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1 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Hochwasserspenden und Einzugsgebiete.

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Präsentation zum Thema: "1 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Hochwasserspenden und Einzugsgebiete."—  Präsentation transkript:

1 1 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Hochwasserspenden und Einzugsgebiete

2 2 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Arbeitsschritte für hydraulischen Querschnitt 1.Ermittlung Größe des Einzugsgebiets (Planimeter, ARC GIS) 2.Ermittlung des Abflussbeiwerts für Einzugsgebiet aus Tabelle Dimension = Spende [m³/s*km²] 3.Ermittlung der Gebietseigenschaften nach Anteil der Bewaldung Aufbau der Bodendecke Reliefverhältnisse 4.Berechnung der Dimensionierungsabflussspende [m³/s*km²] über die Gebietseigenschaften 5.Abflussspende mal Einzugsgebiet = Dimensionierungsabfluss [m³/s] 6.Berechnung des erforderlichen hydraulischen Querschnitts [m²] 7.Festlegung der Querschnittsgeometrie: Kreis, Trapez, Maulprofil

3 3 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Tabelle Abflussbeiwerte Einzugsgebiet [km²] 0, Abflussbeiwert [m³/s*km²] 15105,542 Tabelle Korrekturfaktoren Bewaldung Durchlässigkeit des Bodens Steilheit BDS unbewaldet1gering1steil1 halb bewaldet0,7mittel0,75hügelig0,8 voll bewaldet0,5gut0,4eben0,6 Abflussbeiwert und Korrekturfaktoren bei Verschiedenen Gebietseigenschaften

4 4 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Gegeben: Einzugsgebiete Beispiel 1 = 50 ha = 0,5 km²Beispiel 2 = 10 km² Durch Messungen bekannt: Strömungsgeschwindigkeit v max 4-6 m/s Um ein Bemessungshochwasser sicher abzuleiten, muss der hydraulische Querschnitt A Q darauf abgestellt werden (Dimensionierung). Im ingenieurmäßigen Wasserbau gibt es verschiedene Ansätze (Formeln), den hydraulischen Querschnitt A Q bei gegebenen Bedingungen zu berechnen. Hier wird ein stark vereinfachter Ansatz gewählt. Wegen Turbulenz, Bettrauhigkeit und Uferreibung Minderung von v max auf etwa 0,8 v max v dim = 6 * 0,8 5 m/s v dim = 4 * 0,8 3,2 m/s Berechnung des Bemessungsquerschnitts

5 5 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Für Dimensionierungsabflussspende gilt: Hq dim = Abflussbeiwert * B * D *S HQ dim = Hq dim * A N = 6,3 * 0,5 km² = 3,2 m³/s Beispiel: A N = 50 ha = 0,5 km², halb bewaldet, mittel durchlässig, hügelig Hq dim = 15* 0,7 (B) * 0,75 (D) *0,8 (S) = 6,3 m³/s*km² Beispiel 1 für die Berechnung eines Hochwasserabflusses aus Abflussbeiwert und Korrekturfaktoren

6 6 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Gegeben: Einzugsgebiet = 50 ha = 0,5 km² Bemessungsabfluss = 3,2 m³/s Durch Messungen bekannt: Strömungsgeschwindigkeit v max 4-6 m/s Um ein Bemessungshochwasser sicher abzuleiten, muss der hydraulische Querschnitt A Q darauf abgestellt (dimensioniert) werden. Hydraulischer Querschnitt A Q für Q dim = 3,2 m³/s bei v dim 4 m/s Es gilt: A Q = Q dim /v dim A Q = 3,2 [m³/s] : 4 [m/s] = 0,8 m² 1 m² Im ingenieurmäßigen Wasserbau gibt es verschiedene Ansätze (Formeln), den hydraulischen Querschnitt A Q bei gegebenen Bedingungen zu berechnen. Hier wird ein stark vereinfachter Ansatz gewählt. Wegen Turbulenz, Bettrauhigkeit und Uferreibung Minderung von v max auf etwa 0,8 v max v dim = 5 * 0,8 4 m/s Beispiel 1 zur Berechnung des Bemessungsquerschnitts

