Wei

terb

ilden

des

Stud

ium

»W

asse

r un

d U

mw

elt«

Bau

haus

-Uni

vers

ität

Wei

mar

Flus

sbau

Falz

Falz

Weiterbildendes Studium »Wasser und Umwelt«Bauhaus-Universität Weimar

Flussbau

Hydraulische Berechnung, Wehre und Sohlenbauwerke,Ausleitungsbauwerke, Energieumwandlungsanlagen,

Wasserkraftanlagen, Binnenverkehrswasserbau

Zusammenfassung

Fließgewässer sind wesentliche Elemente unserer Kulturlandschaft undbilden zugleich den Lebensraum für eine reichhaltige Tier- und Pflanzen-welt. Im Spannungsfeld ökologischer, wirtschaftlicher und sozialer Rand-bedingungen ist das Leben an und mit den Fließgewässern eine sichständig neu stellende und zu lösende Aufgabe. Ein Fluss markiert natür-liche Grenzen, be- und entwässert, liefert Energie mittels Wasserkraftund kann bei ausreichender Wasserführung als Schifffahrtsweg genutztwerden. Hoch- und Niedrigwasser können jedoch zu erheblichen Proble-men führen. Das vorliegende Buch widmet sich umfassend den The-men: Flussbau und Flussentwicklung, hydraulisch-sedimentologischeBerechnungsverfahren naturnah gestalteter Fließgewässer, Wehre undnaturnahe Sohlbauwerke, Energieumwandlung, Ausleitungsbauwerke,Wasserkraftanlagen und Binnenverkehrswasserbau.

Die Reihe des Weiterbildenden Studiums »Wasser und Umwelt« führtausgewählte Fachinhalte aus den Bereichen Hydraulik und Wasserbau,Abfallwirtschaft und Siedlungswasserwirtschaft mit den TeilbereichenAbwasser und Wasserversorgung.

in fachlicher KooperationDeutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.

Universitätsverlag WeimarISBN: X-XXX-XXX-XXX

Flussbau

Hydraulische Berechnung, Wehre und Sohlenbauwerke, Ausleitungsbauwerke, Energieumwandlungsanlagen, Wasserkraftanlagen, Binnenverkehrswasserbau

Impressum:

Flussbau

HerausgeberWeiterbildendes Studium Wasser und UmweltBauhaus-Universität WeimarCoudraystraße 799421 Weimar

in fachlicher Kooperation mit derDWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.Theodor-Heuss-Allee 1753773 Hennef

Oktober 2007

Bezugsmöglichkeiten:

Universitätsverlag WeimarFax: 03643/581156E-Mail: marita.fein@uni-weimar.de

DWATel: 02242/872333Fax: 02242/872100E-Mail: kundenzentrum@dwa.deInternet: www.dwa.de

Redaktion: Weiterbildendes Studium Wasser und UmweltSatz und Layout: Satzservice S. Matthies ⋅ www.doctype-satz.deDruck: Rombach Druck- und Verlagshaus GmbH & Co. KG Freiburg/Br.

