Projekte

Modellversuch zum geplanten Kraftwerk am Praterwehr

Auftraggeber:                   Praterkraftwerk GmbH

Gebiet:                                München, Bayern

Projektbeschreibung:

Die Praterkraftwerk GmbH beauftragte eine Untersuchung zum Bau des Wasserkraftwerks an der Isar. Das Kraftwerk sollte in München auf Höhe der ”Praterinsel“ unterirdisch eingebaut und über die ”große Isar“, die den westlichen Teil der Museumsinsel umströmt, gespeist werden. Die große Isar überwindet dort den Höhenunterschied zur ”kleinen Isar“, welche die Museumsinsel ostseitig umströmt, über eine kaskadenförmige Wehranlage. Der dort verfügbare Höhenunterschied sollte zukünftig mit einem Teil des Isar-Abflusses zur Stromerzeugung genutzt werden. Gemäß dem erteilten Auftrag sollten die wichtigsten hydromechanischen und wasserbaulichen Aspekte des Kraftwerks in einem physikalischen Modellversuch simuliert, messtechnisch überprüft und optimiert werden. Dazu mussten in der messtechnischen Untersuchung u.a die Treibholz-, Schwimmstoff- und Geschwemmsel-Problematik, die hydraulische Situation unter variablen Zufluss- und Entnahmemengen, die qualitative Simulation des Geschiebeaustrags und des Erosionsverhaltens der Sohle und die Bestimmung der Energieverluste am Horizontalrechen und im Ausleitungsbauwerk bearbeitet werden.

Modell:

Das Modell, gebaut im Maßstab 1:16,667, enthielt alle hydraulisch wichtigen Komponenten des Kraftwerks und wurde mit moderner Messtechnik zur Bestimmung von Wasserständen, Geschwindigkeiten, Durchflüssen und Drücken ausgerüstet. Mit den dokumentierten Ergebnissen der messtechnischen Untersuchung wurde nachgewiesen, dass das geplante Praterkraftwerk die Strömungssituation in der Isar im Bau und im Betrieb nicht unzulässig stark beeinflusst und dass neben der Einhaltung der betrieblichen Erfordernisse auch den wirtschaftlichen Belangen mit geringen Strömungsverlusten Rechnung getragen wird.

Modelluntersuchungen zur hydraulischen Optimierung des Steigbachs bei Immenstadt

Auftraggeber:                   Wasserwirtschaftsamt Kempten

Gebiet:                                Immenstadt im Allgäu, Bayern

Projektbeschreibung:

Am Steigbach in Immenstadt (Gewässer III) traten bei zwei Hochwasserereignissen in den Jahren 2002 und 2005 begrenzte Wassermengen im Einlaufbereich der partiellen Einhausung des Wildbachs aus, die zu Schäden in den unmittelbar angrenzenden Gebieten geführt haben. Eine nachfolgend durchgeführte Untersuchung der Situation offenbarte ein beträchtliches Schadenspotential, das bei einem nur wenig höheren Abfluss zu einer teilweisen Überflutung des Stadtzentrums führte. Als primäre Ursache der beobachteten Ausuferungen wurde die nicht strömungsoptimal ausgeführte Einlaufstrecke erkannt. Diese sollte in einem physischen Modellversuch im Auftrag des Wasserwirtschaftsamt Kempten untersucht und bezüglich eines möglichen Abflusses optimiert werden.

Modell:

Das physische Modell des Steigbachs wurde in eine bestehende Versuchsrinne im Maßstab von 1:21 eingebaut (Abbildung unten). Es wurde nach dem Froude‘schen Ähnlichkeitsgesetz mit angepasster Rauheit betrieben. Zunächst wurden Ausuferungen linksseitig der Eisenbahnbrücke beobachtet. Gleichzeitig bildete sich nach der Brücke eine starke Stoßwelle aus, die sich diagonal über die Bachbreite bis zur linken Seite des Mündungsquerschnittes der Einhausung erstreckte und dort den freien Strömungsquerschnitt erheblich beschränkte. Nach der Realisierung von insgesamt fünf Optimierungsmaßnahmen im Modell konnten entsprechende Naturabflüsse eingestellt werden, ohne dabei nennenswerte Ausuferungen zu verursachen. Insgesamt konnte festgestellt werden, dass die hydraulisch geschickte Optimierung an lokalen Einzelstellen des Gewässers eine globale Erhöhung der hydraulischen Leistungsfähigkeit zur Folge hatte.

