahnlichem, Material ausgefullt werden. Ein geloster Steinbefindet sich solange in Bewegung bis eine stabile Lage gefunden wird. Dies kannauch erst am Rampenfuß der Fall sein. Im allgemeinen bessert sich die Rampedurch Nachrutschen von Steinen selbst nach. Ansonsten ist eine Ausbesserungdurch Nachschutten von Steinen einfach umzusetzen.Dieses Nachschutten von Steinen beugt somit einem Versagen der Rampe vor.Ein schlagartiges Versagen ist bei einer Rampe in Schuttbauweise nicht moglich.Es kundigt sich durch eine Erosionsrinne oder durch eine gleichmaßige Ober-flachenerosion an.

Ein trockene Baugrube ist bei der Herstellung einer Schuttsteinrampe nicht not-wendig. Mittels eines Baggers werden die Steine einzeln von Unterwasser nachOberwasser fortschreitend eingebracht und in die Sohle eingedruckt. Seltener wer-den die Steine wirklich geschuttet. Diese Bauweise stellt eine einfache und ko-stengunstige Moglichkeit dar eine Sohlenrampe auszubilden.

Rampen in lockerer Bauweise werden mit einem Gefalle von 1:15 bis 1:30 ausgebil-det und weisen durch unterschiedlich große Steine eine okologisch gunstige Ober-flache auf. Die entstehende, ungleichmaßige Stromung wirkt sich positiv auf dieDurchgangigkeit des Gewasssers aus. Lebewesen finden wechselnde Stromungszustandevor und das vielfaltige Luckensystem bietet ihnen gute Aufstiegsmoglichkeiten.

5.2.2 Rampenbauarten

Rampenbauarten beschreiben die moglichen verschiedenen Anordnungen von Stei-nen in einer rauen Rampe. Diese sind abhangig von den unterschiedlichen Bege-benheiten eines Fließgewassers und wurden entwickelt um die Anforderungen einerDurchgangigkeit zu erfullen.

Klassische Rampe

Bei der klassischen Rampe werden die Steine uber die komplette Breite eines Fließ-gewassers angeordnet. Dies ist eine sehr einfache Rampenbauart. Schaden im Be-reich der Boschung und Auskolkungen im Unterwasser sind typische Erscheinun-gen. Ebenso besteht die Gefahr des Trockenfallens bei Niedrigwasser. Um dies zuvermeiden sollten Niedrigwassergerinne vorgesehen werden.


Steinrampe nach Schauberger

Dieser Rampentyp wurden 1975 von Schauberger entwickelt. Anwendung findetdiese Bauart in großen Flussen mit einer Breite von b ≥ 15 m und einer zuuberwindenden Hohe h ≥ 1,5 m. Das Gefalle des Gewassers sollte bei ca. 1:8bis 1:15 liegen. Ausgefuhrt wird die Steinrampe in der Setzsteinbauweise.

Steinrampen nach Schauberger sind durch eine raumliche Krummung der Ram-penkrone sowie des Rampenfußes gekennzeichnet (Abb. 5.7). So wird der Abflusszur Gerinnemitte hin geleitet und im Uferbereich den Lebewesen das Aufsteigenermoglicht. Eine zusatzliche Verjungung uber die Rampenlange fuhrt im Unter-wasser zu einer Wasserspiegelanhebung. Dies kann sich positiv auf die Energieum-wandlung auswirken [6].

Abb. 5.7: Skizzenhafte Darstellung einer Schauberger Rampe, Quelle: DVWK232/1996

Riegelrampe

Riegelrampen bestehen in erster Linie aus mehreren Steinriegeln,die die Tragkon-struktion bilden. Dazu werden Steine mit einen Durchmesser von ds = 0,6 bis1,2 m eingesetzt. Diese Riegel konnen zur gegenseitigen Abstutzung gewolbeartigangeordnet werden um so die Stabilitat der Rampe zu erhohen (Abb. 5.8).Je nach Herstellung der Riegel werden diese Rampen in Setz- sowie in Schuttsteinbauweiseausgefuhrt. Eine Moglichkeit besteht darin die Riegel bis zu 2,5 m tief in die Sohleeinzubinden und gegebenenfalls durch Pfahlreihen oder Stahlpiloten zu sichern.Bei einer anderen Variante wird eine Unterschicht aus einer Steinschuttung gebil-det und darin die Riegel mit einer geringeren Tiefe eingebunden. Bei der Wahl derRiegelabstande ist darauf zu achten, dass eine Wasserspiegeldifferenz von ∆h =0,2 m nicht uberschritten wird.Die Steinriegel bilden jeweils Becken, die mit sohlsubstratahnlichemMaterial verfulltwerden. Diese Becken entwickeln eine gewisse Eigendynamik und stellen fur Fische


und Kleinstlebewesen gute Moglichkeiten dar die Rampe zu passieren oder auchzu ruhen.

Erfahrungen zeigen, dass Riegelrampen bei Gewassern mit einer Breite b ≥ 5 m, einer zu uberwindenden Hohe von h ≤ 1,5 m und einem Gefalle 1:15 oderflacher Anwendung finden. Da die Becken leicht zusetzen und somit die Funk-tionsfahigkeit der Rampe mindern, ist ein relativ hoher Unterhaltungsaufwandnotwendig [6]. Bei der Herstellung einer solchen Rampe entstehen jedoch geringeKosten. Dafur benotigt solch ein aufgeloste Bauweise wie keine andere Bauweisesehr viel Erfahrung.

Abb. 5.8: Grundriss und Langsschnitt einer Riegelrampe, Quelle: LfU-Veroffentlich-ung

Muldenrampe

Diese Form der Rampe wurde von der Universitat Stuttgart im Auftrag der Lan-desanstalt fur Umwelt Baden-Wurttemberg (LfU) entwickelt.Sie eignet sich fur Gewasser mit einer Breite b ≥ 5 m, einem Hohenunterschiedvon ∆ h ≤ 1 m und einer Neigung, die flacher ist als 1:20.

Im Randbereich des Gewassers wird jeweils eine Mulde angeordnet. Diese gewahrleisteneine okologische Durchgangigkeit fur Fische und andere Organismen. Zwischen denMulden wird eine Rampe in Schuttbauweise angeordnet, die fur Kanusportler eine


gefahrlose Befahrbarkeit bietet (Abb. 5.9).

Abb. 5.9: Skizzenhafte Darstellung einer Muldenrampe, Quelle: LfU-Veroffentlichung

Teilrampe

Teilrampen, auch als Fischrampen bezeichnet, finden Anwendung bei Umgestal-tungen von Wehren. Kann aus Grunden der Energiegewinnung, des Hochwasser-schutzes oder aufgrund der Landwirtschaft nicht auf die Regulierbarkeit des Was-serstandes verzichtet werden, ordnet man wenigstens in einen Teil des Wehres raueRampen mit geringerer Breite an (Abb. 5.10).Die Breite dieser Rampen ist abhangig von dem fur einen Fischaufstieg notwen-digen Abfluss und dem zur Verfugung stehenden Abfluss. Sie sollte jedoch nichtweniger als 2 m betragen.

Laut des Merkblattes 232/1996 des DVWK sollten Fischrampen eine mittlere Was-sertiefe von 30 bis 40 cm, ein Gefalle von 1:20 oder flacher sowie eine Fließgeschwin-digkeit im Bereich von 1,6 bis 2,0 m/s aufweisen. Fur den Bau der Rampe konnendie ublichen Bauweisen angewendet werden. Haufig werden Riegelrampen einge-setzt. Um die fur die Lebewesen erforderlichen Wassertiefen und Fließgeschwindig-keiten zu gewahrleisten, werden Storsteine oder kaskadenformige Steinschwelleneingebaut.

