Flussbau

Flussbau; ETHZ Master, Vertiefung Wasserbau G.R. Bezzola

Flussbau; ETHZ Master, Vertiefung Wasserbau G.R. Bezzola


J. S.
Diese Lernkarten behandeln flussbauliche Maßnahmen und Konzepte auf Universitätsniveau. Sie konzentrieren sich auf die Sicherung von Ufern, die Berechnung von Abflusstiefen und Geschwindigkeiten sowie die Gestaltung von Gerinnen. Themen wie Blockwurf, Bolcksatz und die Berechnung von Kolktiefen werden detailliert erläutert. Die Lernkarten sind besonders nützlich für Studierende und Fachleute im Bereich der Wasserwirtschaft, die sich mit der Stabilität und dem Schutz von Flüssen befassen.
Flashcards
253
Students
1
Language
German
Category
Nature Studies
Level
University
Created / Updated
05.02.2019 / 13.01.2020

Flashcards

ephemer Fluss

Fluss führt nur Wasser wenn es regnet.

Diese Flüsse weisen keinen Basisabfluss auf.

Aufgaben eines Fliesgewässers

  • Fliessgewässer prägen die Gestalt der Erdoberfläche
  • Fliessgewässer transporieren Wasser und Feststoffe
  • Fliessgewässer bilden und vernetzen Biotope
  • Fliessgewässer mit ihrer Selbsbtreinugungskraft spielen eine wichtige Rolle im Ökosystem
  • Fliessgewässer bieten Erholungsraum
  • Fliessgewässer dienen als Transportwege
  • Fliessgewässer sind Rohstofflieferanten
  • Fliessgewässer dienen der Energieproduktion
  • Fliessgewässer dienen der Bewässerung
  • Fliessgewässer  dienen der Trinkwasserversorgung

fluviale Erosion und Akkumulation

 

Denudation

Intensität und Ausmass nehmen mit zunehmender Wassermenge zu.

 

Abtrag der Oberfläche

Fliessgewässer  transportieren Wasser und Feststoffe

Durch Verwitterung und Erosion endstandenen Feststoffe möglichst schadlos abtransportieren

Schutz vor Hochwasser und Murgängen und Massnahmen zu dessen Reduktion wichtige gesellschaftspolitische und volkswirtschaftliche Aufgabe

Fliessgewässer sind Rohstofflieferanten

Entnahme von Rohstoffen wie Sand, Kies aus Bächen oder Flüssen

Kiesentnahme kann Geschiebehaushalts sowie morphologische Entwicklung (Veränderung Form und Gestalt eines Flusslaufes) verändern.

Aufgaben Flussbau

  • Schaffung und Gewährleistung einer ausreichenden Abflusskapazität (Schutz Überflutung)
  • Gewährleistung  einer ausreichenden Gerinnestabilität (horizontal und vertikal)
  • Gewährleistung der ökologischen Funktionen der Gewässer

Rechtliche Grundlagen

Hochwasserschutz ist Aufgabe der Kantone!

  • Bundesgesetz über den Wasserbau (WBG)
  • ergänzende Verordnung über den Wasserbau (WBV)
  • Bundesgesetz über die Raumplanung (RPG)
  • Bundesgesetz über den Schutz der Gewässer (GSchG)
  • Bundesgesetz üder die Fischerei (BGF)
  • Bundesgesetz über den Natur- und Heimatschutz (NHG)
  • Bundesgesetz über den Wald (WaG)
  • Bundesgesetz über den Umweltschutz (USG)
  • Bundesgesetz über die Jagd und den Schutz wildlebender Säugetiere uind Vögel (JSG)
  • Bundesgesetz über Fuss- und Wanderwege (FWG)
  • Bundesgesetz über die Nutzbarmachung der Wasserkräfte (WRG)
  • Bundesgesetz über die Landwirtschaft (LwG)
  • Bundesgesetz über due Enteignung (EntG)
  • Bundesgesetz über Finanzhilgen und Abgeltungen (SuG)
  • Bundesgesetz über die Verwengung der zweckgebundenen Mineralölsteuer (MinVG)
  • Öko-Qualitätsverordnung (ÖQV)

konzedierte Rechte

Das von lateinisch concedere mit der ursprünglichen Bedeutung „beiseitetreten“ abgeleitete Verb wird mit -e- in der zweiten Silbe geschrieben.Vgl. aber: konzipieren, Konzipierung usw.