Modellversuch zur Hochwasserfreilegung des Scheibenbachs bei Blaichach

Gebiet:                                Blaichach, Bayern

Projektbescheibung:

Für den Scheibenbach in der Gemeinde Blaichach wurde eine Hochwasserentlastungsverrohrung geplant, die gemäß dem Konzept des zuständigen Ingenieurbüros in Form einer Bypassleitung realisiert werden sollte. Die Maßnahme bestand aus einem Einlaufbauwerk, einer ca. 170 m langen Rohrleitung DN 1600 und einem Tosbecken am Auslauf. Über dieses Tosbecken hinaus traten bei der Planung der Hochwasserentlastung mehrere hydraulisch schwierige Fragestellungen auf, die nicht ohne Weiteres mittels numerischer Berechnungen zu beantworten waren. Die nachfolgenden Fragestellungen sollten deshalb in einem physischen Modell untersucht werden.

1. Wie ist das Einlaufbauwerk mit der nachfolgenden Rohrleitung zu gestalten? (Problem Lufteinzug)

2. Wie ist das räumliche Tosbecken am Auslauf zu gestalten?

3. Ist der Abfluss in der Rohrleitung auch im Bereich der starken S-Krümmung stabil und wie wirkt sich diese auf die Durchströmung und die Energieumwandlung im Tosbecken aus?

Modell:

Das Modell wurde im geometrischen Maßstab 1:8.25 nach den Plänen des Ingenieurbüros erstellt. Es stellt eine Bypass-Leitung dar, die im Wesentlichen aus einem Einlaufbauwerk, einer mehrfach gekrümmten Rohrleitung und einem Tosbecken mit Nachbettsicherung besteht. Für den Zulaufbereich wurde der zwischen Wasserstand und Abflussmenge bestehende Zusammenhang bestimmt. Die Messungen dazu wiesen neben einem Freibord beim Bemessungsabfluss auch eine einwandfreie Funktion der Rohrbelüftung nach. Aus den an drei Stellen gemessenen Wasserständen wurden die dort maßgeblichen Werte für die Geschwindigkeitshöhen, die Energiehöhen und die Froude-Zahlen berechnet. Die Untersuchung des Tosbeckens demonstrierte dessen zu Beginn recht ungünstige Position. Nach entsprechender Änderung und mit dem Einbau eines würfelförmigen Störkörpers konnten dann aber gute Resultate erzielt und die Strömung optimiert werden.

Modellversuche zur Hochwasserfreilegung des Aubachs mit Druckkanal

Auftraggeber:                   Wasserwirtschaftsamt Deggendorf                                      

Gebiet:                                Deggendorf, Bayern

Projektbeschreibung:

Der Aubach-Druckkanal in Deggendorf sollte im Zuge einer Sanierung auch im Bereich seines Einlaufbauwerkes hydraulisch optimiert werden. Die Strömungssituation hatte dort einen stark dreidimensionalen Charakter und war zudem typisch für das Auftreten eines Lufteintrags in den Druckkanal. Dadurch war eine numerische Simulation der Einlaufströmung nicht nur sehr kompliziert, sie hätte auch zu Ergebnissen mit nur geringer Zuverlässigkeit geführt. Aufgrund dessen sollte die Strömung im Auftrag des Wasserwirtschaftsamt Deggendorf in einem physikalischen Modell simuliert, messtechnisch erfasst und optimiert werden. Dabei waren insbesondere auch folgende Fragen geklärt werden:

1. Wie ist das Einlaufbauwerk zu ändern, um einen Lufteintrag in den Druckkanal zu verhindern ohne den im Betrieb auch möglichen Luftaustritt zu behindern?

2. Wie kann der Übergang zum Zulaufgerinne und der dort installierte Rechen hydraulisch optimiert werden?

3. Kann die maximale Abflussleistung und die Strömungsstabilität im Druckkanal durch eine Verminderung von hydraulischen Verlusten signifikant erhöht werden?

Modell:

Das Modell wurde im geometrischen Maßstab 1:8 errichtet. Ein Ausschnitt ist in der unteren Abbildung dargestellt. Zur Beurteilung und Optimierung der Systemleistung wurden stationäre, rückstaufreie Abflüsse mit variabler Quantität simuliert. Im stark geneigten Druckkanal verursachten sie stets überkritische Strömungszustände, die sich zwar abhängig von Geometrie, Gefälle und Rauheit des Druckkanals ausbilden, sich aber nicht nach Oberstrom auswirken können. Der unzureichenden Abflusswirkung konnte durch den Einbau einer Deckenausrundung mit Belüftung des Einlaufquerschnitts entgegengewirkt werden. Diese Maßnahme bewirkte im Einstaufall eine deutlich höhere Abflussleistung bei vergleichbarem Oberwasserstand, oder eine deutlich geringere Fließtiefe vor dem Bauwerk bei vergleichbarem Abfluss. Gleichzeitig bildete sich im Druckkanal selbst ein stabiler Freispiegelabfluss mit überkritischer Fließgeschwindigkeit aus.