ISBN: 978-3-86068-326-2

I

Vorwort

VorwortVorwort

Die Arbeitsgruppe Weiterbildendes Studium „Wasserund Umwelt“ bietet ein Fernstudium mit den Schwer-punkten Wasserbau und Hydraulik, Siedlungswasser-wirtschaft und Abfallwirtschaft an. Das vorliegendeBuch enthält in Schriftform den Lehrinhalt eines Kur-ses aus diesem Studium, es ist als erste Auflage somitein weiterer neuer Band aus der aktuellen Reihe derFernstudienkurse. Nun gibt es wirklich genug veröf-fentlichte Studienskripte. Was war unser Beweggrund,hier noch eine weitere Neuerscheinung vorzustellen?Dazu möchten wir unser Studium „Wasser und Um-welt“ in Weimar vorstellen, welches aus einer engenZusammenarbeit mit der Leibniz-Universität Hannoverund den Verbänden DVGW und DWA entstand. Es botzunächst Fernstudiengänge im Zertifikatstudium an,wurde aber dann im Jahre 2000 mit einem Masterstudi-engang weiterentwickelt, der inzwischen auch akkredi-tiert wurde. Die Studieninhalte werden in Kursform an-geboten, wobei insgesamt mehr als 25 Kurse zurAuswahl stehen. Einer dieser Kurse umfasst das nach-folgend behandelte Thema „Flussbau“.Dieses Buch wie auch das Studium richten sich anHochschulabsolventen/innen, die im Bereich Wasserund Umwelt als Fachkräfte bei Behörden, Unterneh-men, Verbänden, Ingenieurbüros, Instituten und ande-ren Einrichtungen tätig sind oder zukünftig tätig wer-den. Die Teilnehmer am Fernstudium erhalten über dieSchriftform hinaus, welche in etwa dem Inhalt diesesBuches entspricht, eine fortlaufende Betreuung. Studi-enbegleitend sind auch Aufgaben durch die Studieren-den zu lösen, eine Präsenzphase zum Semesterende istder abschließende Teil eines jeden Kurses.Die heutigen und absehbaren Herausforderungen beimSchutz der Umwelt und bei der nachhaltigen Nutzungder Ressource Wasser sind so groß, dass die Lehrinhalteständig angepasst werden müssen. Hier sehen wir dieChance, mit einer solchen Veröffentlichung diese neuenInhalte auch als Diskussionspunkte in die Öffentlich-keit zu stellen und einem erweiterten Kreis zugänglichzu machen. Das vorliegende Buch basiert auf einer aktualisiertenFassung des ursprünglichen Lehrskriptes „Flusssperrenund Binnenverkehrswasserbau – WW41“, das ab 1997ursprünglich von den Autoren:

• Prof. i.R. E. Häusler• Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Hack• Prof. Dr.-Ing. habil. E. Lattermann• Prof. Dr.-Ing. habil. H. Scheuerlein• Dr.-Ing. K. Csallner

erarbeitet und laufend gehalten wurde.

Nunmehr wurde unter Mitwirkung von Herrn• Prof. Dipl.-Ing. R. Johannsen• Prof. Dr. A. Dittrich• Dr.-Ing. J. Aberle• Dr.-Ing. K. Koll

eine vollständige Überarbeitung und Ergänzung diesesSkriptes vorgenommen.

Natürlich kann ein solches Skript nicht alle Problem-und Arbeitsfelder des Flussbaus behandeln, so dass indiesem Buch auf einige fachliche Aspekte bewusst ver-zichtet werden musste. In diesem Zusammenhang istauf die weiteren Studienangebote und mithin auf andereKurse zu verweisen, die u.a. auf die Probleme der Res-sourcenbewirtschaftung bzw. des Hochwasserschutzesim Detail eingehen.Mit diesem Buch wird darüber hinaus auch die Qualitätund der Umfang der Zusammenarbeit mit der Deut-schen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser undAbfall e.V. (DWA) vertieft. So wie seit Jahren bereitsmit dem DVGW realisiert, ist nunmehr auch mit derDWA eine gemeinsam entwickelte Reihe von Drucker-zeugnissen erhältlich. Dieses Buch ist hierbei der ersteTeil im Fachgebiet Wasserbau, nachdem die bisherigeKooperation mit der DWA bei den Druckerzeugnissenauf die Siedlungswasserwirtschaft fokussiert war.Wir danken recht herzlich allen, die an der Bearbeitungund Herausgabe mitgewirkt haben, insbesondere hier-bei Herrn Dr.-Ing. H.-W. Frenzel und Herrn Dipl.-Ing.S. Matthies. Dieser Dank gilt auch den anderen Mitar-beitern der Arbeitsgruppe „Wasser und Umwelt“ derBauhaus-Universität Weimar sowie der Professur Was-serbau, speziell den Herren Dipl.-Ing. L. Heymel undDipl.-Ing. M. Sabrowski. Ein Dankeschön gilt auch un-seren Kursteilnehmern für ihr Interesse und ihre vielfäl-tigen Rückmeldungen.Möge die Fortsetzung dieser Reihe im Wissensgebiet„Wasser und Umwelt“ in der Fachwelt eine freundlicheAufnahme finden und der Aufgabe dienen, unsere Um-welt und die Ressource Wasser einer fachgerechten undnachhaltigen Nutzung zuzuführen.