Teilrampen werden grundsatzlich am Ufer angeordnet und wenn moglich am Prall-hang, um Verlandungen zu vermeiden. Bei schrag verlaufenden Wehren sollte dieFischrampe in den spitzen Winkel vom Unterwasser her gesehen positioniert wer-den. Im Falle von steilen Wehrrucken und Absturzen sowie bei Wehren mit be-weglichen Verschlussen ist eine massive Trennwand zwischen Wehr und Rampeerforderlich.


Abb. 5.10: Teilrampen, Quelle: DVWK 232/1996

6 Anlagen zur Durchgangigkeit vonFließgewassern

An dieser Stelle mochte ich nochmal ubergreifend auf das Thema”Fischaufstiegs-

anlagen“ zuruckommen.Die nachfolgend aufgestellten Anforderungen und Uberlegungengelten fur alle Anlagen unabhangig von dem jeweiligen Konstruktionstyp. DieseAnforderungen berucksichtigen die biologischen Bedurfnisse aller aquatischen Le-bewesen.

6.1 Arten der Fischaufstiegsanlagen

Wie bereits erwahnt, unterteilt man Fischaufstiegsanlagen in naturnahe und tech-nische Anlagen.

6.2 Grundlegende Vorgehensweise

Die nachfolgend aufgestellten Kriterien zeigen den Planungswerdegang dar, wiebei einer Maßnahme zur Umgestaltung eines Querbauwerkes vorgegangen werdensollte [7].

1. Vor der Planung eines Fischweges sollte prinzipiell nach der Notwendig-keit der bestehenden Anlage gefragt werden. Vielfach haben vorallem kleineMuhlenwehre keine Verwendung mehr. In solchen Fallen kann eine komplet-te oder teilweise Entfernung dieses Bauwerkes erfolgen. Jedoch ist vorher zuuntersuchen, ob landeskulturelle Aspekte oder aber ein Erhalt von wertvollenFeuchtgebieten dagegen sprechen.

2. Ist ein Ruckbau nicht moglich, sollte eine raue Rampe in Form einer Soh-lengleite oder -rampe ausgebildet werden. Kann diese nicht uber die kom-plette Flussbreite angeordnet werden, ist eine Teilrampe erforderlich.

31

32 Kapitel 6 ANLAGEN ZUR DURCHGANGIGKEIT VON FLIESSGEWASSERN

Abb. 6.1: Gebrauchliche Bauweisen von Fischaufstiegsanlagen, Quelle: DVWK232/1996

3. Bei Stauhaltungen umgeht man den gesamten Staubereich mittels eines Ver-bindungsgewassers. Diese sollten nach Moglichkeit naturnah ausgebildet wer-den.

4. Ist aus Platzgrunden eine naturnahe Ausbildung nicht realisierbar, setzt mantechnische Verbindungsgerinne ein [6].

6.3 Allgemeine Anforderungen

Die Lage von Fischaufstiegen richtet sich nach den baulichen Gegebenheiten vorOrt und ebenso nach dem Wanderverhalten der Fische. In der Regel folgen aquati-sche Lebewesen der Hauptstromung eines Flusslaufes. Der Auslauf, darunter ver-steht man die Stelle der Aufstiegsanlage im Unterwasser, sollte dort positioniertwerden, wo sich die Lebewesen sammeln. Positiv fur das Auffinden einer Anlageist das Anordnen dieser an einer Uferseite parallel verlaufend zur Hauptstromung.

Bei Anordnung der Mundung des Auslaufes auf gleicher Hohe mit dem Wehr wirdein

”toter Winkel“, in dem sich aufstiegswillige Tiere konzentrieren, vermieden.

Aus diesem Grund ordnet man bei schrag verlaufenden Wehren die Anlage in demspitzen Winkel zwischen Wehr und Ufer von Unterwasser gesehen an. Wird der

Kapitel 6.3 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN 33

Auslauf zu weit in das Unterwasser herausgezogen, verringert sich die Auffindbar-keit der Anlage.

Die von Fischen wahrnehmbare Leitstromung sollte eine Geschwindigkeit von 0,8 -2,0 m/s aufweisen. Die Aufstiege sind so zu konstruieren, dass die Geschwindigkeitvon 2,0 m/s nicht uberschritten wird. Im Regelfall sollte die Geschwindigkeit jedochdeutlich unter dieser liegen, um schwacheren Tieren einen Aufstieg zu ermoglichenoder sogar Ruhezonen zu bieten.

Auch im Bereich des Einlaufes - der Bereich der Aufstiegsanlage, der in das Ober-wasser ragt - ist darauf zu achten, dass keine zu starken Turbulenzen sowie zu hoheStromungsgeschwindigkeiten entstehen. Sollten im Oberwasser Geschwindigkeitenuber 0,5 m/s auftreten, ist der Einlaufbereich mittels einer Trennwand weiter indas Oberwasser zu verlangern.

Aus der Begrenzung der Stromungsgeschwindigkeit von 2,0 m/s ergibt sich inFischwegen eine max. Wasserspiegeldifferenz von 0,2 m. Großere Hohenunter-schiede konnen von Fischen nicht uberwunden werden. Bei Anordnungen von Ru-hezonen oder Ruhebecken muss auf diese Hohenbegrenzung geachtet werden. Ru-hebecken sind fur die Lebewesen notwendig, um Ruhepausen einlegen zu konnen.Dies ist der Fall bei sehr langen Rampen, bei Rampen ohne Ruhezonen und furdie schwacheren Lebewesen.

Die Sohle muss dem unbeeinflussten Fließgewasser entsprechend ausgebildet wer-den. Wenn moglich sollte die Sohle mit einer mindestens 0,2 m dicken gewasser-typischen Substratschicht bedeckt sein. Unterschiedliches Sohlenmaterial soll eineraue Sohlsubstratoberflache und somit ein Luckensystem bilden. Dieses benotigenvorallem Kleinst- und Jungtiere, um sich zu schutzen.

Die erforderliche Wassertiefe sollte auch bei Niedrigwasser h = 0,2 m nicht unter-schreiten. Somit ergibt sich eine mittlere Wassertiefe von h = 0,3 bis 0,4 m. Indiesem Bereich sollte sich der Wasserstand mindestens bewegen.

Bei dem Bau einer Fischaufstiegsanlage ist darauf zu achten, dass sich das Bauwerkin die Landschaft harmonisch einbindet. Gerade unter diesem Gesichtspunkt lassensich naturnahe Bauweisen fur solche Maßnahmen umsetzen.

34 Kapitel 6 ANLAGEN ZUR DURCHGANGIGKEIT VON FLIESSGEWASSERN

Teil III

Ausfuhrungen und Planungen

7 Ausfuhrungen entlang der Wupper

7.1 Der Wupperverband

Der Wupperverband wurde am 8. Januar 1930 gegrundet und betreut seitdem das813 km2 große Einzugsgebiet der Wupper in Sachen Wasserwirtschaft.Mit ca. 130 Kilometern stellt die Wupper das bedeutendste der etwa 2.300 kmFließgewasser dar und gab dem Verband somit seinen Namen. Daneben seien nochandere Hauptbache wie die Dhunn, die Schwelme, der Eschbach oder der Mors-bach genannt. Das naturliche Einzugsgebiet der Wupper und somit des Wupper-verbandes umfasst das Bergische Land mit den Stadten Wuppertal, Solingen, Rem-scheid und Leverkusen, sowie Teile des Rheinisch-Bergischen-, des Oberbergischen-, des Markischen- und des Ennepe-Ruhr-Kreises. Auch nordliche Stadtteile Kolnsgehoren zu diesem Gebiet (Abb.7.1).