Beispiel

man konzedierte [ihnen], dass sie wegblieben; jemandem bestimmte Verhaltensweisen konzedieren

Schwerbstoffführung wichtige Rolle bei:

  • der Deltabildung in Seen
  • der Verlandung von STauräumen
  • der Spülung verlandeter Stauräume (erhöhte Schwebstoffkonzentrationen gefährden den Fischbestand)
  • der Verschlammung pberschwemmter GEbiete
  • der Abdichtung des Gerinnes (Kolmation)
  • der Verlandung von Altarmen und Buchten in Seen
  • der Abnützung von Bauwerken im Fluss sowie von Turbinen (Abrasion)

Verantwortlich für Trübung des Wassers

Erosion und Auflandung breiten sich, ausgehend von einem Fixpunkt der Sohle flussaufwärts aus. Als Fixpunkte dienen:

  • Einmündungen von Wildbächen
  • Felsaufschlüsse im Bereich der Flussohle
  • Seen oder Meere
  • Bauwerke wie Wehre, Sohlschwellen oder Abstürze

Verhalten Fliessgewässerstrecke durch weitere Parameter

  • Sedimentführung
  • Korngrösse
  • Längsgefälle
  • Flussbreite

Verbreiterung eines Gerinnes

-> grössere Breite

-> Abflusstiefe nimmt ab

-> Fliesgeschwindigkeit nimmt ab

-> Transportvermögen nimmt ab, Sedimente können nicht alle weiter transportiert werden, Es kommt zu Auflandung

Hochwasser oft infolge Starkniederschlägen

Hoher Abflusswert in kleinen Bächen, überlagern sich in grösseren Flüssen, es kommt zu Hochwasser

Ganglinie wegen Form auch Hochwasserschwelle genannt.

Nebst Spitzenabfluss, ist auch Wasserfracht eine wichtige Kenngrösse

hydrologisches Risiko

Die Wahrscheinlichkeit q_m, dass eine Spitze mit einer bestimmten Jährlichkeit n innert einer Periode von m Jahren eintritt.

in einem Jahr q=1/n; wobei n die Jährlichkeit (# Jahre)

Gegenwahrscheinlichkeit 1-q

q_m= 1 - (1-q)^m = 1 - (1-1/n)^m

Wesentliche Elemente im hochwasserschutz

  • Die Gefahrenanalyse
  • Die Differenzierung der Schutzziele
  • Die Massnahmenplanung

Abflussspitze Q

Schadensgrenze Q_A

Gefahrengrenze Q_B

Schadensgrenze: bezeichent Abfluss, bei welchem zu schützende Objekte keinen Schaden nehmen

Gefahrengrenze: bezeichnet Abfluss, dessen Überschreitung zu einem unkontrollierten Abfluss führen kann. Die Sicherheit der zu schützenden Objekte ist nicht mehr gewährleistet

Abflüsse zwischen Q_A und Q_B führen zu begrenzten Schäden, dabei sollen weder schutzbedürftige Objekte noch SChutzbauten zerstört werden.

Szenarien verbunden mit verschiedenen Prozessen und massgebenden Parameter

Ausuferung: austrettendes Wasservolumen und Dauer der Überflutung massgebend.

Erosion und Auflandung: Spitzenabfluss, Grösse und Dauer in der der Abfluss über dem Schwellenwert liegt

Murgänge: Volumen oft häufiger als Abflussspitze

Die definitiven Schutzziele werden im Rahmen der Massnahmenplanung unter sorgfältiger Abwägung aller Interessen iterativ festgelegt.

Querprofile werden immer mit Blick in ... dargestellt

in Fliessrichtung.

alluviale Sohle

Teil des Profils in welchem Transport von Geschiebe erfolgt und isch durch Tiefenerosion oder Auflandung Sohlenveränderungen ergeben können

Bestimmung mittlere Sohlenlage

vereinfachung mittels ebener Sohle

Querneigung nicht über 10°, sollte einige Dezimeter differen zwischen y_max-y_min nicht überschreiten.

Differenzendiagramm

Für diese Art der Darstellung werden die Differenzen zwischen den zu unterschiedlichen Zeitpunkten vermessenen, mittleren Sohlenlagen gebildet und über die Flussdistanz aufgetragen 

Orte mit bekanntem Transport

  • der Ausfluss aus einem See
  • Die Mündung in einen See
  • Baggerstellen oder Kiessammler, wo dem Fluss sämtliches Material entnommen wird
  • Geeignete Gleichgewichtsabschnitte, für welche die Feststoffführung mit genügender Genauigkeit rechnerisch eingegrenzt werden kann

Längsgefälle

Gerinnesohle J_S

Wasserspiegel J_W

Energielinie J_E

Normalabfluss ist gekenntzeichnet durch:

Gleichförmigkeit: dU/dx=0

Stationarität dU/dt=0

Sohle, Wasserspiegel und Energielinie verlaufen parallel zueinander Js=JW=JE

A: einfaches Trapezprofil

B: Profil mit mehreren Teilgerinnen

C: Doppeltrapezprofil (Mit mittelwuhren abgetrenntes Hauptgerinne)

Klassifikation von Korngrössen

Grössen in mm

Schweizer Korngrössen-Skala

  • Blöcke; (<200)
  • Steine; (60 < x < 200)
  • Kies; (grob, mittel, fein); (2 < x <60)
  • Sand; (grob, mittel, fein); (0.06 < x <2)
  • Silt; (grob, mittel, fein); (0.002 < x < 0.06)
  • Ton ; (<0.002)

