Hydraulisch-morphologische Untersuchungen am Niederrhein ... · Drs. Lege und Wenka Karlsruhe - 25. September 2003 ... 252 r en er A lt he in d 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5

BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau

Nutzung, Entwicklung und Erhaltung derWasserstraße Rhein

Hydraulisch-morphologischeUntersuchungen amNiederrhein mit 2D-HN undphysikalischen Modellen

Drs. Lege und Wenka

Karlsruhe - 25. September 2003

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Überblick

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Beispiele: Untersuchungsbreite und -geschwindigkeit

Mehrdimensionale Untersuchungsverfahren

2D-HN-Modellkette für den Niederrhein

2D-FTM „Wesel-Xanten“

Zusammenfassung

Überblick

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Emmerich

Griet-hausen

Sohlerosion (2,5cm/a) durch Geschiebedefizit

Erhöhung der Abladetiefen ⇒ Fahrrinnenvertiefung

Hochwasserschutz ⇔ stromnahe Nutzung

Landwirtschaft im Vorland

Rastplatz für Zugvögel

Grenzstrecke

Bodendenkmäler


Beispiel: Regelungsmaßnahmen am Niederrhein

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Emmerich

Griet-hausen

Vermeidung der SohlerosionGeschiebezugaben

Wesel (Rhein-km 814)Rees (Rhein-km 840)

Klassische StrombaumaßnahmenBuhnenumbauLeitwerkeSohlstabilisierungBaggerungen mit Wiederverklappung

VorlandmaßnahmenBanndeichrückverlegungVorlandtieferlegungSchleifen von QuerriegelnWiederanschluss und Neugestaltung von AltarmenBewuchsmanagement


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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • IlmenauBUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau

Emmerich

Pegel EmmerichRhein-km 852,0

Griet-hausen

IST-Zustand

Rhein-km858,0

Topografie mit Fahrrinne (GlW-3,10)

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Wirkung auf HWSP: -3 cm



Emmerich

Griet-hausen

PlanungszuständeKombination von Einzelmaßnahmen

Rhein-km858,0

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Rhein-km858,0

Kombination von EinzelmaßnahmenMaßnahme

Veränderung der HW-Spiegellagen am

Pegel Emmerich [cm]Sohlstab Lobith5 1Sohlstab Lobith4-5 2Sohlstab Lobith4 5Sohlstab Spijk4-5 0Sohlstab Spijk4 1Sohlstab Emm I 0Sohlstab Emm II4-5 1Sohlstab Emm II4 2Kette Sohlstab 1 1Kette Sohlstab 2 5Kette Sohlstab 3 3Kette Sohlstab 4 2Kette Sohlstab 5 3

Einzelwirkung auf Hochwasserstände



Emmerich

Griet-hausenNaturschutzHochwasserschutzSchifffahrtWeiteres

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Rhein-km858,0





MaßnahmeVeränderung der HW-

Spiegellagen am Pegel Emmerich [cm]

Schwellenbeseitigung RV 1Banndeichrückverlegung -2Vorlandtieferlegung -4Bahndammbeseitigung -2Tieferlegung HW-Sperrdamm 0Anbindung Altrheinarm -1Flutmulde Emm. Ward -6Mole Ölwerke Spyck 1Parallelwerk Emm. Ward -2Buhnenverl. Emm. Ward 2Initialbaggerung Emm. Ward 0



Emmerich

Griet-hausenNaturschutzHochwasserschutzSchifffahrtWeiteres

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Rhein-km858,0










Emmerich

Griet-hausen



Vorlandbewuchs ?Buhnentieferlegung NL ?Übernachtungshafen Spijk ?Verlegung Kalflack ?linksrheinische Flutmulde ?weitere Maßnahmen ?... ?... ?

NaturschutzHochwasserschutzSchifffahrtWeiteres

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Rhein-km858,0










Emmerich

Griet-hausen



Vorlandbewuchs ?Buhnentieferlegung NL ?Übernachtungshafen Spijk ?Verlegung Kalflack ?linksrheinische Flutmulde ?weitere Maßnahmen ?... ?... ?

NaturschutzHochwasserschutzSchifffahrtWeiteres

Komplexe Wechselwirkung der Einzelmaßnahmen

Stationäre Einzelwirkung nicht einfach aufaddierbar

Morphologische Aufgabenstellungen

Instationäre 2D-HN-Modelle

2D-Feststofftransportmodelle

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Beispiel: Hochwasseranalyse Obermörmter

Ausgangs-

zustand

Planungs-

zustand


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Beispiel: Hochwasseranalyse Obermörmter

Ausgangs-

zustand

Planungs-

zustand


Anfrage: Dez. 2002

Konkretisierung der Aufgabenstellung: Jan. 2003

Daten der geplanten Baumaßnahme: Feb. 2003

Ergebnisse: April 2003

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Mehrdimensionale Verfahren


2D-HN-Modelle

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Pegelhaus

Lippe

BOTTOM (mNN)21201918171615141312111098765

2D-HN-Modelle HydraulischeModelle

2D-FT-Modelle

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Pegelhaus

Lippe

BOTTOM (mNN)21201918171615141312111098765

2D-HN-Modelle HydraulischeModelle

Aerodynamisch-morphologischeModelle

2D-FT-Modelle

Hydraulisch-morphologischeModelle

Wechselseitige Ergänzung der Verfahren

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Wechselseitige Ergänzung der Verfahren


Kombination der (parametrisierten)Einzelwirkungen in 2D (instationären)numerischen Modellen

Voraussetzung: trianguliertes DGM

Anschauliche Präsentation

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2D-HN-Modelle


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Bestehende 2D-HN-Modelle


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Bestehende phys. und 2D-HN-Modelle


