Post on 18-Jan-2019
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Regierungspräsidium Giessen
Abt. Umwelt
Welche Typen von Querbauwerken gibt es
und welche Auswirkungen haben sie auf
Morphologie, Hydrologie und Ökologie
Dipl. Ing. Herbert Diehl Regierungspräsidium Gießen, Abt. Umwelt, Dez. 41.2
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Gewässer-Nachbarschaft Taunus-Lahn & Westerwald-LahnSchaffung der ökologischen Durchgängigkeit im Rahmen der Gewässerunterhaltung als Beitrag zur Umsetzung der EU-WRRLam 27. April 2010 in Villmar
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Auswahlmöglichkeit Beschreibung
Absturz mit Fischtreppe, Fischpass Steilwandige Wehre oder stufenförmige Sohlabstürze, die mit einer künstlichen Aufstiegshilfe für Fische versehen
sind.
Absturz mit Teilrampe Steilwandige Wehre oder stufenförmige Sohlabstürze, denen seitlich einer Rampe angelagert ist. Die Rampe ist 1:3
bis 1: 10 geneigt und rau. Sie ist stets überströmt.
Absturz, glatte Gleite oder glatte Rampe, jeweils
mit Umlauf
Das Bauwerk besteht aus einem steilwandigen Wehr, einer glatten Gleite (flache Neigung – 1:10 bis 1:30) oder einer
glatten Rampe (eher steil – 1:3 bis 1:10), besitzt jedoch einen seitlichen „Umlauf“, in dem ständig ein gewisser Teil
des Wassers am Querbauwerk vorbeifließt. Das Umlaufgerinne kann gebaut worden oder durch natürliche Erosion
entstanden sein. Es hat eine absturzfreie Schottersohle, die flach geneigt ist. Das Umlaufgerinne hat jederzeit eine
durchgehende Wassertiefe von mehr als 10 cm. Es ist für Großfische, Kleinfische und die Benthosfauna passierbar.
Erfüllt das Umlaufgerinne diese Anforderungen nicht, so ist nur das Querbauwerk zu registrieren.
glatte Gleite, glatte Rampe Die Gleitenfläche ist 1:10 bis 1:30, die Rampenfläche 1:3 bis 1:10 geneigt. Die Oberfläche ist glatt, die Strömung ist
sehr groß und gleichförmig.
Grundschwelle Querbauwerk aus Beton, Mauerwerk, Holz oder Steinsatz, das nur wenig über das Sohlenniveau aufragt. Es hat
lediglich eine Barrierewirkung für Geschiebe.
hoher Absturz Steilwandige Wehre oder stufenförmige Sohlabstürze mit einer Sturztiefe des MW-Spiegels von 30 – 100 cm.
kleiner Absturz Steilwandige Wehre oder stufenförmige Sohlabstürze mit einer Sturztiefe des Mittelwasserspiegels von 10 – 30 cm.
raue Gleite, raue Rampe Die Gleitenfläche ist 1:10 bis 1:30, die Rampenfläche ist 1:3 bis 1:10 geneigt. Die Oberfläche ist rau, der
Abflussvorgang ungleichförmig und turbulenzreich. Diese Formen des Querbauwerkes sind bei Mittelwasser für
Großfische, Kleinfische und die Benthosfauna bedingt passierbar. Insbesondere die sehr flach ausgebildeten
rauen Gleiten werden häufig im Rahmen von Renaturierungsmaßnahmen angelegt (Umgestaltung von Abstürzen).
sehr hoher Absturz Steilwandige Wehre oder stufenförmige Sohlabstürze mit einer Sturztiefe des MW-Spiegels von mehr als 1 m.