Weimar, im Oktober 2007Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter HackLeiter der Professur WasserbauBauhaus-Universität Weimar

Vorwort

II

Autorenverzeichnis

I

Autorenverzeichnis

Kapitel 1 – Flussentwicklung in der KulturlandschaftProf. Dr.-Ing. H.-P. Hack

Kapitel 2 – FlussbauProf. Dipl.-Ing. R. Johannsen, Dipl.-Ing. (FH) F. Spundflasch, Dipl.-Ing. (FH) B. Zimmermann-Frisch

Kapitel 3 – Berechnungsverfahren naturnah gestalteter FließgewässerProf. Dr. A. Dittrich, Dr.-Ing. J. Aberle, Dr.-Ing. K. Koll

Kapitel 4 – Wehre und naturnahe SohlenbauwerkeProf. Dr.-Ing. H.-P. Hack, Univ.Prof. i.R. E. A. Häusler, Dr.-Ing. K. Csallner

Kapitel 5 – AusleitungsbauwerkeUniv.-Prof. Dr.-Ing. H. Scheuerlein

Kapitel 6 – WasserkraftanlagenProf. Dr.-Ing. H.-P. Hack

Kapitel 7 – BinnenverkehrswasserbauProf. Dr.-Ing. habil. E. Lattermann

entwickelt im Zuge des Weiterbildenden Studiums Wasser und Umwelt der Bauhaus-Universität Weimar

in fachlicher Kooperation mit DWA – Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.

Autorenverzeichnis

II

III

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I I

1 Flussentwicklung in der Kulturlandschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Natürlicher Zustand der Fließgewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1 Wasserhaushalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.2 Morphologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.1 Flüsse im Längsverlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.2 Querschnitts- und Grundrissausbildung der Flüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.2.3 Feststoffführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.2.4 Sohlformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.3 Flüsse in der Kulturlandschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.3.1 Nutzung vor dem technischen Zeitalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.3.2 Die Flusskorrektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.3 Sohlerosion im begradigten Gerinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.4 Energiewirtschaftliche Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.5 Die Verlandung des gestauten Flusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3.6 Rückbildung zum naturnah angepassten Fluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3.7 Hochwasser und Wasserhaushalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.4 Heutige Aufgaben des Flussbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2 Flussbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2 Ziele für Flussbaumaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.1 Naturnahe Gewässerentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.2 Biotopverbund entlang der Gewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.3 Landschaftsbild und Erholungswert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.4 Ordnungsgemäßer Wasserabfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.5 Ordnungsgemäße Schifffahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.6 Schutz von Ufergrundstücken bei landwirtschaftlichen Nutzungen . . . . . . . . . . . . . 202.2.7 Erhaltung der Rahmenbedingungen für Wasserkraftanlagen und

Brauchwasserentnahmestellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.8 Sanierung bzw. Reduzierung von Sohlenerosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.9 Sohlen- und Ufersicherungen zum Schutz von Kreuzungsbauwerken . . . . . . . . . . 202.2.10 Schutz baulicher Anlagen in Gewässernähe in der freien Landschaft . . . . . . . . . . 202.2.11 Hochwasserschutz in Ortslagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.12 Uferstabilität zum Schutz hochwertiger Nutzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.13 Verbesserung des Katastrophenschutzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.14 Reduzierung des Aufwands der Gewässerunterhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.15 Verbesserung für eine extensive fischereiliche Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.16 Zugänglichkeit zum Gewässer schaffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.17 Erhaltung und Schutz von besonders geschützten Biotopen . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3 Planungs-, Ausführungs- und Entwicklungsprozess bei

Flussbaumaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.2 Planungsprozess bis zur Genehmigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.3 Planung und Ausführung nach der Entwurfsgenehmigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.4 Naturraum- und Gewässertypisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4.1 Gewässerarten und Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4.2 Naturraum und geomorphologische Typisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.4.3 Fischereibiologische Gewässertypisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.4 Geomorphologische und biozönotische Gewässertypisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.4.5 Bedeutung von naturnahen Referenzstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.4.6 Vegetationszonierung im Querprofil (Auentalgewässer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Inhaltsverzeichnis

IV

2.4.7 Vegetationszonierung im Längsprofil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.4.7.1 Gehölzgesellschaften an Fließgewässern ohne ausgeprägte Aue . . . . . . . . . . . . . . 332.4.7.2 Gehölzgesellschaften der Aue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.4.7.3 Gehölzgesellschaften der Niedermoore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4.8 Gliederung eines Fließgewässers im Querprofil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4.8.1 Gewässerökologische Gliederung im Querprofil eines Flachlandflusses . . . . . . . . . 342.4.8.2 Gewässerökologische Gliederung im Querprofil eines Berglandflusses . . . . . . . . . 352.5 Gewässer im Bergland und steilen Hügelland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.1 Gewässerrevitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.1.1 Ziele der Gewässerrevitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.1.2 Maßnahmen zur Revitalisierung von Berglandgewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.2 Bäche im Berg- und Hügelland mit Sohlenerosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.5.3 Berg- und Hügellandgewässer mit Seitenerosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.5.3.1 Ufersicherungen bei der Gefährdung hochwertiger Nutzungen . . . . . . . . . . . . . . . . 392.5.3.2 Erosionsminderung im Bereich landwirtschaftlicher Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.5.4 Gestaltung in Ortslagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.6 Gewässer im Flachland und flachen Hügelland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.6.1 Gewässerrevitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.6.1.1 Ziele der Gewässerrevitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.6.1.2 Maßnahmen zur Revitalisierung von Flachlandgewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.6.2 Kleine Gewässer im Flachland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.6.2.1 Vorflutgräben und Bäche in der landwirtschaftlichen Flur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.6.2.2 Neuanlage von Gräben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.6.3 Flachlandflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.6.3.1 Ufersicherungen bei Gefährdung hochwertiger Nutzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.6.3.2 Ufersicherungen in der landwirtschaftlich genutzten Flur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.6.4 Gestaltung in Ortslagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.7 Strukturelemente zur Gestaltung und Sicherung von Fließgewässern . . . . . . . 462.7.1 Strukturen aus Natursteinen und Erden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.7.2 Strukturen aus Holz und Reisig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.7.3 Vegetationsstrukturen aus Röhricht, Stauden und Landschaftsrasen . . . . . . . . . . . 522.7.4 Gehölzstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.8 Hydraulische Bemessung ingenieurbiologischer Uferstrukturen und

Sicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.8.1 Beachtung der hydrotechnischen und gewässermorphologischen

Zusammenhänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.8.2 Bemessung anhand mittlerer Fließgeschwindigkeiten und Schleppspannungen . . . 572.8.3 Bemessung einer Steinschüttung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.9 Baustoffe und ihre Verwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.9.1 Baustoffe aus Natursteinen und Erden und ihre Verwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.9.1.1 Natürlicher Wasserbaustein gemäß DIN EN 13383 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.9.2 Baustoffe und Bauelemente aus Holz, Reisig und Pflanzenfasern . . . . . . . . . . . . . 602.9.2.1 Baustoffe und Bauelemente aus Holz und Reisig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.9.2.2 Baustoffe und Bauelemente aus Pflanzenfasern Kokos, Jute, Stroh und Ried . . . . 622.10 Ansiedlung von Vegetationsstrukturen mit ingenieurbiologischen

Bauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.10.1 Anmerkungen zum Stand der Technik und zu den Regeln der Technik . . . . . . . . . . 622.10.2 Lebende Baustoffe – Gräser, Kräuter, Röhricht, Hochstauden, Saatgut . . . . . . . . . 632.10.3 Lebende Baustoffe – Bäume und Sträucher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642.10.4 Ingenieurbiologische Bauweisen zur Initiierung von Landschaftsrasen, Wiesen,

Röhricht und Hochstaudenbeständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652.10.5 Ingenieurbiologische Bauweisen zur Initiierung von Gehölzbeständen . . . . . . . . . . 65

3 Berechnungsverfahren naturnah gestalteter Fließgewässer . . . . . . . . . . . . . . . 673.1 Hydraulische Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.1.1 Grundbegriffe aus der Hydromechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.1.2 Hydraulische Berechnung von Fließgewässern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.1.2.1 Wasserspiegellagenberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.1.2.2 Fließformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.1.3 Hydraulische Berechnung von Gerinnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.1.3.1 Breites Rechteckgerinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.1.3.2 Kompaktes Trapezgerinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.1.3.3 Hydraulische Berechnung naturnaher Fließgewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

V

Inhaltsverzeichnis

3.2 Sedimentologische Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.2.2 Spülfracht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.2.3 Schleppspannungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.2.4 Deckschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.2.5 Transportkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.2.5.1 Charakteristiken von Riffel, Dünen und Antidünen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.2.5.2 Bänke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.2.5.3 Abgrenzungskriterien für Sohlenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.2.6 Geschiebetransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.2.6.1 Dimensionsanalytische Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.2.6.2 Transportformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.2.7 Schwebstofftransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.2.7.1 Sinkgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.2.7.2 Transportbeginn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.2.7.3 Diffusionstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

4 Wehre und naturnahe Sohlenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1 Bemessung und Konstruktion von Wehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1.2 Aufgaben und Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1.2.1 Konventionelle Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1.2.2 Modernere Aufgabenstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.1.2.3 Auswirkungen eines Aufstaus nach ober- und unterstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.1.3 Feste Wehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.1.3.1 Definition, Bezeichnungen, Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.1.3.2 Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.1.3.3 Entwurf und Einpassen der Wehrkrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.1.4 Bewegliche Wehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.1.4.1 Definition, Bezeichnungen, Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.1.4.2 Grundsätzliches zu den Beweglichen Wehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.1.4.3 (n-1)-Bedingung bzw. (n-a)-Forderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.1.4.4 Hubverschlüsse, an Pfeilern gelagert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.1.4.5 Drehverschlüsse, an Pfeilern gelagert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084.1.4.6 Drehverschlüsse, an Schwellen gelagert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.1.5 Kombinierte Wehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.1.5.1 Feste Staukörper mit aufgesetzten Verschlüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.1.5.2 Staubalkenwehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1254.1.5.3 Tauchwände mit Verschlüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.1.6 Wehrschwellen, Wehrpfeiler, Wehrwangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.1.6.1 Wehrschwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.1.6.2 Wehrpfeiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1294.1.6.3 Wehrwangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314.1.7 Sohlenwasserdruck, hydraulischer Grundbruch, Erosionsgrundbruch . . . . . . . . . . . 1344.1.7.1 Sickerströmungen unter Wehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1344.1.7.2 Grundbruchprobleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1414.1.8 Statische Gesichtspunkte an Beweglichen Wehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.1.8.1 Unterteilung des Bauwerks in verschiedene Tragbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.1.8.2 Seitliche Pfeilerbeanspruchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464.2 Energieumwandlungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464.2.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464.2.2 Allgemeines und Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.2.2.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.2.2.2 Definition und Anforderung an die EUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1484.2.2.3 Das konventionelle oder klassische Tosbecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1484.2.2.4 Der freie Wechselsprung - Grundlage aller Tosbeckenbetrachtungen . . . . . . . . . . . 1484.2.3 Energieumwandlungsanlagen (EUA) an Staustufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1594.2.3.1 Geometrische und hydraulische Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1594.2.3.2 Das Tosbecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1624.2.3.3 Konstruktive Gestaltung der Tosbecken, konstruktive Details . . . . . . . . . . . . . . . . . 1664.2.3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Inhaltsverzeichnis

