Ökologische Optimierung von Buhnen. Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Untersuchungen in einem hydraulischen Modell.

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Werner Fürst
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2 Die Aufgabe: Ökologische Optimierung von Buhnen. Die Idee: Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Die Überprüfung: Untersuchungen in einem hydraulischen Modell. Was wäre wenn..: Parameterstudien in einem 2D-HN Modell. Die Umsetzung: Bau von 4 Knickbuhnen vom WSA Magdeburg. Wie weiter: Naturuntersuchungen und offene Fragen.

3 Heutige Anforderungen an Buhnen und Buhnenfelder Anforderungen an Buhnen und Buhnenfelder bis Anfang des 20. Jahrhunderts - Geschiebeentzug durch Verlandung der Buhnenfelder, gewünschte Eintiefungen in der Strommitte Flächengewinn (Landwirtschaft) Ökologische Ersatzfunktion für verlorengegangene Auenflächen Hydraulische Wirkung, Einschnürung der Breite mit Tiefengewinn Uferschutz Sedimentgewinn, (Baustoffindustrie) Deichschutz Verlandete Buhnenfelder Minimierung der Unterhaltung, Dauerhaftigkeit der Bauwerke und Verlandung der Uferbereiche

4 Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Magdeburg an die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) und die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Ökologische Optimierung von Buhnen in der Elbe BfG: Dr. Andreas Anlauf BAW: Dipl.-Ing. Bernd Hentschel

5 Ökologische Optimierung von Buhnen in der Elbe Ökologische Anforderungen an die Buhnenfelder: Hohe Heterogenität und Dynamik Konkret: Ein nach Zeit und Ort variables Mosaik an Strukturen, Formen und Substratverteilungen.

6 Ökologische Optimierung von Buhnen in der Elbe Für die BAW: Umsetzung der ökologischen Anforderungen unter Beachtung der - hydraulischen Funktion, - Wirksamkeit für die Schifffahrt, - Kosten bei Bau und Unterhaltung, - Beibehaltung der Streichlinie (kein Ausbau), - Hochwasserneutralität, - lokalen Besonderheiten.

7 Die Aufgabe: Ökologische Optimierung von Buhnen. Das Konzept: Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Die Überprüfung: Untersuchungen in einem hydraulischen Modell. Was wäre wenn..: Parameterstudien in einem 2D-HN Modell. Die Umsetzung: Bau von 4 Knickbuhnen vom WSA Magdeburg. Wie weiter: Naturuntersuchungen und offene Fragen.

8 Buhnenwirkung: Prinzipskizze Deklinante Buhne Schlechter Uferschutz Geringe Verlandung Orthogonale Buhne Mittlerer Uferschutz Mäßige Verlandung Theoretische Vorüberlegungen und Sichtung historischer Bauformen Inklinante Buhne Guter Uferschutz Hohe Verlandung

9 Buhnenuntersuchungen: Voruntersuchungen im im aerodynamischen Modell (MdL = 1 :: 300) V1, 90 Inklinate und Knick-Buhnen V0, 72 V2, +/-72 V0, 72 Inklinate und orthogonale Buhnen

10 Bereich mit geringer Geschwindigkeit Prinzip der Knickbuhne Nicht überströmte Buhnen

11 Bereich mit hoher Geschwindigkeit Prinzip der Knickbuhne Überströmte Buhnen

12 Bereich mit geringer Geschwindigkeit Bereich mit hoher Geschwindigkeit Prinzip der Knickbuhne Nicht überströmte Buhnen Überströmte Buhnen

13 Die Aufgabe: Ökologische Optimierung von Buhnen. Die Idee: Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Die Überprüfung: Untersuchungen in einem hydraulischen Modell. Was wäre wenn..: Parameterstudien in einem 2D-HN Modell. Die Umsetzung: Bau von 4 Knickbuhnen vom WSA Magdeburg. Wie weiter: Naturuntersuchungen und offene Fragen.

