LVA 816 310 WAWI und allg. WABAU - Institut für Wasserwirtschaft ...

Wasserwirtschaft 

und allgemeiner Wasserbau 

LVA 816.110 

HS EH01 Montag, 8:30 – 11:45 

Bernhard PELIKAN 

Department für Wasser – Atmosphäre – Umwelt; 

Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und konstruktiven Wasserbau – IWHW. 

Universität für Bodenkultur Wien. Muthgasse 18, A-1190 Wien. 

Tel: ++43 – 1 – 36006 – 5513 e-mail: bernhard.pelikan@boku.ac.at Web: http://iwhw.boku.ac.at/

Inhalte und Gliederung Kapitel 2 

Flußbau 

2.1 Gewässertypen 

2.2 Gewässermerkmale 

2.3 Gewässerzonierung 

2.4 Regelungsgrundsätze 2.4.1 Linienführung 

2.4.2 Längsprofil 

2.4.3 Querprofil 

2.4.4 Revitalisierung 

2.5 Profilsicherung 2.5.1 Totbau - Lebendbau 

2.5.2 Profilsicherung in der UW-Zone 

2.5.3 Pofilsicherung ober der UW-Zone 

2.5.4 Sicherungsbauwerke 

2.6 Bauwerke 2.6.1 Brücken 

2.6.2 Durchlässe 

2.6.3 Düker 

Bernhard PELIKAN LVA 816.110 Wasserwirtschaft und allgemeiner Wasserbau WS 2005/2006

2.1 Gewässertypen (1) 

2.1.1 Biozönotische Gliederung (ILLIES & BOTOSANEANU, 1963) 

Konzept bezogen auf Benthos und Fische 

Krenal Quellregion 

(Epi-, Meta-, Hypo-) Rhitral Oberlauf 

(Epi-, Meta-, Hypo-) Potamal Unterlauf 

2.1.2 Klimatisch – hydrologische Typen 

arider Typ (V>N) humider Typ (V


2.1.3 Kombinationstypen (Mol,1978) 

Gletschersturzbäche 

Hochgebirgssturzbäche 

Hochgebirgsbäche aus Seen 

Gebirgsbäche unterhalb der Baumgrenze auf Eruptivgestein 

Gebirgsbäche unterhalb der Baumgrenze auf Kalkgestein 

Berglandflüsse 

Flachlandbäche durch Regen gespeist 

Flachlandbäche aus Quellen 

Flachlandflüsse aus Quellen 

Große Flüsse 

Wasserläufe auf Torfböden 

Unterirdische Wasserläufe im Karst 



2.1.4 Angabe der Flußordnungszahl (Horton, 1945, Strahler 1957) 

(stream order) 

Eine positive ganze Zahl, die den 

Grad der Verzweigung in einem 

Gewässersystem angibt. 

Gewässer 1. Ordnung sind die 

äußersten Zuflüsse. Fliessen 

zwei Flüsse gleicher Ordnung 

zusammen, erhält der 

Zusammenfluss eine Ordnungszahl, 

die um 1 höher liegt, fließen zwei 

Gewässer mit unterschiedlicher FLOZ 

zusammen, überträgt sich die höhere 

auf das resultierende Gewässer. 


2.2 Gewässermerkmale (1) 








2.3 Gewässerzonierung (1) 

2.3.1 Gewässer ist ein vernetztes System und wird 

beeinflußt von: 

Abflußregime (Abflußganglinie, Abflußdauerlinie) 

Geometrie (Grundriß, Querschnitt, Längsschnitt) 

Feststoffe (Sohlsubstrat, Geschiebe, Schwebstoffe) 

Lebensgemeinschaften (Fauna & Flora) 

Einzugsgebiet (Geologie, Geländeform, Bewuchs, Nutzung) 


2.3 Gewässerzonierung (2) 


2.4.1 Linienführung 

2.4 Regelungsgrundsätze (1) 

Grundsatz: keine strengen geometrischen Formen 

(freihändiger Entwurf!) 