Emmerich-Lobith(849,0 bis 868,0)

Obermörmter-Vynen-Rees(829,7-840,0)

2D-FT-ModellWesel-Xanten(812,5 bis 821,5)

Duisburger Bögen I(777,0 bis 786,5)

Emmerich(849,0 bis 858,3)

Spijk (858,6 bis861,6)

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Zukünftige 2D-HN-Modelle


Emmerich-Lobith(849,0 bis 868,0)

Obermörmter-Vynen-Rees (829,7bis 840,0)


Duisburger Bögen I(777,0 bis 786,5)

Xanten-Rees(829,0 – 841,0)

Mahnenburg-Dornick(841,0 – 849,0)

Wesel-Xanten(808,5 bis 829,0)

Orsoyer Rheinbogen(791,5 – 808,5)

Duisburger Bögen II(786,5 bis 791,5)

Friemersheim-Hochfeld (769,0 – 777,0)

MündelheimerRheinbogen(758,5 – 769,0)

SteinerneBänke-Bockum(747,0 – 758,5)


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Pilotprojekt „Geschiebezugabe Wesel“


Zugabebereich I / Zugabebereich II

Tracer:42 600tQuarzporphyrRhein-km816,9 -817,9

Hauptmenge:202 700tBasanit7 300 tHartkalkstein Rhein-km814,2 -816,8

Bereich I Bereich II

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• Gebrochener Naturstein• Trockenrohdichte in [g/cm³] zwischen 2,3 und 2,8• Körnung gemäß Verteilungskurve• Abriebfestigkeiten

Materialanforderungen

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Projektgebiet „Geschiebezugabe Wesel“


Rhein-km 814.8 bis 815.15Klappfeld ca. 70m x 350m

Wesel, Rhein-km 812.5

Xanten, Rhein-km 821.5

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Anfangs- und Randbedingungen

Strömung:

Q = 2120 m3/sh821,5 = 14.24 mNN

Sedimenttransport:

- Geschiebefracht: ∆qb,inlet = 0 („equilibrium“ ⇒ zb = konst.)- Anfangswerte der Kornfraktionen in der Deckschicht gem. Tab.

Fraktion No. dM (mm) Kornanteil (%)

1: Sand

2: Fein-Kies

3: Mittel-Kies

4: Grob-Kies

1.3

5.9

23.3

50.0

20.5

18.1

44.5

16.9

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Zugabebedingungen

• SZugabe = 52480 m²• VZugabe = 10496 m³ 10496 m³•• TTZugabe = 20 d = 20 d

∆zb = 0.2 m 0.2 m• Sand : 2.5 %• Feinkies : 20 %• Mittelkies : 76 %• Grobkies : 1.5 %

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MW65 - Kornverteilung (20-30d)

Pegelhaus

Wes el-D

atteln-K anal

We sel-D

a tteln- K

ana l

Lippe

5101

Fl% %252rener Altrhe in

Fl%%25 2rener Altrhein

12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5dM (mm)

after 20 days

Pegelhaus

Wes el-D

atteln-K

analW

e sel-Da tteln

- Kana l

Lippe

5101

Fl% %252rener Altrhe in

Fl%%25 2rener Altrhein

12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5dM (mm)

after 30 days

Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K

analW

ese l-Da tteln

- Ka nal

Lippe

51 01

Fl% %252 rener Altrhe in

F l% %252rener Altrhein

12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5dM (mm)

after 30 days

Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K anal

Wese l-D

a tteln- Ka nal

Lippe

51 01



12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5dM (mm)

after 20 days

MW65 - dM der Deckschicht (20-30d)

Ohne Zugabe Mit Zugabe

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MW65 - Kornverteilung (20-30d)

MW65 - dM der Deckschicht (20-30d)


Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K

an alW

e se l-Da ttel n

- Ka na l

Lippe

51 01

Fl%%252rener Altrhein


12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5dM (mm)

after 30 days

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MW65 - Sohlenveränderung (20-30d)

Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K

analW

ese l-Da tteln

- Ka nal

Lippe

51 01



-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 -0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05DZb (m)

after 30 days

Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K

analW

ese l-Da tteln

- Ka nal

Lippe

51 01



-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 -0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05DZb (m)

after 20 days

Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K

analW

ese l-Da tteln

- Ka nal

Lippe

51 01

Fl%% 252rener Altrhein


-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 -0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05DZb (m)

after 20 days

Pegelhaus

Wes el- D

atte ln-K

analW

ese l-Da tteln

- Ka nal

Lippe

51 01

Fl%% 252rener Altrhein


-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 -0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05DZb (m)

after 30 days




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Ohne Zugabe Mit ZugabeBettverformung in [cm]

543210

-1-2-3-4-5


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Rees

Wesel

Verknüpfung von Projektgebieten

812.5

821.5

829.7840.4

Wesel-Xanten: 808.5 - 829.0

849.0

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Rees

Wesel


812.5

821.5

829.7840.4


Xanten-Rees: 829.0 - 841.0

849.0

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Rees

Wesel


812.5

821.5

829.7840.4


Xanten-Rees: 829.0 - 841.0

849.0

Mahnenburg-Dornick: 841.0 - 849.0

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Erstellung und Pflege 2D-Modellkette Niederrhein

Zahlreiche VariantenkombinationenBaumaßnahmen / SchifffahrtHW-VorhersageNaturschutz / LandeskulturDynamisches Sohlengleichgewicht

schnelle Reaktionszeit

Zeitschiene abhängig von Untersuchungsprioritätender WSV

Zusammenfassung

Danke für Ihre Aufmerksamkeit


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