Der Wupperverband ist eine Korperschaft des offentlichen Rechts. Er setzt sich ausStadten und Gemeinden, Kreisen, stadt. Werken, Wassergenossenschaften sowieIndustriebetrieben zusammen.

Die gesetzlichen Aufgaben des Wupperverbandes sind:

• Abwasserreinigung

• Beschaffung und Bereitstellung von Trink- und Brauchwasser

• Betrieb von Talsperren zur Regelung des Wasserabflusses (Ausgleich derWasserfuhrung in der Wupper sowie Sicherung des Hochwasserabflusses)

• Unterhaltung der Gewasser

• Ruckfuhrung ausgebauter Gewasser in einen naturnahen Zustand

7.2 Die Wupper

Die Wupper entspringt unter dem Namen Wipper in dem Ort Borlinghausen (Ge-meinde Marienheide) im Oberbergischen Land. Ab Wippersfurth geht diese uber

37

38 Kapitel 7 AUSFUHRUNGEN ENTLANG DER WUPPER

Abb. 7.1: Karte des Wupperverbands, Quelle: Umweltbericht 2003 des Wupperver-bandes

Kapitel 7.3 AUSFUHRUNGSBEISPIELE 39

in die Wupper. Bei Leverkusen mundet die Wupper schließlich als rechter Neben-fluss des Niederrheins in den Rhein.Unterteilt wird die Wupper in zwei Abschnitte. Die sogenannte

”Obere Wupper“

reicht von der Quelle bis zur Wupper-Talsperre in der Nahe der Stadt Radevorm-wald gelegen. Ab diesem Bauwerk bis zur Mundung in den Rhein wird dieser Teilder Wupper als

”untere Wupper“ bezeichnet. Die Trennung erfolgt im Bereich der

Talsperre, da diese im Sinne einer Durchgangigkeit ein unuberwindbares Staubau-werk darstellt.

Die gesamteWupper birgt 33 Querbauwerke, die ein Hindernis fur die Durchgangigkeitdes Gewassers darstellen. Davon liegen 18 in der unteren Wupper. Die Untere Wup-per ist ein Fischgewasser im Sinne der Fischgewasser-Richtlinie der EuropaischenUnion. Außerdem ist sie Teil des Programms

”Lachs 2000“ der Internationalen

Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR), das die Wiederansiedlung des Lach-ses wegen des zahlreichen Vorhandenseins geeigneter Laichgebiete in der Wup-per vorsieht. Im Rahmen dieses Pogramms wurden in den letzten Jahren durchden Wupperverband 12 Fischaufstiegsanlagen gebaut oder Hindernisse entfernt(Abb.7.1). Zwei noch bestehende Querbauwerke in der unteren Wupper sind inPlanung.Zum einen ist das die Stauanlage Beyenburg. Diese soll mit einem Umgehungs-gerinne versehen werden. Die Planung sollte bereits in 2003 abgeschlossen sein;die Ausfuhrung ist bis jetzt zwar noch nicht erfolgt, steht aber kurz bevor. Umden unteren Teil der Wupper ganzlig durchgangig zu machen, muss schließlich alsletztes noch das Wehr am Auer Kotten in Solingen umgebaut werden. Bis jetztlaufen jedoch noch wasserechtliche Verfahren mit dem Betreiber des Wehres.

Die obere Wupper ist aufgrund der Wupper-Talsperre nicht mehr Teil des Wan-derfischprogramms. Von den 14 Hindernissen sind bis zum jetzigen Zeitpunkt erstzwei Bauwerke durchgangig gemacht worden. Weitere Bauwerke sind in Planung.Bevor jedoch mit der technischen Umsetzung angefangen werden kann, mussenerst Wasserrechte sowie Eigentumsverhaltnisse geklart werden.

7.3 Ausfuhrungsbeispiele

Im folgenden mochte ich nicht alle Wehre im Einzugsgebiet erlautern. Stattdessenwerde ich auf drei Wehre in der unteren Wupper detaillierter eingehen. Diese wur-den bei Erhaltung des Wehres mittels rauen Rampen umgestaltet. Anschließendzeige ich noch ein ehemaliges Wehr, welches erst mit einer Rampe versehen werdensollte und nach einigen Besprechungen komplett entfernt werden konnte. Dies stellteine Maßnahme dar mit hochster Prioritat zur Herstellung der Durchgangigkeit.


7.3.1 Reuschenberger Muhle

Bestand

Die Wasserkraftanlage Reuschenberger Muhle ist die erste Wasserkraftanlage ober-halb der Mundung der Wupper in den Rhein und befindet sich in Leverkusen.Erbaut wurde diese Anlage 1928. Das alte ursprungliche Wehr bestand aus ei-nem gepflasterten Grundkorper mit einem quer zur Fließrichtung angeordnetenBetonriegel. Etwa 80 m oberhalb des Wehres zweigt linksufrig ein ca. 1,2 km lan-ger Oberwassergraben fur die Kraftanlage Reuschenberger Muhle ab. Ein rund800 m langer Untergraben fuhrt die entnommene Wassermenge wieder zuruck indie Wupper.

Im Januar 1995 brach nach einem Hochwasserereignis die komplette rechte Halftedes Wehres weg. Da die Wasserkraftanlage erst einige Jahre vorher modernisiertworden war, musste die Stauhaltung aufrecht erhalten werden. Als Ubergangslosungwurde im Herbst 1995 ein provisorisches Wehr aus Drahtschotterkorben (Gabio-nen) errichtet.

Umgestaltung

Kilometrierung: 4 + 395Rampentyp: Rampe mit Steinschwellen, TeilrampeRampenbauweise: SetzsteinbauweiseRampenhohe: ca. 1,65 mRampenbreite: ca. 20 mRampenlange: ca. 30 mRampenneigung: 1:20Baujahr: 1998

Der Wupperverband vereinbarte zusammen mit dem Besitzer der Anlage und derStadt Leverkusen im Zuge der Sanierung das Wehr mit einer Fischaufstiegsanlagein naturnaher Bauweise zu erstellen. So konnte die Durchwanderbarkeit der Wup-per erweitert werden. Man einigte sich schließlich darauf die linke Wehrhalfte zuerhalten und die rechte Wehrhalfte als eine fur Fische und Kleinsttiere passierbareraue Rampe auszubilden. Ebenso sieht die Vereinbarung vor eine Mindestwasser-menge von 1,6 m3/s fur die Ausleitungsstrecke der Wupper zu stellen.

Im oberen Bereich der Rampe wurden die Restbestandteile des Wehres abgetra-gen und durch gesetzte großere Blocksteine mit einer Kantenlange von ca. l =0,8 m ersetzt. Die Rampenhohe von 1,65 m werden mittels 11 Querriegel mit einerWasserspiegeldifferenz von ∆ h = 15 cm abgebaut (Abb. 7.3). Dadurch entste-hen Becken mit einer Breite von etwa 3 m. Als Filterunterbau dient eine 50 cm


Abb. 7.2: Ubersichtskarte Reuschenberger-Muhle, Quelle: Wupperverband

starke Schicht aus Wasserbausteinen der Klasse II und eine 30 cm starke Schichtaus Schotter. Zur Sicherung der oberen Steine wurde eine Spundwand uber diekomplette Breite eingebracht.Am Rampenfuß befindet sich ein muldenformiger Kolk, der mit einem Steinwurfgesichert ist.

Da die Rampe durch den Hohenunterschied von h = 1,65 m und einer Neigung von1:20 eine Lange von 30 m aufweist, konnte der Einstieg in die Rampe von Unter-wasser her nicht direkt unterhalb des Wehres angeordnet werden. Die Fische warensonst der Hauptstromung zumWehr gefolgt. Aufgrunddessen wurde die Rampe umca. 10 m in den Oberwasserbereich vorgezogen, um diesen

”Sackgasseneffekt“ zu

verhindern.