Gesetze von FARGUE aus 1868 

Tiefstellen der Kolke: 2B flußab von Krümmungsscheitel 

Furten: B flußab der Wendepunkte 

Tiefe der Kolke: proportional zur Krümmung 

stetiger Talweg: nur wenn Krümmungen in einander übergehen 


2.4.2 Längsprofil 


Ausgleichsgefälle: dynamisches Gleichgewicht zwischen 

Schleppspannung und Widerstand der beweglichen Sohle 

Ausgangspunkte sind Talgefälle und Linienführung 

Einflußfaktoren sind Q, Geschiebezufuhr, Querschnitt 



Bettstabilität: abhängig von der Grenzschleppspannung τ krit 

bzw. von der Grenzgeschwindigkeit v krit 

Unter Annahme, daß keine Geschiebezufuhr vorliegt soll gelten: 

τ vorh ≤ τ krit und v vorh ≤ v krit 

Berechnung: 

τ vorh = ρ.g.r hy.I vorh 

oder näherungsweise 

ρ.g.h.I vorh 


Zulässige 

Schleppspannungen 




Zulässige Fließgeschwindigkeiten 


2.4.3 Querprofil 


Funktionen: 

• Schadlose Abfuhr von Wasser, Geschiebe und Eis 

• kleine Q bei großen t und große Q bei kleinem t 

• τ max und v max wird bei keinem Q überschritten 

• keine zu tiefen Kolke und keine zu große Ablagerungen in Krümmungen 

• Anpassung an Topographie 

• Nutzung der lokal verfügbaren Baustoffe 

• harmonische Einfügung in das Landschaftsbild 

• Lebensraum für vielfältige Fauna und Flora schaffen oder erhalten 

• Wirtschaftlichkeit (Kosten vs Schadensvermeidung) 



Böschungsneigungen: 

• den natürlichen Verhältnissen anpassen 

• maximale hergestellte Böschungsneigung 1:1 

• abhängig auch von der Bodenart (bindig, nicht bindig) 

• Neigungen unterschiedlich 

• Prallufer: 1:1 bis 1:2 

• Gleitufer: 1:2 bis 1.5 und flacher 

Böschungsneigung beeinflußt direkt Grundbedarf und 

damit Kosten. 


Beispiele 



Beispiele 



Beispiele 



Beispiele 



Beispiele 



Beispiele 



Beispiele 




Habitatelemente 

Natürliche Elemente Künstliche Elemente 

Riffel Schwellen 

Kolke Buhnen 

überhängende Vegetation Blöcke 

unterspülte Böschungen Bermen 

Wurzelstöcke Abdeckungen 

Umgestürzte Bäume 

Stein- oder Felsblöcke 

Elemente sollen nicht zwingend einen Endzustand 

darstellen, sondern die weitere selbständige Entwicklung 

des Gewässers ermöglichen bzw. begünstigen. 



2.4.4 Revitalisierung 

(auch Renaturierung oder Rehabilitierung) 

• Lebensgemeinschaft (Biozönose) lebt in Lebensraum (Biotop) 

• Abiotische Standortfaktoren veränderlich – faunistische und 

floristische Population reagiert sensibel darauf 

• Kein statisches sondern dynamisches Gleichgewicht 

• Artenvielfalt ist direkt proportional der Widerstandsfähigekit des 

Ökosystems 

Revitalisierung verbessert Standortbedingungen 



Instrumente der Revitalisierung 

• Verbesserung der Gewässergeometrie (in 3 Ebenen) 

• Aktivierung von Altwässern 

• Schaffung von Feuchtgebieten 

• Einbau standortgemäßen Sohl- und Böschungsmaterials 

• Planzungen (krautig, strauchig und Gehölze) 

• Einschränkung der Nutzung in Überflutungsgebieten 

• Schaffung von Schutzgebieten 

Die Qualität der Revitalisierung ist direkt proportional den 

dafür zur Verfügung stehenden Flächen 




2.5 Profilsicherung (1) 

Ziel der Sicherung: 

Schutz des Gewässerprofils vor Veränderung 

Streng reguliert: keine Veränderung 

Nicht reguliert: jede Veränderung 

Kompromiß: erlaubte Veränderung 

innerhalb definierter Grenzen 

Grenzen: Besitzverhältnisse, Schadenspotential, 

andere Nutzungen (LW, FW, Infrastruktur….) 



2.5.1 Totbau - Lebendbau 

Totbau: Einsatz von toten Baustoffen 

Lebendbau: Einsatz von lebenden Baustoffen 

Kombinierte Bauweise: tote und lebende Baustoffe 

Nutzung der jeweils positiven Eigenschaften 

Gegenseitige Ergänzung 


Eigenschaften Totbau 


• technisch wirtschaftliche Zielsetzung 

• geringe landschaftsökologische Qualität 

• geringer Platzbedarf 

• für steile (bis senkrechte) Böschungen 

• Widerstand auch gegen stärkste Beanspruchung 

• sofort nach Einbau wirksam 

• wahlweise wasserdurchlässig oder -undurchlässig 


Eigenschaften Lebendbau 


• wachsende Durchwurzelung und Festigung des Bodens 

• flächendeckender Schutz der Böschung 

• Regeneration und Selbstregulation 

• unzureichender Schutz bei Extrembelastung 

• ökologische Zielsetzung 

• sofort nach Einbau gering wirksam 

• landschaftsästhetisch verträglich 

• erfordert die Pflanze als Baustoff 



Vegetationsprofil eines Gewässers 



2.5.2 Profilsicherung in der Unterwasserzone 

2.5.2.1 Baustoffe 

Stein (wasser- und frostbeständig, vielfältiger Einsatz) 