Modellversuch zur Abflusskapazität des Eckerbachs in Obernzell

Auftraggeber:                   Wasserwirtschaftsamt Passau

Gebiet:                                Obernzell, Bayern

Projektbeschreibung:

Im Auftrag des Wasserwirtschaftsamtes Passau wurde der Eckerbach in seinem Oberlauf renaturiert und in seiner Abflusskapazität ausgebaut. Sein Lauf mündet im Ortsbereich der Gemeinde Obernzell in den Griesenbach ein. Kurz danach folgt ein Kiesfang, der das von beiden Bächen mitgeführte Geschiebe zurückhalten soll. An den Kiesfang schließt sich ein Einlaufbauwerk zu zwei Dükerrohren an, die das Wasser unterirdisch bis zu einem Auslaufbauwerk an der Donau weiterleiten. Am Kiesfang selbst traten wiederholt Ausuferungen auf, die zuletzt am 12.8.2002 auch Schäden in erheblichem Umfang in der Gemeinde Obernzell mit verursachten.

Der Übergang vom Freispiegelgerinne zur Druckrohrleitung, der nach dem Kiesfang auftrat, konnte insbesondere bei schießendem Abfluss und unter dem damit verbundenen Lufteintrag nicht mit vertretbarem Aufwand und mit der erforderlichen Zuverlässigkeit berechnet werden. Deshalb sollten speziell das Vereinigungsbauwerk Eckerbach-Griesenbach, der Kiesfang mit seinen Komponenten, sowie der Einlauf und die weitere Gestaltung der Druckrohrleitung in einem Modellversuch auf ihre jeweilige Leistungsfähigkeit hin untersucht werden. Die diesbezüglich maßgeblichen Lastfälle stellten das HQ100 und der nominelle Maximalabfluss am Bauwerk dar, die, soweit möglich, unter je zwei Wasserständen in der Donau simuliert und messtechnisch erfasst werden sollten. Anschließend sollten, falls erforderlich, konstruktive Vorschläge zur Verbesserung der Abflussleistung und der Strömungssituation abgeleitet und erprobt werden.

Modell:

Das im geometrischen Maßstab von 1:14,433 umgesetzte Modell ergab eine Modellgröße von ca. 35m (Abbildung unten). Nach Überprüfung der hydraulischen Leistungsfähigkeit des Ist- Zustandes wurde eine strömungsgünstige Verziehung des scharfkantig ausgeführten Einlaufs zum Dükerrohr, die Installation eines vertikalen Stauschildes unmittelbar vor und oberhalb dem Einlaufquerschnitt zu dessen zwangsweiser Belüftung, sowie eine Erhöhung der rechtsseitig vor dem Kiesfang angeordneten Zulaufberme vorgeschlagen und erprobt. Abschließend wurden die Folgen von Verklausungen der Rechen im physikalischen Modell simuliert und messtechnisch erfasst.

Modellversuch zur Bemessung eines Tiroler Wehres im Gartnertalbach

Gebiet:                                Lermoos, Tirol

Projektbeschreibung:

Im geplanten Hochwasserschutzprojekt der Gemeinde Lermoos sollten am Riegelbach zwei hintereinander geschaltete Retentionsbecken entstehen und der Gartnertalbach, der unterhalb der Becken einmündet, über eine Rohrleitung in das untere Retentionsbecken übergeleitet werden. Das Fassungsbauwerk im Gartnertalbach sollte zwischen zwei der gestaffelten Sperren eingebaut und als Tiroler Wehr konzipiert werden.

Modell:

Das Bauwerk wurde für die Untersuchung seitlich gespiegelt im Maßstab 1:12 hergestellt und in ein physikalisches Modell des Bachlaufs eingebaut (Abbildung). Die Abmessungen des dafür errichteten und an den Wasserkreislauf des Labors angeschlossenen Beckens betragen 12m x 2m x 1m. Ausgangspunkt der messtechnischen Untersuchung war die entsprechend den vorliegenden Planungsunterlagen gebaute Wehranlage. Die gewünschte Abflussaufteilung im geplanten Bauwerk erreichte allerdings weder die geforderte Restwassermenge noch die projektierte Entlastungsmenge. Daraufhin wurden verschiedene Modifikationen untersucht, welche zu einer Steigerung der entlasteten Wassermenge führen sollten. Die finale Variante ermöglichte die Erreichung der gewünschten Strömungssituationen.