VI

4.2.4 Kolkschutz (Erosionsschutz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1794.2.4.1 Vorboden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1794.2.4.2 Nachboden, Kolkschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1794.2.4.3 Deckwerke, Ufersicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1834.3 Naturnahe Sohlenbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1844.3.1 Einführung in die Thematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1844.3.1.1 Anwendungsgebiet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1844.3.1.2 Entwicklung von der Rampe zur Gleite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1854.3.2 Ökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1864.3.3 Entwurf und Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1874.3.3.1 Gegliederte Gleite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1884.3.3.2 Geschüttete Gleite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1894.3.3.3 Störsteingleite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1894.3.3.4 Grundschwelle / Sohlschwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1904.3.3.5 Offenes Deckwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1904.3.4 Hydraulische Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1914.3.4.1 Strömungsvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1914.3.4.2 Abflusszustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1914.3.4.3 Fließgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1924.3.4.4 Abfluss auf geschütteten Gleiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1944.3.4.5 Abfluss auf Störsteingleiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1954.3.4.6 Abfluss auf gegliederten Gleiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1964.3.4.7 Abfluss in Niedrigwasserrinnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1974.3.4.8 Energieumwandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1974.3.5 Konstruktive Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1974.3.5.1 Steingröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1984.3.5.2 Einbindung in das Gerinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1984.3.6 Bau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1994.3.6.1 Baustellenvorbereitung und -durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1994.3.6.2 Baumaterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1994.3.7 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1994.4 Überwachung und Sanierung von Wehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2004.4.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2004.4.2 Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2014.4.2.1 Bauwerksbeobachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2014.4.2.2 Bauwerkshauptprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2034.4.3 Rehalilitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2074.4.3.1 Teilsanierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2074.4.3.2 Vollständige Sanierung - Neubau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

5 Ausleitungsbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2175.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2175.2 Der geschiebeführende Fluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2175.2.1 Der geschiebeführende Fluss im Längsschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2175.2.1.1 Die qualitative Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2215.2.1.2 Anhaltspunkte für die Beurteilung eines Flusses bzw. Flussabschnittes . . . . 2215.2.2 Der geschiebeführende Fluss im Grundriss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2225.3 Der geschiebeführende Fluss mit Entnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2285.3.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2285.3.2 Entnahme ohne Aufstau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2295.3.3 Entnahme mit Aufstau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2315.3.4 Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2325.4 Gestaltung einer Entnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2325.4.1 Zweck der Entnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2325.4.1.1 Entnahme zu Trinkwasserzwecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2335.4.1.2 Entnahme zu Bewässerungszwecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2335.4.1.3 Entnahme zur Wasserkraftgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2335.4.1.4 Entnahme von Kühlwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2345.4.1.5 Entnahme von Prozesswasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2345.4.1.6 Entnahme zur Grundwasseranreicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2345.4.1.7 Ausleitung von Hochwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2345.4.1.8 Abzweigung eines Schifffahrtskanals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2345.4.2 Entnahmewassermenge und Feststofftransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

VII

Inhaltsverzeichnis

5.5 Form und Art der Entnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2365.5.1 Grundsätzliches, Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2365.5.2 Die Seitenentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2375.5.2.1 Hydraulik der Seitenentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2375.5.2.2 Die Bedeutung von Sekundärströmungen für die Seitenentnahme . . . . . . . . . . . . . 2425.5.2.3 Seitenentnahme mit Geschiebeabweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2485.5.2.4 Seitenentnahme mit Geschiebeabzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2525.5.2.5 Zusammenfassende Beurteilung der Seitenentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2545.5.3 Die Stirnentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2555.5.3.1 Hydraulik der Stirnentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2555.5.3.2 Konstruktive Gestaltung der Stirnentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2585.5.3.3 Der Sonderfall der Pfeilerentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2585.5.4 Die Sohlentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2595.5.4.1 Hydraulik der Sohlentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2595.5.4.2 Konstruktive Gestaltung der Sohlentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2645.5.5 Die Saugentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2665.5.5.1 Hydraulik der Saugentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2665.5.5.2 Konstruktive Gestaltung der Saugentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2685.A Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