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Klassifizierung aus der LAWA-
Strukturgütekartierung
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Beispiele für einzelne Bauwerkstypen
(LUA Merkbltt Nr. 14)
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Wanderhinderniserfassung in den Jahren 2007/2008
der wrrl-relevanten Gewässer in Hessen
die hessischen Wanderhindernisdaten – zentrale Datenhaltung
zentrale Datenbankanwendung – GESIS2,
Modul-Wanderhindernisse
www.gesis.hessen.de
Benutzerhandbuch
Datenbank Wanderhindernisse
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Hindernistyp -
zentrale Datenbankanwendung - GESIS2,
Modul-Wanderhindernisse
Auswahlmöglichkeiten :
Absturz
Absturz hinter Durchlass / erosionsbedingt
Absturztreppe
Beckenstau im HS (Dauerstau)
Beckenstau im HS (ohne Dauerstau)
Massivsohlenabschnitt
Rückstau
Sohlengleite
Sohlenrampe / raue Rampe
Sohlenschwelle
Stützschwelle / Grundschwelle
Teich im HS
Teilrampe
Verrohrung
Verrohrung mit Absturz
Verrohrung/Durchlass (Substrat durchgängig)
Wehr, beweglich
Wehr, fest
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Bauart -
zentrale Datenbankanwendung - GESIS2,
Modul-WanderhindernisseAuswahlmöglichkeit Beschreibung
Betonbauwerk
Damm mit geschlossenem Stollen
Damm mit offenem Drosselbauwerk
Fertigtei
Grundschütz
Holzbohle/-schwelle
Klappe Genügt bei geringer Stauhöhe. Die Stauklappen legen sich bei größer werdendem Abfluss um und bei geringer werdendem Abfluss
richten sie sich durch ein Gegengewicht wieder in die Staulage auf.
Mönch
natürlich
Schlauch Durch Entleeren oder Befüllen eines Gummischlauches mit Luft oder Wasser kann bei sog. Schlauchwehren die Stauhöhe variiert
werden.
Schüttsteinbauwerk
Schütz Senkrechte Verschlusstafeln (Schütztafeln), werden in Nischen der Zwischenpfeiler und Wehrwangen auf Gleitschienen, Walzen oder
Rollen geführt und senkrecht auf- und abbewegt.
Segment Sie haben eine kreisbogenförmige gekrümmte Stauwand. Die Enden ihrer Stützträger sind waage-recht drehbar auf Zapfen gelagert, die
in den Wehrwangen befestigt sind.
Sektor/Dach Die Doppelklappen dieser Wehre legen sich dachförmig gegeneinander und werden durch den Druckunterschied zwischen Ober- und
Unterwasser bewegt.
Setzsteinbauwerk
Sturzbett/Tosbecken
Überströmtes Schütz
Ufermauer/Wehrwangen
Walze Die Grundform ihres Staukörpers ist eine innen ausgesteifte Stahlblechwalze. An beiden Enden der Walze sind Zahnkränze aufgezogen,
die sich beim Heben und Senken auf Zahnstangen abwälzen (einseitiger Antrieb). Die Walzen sind an manchen Wehren bei
Hochwasser versenkbar.
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Wanderhindernisse können natürlichen oder menschlichen Ursprungs sein.
natürliche Wanderhindernisse
Wasserfällen
Felsabstürzen
natürliche Kaskaden
Verklausungen / Totholzansammlungen
Biberdämme
… nicht näher im Vortrag behandelt:
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zu eng stehender Gehölze - grüne Verrohrung
Folge : Tiefenerosion, Absturzbildung
Ein dichter Gehölzsaum verhindert
eine natürliche Laufentwicklung
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große bzw. besondere anthropogene Wanderhindernisse:
große Regelungsbauwerke (Wehre, Schöpfwerke etc.)
Staudämme, Hochwasserrückhaltebecken ,
Talsperren
Wasserkraftwerke
Abwasser - und Kühlwassereinleitungen
Problem Fischabstieg bei WKA
… nicht näher im Vortrag behandelt:
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18.1 GN Dill12
große bzw. besondere anthropogene Wanderhindernisse:
große Regelungsbauwerke (Wehre, Schöpfwerke etc.)