Klassifikation von Korngrössen

Grössenangebe in mm

American GEophysical Union (AGU)

  • Blöcke; (sehr gross, gross, mittel, klein); (250 < x < 4000)
  • Steine;(gross, kleiln); (64 < x < 250)
  • Kies; (sehr grob, grob, mittel, fein, sehr fein); (2 < x <64)
  • Sand; (sehr grob, grob, mittel, fein, sehr fein); (0.062 < x <2)
  • Silt; (grob, mittel, fein, sehr fein); (0.004 < x < 0.062)
  • Ton ; (grob, mittel, fein, sehr fein); (0.00024 < x < 0.004)

Deckschicht

oftmals findet eine Srotierng an Sohlenoberfläche statt. feine Klrner werden abtransportiert, etwas schwerere bleiben liegen. es bildet sich eine Deckschicht, miteinem Anteil an gröberen Komponenten.

Unterschicht ist jedoch eher von Interesse

Beprobung des Deckschickt als Alternative zur Beprobung der Unterschicht

Flächenprobe: innterhalb einer Referenzfläche alle körner fächenhaft erfassen

Gitterprobe: Netz über Sohle gelegt, Körner unter Kreuzungspunkten berücksichtigen

Linienprobe: alle Körner entlang einer Linie

random walk-Probe: zufällig gewählte und erfasste Körner

Welche komponenten müssen bestimmt werden für:

  • Rauigkeit, Erosionswiderstand der Sohle oder Geschiebetransport bei grösseren Abflüssen
  • durch Ablagerungen laufendes Geschiebe verfüllt und dadurch die hochwassersicherheit beeinträchtig werden kann
  • noch unklare Fragestellung

Kornzusammensetzung der Unter- und Deckschicht (vorallem Grobkornkomponente)

besondere Beachtung dem feinen, mobilisierten Material

Standortwahl entscheidend, damit für alle Fragestellungen repräsentative Probe verhanden

 

VERMISCHTE PROBEN SIND UNBRAUCHBAR! EINE PROBE IST KEINE PROBE!

 

Hauptachsen eines Korns

Ellipsoid

längste Achse -> a-Achse

kürzeste Achse -> c-Achse

Ausrichtung Korn (Typische Lage) in einer Deckschicht

Was kann anhand dieser chrakteristischen Grösse beschrieben werden

b-Achse annähernd in Richtung der Strömung

  • der durch die Strömung auf das Kron ausgeübte Kraft (somit auch Beanspruchung des Krons)
  • den durch das Korn ausgeübten Fliesswiderstand

a-Achse senkrecht zur Bildebene

Häufigkeitsverteilung

zur weiteren Interpretation der Kongrössenverteilung wird häufig eine Summenhäufigkeitskurve angefertigt

 \(p_i = f(d_i)\)

pi: Gewichtsanteil Körner innterhalb Probe

Darstellungsformen kornverteilungskurve

  • Flussbau
  • Bodenmechanik
  • Art der Verteilung der Korngrössen

  • lineare Darstellung
  • halblogarithmische Darstellung
  • Darstellung auf Wahrscheinlichkeitspapier; log-normalverteilte Darstellung, Verteilung als Gerade abgebildet

Siebanalyse in alpinen Flüssen, Verteilung der feinen Anteile des Geschiebes

Welche Verteilung repräsentativ?

Fullerverteilung

\(p_i = {\sqrt{d_i \over d_{maxFU}}}\)

Kornverteilung mit minimalem Porenvolumen

Grenzen Siebanalyse

mit zunehmendem materialkorndurchmesser immer aufweniger.

Abb Druchmesser über 20 cm nicht mehr durchführbar. Es gilt

\(V\ [m^3] \geq 2.5 \ d_{max} \ [m]\)

Bei dmax = 20 cm muss also \(V\geq 0.5\ m^3\)sein!

Durchführung Linienprobe

Spannen einer Schur oder Messband, oft in Fliessrichtung

zählen aller Körner, die unter der Schnur liegen; b-Achse wird gemessen

Erhebung Körner mit Durchmesser grösse 1-2 cm; In Fraktionen eingeteilt und gezählt

Anzahl Probenahmen, bis sich Form Häufigkeitsverteilung der Probe nicht mehr ändert. In jedem Fall aber mind. 150 Körner, mittlere Fraktion, mind. 30 Körner

Auswertung Linienprobe

3 Schritte

  • Umrechnung
  • Korrektur; Annahme über Feinanteil treffen, 25 %
  • Ergänzung der Feinanteile

charakteristische Korndruchmesser

d_x, wobei x % des Gewichtsanteils; X= 10, 16, 30, 50, 65, 84, 90

Korngrössendurchmesser für Näherung Durchlässigkeit

d_10

Study