6 Wasserkraftniederdruckanlagen, Kraftwerk und Stauraum, Kleinwasserkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

6.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2756.1.1 Energiewirtschaftliche Situation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2756.1.2 Potentiale der Wasserkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2786.1.3 Energiewirtschaftlicher Überblick für Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2796.2 Rahmenplanung von Wasserkraftniederdruckanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2806.2.1 Vorstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2816.2.1.1 Wasserwirtschaftliche Gegebenheiten – Mehrzweckanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2816.2.2 Vorschriften und Gesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2876.2.2.1 UVP-Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2886.2.2.2 Naturschutzgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2906.2.2.3 Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2906.2.3 Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2906.2.3.1 Energieerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2916.2.3.2 Ausgleichsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2926.2.3.3 Baukosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2936.2.4 Planungsgrundlagen und Beweissicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2946.2.4.1 Grundwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2946.2.4.2 Flora und Fauna – Ökobilanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2956.2.4.3 Gewässergüte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2966.2.4.4 Gewässermorphologie – Feststofftransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2976.2.4.5 Geologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2976.3 Planung der Kraftwerksanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2976.3.1 Kraftwerksanordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2976.3.1.1 Flusskraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2976.3.1.2 Ausleitungskraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2986.3.2 Kraftwerkstypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2996.3.2.1 Entwicklung zum Pfeilerkraftwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3006.3.2.2 Konstruktion und Statik der Pfeilerkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3036.3.2.3 Überströmbare Bauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3046.3.3 Maschinelle und elektrische Einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3056.3.3.1 Turbinentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3056.3.3.2 Stauregelung und Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3086.3.3.3 Elektrische Einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.3.4 Wehranlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.3.5 Rechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.3.5.1 Rechenauslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.3.5.2 Rechenreinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3106.3.5.3 Rechengutentsorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3106.3.6 Montageplatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

Inhaltsverzeichnis

VIII

6.4 Stauraum und beeinflusste Gewässerstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3116.4.1 Gewässerdurchgängigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3116.4.1.1 Technische Fischaufstiegsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3116.4.1.2 Naturnahe Fischaufstiegsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3156.4.2 Stauraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3166.4.3 Stauhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3166.4.3.1 Hochwasserschutz, Hochwasserdämme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3176.4.3.2 Stauhaltungsdämme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3186.4.3.3 Uferschutz und Böschungssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3206.4.4 Staugebietsentwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.4.4.1 Sickergräben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.4.4.2 Sickerleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.4.4.3 Binnengewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3236.4.4.4 Pumpwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3246.4.5 Stauraumbewirtschaftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3246.4.5.1 Landschaftsgestaltung im Stauraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3246.4.5.2 Flussdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3266.4.5.3 Flussüberleitung am Beispiel KW Perach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3276.4.5.4 Ersatzfließgewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3286.4.5.5 Unterwassereintiefung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3296.4.5.6 Schwellbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3306.4.5.7 Ausgleichsspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3306.4.6 Feststoffbewirtschaftung in Stauräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3316.4.6.1 Indirekte Feststoffbewirtschaftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3316.4.6.2 Direkte Feststoffbewirtschaftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3316.4.7 Mindestwasserabfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3356.4.7.1 Untersuchungen zur ökologischen Gerrinnequalität und der

Mindestwasserfestlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3356.5 Bau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3396.5.1 Bauumleitungsgerinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3406.5.2 Bauablaufplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3416.5.3 Baugrube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3446.5.4 Einstau und Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3456.6 Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3476.6.1 Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3476.6.1.1 Bauwerkskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3476.6.1.2 Sicherheitsbericht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3486.6.2 Natur und Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3486.6.2.1 Gewässerpflegeplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.6.2.2 Wassergefährdende Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.6.2.3 Hochwassernachrichtendienst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.6.3 Eis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.7 Sanierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3496.7.1 Kraftwerkskanal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3506.7.2 Sanierung einer Turbinenanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3526.8 Kleinwasserkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3536.8.1 Turbinentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3546.8.1.1 Kaplanrohrturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3546.8.1.2 Kegelradrohrturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3566.8.1.3 Tauchgeneratorturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3596.9 Schluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