Staudämme, Hochwasserrückhaltebecken ,
Talsperren
Wasserkraftwerke
Abwasser - und Kühlwassereinleitungen
Problem Fischabstieg bei WKA
… nicht näher im Vortrag behandelt:
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Sohlenbauwerke (DIN 19661, Teil 2)
Sohlenbauwerke
Sohlenstufen Schwellen
Abstürze Stützschwellen
Absturztreppen Grundschwellen
Sohlenrampen Sohlenschwellen
Sohlengleiten
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Sohlenstufen
überwinden einen Höhenunterschied in der Sohle
bewirken geringeres Sohlengefälle oberhalb und unterhalb
Zusammenfassung des Gefälles am Sohlenbauwerk
bei größeren Abflüssen entsteht im allgem. Fließwechsel
zweimaliger Fließwechsel
strömen – schießen – (Deckwalze) - strömen
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Absturz
Absturzwand, lotrecht oder steil geneigt
oft mit Sturzbett oder Tosbecken
Überfallstrahl löst sich von der Wand ab oder liegt an
unterschiedliche Bauarten und -materialien
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Absturztreppen (Kaskaden)
mehrere aufeinanderfolgende einzelne Abstürze
baulich und hydraulisch eine Einheit
i.d.R. kein Fließwechsel auf den einzelnen Stufen
nur bei keinen Abflüssen
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Sohlenrampe
Gefälle zwischen etwa 1:3 und etwa 1:10
bei rauer Oberfläche bessere Energieumwandlung als bei Absturz
mit geneigter Schusswand
unterschiedliche Bauformen , z.B. geschüttet oder gesetzt
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Sohlengleite
Gefälle zwischen etwa 1:10 und etwa 1:30
auf rauer Oberfläche weitgehende Energieumwandlung erreichbar
Gute Anpassung an Gelände
keine wesentliche Behinderung des Feststofftransportes
Vermeidung von größeren Unstetigkeiten im Grundwasser
unterschiedliche Bauformen , z.B. geschüttet oder gesetzt
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Schwellen
Festlegung der Gewässersohle
verhindern Erosion
Eintiefungen im Bereich der Schwellen oft unvermeidbar
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Stützschwelle
Krone so hoch, dass sich Fließwechsel einstellt
…wie festes Wehr
Verringerung des Energiegefälles im OW
erhebliche Energieumwandung am Bauwerk
bei Eintiefungen / Erosion im UW -> Sohlenlängsschnitt wie Sohlenstufen
Auflandung von Feststoffen im OW -> Entwicklung zu Abstürzen
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Grundschwelle
ragen nur wenig über die Sohle hinaus
Höhe vergrößert sich bei Eintiefungen / Erosion im UW
Auflandung von Feststoffen im OW -> Entwicklung zu Abstürzen
Fließwechsel mit Deckwalze nur bei kleinen Abflüssen
bei großen Abflüssen keine gefällevermindernde Wirkung
(hydraul. unwirksame Abstürze)
dienen Schubstabilisierung und Niedrigwasseraufhöhung
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Sohlenschwelle
mit Sohle bündig
legen die Sohle örtlich fest
Schubstabilisierung (Sohlengurte)
bei UW-Erosion -> Grundschwellen
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DIN 19661
Dokumentenart: Norm
Ausgabe: 1998-07
Titel (deutsch): Wasserbauwerke - Teil 1:
Kreuzungsbauwerke; Durchleitungs- und Mündungsbauwerke
Ersatz für: DIN 19661-1:1972-10
Kreuzungsbauwerke
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Brücke:eigene TragkonstruktionAbflussquerschnitt weniger als 60 % einengen (α > 0,6)bei Bemessungsabfluss meist Freibord
Überleitung:Gewässer oder Rohrleitung über Gewässer oder Geländeeinschnitt
Durchlass:i.d.R. freier Wasserspiegelvermindern Abflussquerschnitt um 40 - 60 % (0,4 < α <0,6)bei HW häufig eingestaut, meist kein Freibord
Verrohrung:i.d.R. freier Wasserspiegel L/H > 30
Furt:sohlengleiche Kreuzung eines Verkehrsweges mit Gewässer
Kreuzungsbauwerke
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Kreuzungsbauwerke
Kreuzungsbauwerke mit einer lichten Weite unter zwei Meter werden als Durchlass, größer zwei Meter als Brücken (DIN 1076) bezeichnet.
Durchlässe werden aus vorgefertigten Rohren (unterschiedlicher Materialien - aus Beton, Steinzeug oder Kunststoff ), Spundwänden mit Stahlbetonplatten, am häufigsten jedoch aus Stahlbetonrohren oder gewellten Stahlblechprofilen oder Betonfertigteilen erstellt.
Bei Rohrdurchlässe wird meist der Kreisquerschnitt verwendet, da dieser das günstigste Profil aus Sicht der Statik und Hydraulik darstellt.
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Formen von Durchlässen
Rohrdurchlass Unten offener
Rahmendurchlass
Geschlossener
Rahmendurchlass
Durchlass mit
Halbprofilen
Maulprofile z.B.