Erfahrungen

Bisher sind keine Schaden am Bauwerk zu beobachten gewesen.

7.3.2 Schaltkotten/Mungsten

Bestand

Erbaut wurde das Wasserkraftwerk Schaltkotten in den Jahren 1572-1574. In denfolgenden Jahrzehnten wechselten die Eigentumer sowie die Nutzung dieser Anlage.1986 wurde das gesamte Wehr renoviert. Zehn Jahre spater stellten die Besitzer desWehres einen wasserrechtlichen Genehmigungsantrag zum Betrieb einer Wasser-


Abb. 7.3: Grundriss Teilrampe Reuschenberger-Muhle, Quelle: Wupperverband

kraftanlage sowie zur Stauerhohung am Wehr. Im Zuge dieses Genehmigungsver-fahrens wurde von Seiten des Wupperverbandes der Bau einer Fischaufstiegsanlagegefordert. Ebenso stellte der Wupperverband die Forderung einen ausreichendenAbfluss in die Ausleitungsstrecke abzugeben. Diese Forderungen waren in demBewirtschaftungsplan der unteren Wupper festgeschrieben.

Das schrag zur Flussachse angeordnete, betonierte Streichwehr hat eine Lange vonetwas 45 m. Auf dieser Lange ist das Wehr in vier Felder unterteilt. Diese weisenLangen von ca. 8 - 14 m auf. Am linken Ufer schließt das Wehr unmittelbar aneine steil anstehende Felsboschung. An der rechten Seite verlauft ein 8 m breitesAusleitungsbauwerk. Von dem etwa 30 m langem Oberwasserkanal fließt das Was-ser zur Wasserkraftanlage und durch einen ca. 12 m breiten Unterwasserkanal indie Ausleitungsstrecke.

Umgestaltung

Kilometrierung: 32 + 225Rampentyp: Teilrampe als Raugerinne-Beckenpass (Sonderform)Rampenbauweise: Setz-/SchuttsteinbauweiseRampenhohe: ca. 2,65 mRampenbreite: ca. 9 m


Abb. 7.4: Reuschenberger Muhle nach Umbau, Quelle: Wupperverband

Rampenlange: ca. 59 mRampenneigung: 1:20Baujahr: 1998

Die Rampe wurde so ausgelegt, dass bei Einhaltung des beantragten Stauzielesvon 101,45 m+NN ein Mindestabfluss von 1,3 m3/s uber die Rampe in die Auslei-tungsstrecke gefuhrt werden konnte.Die Teilrampe wurde in den spitzenWinkel zwischenWehr und anstehender Felsboschungpositioniert. Nur der Aufsatz des Wehres wurde in diesem Bereich entfernt. DerWehrkorper an sich blieb erhalten.

Einzelne, versetzt angeordnete große Blocksteine mit einer max. Kantenlange von l= 1,3 - 1,6 m bilden die Tragkonstruktion dieser Rampe. Nur im Bereich der Wehr-krone wurden Wasserbausteine der Klasse II in Beton gesetzt und die Lucken mitKies und Steinen aufgefullt. Nach der Wehrkrone sind die Riegel in den Ram-


Abb. 7.5: Ubersichtskarte Schaltkotten, Quelle: Wupperverband

penkorper etwa zu 1/2 bis zu 2/3 eingebunden. Der Rampenkorper wurde alsSteinschuttung aus einem Gemisch von Felsgestein und Wasserbausteinen herge-stellt. Die 20 - 40 cm starke Rampensohle besteht aus einem Gemisch von Was-serbausteinen und Grobkies. Die durch den Wehrkorper erzeugte Hohendifferenzvon 2,65 m wird uber 17 aufgeloste Querrriegel mit einem Hohenunterschied von∆ h = 15 cm abgebaut. Um eine vielfaltige Sohlstruktur zu erreichen, wurden dieentstandenen Becken zwischen den Querriegeln mit einer Mischung aus Wasser-bausteinen Klasse IV, Felsgestein und Grobkies aufgefullt. Eine Nachbettsicherungvon ca. 4 m dient der Verhinderung einer ruckschreitenden Erosion und so der Sta-bilisierung der Rampe.

Die seitliche Abtrennung von Rampenkorper zum Wehr wurde durch eine Wandaus mit Beton verbundenen Natursteinen bewerkstelligt. Zur Sicherung der Block-steine und des geschutteten Rampenkorpers wurde an zwei Stellen jeweils eineSpundwand quer zur Fließrichtung eingebracht. Die unteren Steine wurden durchetwa 2,5 m lange Piloten gestutzt.


Erfahrungen

Abb. 7.6: Teilrampe Schaltkotten nach Umbau, Quelle: Wupperverband

7.3.3 Heizkraftwerk Wuppertal-Barmen

Bestand

Das Wehr des Heizkraftwerkes Wuppertal-Barmen dient den Wuppertaler Stadt-werken (WSW) zur Entnahme von Kuhlwasser bis zu einer Menge von 2,5 m3/s.Dazu wurde ein Entnahmewerk sowie ein Wehr mit einer einteiligen Stauklappeerrichtet.Das Wehr besteht aus einer ca. 19 m langen Stahlbetonplatte, die ober- und un-terwasserseitig durch Spundwande gesichert ist. Die Stauklappe ist einteilig understreckt sich uber die gesamte Sohlbreite von etwa 26 m. Fur Wartung und Re-paraturen ist ein ca. 38 m langer Umgehungskanal am rechten Ufer vorhanden.

Umgestaltung

Kilometrierung: 53 + 096


Rampentyp: Teilrampe mit BlockschwellenRampenbauweise: Setz-/SchuttsteinbauweiseRampenhohe: ca. 1,00 mRampenbreite: ca. 10,50 mRampenlange: ca. 20 mRampenneigung: ca. 1:24Baujahr: 1998/1999

Im Zuge einer neuen Beantragung zur Entnahme von Kuhlwasser aus der Wupperim Jahr 1996 einigten sich die Wuppertaler Stadtwerke und der Wupperverbanddarauf das Wehr zu kurzen und eine Fischaufstiegsanlage zu integrieren.

Der Fischaufstieg wurde in Form einer rauen Rampe mit Blockschwellen errich-tet und auf der rechten Flussseite angeordnet. Dazu kurzte man die vorhandeneWehrklappe auf 15 m. Fur den Bau der Fischrampe wurde die vorhandene Stahl-betonsohle aufgebrochen, um die Blocksteine der Riegel grunden zu konnen. DieseRiegel bestehen aus schlanken Blocken mit Abmessungen von 0,6 x 0,6 x 1,0 -1,6 m und wurden in der Mitte der Rampenbreite zu ca. 1/3 in Beton gesetzt.Steine mit Abmessungen von 0,6 x 0,5 x 0,8 m, die 20 cm uber die Sohle ragen,bilden Riegeloffnungen mit einer Breite von etwa 60 cm.

Um den Hohenunterschied abzubauen, positionierte man 6 Riegel, die jeweils einenWasserspiegelunterschied von ca 17 cm uberwinden, in die Rampe. Die Riegelwurden maanderformig angeordnet und erzeugen so großere und kleinere Becken.Damit wurde ein differenziertes Stromungsbild erschaffen. Im Mittel besitzen dieBecken eine Lange, und somit die Riegel einen Abstand, von 4 m. Zwischen denRiegeln wurde eine ca. 10 cm starke Feinsandschicht und darauf eine wiederumca. 10 cm starke Kiesschicht eingebracht. Letzlich wurde der Beckenbereich mitSohlsubstrat aus der Wupper verfullt. Die gesamte Sohlschicht weist eine Dickebis zu 50 cm auf, so dass sich im Laufe der Zeit kleinere Kolke und Anlandungenentwickeln konnen bzw. konnten, um so ein naturnahes Gerinne zu bilden.