7 Binnenverkehrswasserbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3637.1 Binnenschifffahrt und Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3637.1.1 Die Binnenschiffsflotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3637.1.2 Das Wasserstraßennetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3657.1.3 Beeinflussung der Umwelt durch die Binnenschifffahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3657.2 Binnenschifffahrtskanäle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3657.2.1 Kanäle im Grundriss und Längsschnitt – Gesichtspunkte zur Trassierung . . . . . . . 3657.2.2 Geraden und Krümmungen – Kurvenverbreiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3677.2.3 Fahrdynamik im Schifffahrtskanal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3717.2.4 Aufgaben und Ausbildung von Dichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3777.2.4.1 Anforderungen an Kanaldichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3777.2.4.2 Natürliche Erdstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

IX

Inhaltsverzeichnis

7.2.4.3 Dichtungen mit hydraulischen Bindemitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3787.2.4.4 Dichtungen aus bitumengebundenen Dichtungsmaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3797.2.4.5 Kunststoffdichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3807.2.4.6 Vorgefertigte Dichtungsbahnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3807.2.5 Ausbildung von Deckwerken auf Sohle und Böschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.2.5.1 Aufgaben und Beanspruchung einer Sohlschutzschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.2.5.2 Aufgaben und Beanspruchung eines Deckwerkes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.2.5.3 Bauweisen von Deckwerken und Standsicherheitsfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3827.2.5.4 Querschnittserweiterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3847.2.6 Kanalbauwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3877.3 Schiffbare Flüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3897.3.1 Besonderheiten der Flussschifffahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3897.3.2 Flussschifffahrt und Fahrdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3897.3.3 Möglichkeiten durch Stauregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3917.3.4 Bauwerke einer Staustufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3917.4 Schleusen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3927.4.1 Aufgaben, Arten und Abmessungen von Schleusen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3927.4.2 Bau und Funktion einer Kammerschleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3937.4.2.1 Ablauf einer Kreuzungsschleusung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3937.4.2.2 Kammerschleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3937.4.2.3 Ausbildung des Kammerquerschnittes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3947.4.2.4 Schleusenhäupter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3977.4.2.5 Betriebseinrichtungen einer Schleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3997.4.3 Hydromechanik des Füllens und Leerens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4077.4.4 Bau und Betrieb einer Sparschleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4107.4.4.1 Querschnitt durch eine Sparschleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4107.4.4.2 Hydromechanische Besonderheiten beim Betrieb von Sparschleusen . . . . . . . . . . 4117.5 Schiffshebewerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4137.5.1 Arten, Abmessungen, Vor- und Nachteile gegenüber Schleusen . . . . . . . . . . . . . . 4137.5.2 Senkrecht fördernde Schiffshebewerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4137.5.2.1 Das Gegengewichtshebewerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4137.5.2.2 Das Schwimmerhebewerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4157.5.3 Geneigte Ebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4157.5.3.1 Die längsgeneigte Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4157.5.3.2 Die quergeneigte Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4167.5.3.3 Der Wasserkeil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4177.6 Vorhäfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4177.7 Binnenhäfen und Umschlagstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4197.7.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4197.7.2 Binnenhäfen und Umschlagstellen im Grundriss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4197.7.3 Flusshäfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4207.7.4 Ausrüstung von Binnenhäfen und Umschlagstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4217.7.4.1 Kräne und Flurfördergeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4217.7.4.2 Hallen und Freilager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4217.7.4.3 Gleise und Straßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4237.7.5 Querschnittsgestaltung der Kaianlagen im Binnenhafen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4247.8 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

Inhaltsverzeichnis

X