Holz (Eiche, Lärche, UW auch Erle, Kiefer, Fichte, Tanne) 

Kunststoffe (PVC, PE) z.B. als Folien 

Beton z.B. als Ufermauer, Platten, Sohlgurt 

Metalle (Stahl oder Eisen), Anker, Maschendraht, Draht 

Bitumen z.B. als Vergußmasse, Dichtung etc. 


2.5.2.2 Bauelemente 


Starre Bauteile sind zerstörungsanfälliger als anpassungsfähige 

Bauteile 

Spreitlage 



Faschinen (Wippen): Bündel aus ausschlagfähigem Material 

mit Draht zusammengeschürt (zumeist Weiden) 


Sinkwalze: 

Bündel aus 

ausschlagfähigem Material 

mit Stein gefüllt 

und mit Draht 

zusammengeschürt 



Rauhbäume 




Drahtschotterbehälter (Gabioni) 

Packwerk 


Flechtzäune 




Steinschüttung, Steinwurf, Steinsatz 



2.5.2.3 Anwendungsbeispiele 





2.5.3 Profilsicherung oberhalb der UW-Zone 

• Röhrichtzone 

• Weichholzzone 

• Hartholzzone 

Schutzwirkung durch Röhricht: 

• Böschungsschutz durch abdeckende Wirkung der Pflanzen 

• Triebe und Blätter vergrößern Rauhigkeit und senken v 

• Rhizome und Wurzeln festigen den Boden 

Weiterer Vorteil: Vergrößerung des Selbstreinigungsvermögens 

(Sauerstoffanreicherung, Ansiedlung von Kleinlebewesen) 


Pflanzen der Röhrichtzone 



Beispiele 



Beispiele 



Beispiele 




Gehölze der Weichholzzone und Hartholzzone 









Anordnung der Gehölze / Beschattung 

Einflußfaktoren: 

• Artenzusammensetzung (Bäume und Sträucher) 

• Anordnung am Gewässer (maximale Wirksamkeit im Süden) 

• Dichte (möglichst mehrzeilig) 

• Höhe (abhängig von Gewässerbreite) 

Faustregel: Die Höhe der Bepflanzung soll etwa die doppelte zu 

beschattende Gewässerbreite betragen. 







2.5.4 Sicherungsbauwerke 

2.5.4.1 Längswerke (besitzen Längserstreckung entlang Flußlauf) 

Ufer- und Böschungsfußsicherungen 

Deckwerke 

Leitwerke 



Ufer- und Böschungsfußsicherungen 

Schutz bestehender Ufer vor Unterspülung und Einrissen 

Erhaltung der Regelungsform 

Das Sicherungsbauwerk besteht aus 

Stützkörper (starr oder elastisch) 

Ufersicherung 



Sohl- und Böschungssicherung bei wenig veränderlicher Sohle 



Sohl- und Böschungssicherung bei stark veränderlicher Sohle 



Sohl- und Böschungssicherung mit Senkfaschinen und Steinschüttung 



Deckwerke (decken flächig ab) 

Böschungsschutz gegen Erosion in besonders gefährdeten 

Abschnitten 



Leitwerke (parallel zum Stromstrich) 

Ziel: Einengung überbreiter flacher Gewässerquerschnitte zur 

Erhöhung der Schleppspannung und der Erosion. 

Bereiche hinter den Leitwerken sollen verlanden. Häufig ist die 

Verbindung mit Querwerken. 

Die Errichtung ist oft 

aufwendig und teuer 

Das Bild zeigt versch. 

Anordnungen von 

Leitwerken. 