7 7 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Für Dimensionierungsabflussspende gilt: Hq dim = Abflussbeiwert * B * D *S HQ dim = Hq dim * A N = 1,12 * 10 km²= 11,2 m³/s Beispiel: A N = 10 km², halb bewaldet, gut durchlässig, steil Hq dim = 4* 0,7 (B) * 0,4 (D) * 1 (S) = 1,12 m³/s*km² Beispiel 2 für die Berechnung eines Hochwasserabflusses aus Abflussbeiwert und Korrekturfaktoren

8 8 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Gegeben: Bemessungsabfluss = 11,2 m³/s Strömungsgeschwindigkeit v max 4 m/s Um ein Bemessungshochwasser sicher abzuleiten, muss der hydraulische Querschnitt A Q darauf abgestellt (dimensioniert) werden. Hydraulischer Querschnitt A Q für Q dim = 11,2 m³/s bei v dim 3,2 m/s Es gilt: A Q = Q dim /v dim A Q = 11,2 [m³/s] : 3,2 [m/s] = 3,5 m² Wegen Turbulenz, Bettrauhigkeit und Uferreibung Minderung von v max auf etwa 0,8 v max v dim = 4 * 0,8 3,2 m/s Beispiel 2 zur Berechnung des Bemessungsquerschnitts

9 9 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Für Querungsbauwerke (Durchlässe, Brücken) häufig einfache geometrische Querschnitte: Rechteck, Trapez, Kreis, Maulprofil. Dabei möglichst Vermeidung tiefer Querschnitte, da Zunahme der Schleppspannung und zunehmende Sohleneintiefung. Bei Trapezen gilt: A dim = m*h Hierfür Q dim = 11,2 m³/s: A dim = 3,5 m² Beispiele: m 1 = 3,5 m; h 1 = 1 m m 2 = 2 m; h 2 = 1,8 m Für Kreis gilt: A dim = d² d = (4*A dim / 0,5 = (4*3,5/3,14) 0,5 d =2,11 m 2150 mm oder 3 Rohre á 1000 mm Hydraulischer Querschnitts A dim bei gegebenem Q dim und Gestaltung von Querschnitten

10 10 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Maulprofil

11 11 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Einfachprofile sind auf den Extremfall ausgelegt und deshalb außerhalb der Durchlässe gewässerbiologisch ungünstig. Naturnäher und günstiger sind zusammengesetzte Profile. Wahl des Profils nach Platzverhältnissen. Einfachprofil Einfachprofil mit NW-Rinne Asymmetrisches Profil Doppelprofile Gestaltung von Querschnitten

12 12 Ingenieurbiologie: Dimensionierung Hochwasser Dr. J. Zander Allgemeine Grundsätze für die Gestaltung von Querschnitten Ungünstig sind tiefe und enge Querschnitte Hoher Wasserstand mit Gefahr des Ausbordens Mit Gewässertiefe und mit dem Fließgefälle nimmt die Schleppspannung (Kraft des fließenden Wassers auf die Gewässersohle) zu. Damit Gefahr für Sohle und Böschung (bei weichen Gesteinen Kolkbildung, Sohlendurchschlag) Günstig also breite Querschnitte Gegenanzeige: Im Regelfall, vor allem in Zeiten mit Niedrigwasser liefern auf den Extremfall ausgelegte Breiten ungünstige Bedingungen für das Ökotop Fließgewässer. Biologische Durchgängigkeit nicht mehr gesichert. Abhilfe: Gegliederte Querschnitte; enge Querschnitte bei NQ, weite Querschnitte für HQ Hauptproblem: vor allem innerörtlich scheitert der Hochwasserschutz an mangelndem Platzangebot.


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