Zur Sicherung der Rampe wurde ober- und unterwasserseitig eine Spundwand inden Boden gerammt. Zur Trennung zwischen Wehr und Rampe wurde ein Stahl-betonwand eingebaut. Zusatzlich dient diese als neues Widerlager der Klappe. Umein Einschwimmen der Fische in den Bereich direkt unterhalb der Stauklappe zuvermeiden, wurde im Unterwasser ein Riegel aus Blocksteinen verlegt. Im Ober-wasser ordnete man s-formig Blocksteine an, um so die Auffindbarkeit im Falleeines Abstiegs zu erhohen.

Erfahrungen


Abb. 7.7: HKW-Barmen: Rampe wahrend des Umbaus, Quelle: Wupperverband

7.3.4 Oedeschlenke

Bestand

Das Wehr Oedeschlenke lag mit 67,905 Fluss-km zwischen der Wuppertal-Sperreund dem Stausee Beyenburg und war Eigentum des Wupperverbandes. Uber eineBreite von 47,80 m war durch dieses Querbauwerk ein relativer Hohenunterschiedvon etwa 2,20 m entstanden. Linksufrig ging ein Obergraben ab, der der Speisungvon Fischteichen diente.

1.Planung

Seit 1990 war es dem Wupperverband ein Anliegen die Durchgangigkeit bei demWehr Oedeschlenke einzufuhren. Lange Zeit bestand die Idee den Obergraben alsUmgehungsgerinne auszubilden. Dazu wollte man ca. 50 m des Grabens abtrennen.Der obere Teil sollte so als Verbindungsgerinne wirken und der untere Teil weiter-


Abb. 7.8: HKW-Barmen: Rampe nach Umbau, Quelle: Wupperverband

hin als Obergraben fur die Fischzucht wirken. Dieser ware mittels eines Rohres,ø 800 mm und linksufrig angeordnet, von dem Fluss durch das Gerinne gespeistworden. Das Umgehungsgerinne ware als Blocksteinrampe mit 12 Querriegeln aus-gebildet worden, die den Hohenunterschied mit Staustufen von 10 - 25 cm Hoheabbauen sollten. Im Mittel hatte sich ein Gefalle von etwa 1:17 ergeben. EineSteinschuttung sollte als Unterschicht dienen. Ein bestehender Schutz zu Beginnder geplante Rampe ware teilweise entfernt und Grobkies angeschuttet worden.Um die Auffindbarkeit fur die Fische zu erhohen, wollte man eine Rohrleitung andas rechte Ufer der Rampe verlegen.

2.Planung


Abb. 7.9: Oedeschlenke: Wehr und Obergraben, Quelle: Wupperverband

Aus der 1.Planung heraus entwickelte sich schließlich der Gedanke die Rampe wiezuvor zu erstellen. Mit dem einzigen Unterschied an der rechten Seite der Rampeeine in Schotter liegende Rinne zu bilden.

3.Planung

Im Sommer 1997 entschied man sich kurzfristig das wupperverbandseigene WehrOedeschlenke durchgangig mit einem Fischaufstieg zu versehen. Dazu eignete sichaus einer naheliegenden Straßenbaumaßnahme entstandenes Felsgestein. Diesessollte an das rechte Ufer des Wehres auf einer Breite von etwa 12 m angeschuttetwerden. Ziel war es eine raue Rampe mit einer Neigung von 1:20 zu erstellen.Jedoch stellte sich heraus, dass von den vorrausgesagten 500 - 1000 t nur 100 m3

einbaufahig waren. Somit konnte dieses Vorhaben nicht weiter ausgefuhrt werden.

4.Planung

Nach diversen Gesprachen mit Behorden und dem Bergischen Fischereiverein stand1998 schließlich die Idee im Raum eine Rampe mit Querriegeln auszufuhren. Da-


Abb. 7.10: Oedeschlenke: Grundriss 1.Planung, Quelle: Wupperverband

zu wollte man zuvor das Wehr bis auf den festen Stein-/Betonaufbau absenken.Also sollte die vorhandene Stahlklappe am rechten Ufer zunachst auf einer Breitevon ca. 12 m entfernt werden. Der durch die entstehende Wasserspiegelabsenkungentstandene Zustand ware nach ca. 1 Woche begutachtet worden, um zu entschei-den, ob aus landschaftsokologischen und hydraulischen Aspekten eine weitere Ab-senkung moglich ware. Da die Rampe gleich ausgefuhrt worden ware, hatte diesunterschiedliche Rampenlangen zur Folge gehabt.

Die Rampe sollte so gestaltet werden, dass die Abflussverhaltnisse mit Hilfe vongroßeren Steinen (l = 1,30 - 1,60 m) passierbar geworden ware. Dazu hatte mandiese Steine in Form von Querriegeln versetzt angeordnet. Um die Grenzgeschwin-digkeiten einzuhalten, ware ein Hohenunterschied zwischen den Becken mit jeweils∆ h = 0,2 m gewahlt worden.

Ausfuhrung

Alle Varianten mit Umgehungsgerinnen und rauen Rampen scheiterten immer wie-der an finanziellen Mitteln oder aus fischereilichen sowie okologischen Aspekten.

Bei einem Ortstermin im September 1998 stellte der Wupperverband eine schonmal angedachte Beseitung des Wehres vor. Im Rahmen der Gewasserunterhal-tung sollte nun eine schrittweise Absenkung der rund 2,20 m hohen Stauhaltung


Abb. 7.11: Oedeschlenke: Langsschnitt durch Rampe, Quelle: Wupperverband

Abb. 7.12: Oedeschlenke: Querschnitt 1.Planung, Quelle: Wupperverband

vorgenommen werden. Eine zuvor in Auftrag gegebene Studie ergab, dass diesesWehr keiner weiteren Nutzung diente. Eine wirtschaftliche Stromerzeugung mittelseines Kraftwerkes ware durch zu wenig zur Verfugung stehendes Wasser nicht sinn-voll. Nach der Genehmigung durch die Untere Wasser- sowie Landschaftsbehordebegann man im Dezember ´98 zumindest die Stahlklappe zu entfernen. WeitereSchleifungen folgten im Mai ´99 und im November ´99. Die jeweils um 30 - 50 cmabgesenkten Staubereiche konnten so in den Monaten dazwischen austrocknenund vegetationsreiche Uferbereiche bilden. Das aus dem Wehr gebrochene Materi-al wurde, so lange es einbaufahig war, uber die komplette Flussbreite in die Sohleverteilt und sollte damit ein vielfaltiges Sohlensubstrat darstellen. So entstand einkomplett durchgangiges Fließgewasser.


Abb. 7.13: Oedeschlenke: Querschnitt 2.Planung, Quelle: Wupperverband

Abb. 7.14: Oedeschlenke: Schleifung des Wehres, Quelle: Wupperverband


Abb. 7.15: Oedeschlenke: fortgeschrittene Schleifung, Quelle: Wupperverband

8 Evaluierung einer ausgefuhrtenSohlengleite

8.1 Der Bestand: Das Sprotte-Wehr

Das Sprotte-Wehr lag oberhalb des Ortes Nobdenitz in Thuringen und uberwandeine Absturzhohe von etwa 3 m. Dieser Hohenunterschied wurde in zwei Stufenabgebaut. Zuerst floss das Wasser uber eine Art Schwelle bzw. Stufe etwa 1 m tief.Kurz darauf erfolgte der zweite Absturz. Dieser wies einen Hohenunterschied vonca. 2 m auf. Die Wehrkrone betrug eine Breite von 8,50 m. Oberhalb des Wehresging rechtsseitig ein Muhlengraben ab, der einige in der Nahe liegenden Teichespeiste.

