HYDRAULIK UND HYDROMECHANIK Übungsteil - Department ...

HYDRAULIK UND HYDROMECHANIK – ÜBUNGSTEIL
6.5 Stationärer, stark ungleichförmiger Abfluss
Unter diesem Kapitel sind Beispiele mit Wechselsprung, der Wehrhydraulik (Überfallströmungen)
oder sonstiger Einbauten zusammengefasst.
6.5.1 Überfälle
Der Überfall ist ein Abflussvorgang, bei dem Wasser über die Oberkante eines Staubauwerkes läuft
[BOLLRICH und PREISZLER, 1992], es wird jedoch auch das überströmte Bauwerk selbst als
Überfall und seine Oberkante als Überfallkrone oder Überfallkante bezeichnet. An Querschnittsformen
werden
a) ausgerundete (rundkronige) Wehre wie z. B Stauwehre und Hochwasserüberfälle,
b) scharfkantige Wehre, insbesondere Messwehre und
c) breitkronige Wehre z. B als Grundwehre und Sohlschwellen
unterschieden. Unter der Überfallhöhe h bei einem Wehr wird die Höhendifferenz zwischen dem
unbeeinflussten Oberwasserspiegel und der Überfallkrone bzw. dem Wehrscheitel verstanden
[BOLLRICH und PREISZLER, 1992]. Sie ist etwa im Abstand 3·h bis 4·h oberhalb der Überfallkrone
zu messen. Von dort senkt sich der Strahl bis zur Überfallkrone erheblich ab und erreicht
beim vollkommenen Überfall im Bereich der Überfallkrone annähernd Grenztiefe.
Vom hydraulischen Verhalten her ist zwischen dem vollkommenen Überfall – der durch den Fließwechsel
vom Strömen zum Schießen im Bereich der Überfallkrone gekennzeichnet ist und dessen
Abfluss demzufolge vom Unterwasser unbeeinflusst bleibt – und dem unvollkommenen Überfall –
bei dem der Fließwechsel nicht stattfindet und ein Einfluss entgegen der Fließrichtung möglich ist –
unterschieden werden.
Bei der hydraulischen Berechnung einer Überfallströmung ist von einem der zwei mehr oder weniger
gegensätzlichen Näherungsansätzen auszugehen, die im Anhang 8.3 zu finden sind. Während
der erste eher auf rundkronige Wehre und Messwehre zutrifft, ist der zweite Ansatz für breitkronige
Wehre nahe liegend. Beide Ansätze führen praktisch zur selben Formel, in der den Abweichungen
zwischen den Modellansätzen und der tatsächlichen Überfallströmung hauptsächlich durch einen
Anpassungsfaktor, dem so genannten Überfallbeiwert µ Rechnung getragen wird. Abgesehen von
diversen Einschränkungen ist diese so genannte Poleni-Formel die maßgebliche Beziehung für alle
Querschnittsformen (ausgerundete, scharfkantige und breitkronige Wehre):
Q = 2 3 ·µ ·B · 2 ·g ·h 3/2 ,
[Q] = m 3·s −1 Wehrabfluss
[µ] = dim.los Überfallbeiwert
[B] = m Länge der Wehrkrone (Breite des Abflusses über dem Wehr)
[h] = m Überfallhöhe; Höhe des unbeeinflussten Oberwasserspiegels über dem Wehrscheitel;
ist etwa im Horizontalabstand 3·h bis 4·h vor der Wehrkrone zu messen
in der die Abflussbreite B und die Überfallhöhe h relativ einfach gemessen werden können. Die Abflussberechnung
bei Überfällen läuft demnach auf die genaue Erfassung der die jeweilige geometrische
Form kennzeichnenden Überfallbeiwerte hinaus [BOLLRICH und PREISZLER, 1992].
Überfälle S. 84