Modellaufbau Maßstab 1 :: 30 30 (Halbmodell) Geometrie schematisiert

14 Modellaufbau Maßstab 1 :: (Halbmodell) Geometrie schematisiert (Elbe- km 440, linkes Flußufer) Länge ca. 800 m (Natur), bzw m (Modell)

15 PTV Geschwindigkeitsmessungen im physikalischen Modell

16 Fließstrukturen bei Mittelwasser (Knickbuhnen / V1) Fließrichtung Wirbelablösungen in der Scherschicht Primär Wirbel Sekundär Wirbel Gezielte Strömungslenkung durch den Knick Tertiärwirbel

17 Fließstrukturen bei Mittelwasser (Knickbuhnen / V1) Fließrichtung Wirbelablösungen in der Scherschicht Primär Wirbel Sekundär Wirbel Konzentrierte Energieumwandlung durch 90 Umlenkung Tertiärwirbel

18 Fließstrukturen bei Mittelwasser (Knickbuhnen / V1) Fließrichtung Wirbelablösungen in der Scherschicht Primär Wirbel Sekundär Wirbel Gezielte Strömungslenkung durch den Knick Konzentrierte Energieumwandlung durch 90 Umlenkung Tertiärwirbel

19 Die Aufgabe: Ökologische Optimierung von Buhnen. Die Idee: Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Die Überprüfung: Untersuchungen in einem hydraulischen Modell. Was wäre wenn..: Parameterstudien in einem 2D-HN Modell. Die Umsetzung: Bau von 4 Knickbuhnen vom WSA Magdeburg. Wie weiter: Naturuntersuchungen und offene Fragen.

20 Numerisches 2D-Modell Berechnungsgitter Bathymetrie (Geometrie)

21 Untersuchung zu doppelseitig angeordneten Knickbuhnen Untersuchung zu über einen sehr langen Bereich (6 km) angeordnete Knickbuhnen Untersuchungen im numerischen Modell

22 Die Aufgabe: Ökologische Optimierung von Buhnen. Die Idee: Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Die Überprüfung: Untersuchungen in einem hydraulischen Modell. Was wäre wenn..: Parameterstudien in einem 2D-HN Modell. Die Umsetzung: Bau von 4 Knickbuhnen vom WSA Magdeburg. Wie weiter: Naturuntersuchungen und offene Fragen.

23 Lage des Untersuchungsgebiets UG Schönberg (Elbe km 439,8-441,2) 2 Buhnen mit definierten Absenkungen, 4 Knickbuhnen und 3 Referenzbuhnen UG Schönberg (Elbe km 439,8-441,2)

24 Neubau des Buhnenkopfes Neubau einer Knickbuhne bei Schönberg (Januar 2001)

25 Naturuntersuchungen Ökologie: Fauna und Flora Makrozoobenthos

Naturuntersuchungen: Geometrie Strömung Substrat 100 90 80 70 60 50 40 30 n Elbe, 106-107 / SchoenbergPhase2, Trockensiebung /06.

26 Naturuntersuchungen: Geometrie Strömung Substrat n Elbe, / SchoenbergPhase2, Trockensiebung / S c h l u f f S a n d K i e s Fein Mittel Grob Fein Mittel Grob Fein M ittel Grob (nass) (nass) (nass) (nass) berechnete Sieblinie V0, MQ Steine ,002 0,0063 0,02 0,063 0,2 0,63 2,0 6, K o rnd urchm e sse r ( mm)

27 Die Aufgabe: Ökologische Optimierung von Buhnen. Die Idee: Entwicklung von Knickbuhnen in eine AD-Modell. Die Überprüfung: Untersuchungen in einem hydraulischen Modell. Was wäre wenn..: Parameterstudien in einem 2D-HN Modell. Die Umsetzung: Bau von 4 Knickbuhnen vom WSA Magdeburg. Wie weiter:

28 Naturuntersuchungen: Weiterführung der Messkampagnen bis 2005 Modelluntersuchungen: Begleitung der Naturuntersuchungen Vertiefte Untersuchungen Ausblick / Planungen: Energieumwandlung im Buhnenfeld, Buhnenkopfkolke Buhnenfeldausformung Beeinflussung der Sohlstruktur in der Fahrrinne in Abhängigkeit von Größe und Lage des Knicks

29 Zusammenfassung Zur Entwicklung einer optimierten Buhnenform wurden folgende Modelle eingesetzt: Aerodynamisches Modell: Voruntersuchungen Hydraulisches Modell: hydraulische Analysen Hydronumerisches 2D-Modell: Parameterstudien Naturuntersuchungen: Überprüfung

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