8.2 Die Umgestaltung: Sohlengleite

Die Umgestaltung des Wehres in eine raue Rampe wurde 2003 in Auftrag gegeben.Aufgrund der Ausleitung in den Muhlengraben musste die Oberkante der Ram-pe gleich der Oberkante des Wehres sein, um so den Abfluss in die Teiche nichtgravierend zu verandern. Da auch die seitlichen Befestigungen des Wehres nichtentfernt werden sollten, ergab sich eine Rampenbreite von BR = Wehrbreite =8,50 m. Geplant und ausgefuhrt wurde eine Sohlengleite mit einem Gefalle von1:23 in aufgeloster Bauweise. Der Hohenunterschied von 3 m wurde somit mittels20 Steinriegel mit einer Wasserspiegeldifferenz von jeweils ∆h = 0,15 m abgebaut.Die mittleren Riegelabstande liegen etwa bei 3,50 m. Die Rampenlange ergibt sichaus dem Gefalle zu LR = 23 · 3, 0 ≈ 70 m. Fur die Abfuhrung von Nied-rigwasserabflussen wurde eine erforderliche Offnungsbreite von bRiegel,erforderlich =0,24 m errechnet. Zur Sicherung der Steine und der Sohle wurden die Steine ander Rampenkrone und am Rampenfuß in Beton gesetzt.

55

56 Kapitel 8 EVALUIERUNG EINER AUSGEFUHRTEN SOHLENGLEITE

Abb. 8.1: Das Sprotte-Wehr, Quelle: BCE

8.3 Bewertung der Sohlengleite

Die erforderlichen Berechnungen wurden von dem Ingenieurburo Bjornsen Bera-tende Ingenieure Erfurt GmbH (BCE) mit Hilfe der Veroffentlichung der Landes-anstalt fur Umweltschutz (LfU) Baden-Wurttemberg

”Anlagen zur Herstellung der

Durchgangigkeit von Fließgewassern - Raue Rampen und Verbindungsgewasser“durchgefuhrt. Der Entwurf der Rampe bzw. die Festlegungen, die die Rampe be-treffen, wurden von einem Ingenieurburo fur Planung und Umwelt (IPU) erstellt.Im folgenden zeige ich auf, inwieweit die Rampe die Bedingungen laut des DVWK-Merkblattes 232/1996 und der LfU-Veroffentlichung erfullen:

• Bei einer Umgestaltung von Wehren in Rampen wird empfohlen die Rampemit einem Gefalle < 1:20 auszubilden. Das gewahlte Gefalle liegt bei I =1:23 und erfullt diesen Punkt.

Kapitel 8.3 BEWERTUNG DER SOHLENGLEITE 57

Abb. 8.2: Rampe von UW betrachtet, Quelle: BCE

• Der Hohenunterschied, der pro Querriegel uberwunden wird, wurde zu ∆h= 0,15 m gewahlt und genugt der Forderung nach einem ∆h < 0,20 m.

• Aus der Begrenzung des Hohenunterschiedes ergibt sich auch die Begrenzungder Fließgeschwindigkeit. Die in einer Fischaufstiegsanlage maximal zulassigeFließgeschwindigkeit betragt somit vmax = 2,0 m/s. Laut den aufgestelltenBerechnungen (s. Anhang 1) kann sich in der Rampe eine Grenzgeschwin-digkeit von v = 1,72 m/s einstellen.

• Der mittlere Riegelabstand AbstandRiegel = 3,50 m liegt im empfohlenenBereich von 3,0 - 5,0 m.

• Die mittlere Wassertiefe in den Becken sollte auch bei Niedrigabflussen immereine Hohe von h = 0,30 bis 0,40 m aufweisen. Mit diesem Hintergrund wurdendie Berechnungen mit einer Hohe von h = (yB) = 0,35 m durchgefuhrt (s.Anhang 1).


• Die nun bestehende Riegelrampe weist eine Breite von 8,50 m, ein Gefallevon 1:23 und eine Rampenhohe von 3 m auf. Im Regelfall werden Rampenin aufgeloster Bauweise fur Bauwerke mit einer Breite > 5 m und ein Gefalleab 1:15 und flacher eingesetzt. Dies ist auch in diesem Fall erfullt. Jedochwird eine Riegelrampe eher bei Rampenhohen < 1,50 m verwendet. DieseRampe in der Sprotte weist jedoch die doppelte Hohe auf. In den Unterla-gen der LfU wird in solchen Fallen eine Aufteilung der Rampe in mehrerekleinere Rampen befurwortet. Ausgefuhrt wurde die Rampe aber als einekomplette ca. 70 m lange Rampe. Da durch die Einhaltung der Rampen-kronenhohe die Absturzhohe von 3,0 m nicht verringert werden kann, hatteman in diesem Fall vielleicht 3 kleinere Rampen hintereinander bauen sol-len. Jede dieser Rampen hatte damit einen Hohenunterschied von nur 1 muberwunden und so jeweils eine Lange von etwa 23 m aufgewiesen. AndereFestlegungen konnten beibehalten werden. In diesem Zusammenhang warezu klaren wie wirtschaftlich so eine Form der Ausfuhrung im Gegensatz zurvorherigen geworden ware.

• In Abbildung 8.4 ist die Ausbildung der Boschung zu erkennen. In diesemBereich konnte ein extremer Hochwasserabfluss zu Schaden im Bereich derBoschung fuhren.

Kapitel 8.3 BEWERTUNG DER SOHLENGLEITE 59

Abb. 8.3: Beckenstruktur, Quelle: BCE


Abb. 8.4: Rampe von UW, Boschungsausbildung, Quelle: BCE

9 Bemessung einer rauen Rampe inder Pockau

9.1 Die Pockau

Die Pockau ist ein etwa 33 km langer Fluss im Bundesland Sachsen. Er entspringtsudlich von Satzung ca. 890 m u. NN und mundet in der gleichnamigen StadtPockau in den Fluss Floha. Das Einzugsgebiet der Pockau betragt 133 km2. BisKuhnheide bildet sie auf einer Lange von 13 km die Grenze zwischen Sachsen undBohmen. Da dunkles Wasser aus umliegenden Mooren in die Pockau fliesst, wirdsie auch

”schwarze Pockau“ genannt. Auf der restlichen Strecke fliessen der Pockau

noch einige Bache zu, bevor sie schließlich in die Floha mundet.

9.2 Zweck und Notwendigkeit

Nach einem Hochwasserereignis wurde eine bestehende Sohlenstufe komplett zerstort.Diese soll jetzt jedoch nicht erneuert werden, sondern ist im Sinne der okologischenDurchgangigkeit als eine raue Rampe auszubilden, um so das Gewasserbett wiederherzustellen.

9.3 Dimensionierung und Annahmen

Ebenso wie das Ingenieurburo Bjornsen Beratende Ingenieure Erfurt GmbH wahleich als Ausfuhrungsform eine raue Rampe mit Steinschwellen. Diese soll ein Gefalleim Bereich von etwa 1:20 = 5% betragen. Bei einer zu uberwindenden Hohevon hR = 0,85 m ergibt sich somit eine Rampenlange von etwa LR = 20 · 0,85= 17 m. Um einen, laut der Landesanstalt fur Umweltschutz Baden-Wurttem-berg, Mindestabstand bei einzelnen Querriegeln von 3-5 m einzuhalten, entschiedich mich 5 Becken anzuordnen. Diese haben im Fall der Pockau eine mittle-re Beckenlange von l = 17/5 = 3,4 m. Mit 6 Riegeln kann die Rampenhohemit jeweils einem Wasserspiegelunterschied von ∆h = 0,85/6 = 0,14 m abgebaut

61

62 Kapitel 9 BEMESSUNG EINER RAUEN RAMPE IN DER POCKAU

werden. Somit wird ebenfalls die Bedingung erfullt einen Hohenunterschied von∆h ≤ 0,20 m nicht zu uberschreiten. Die maximale Fließgeschwindigkeit betragtvmax =

√2g∆h =

√2 · 9, 81 · 0, 14 = 1,66 m/s. Die Grenzgeschwindigkeit von

v = 2,0 m/s wird eingehalten.