Stahlwellprofil
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Auslauf Verrohrung
hohe Widerstände,
keine Substratauflage
Gewässerverrohrungen
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Verrohrung
keine Auslauf- und
Nachbettsicherung,
keine Durchgängigkeit
Durchlässe
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Durchlässe
Beispiel eines Straßendurchlasses
mit Kolkbildung im Unterwasser
Keine Substratauflage
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Unsachgemäß verlegte
Rohrdurchlässe
keine Substratauflage
Absturz
Im Unterwasser glatte Rampe
Durchlässe
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Keine Substratschicht
Gabionensicherung am Auslauf,
Flügelwände aufweiten,
Absturz
Durchlässe
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mit ausreichender
Substratauflage
nicht fachgerecht
eingebauter Durchlass
hohe Sohllage
Durchlässe - Stahlwellprofile
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Staueinrichtungen zur Wasserentnahmen
Bedarfsstaueinrichtungen für
die Löschwasserentnahme
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Bei kleinen Querbauwerken ist zu beachten, dass glatte (z.B. Beton-)
Bauwerke bei gleicher Wasserspiegeldifferenz kritischer zu bewerten sind,
als naturnahe und raue Bauweisen, die an den Rauigkeiten meist
zumindest kleinräumig Bereiche mit etwas geringerer Fließgeschwindigkeit
aufweisen.
Ebenso sind Abstürze mit freiem, unterseitig belüftetem Überfallstrahl bei
gleicher Wasserspiegeldifferenz regelmäßig ungünstiger zu bewerten.
Aufstieg
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Bewertung für den Aufstieg großer Fische
Diese Bewertung umfasst alle leistungsstarken Schwimmer, i. d. R. sind
dies strömungsliebende gewässertypische Fischarten ab ca. 20 cm Länge,
die Strömungsgeschwindigkeiten > 1,5 m/s überwinden können.
Hindernisse mit deutlicher Längenausdehnung wie
Massivsohlenabschnitte und Verrohrungen können bei geringer Länge bei
ausreichender Wassertiefe mindestens in Körperhöhe der Fische auch
noch bei relativ hohen Fließgeschwindigkeiten bis 1,5 m/s überwunden
werden. Längere Hindernisse dieser Art können nur bei geringen
Fließgeschwindigkeiten von ca. 0,5m/s und weniger überwunden werden;
auch dabei ist eine ausreichende Wassertiefe Voraussetzung, die
zumindest etwas größer als die Körperhöhe der Fische sein muss. Eine
ungehinderte Passierbarkeit für alle Arten ist bei Verrohrungen
wahrscheinlich selten gegeben.
Aufstieg
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Bewertung für den Aufstieg kleiner Fische
Diese Bewertung umfasst alle leistungsschwachen Schwimmer, i. d. R.
sind dies gewässertypische Fischarten unter ca. 20 cm Länge, die lediglich
Strömungsgeschwindigkeiten < 1,5 m/s überwinden können.
Insbesondere hohe Fließgeschwindigkeiten und hohe Turbulenzen
(Leistung pro Wasservolumen [W/m3]) können selektiv wirken.
Eine raue Sohle in Aufstiegsanlagen ist meist Voraussetzung für die
Durchgängigkeit von Fischaufstiegsanlagen für solche Arten.
Bei Hindernissen mit deutlicher Längenausdehnung wie
Massivsohlenabschnitten und Verrohrungen darf die Fließgeschwindigkeit
0,5 m/s nicht wesentlich überschreiten, da eine schnelle Ermüdung eintritt
und die Schwimmgeschwindigkeit deutlich über der Fließgeschwindigkeit
liegen muss. Weiter ist eine raue Sohle bzw. ein naturnahes oder
natürliches Sohlsubstrat in solchen Anlagen notwendig.
Aufstieg
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Bewertung für den Aufstieg des Makrozoobenthos
Ausschlaggebend für Auf- und Abstieg ist eine durchgängige
Substratauflage im gesamten Verlauf des Bauwerkes sowie eine gute
Anbindung an das Sohlsubstrat des Gewässers unterhalb und oberhalb des
Hindernisses. Die aufwärts gerichtete Wanderung strömungsangepasster
Arten wird durch Stauräume mit sehr niedrigen
Strömungsgeschwindigkeiten wahrscheinlich behindert.
Aufstieg
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Bewertung für den Abstieg kleiner u. großer Fische
i.d.R. an kleineren Bauwerken (ohne Wasserkraftnutzung) unproblematisch.
Ausnahme: betoniertes Tosbecken, Massivsohle, kein Wasserpolster
Abstieg
Bewertung für den Abstieg des Makrozoobenthos
Ausschlaggebend für Auf- und Abstieg ist eine durchgängige
Substratauflage im gesamten Verlauf des Bauwerkes sowie eine gute
Anbindung an das Sohlsubstrat des Gewässers unterhalb und oberhalb des
Hindernisses. Der Abstieg findet jedoch zum großen Teil als Verdriftung
statt und ist somit zumeist gegeben. Bei Verdriftung von
strömungsangepassten Arten in lange Stauräume kann je nach
Verhältnissen eine deutliche Behinderung vorliegen.