Hydraulik I W. Kinzelbach Gerinneströmung (2) (mit Reibung)

Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (1)

Reibungsbehaftete Strömung: Begriffe (2) Spez. Energiehöhe Energiehöhe Sohlgefälle Energieliniengefälle Wasserspiegelgefälle

Normalabfluss (1) Stationärer, gleichförmiger Abfluss, bei dem die antreibende Kraft (Hangabtriebskomponente des Fluidgewichts) mit der Reibungskraft aus der Sohlschubspannung im Gleichgewicht steht. Gleichförmiger Abfluss

Normalabfluss (2) Impulssatz S1=S2 tom=Mittelwert der Sohlschubspannung t Lu= benetzter Umfang

Hydraulischer Radius rhy=A/Lu   Hydraulischer Radius rhy=A/Lu Fläche benetzter Umfang hydraulischer Radius pd2/4 pd d/4

Fliessformel für Normalabfluss (1) Verlustformel für das rauhe Rohr (Re sehr gross) Rohrdurchmesser durch 4*rhy ersetzt: und Fliessgesetz nach Darcy-Weissbach

Fliessformel für Normalabfluss (2) liefern unter Verwendung der Näherungsformel die Manning-Strickler-Formel kst hat die Dimension m1/3/s kst hängt mit der äquivalen- ten Sandrauhigkeit k zusammen über

Rauhigkeitsbeiwerte für Gerinne kst in m1/3/s Beispiele: Flussbett mit fester Sohle 40 Flussbett mit Geröll 30 Wildbach 20 Erdkanal in festem Material glatt 60 Mauerwerk 60 Zementglattstrich 100 Grobe Betonauskleidung 55 Geschliffener Zementputz 100 Glatte Gerinne weisen grosse, rauhe Gerinne kleine kst auf

Diagramm zur Bestimmung der Normalabflusstiefe

Normalabfluss hN > hgr Strömender Normalabfluss hN < hgr Schiessender Normalabfluss Bei gegebener Sohlrauheit (kstr) entscheidet die Sohlneigung darüber, ob sich strömender oder schiessender Normalabfluss einstellt. Grenzgefälle: Sohlgefälle Igr derart dass hN = hgr I0 < Igr strömender Normalabfluss I0 > Igr schiessender Normalabfluss

Hydraulisch günstige Gerinneform Bei konstanter Querschnittsfläche A ist Q am grössten, wenn Lu ein Minimum annimmt. Günstigstes Rechtecksgerinne Günstigstes Trapezgerinne

Gegliederte Querschnitte Näherung: Manning-Strickler in jedem Teilabschnitt gültig Wasserspiegel im Querschnitt horizontal Energiegefälle in jedem Teilabschnitt gleich n Teildurchflussflächen

Freispiegelabfluss in kreisförmigen Kanalrohren Vollfüllung: Teilfüllung:

Örtliche Verluste in Gerinnen Pfeilerstau  = Verbauungsgrad = SbPfeiler/bges d0 = Formbeiwert des Pfeilers

Örtliche Verluste in Gerinnen Sohlschwelle

Örtliche Verluste in Gerinnen Rechenverluste a = lichter Stababstand, b=Stabdicke, b Formbeiwert 1.7-2.5, d Verlegungsgrad

Kontrollbauwerke (1) Unterströmt Überströmt Planschütz Segmentschütz Messwehr Rundkroniges Wehr

Kontrollbauwerke (2) Typische h-Q-Linien Günstiger für Regelung von Q Günstiger für Regelung von h

Kontrollbauwerke (3) Venturi Messgerinne

Scharfkantiger Überfall (1) dh b bzw.

Scharfkantiger Überfall (2) m hängt von relativer Überfallhöhe ab Im linearen Bereich gilt m=0.611+0.075 h1/w

Hydrodynamisch geformter Überfall

Überfallbeiwerte rundkroniger Wehre

Dreieckswehr Gut für kleine Abflüsse: Spreizung des Messbereichs

Breitkroniges Wehr Auch für Abflussmessung geeignet!!

Unterströmtes Schütz mit

Abflussmessung (1) - Auslitern - Geschwindigkeitsmessung und Multiplikation mit zugehörigem Fliessquerschnitt Venturigerinne

Abflussmessung (2) - Messwehre Echolot zur Bestimmung von h Q aus fester Beziehung zwischen Abfluss und Wassertiefe im Oberwasser

Ungleichförmige Abflüsse

Ungleichförmige Abflüsse

Kontinuitätsgleichung Impulsgleichung & Kontinuitätsgleichung Rechtecksgerinne Daraus h durch Integration. Bei Strömen von unterstrom, bei Schiessen von Oberstrom her integrieren!

Bsp.: Staukurve I0 < Igr

Bsp.: strömend zum Wehr

Bsp.: ‚frisch schiessend‘

Bsp.: schiessend aber weniger steil

Bsp.: schiessend, zu wenig steil

Bsp.: schiessend, eingestaut