Im Falle der Pockau herrschen relativ geringe Abflusse. Aufgrund dessen setzeich in die Lucken der Querriegel flachere Steine als Schwellen, um so bei gerin-gen Abflussen ein erhohten Aufstau und eine großere Wassertiefe zu bewirken.Als Uberstand sollen w = 20 cm reichen. Das hydraulische Verhalten in solchenSchwellen gleicht einem Uberfall uber ein festes Wehr. In diesem Fall setze ich alsUberfallbeiwert µ ≈ 0,6 an. Dies ist ein Wert, der laut DVWK sowohl fur breitescharfkantige sowie fur abgerundete Steine angenommen werden kann. Die folgen-den Berechnungen werden mit einem Steindurchmesser ds = 0,6 m durchgefuhrt.Bei der Festlegung der Bemessungsabflusse gibt es keine festen Vorgaben wie da-bei vorzugehen ist. Die Bestimmung des maßgebenden Bemessungsabflusses ist diegroßte Schwierigkeit bei der Bemessung einer Rampe. Aus diesem Grund orientiereich mich dabei an einem Beispiel aus der Praxis. Daraus ergab sich, dass ich alsQmax den geschatzten MNQ-Wert des Ingenieurburos Bjornsen Beratende Inge-nieure Erfurt GmbH von 1,47 m3/s ubernahm und als Qmin ungefahr ein Dritteldieses Wertes ansetzte ( Qmin = 1

3Qmax ≈ 0, 50 m3/s ).

9.4 Hydraulische Berechnung

Die nachfolgend hydraulischen Berechnungen orientieren sich an dem DVWK-Merkblatt

”Fischaufstiegsanlagen“ 232/1996.

Eingangsdaten

Minimalabfluss: Qmin = 0,50 m3/sMaximalabfluss: Qmax = 1,47 m3/s

Wasserspiegelgefalle: I = 5,00 % = 1:20Abstand der Riegel: l = 3,40 mUberfallbeiwert: µ = 0,60Uberstand der Sohlschwellen: w = 0,20 m (angenommen)Steindurchmesser: ds = 0,60 m (gewahlt)mind. Wassertiefe in Becken: hmin = 0,40 mWasserspiegeldifferenz: ∆h = 0,14 m < 0,2 mmax. Fließgeschwindigkeit: vmax = 1,66 m/s < 2,0 m/s

Berechnete Werte

Kapitel 9.4 HYDRAULISCHE BERECHNUNG 63

Abb. 9.1: Prinzipskizze fur die Berechnung mit Steinschwellen, Quelle: DVWK232/1996

Fur die Berechnung der erforderlichen Breite der Durchlassoffnungen, also derLange der uberstromten Schwellen, ist im Falle der Vorbemessung die Poleni-Formel ausreichend:

Q =2

3µ σ bs

√

2g h3/2u

mit Q = Qmin

µ = 0,6g = 9,81 m/s2

hu = h + ∆h= hmin - w + ∆h= 0,40 -0,2 + 0,14= 0,34 m

σ = 1,0 (ruckstaufreier Abfluss)Der Abminderungsfaktor σ ist abhangig von dem Verhaltnish/hu = 0,20/0,34 = 0,59 und kann aus Abbildung 9.2 entnommen werden.

Durch Umformen der Poleni-Formel nach bs und Einsetzen der Werte, ergibt sicheine erforderliche Breite der Offnung von

bs =Qmin

2

3µ σ

√2g h

3/2u

=0, 50

2

3· 0, 6 · 1, 0 ·

√

2 · 9, 81 · 0, 343/2= 1, 42 m


Abb. 9.2: Abminderungsfaktor σ, Quelle: DVWK 232/1996

Berechnung Grenzabfluss

DieWasserspiegelhohe bei Maximalabfluss betrug im ursprunglichen Gerinne 0,17 m.Die sich nun einstellende Uberfallhohe kann nur durch Probieren herausgefundenwerden. Nach mehreren Rechnungen ergab sich eine Uberstauhohe von h ≈ 0,11 m.

hydr. wirks. Wassertiefeoberhalb d. Offnung: ho,1 = 0,34 + 0,11 = 0,45 mhydr. wirks. Wassertiefeunterhalb d. Offnung: hu,1 = 0,45 - 0,14 = 0,31 mVerhaltnis: hu,1/ho,1 = 0,69Abminderungsfaktor: σ1 = 0,99Uberfallbreite: bu,1 = 1,42 mAbfluss durch Offnung: Q1 = 2

3· 0, 6 · 0, 99 · √19, 62 · 1, 42 · 0, 451,5

= 0,75 m3/s

Uberstauhohe im OW: ho,2 = 0,11 mUberstauhohe im UW: hu,2 = 0Abminderungsfaktor: Ruckstau tritt wegen hu,2 = 0 nicht aufUberfallbreite: bu,2 = 12,01 - 1,42 = 10,59 mAbfluss: Q2 = 2

3· 0, 6 · 1, 0 · √19, 62 · 10, 59 · 0, 111,5

= 0,69 m3/s

Gesamtabfluss: Qges = 0,75 + 0,69 = 1,44 m3/s

Kapitel 9.4 HYDRAULISCHE BERECHNUNG 65

≈ Qmax = 1,47 m3/s

Nachweise:

Qmin: hm = 0,2+0,342

+ 0, 2 = 0,47 mAm = 12,01 · 0,47 = 5,64 m2

vm = 0,55,64

= 0,09 m/s

Qmax: hm = 0,45+0,312

+ 0, 2 = 0,58 mAm = 12,01 · 0,58 = 6,97 m2

vm = 1,476,97

= 0,21 m/s

Turbulenzverhaltnisse :

Die auftretenden Turbulenzen in den Becken durfen nur in einem bestimmtenBereich liegen, so dass Lebewesen genugend Ruhezonen und Unterstande fin-den konnen. Als Richtwert fur solche Turbulenzen dient die Errechnung der Lei-stungsdichte bei der Energiedissipation (Umwandlung von hydraulischer Energiein Warmeenergie) nach folgender Formel:

E =ρw g Q ∆h

Am lw

mit ρw = 1000 kg/m3

g = 9,81 m/s2

∆h = 0,14 mlw = lichte Beckenlange

= l - ds = 3,40 - 0,60= 2,80 m

fur Qmin:

Emin =1000 · 9, 81 · 0, 50 · 0, 14

5, 64 · 2, 80

= 43,5 W/m3


fur Qmax:

Emin =1000 · 9, 81 · 1, 47 · 0, 14

6, 97 · 2, 80

= 103,45 W/m3

Dieser Wert sollte unter 150 - 200W/m3 liegen. Sowohl bei Qmin als auch bei Qmax

ist dies eingehalten.

9.5 Stabilitatsnachweis

Fur raue Rampen in aufgeloster Bauweise existieren noch keine speziellen Stabi-litatskriterien, da keine exakte Bestimmung der auftretenden Belastungen moglichist. Zum einen wird dies durch die uneinheitliche Struktur der Rampe hervorge-rufen, zum anderen ist der maßgebende Bemessungsabfluss nicht so ohne weite-res zu bestimmen. Bei dem im folgenden gefuhrten Stabilitatsnachweis werdenzwei unterschiedliche Stabilitatskriterien verwendet. Als Bemessungsabfluss wirdQ = HQ100 = 59, 00m3/s angesetzt.