2.5.4.2 Querwerke (quer zum Stromstrich) 

Ziele: Schutz des Gewässerprofils 

Regelung des Feststofftransportes 

Begrenzung der Gewässerausdehnung 

Regelung der Sohle / Sohlentwicklung 

Schwellen sind lineare Querwerke über die gesamte Gewässerbreite 

Buhnen sind Querwerke (linear oder flächig) über einen Teil der 

Gewässerbreite 

Rampen sind flächige Querwerke über die gesamte Gewässerbreite 

Abstürze sind lineare Querwerke über die gesamte Gewässerbreite 


Schwellen 

Es gibt: Sohlschwellen 


höhengleich mit Flußsohle 

aus unterschiedlichen Materialien: Holzpfähle, 

Steinschüttungen, Beton 

dienen der Stabilisierung der Sohllage 

und Grundschwellen 

höher als die Flußsohle (geringe Höhe) 

nur bei Niederwasser hydraulisch wirksam 

Material wie bei Sohlschwellen 

Erhöhung der Wassertiefe, ev. Sohlanhebung 


Grundschwellen 




Buhnen (bestehen aus Kopf, Rumpf und Wurzel) 

Buhnen sind dammartige Bauwerke, die vom Ufer meist schräg 

flussaufwärts (inklinant), rechtwinklig oder schräg flussabwärts 

(deklinant) errichtet werden. Die Buhnenwurzel muss sehr sorgfältig 

ins Ufer eingebunden werden, hingegen muss der Buhnenkopf 

wegen der turbulenten Strömung gesichert werden. Der Abstand 

von Buhne zu Buhne ist ungefähr so gross wie das Gewässer breit 

ist oder das 1,5 bis 2,5-fache der Buhnenlänge. 



Material für den Buhnenbau: 

Rauhbäume, Flechtwerk, Packwerk, Faschinen, begrünter Blockwurf, 

Holzpfähle ( 5-20 cm), Steinkasten, Gabioni 

Wirkungen: 

Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit in Ufernähe, Einengung der 

Breite, Verlandung der Buhnenfelder, Vergrößerung der Strukturvielfalt 

Vorteile: 

Sehr anpassungsfähig, korrigierbar, ökologisch integrierbar, 

Sekundärnutzen (Erholung, Fischerei) 

Formen: Zungenbuhnen, Dreiecksbuhnen, Flügelbuhnen, Hakenbuhnen 






Rampen 

Glatte Rampen 


Neigung 1:4 bis 1:8, Energieumwandlung am Rampenfuß durch 

Fließwechsel, Erfordernis eines Tosbeckens. 

Kontinuumsunterbrechung 

Baustoff Stein in Beton versetzt oder Beton 


Rauhe Rampe 


Neigung zumeist 1:10, Energieumwandlung zum Teil bereits auf der 

Rampe, Sauerstoffanreicherung, Nachbettsicherung 

Kontinuumseinfluß 

Baustoff Stein auf Unterbau 


Blocksteinrampe 

Räumliche Krümmung 

Abflußkonzentration 

Kontinuumshinderniß 




Kolkbildung bei unterschiedlicher Krümmung einer Sohlstufe 


Sohlgleiten 


Neigung 1:10 bis 1:30, Energieumwandlung überwiegend bereits auf 

der Rampe, Sauerstoffanreicherung, ökologisch durchgängig 

Baustoff Stein auf Unterbau 




Abstürze 

senkrecht 

Tosbecken erf. 

Material: Holz, 

Stein, Beton 



2.6.1 Brücken 

2.6 Bauwerke (1) 

Durch Widerlager / Pfeiler wird der Abflußquerschnitt eingeengt. 

Die Größe des Durchflusses orientiert sich am Bemessungsabfluß. 

Dieser ist von der Bedeutung der Brücke abhängig. Üblicherweise 

wird ein Wert zwischen HQ 10 und HQ 100 gewählt Die statische 

Belastbarkeit der Brücke durch Einstau ist zu berücksichtigen. 

Die Freibordhöhe ist die Höhendifferenz zwischen gestautem 

Wasserspiegel und der Konstruktionsunterkante (KUK).>0,5m. 




2.6.2 Durchlässe 


wenn Einengungen zulässig und Einstau unproblematisch 

Querschnittsformen: Rechteck-, Kreis-, Ei-, Maulprofil 

Querschnittsgrößen: 

unter Wirtschaftswegen 0,40 m 

unter mittelrangigen Straßen 0,50 m 

längere Strecken unter hochrangigen Straßen 0,80 m 

begehbare Durchlässe > 1,80 m 


Rohrdurchlaß 



Rahmendurchlaß 



2.6.2 Düker 


Sonderform eines Durchlasses. Gewässer werden unter einem 

tiefliegenden Hindernis (Einschnitt, anderer Gewässerlauf) unter 

Druck durch geführt. 

Bemessung erfolgt nicht nur auf Maximaldurchfluß sondern auch auf 

Minimaldurchfluß (Sedimentation). 

Erwünschte Fließgeschwindigkeit: 1,0 m/s 

Minimale Fließgeschwindigkeit 0,3 m/s

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