Stabilitatskriterium nach Whittaker und Jaggi

qkrit = 0, 257 ·√

ρs − ρwρw

· √g · I−7/6 · d3/265

mit qkrit = HQ100/B = 59,00 / 12,01 = 4,91 m3/smρs = 2650 kg/m3

ρw = 1000 kg/m3

g = 9,81 m/s2

I = 0,05d65 = ds/1,06 = Steindurchmesser bei 65% Siebdurchgang der Steine

Durch Umformen der Formel nach d65 und Einsetzen der bekannten Werte wirdder erforderliche Steindurchmesser fur ein 100-jahriges Hochwasser ermittelt.

d65 = [qkrit

0, 257 ·√

ρs−ρw

ρw

· √g · I−7/6]2/3

Kapitel 9.5 STABILITATSNACHWEIS 67

=4, 91

0, 257 ·√

2650−1000

1000· √9, 81 · 0, 05−7/6

2/3

= 0,275 m

ds,erf = 1,06 · d65 = 1,06 · 0,275 m = 0,30 m

es kann angenommen werden: ds,erf = 2/3 · ls,erf(ls,erf = großte Kantenlange der Steine)

erforderliche Kantenlange: ls,erf = 3/2 · ds,erf= 0,44 m

Die vorherigen Berechnungen wurden mit einem Steindurchmesser von ds = 0,6 mdurchgefuhrt. Es kann also davon ausgegangen werden, dass diese Steine ausrei-chend fur die Rampe dimensioniert sind.

Die Stabilitatsgrenze nach Whittaker und Jaggi gilt fur schießenden Normalabflussauf der Rampe, d.h. fur die fur einen Abfluss maximal mogliche Fließgeschwin-digkeit. Um festzustellen, welche Abflusse so einen Abflusszustand hervorrufen,waren genauere Untersuchungen der Stromungsverhaltnisse notwendig. Bei den inder Praxis vorkommenden Rampen mit einer Rampenhohe von ∆h ≤ 2,0 m liegtbei extremen Hochwassern kein schießender Normalabfluss, sondern ein gewellterOberflachenabfluss vor (s. dazu Abb. 5.3, c in Kapitel 5). Im Regelfall wurde derAnsatz eines Hochwassers zu Uberdimensionierungen fuhren. In diesem Fall derPockau sind jedoch die mittleren Abflusse fur eine ausreichende Berechnung zugering, so dass man sagen kann, dass das angenommene Hochwasser HQ100 = 59m3/s nicht als Extremhochwasser angesehen werden kann. Wie die Berechnungzeigt, fuhrt dieser Ansatz zu keinen Uberdimensionierungen.

Gleichgewichtsbetrachtung am Einzelstein

Es wird ein Einzelstein betrachtet, der zur Halfte in Sohl- bzw. Schuttsteinmaterialeingebunden ist. Es wird dabei angenommen, dass die obere Halfte der Steinflacheder Stromungskraft ausgesetzt ist (Abb. 9.3).


Abb. 9.3: AngreifendeKrafte am Einzelstein

Steindurchmesser: ds = 0,60 mangestromte Steinflache: As ≈ 1/6 · π · d2

s

= 0,19 m

Grenztiefe: hgr = 3

√

Q2

g · b2= 3

√

592

9,81 · 12,012

= 1,35 m

Grenzgeschwindigkeit: vgr =√

g · hgr = 3,64 m/s

Formwiderstandsbeiwert: cw ≈ 0,5angreifende Stromungskraft: P = cw · ρw · As · v2

gr

= 0, 5 · 1000 · 0, 19 · 3, 642

= 1258,71 NVolumen: Vs = 1

6π · d3

s

Steingewichtskraft: G = (ρs − ρw) · V · g= (2650 - 1000)· 9, 81 · 1

6· π · 0, 63

= 1830,65 N

Momentengleichgewicht:

P · 1

4· ds = G · 1

2· ds

1258, 71 · 0, 25 · 0, 6 = 1830, 65 · 0, 5 · 0, 6

Kapitel 9.6 KONSTRUKTIVE GESTALTUNG DER RAMPE 69

188,81 = 549,20

Faktor: 2,91 (vorh. Standsicherheit)

Sowohl die Berechnung nach Whittaker und Jaggi als auch die Stabilitatsbetrach-tung am Einzelstein haben die Stabilitat der Rampe nachgewiesen. Bei einer auf-gelockerten Bauweise der Rampe konnen jedoch Belastungsspitzen auftreten, diezu einzelnen Steinumlagerungen innerhalb der Rampe fuhren wurden. In einzelnenFallen ware nach einigen Hochwasserabflussen ein Nachsetzen der Steine notwen-dig.

9.6 Konstruktive Gestaltung der Rampe

Die Querriegel der aufgelosten Rampe setzen sich aus mehreren Blocksteingruppenmit einer Kantenlange von etwa l = 0,6 - 1,0 m zusammen. Diese sollen zur 1/2oder besser bis zu 2/3 in den Rampenkorper eingebunden sein. Dazu muss vor-her der Boden im Fluss ausgehoben werden. Die Schwellen konnen entweder ausliegenden Steinen oder aus kleineren Steinen bestehen. Die Offnungen werden ver-setzt angeordnet, so dass sich eine maandrierende Stromung entwickeln kann. DerRampenkorper besteht aus einer Steinschuttung mit Bruchstein. Da nicht genaubekannt ist, wie sich der vorhandene Boden genau zusammensetzt, wurde ich eineNachbettsicherung von ca. l = 7 m anordnen. Damit liegt man im empfohlenenBereich von l = (7 - 10)·hR fur erosionsgefahrdete Sohlen [5].Zur Sicherung des Rampenfußes sollen keine Spundwande oder Betonteile dienen.Stattdessen werden große Steinblocke (> 1 m) zweilagig mit einer Einbindung vonetwa 1,5 - 2,0 m eingebracht. Der konstruktive Aufbau der Rampe ist in Anhang2 dargestellt.

Literaturverzeichnis

[1] Einfuhrung und Richtlinie zur naturnahen Unterhaltung und zum Ausbauvon Fließgewassern; Teil IIwww.thueringen.de

[2] Infobrief zur EU-Wasserrahmenrichtlinie 2 — 2003;Ministerium fur Umwelt, Naturschutz und Landwirtschaft des LandesSchleswig-Holsteinwww.umwelt.schleswig-holstein.de

[3] DVWK Schriften Nr.118 - Maßnahmen zur naturnahenGewasserstabilisierungKommissionsvertrieb Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser

mbH Bonn, 1997

[4] DIN 19661, Teil 2 ; Richtlinien fur Wasserbauwerke - Sohlenbauwerke2000

[5] Mitteilungen Heft 180/1991. Beitrage zur naturnahen Umgestaltung vonFließgewassern -Institut fur Wasserbau und Kulturtechnik, KarlsruheProf. Dr. Techn. Peter Larsen, 1991

[6] Landesanstalt fur Umweltschutz Baden-Wurttemberg,Anlagen zur Herstellung der Durchgangigkeit von Fließgewassern - RaueRampen und VerbindungsgewasserKarlsruhe, 2000

[7] DVWK Merkblatter 232/1996 - Fischaufstiegsanlagen - Bemessung, Gestal-tung, FunktionskontrolleKommisionsvertrieb Wirtschaft- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser

mbH Bonn, 1996

71

Beschreibung und hydraulischeBemessung einerSohlengleite ... · 2 Beschreibung und...

Documents

Transcript of Beschreibung und hydraulischeBemessung einerSohlengleite ... · 2 Beschreibung und...