Alternative Ufersicherungen - Gemeinsamer Forschungsschwerpunkt für BfG und BAW

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1 Alternative Ufersicherungen - Gemeinsamer Forschungsschwerpunkt für BfG und BAW Petra Fleischer, BAW Karlsruhe - Veranlassung - Zielstellung - Inhalte, Aktivitäten - Erste Ergebnisse Kolloquium Alternative technisch-biologische Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen Wirkungsweise, Belastbarkeit, Anwendungsmöglichkeiten

2 Technische Ufersicherungen Alternative Ufersicherungen Geotechnik Erdbau und Uferschutz Petra Fleischer Seite 2

3 Technische Ufersicherungen Berechnungsgrundlagen Merkblätter MAR - Regelbauweisen MAK - Kornfilter MAG - Geotextil MAV - Verguss Richtlinien TLW - Technische Lieferbed. WBSt DIN EN Wasserbausteine GBB (BAW-Mitt. Nr. 87) - Bemessung Böschungssicherungen Erfahrungen Forschungsprojekt - Bestandsaufnahme Deckwerke Alternative Ufersicherungen Geotechnik Erdbau und Uferschutz Petra Fleischer Seite 3

4 Technische Ufersicherungen Berechnungsgrundlagen Merkblätter MAR - Regelbauweisen MAK - Kornfilter MAG - Geotextil MAV - Verguss Richtlinien TLW - Technische Lieferbed. WBSt DIN EN Wasserbausteine GBB (BAW-Mitt. Nr. 87) - Bemessung Böschungssicherungen Erfahrungen Forschungsprojekt - Bestandsaufnahme Deckwerke Europäische Regelung Europäische Wasserrahmen- Richtlinie (2000) Nationale gesetzliche Regelungen WaStrG Wasserstraßengesetz (2010) WHG Wasserhaushaltsgesetz (2010) BNatSchG Bundesnaturschutzg. (2010) Alternative Ufersicherungen Geotechnik Erdbau und Uferschutz Petra Fleischer Seite 4

5 Technische Ufersicherungen Forschungsbedarf Naturnahe Ufersicherungen? Europäische Regelung Europäische Wasserrahmen- Richtlinie (2000) Nationale gesetzliche Regelungen WaStrG Wasserstraßengesetz (2010) WHG Wasserhaushaltsgesetz (2010) BNatSchG Bundesnaturschutzg. (2010) Alternative Ufersicherungen Geotechnik Erdbau und Uferschutz Petra Fleischer Seite 5

6 Technische Ufersicherung Pflanzliche Ufersicherung Standsicherheit/ Erosionssicherheit der Ufer?? Seite 6

7 Kleine Fließgewässer/ Gewässer ohne Schifffahrt In der Regel flache Böschungen Keine hydraulischen Belastungen durch Schiffswellen, Wasserspiegelabsunk und schiffsinduzierte Strömung Ggf. Belastung erst bei Hochwasser Belastung durch strömendes Wasser - Oberflächenerosion (Strömungsgeschwindigkeiten, Schubspannungen) Viel Erfahrungen und Grenzwerte Seite 7

8 Grenzwerte hinsichtlich Oberflächenerosion? 5. Alternative naturnahe UfersicherungenSeite 8

9 Wasserstraßen mit Schifffahrtsbelastung Häufig steile Böschungen (1:3, auch 1:2) Sofortige Belastung der Ufersicherung nach Einbau Hydraulische Belastungen durch Schifffahrt Zum Teil (in Flüssen) zusätzlich Belastung durch Hochwasser (Strömungsgeschwindigkeiten, Schubspannungen) - Wasserspiegelabsunk - Rückströmung - Heckquerwelle - Wiederauffüllungsströmung Seite 9

10 Wasserstraßen mit Schifffahrtsbelastung Häufig steile Böschungen (1:3, auch 1:2) Sofortige Belastung der Ufersicherung nach Einbau Hydraulische Belastungen durch Schifffahrt Zum Teil (in Flüssen) zusätzlich Belastung durch Hochwasser (Strömungsgeschwindigkeiten, Schubspannungen) Sehr wenig Erfahrungen, keine Grenzwerte - Wasserspiegelabsunk - Rückströmung - Heckquerwelle - Wiederauffüllungsströmung Oberflächenerosion Standsicherheit der Uferböschung Seite 10

11 Geotechnische Standsicherheit der Uferböschung MW F HSW G Q U d krit C (A) β Porenwasserüberdruck infolge Absunk Ausreichendes Flächengewicht Wasserbausteine Filter (Geotextil, Kornfilter) (Boden) Seite 11

12 Geotechnische Standsicherheit der Uferböschung MW F HSW G Q U d krit C (A) β Porenwasserüberdruck infolge Absunk Ausreichendes Flächengewicht Wasserbausteine Filter (Geotextil, Kornfilter) (Boden) Seite 12

13 Geotechnische Standsicherheit der Uferböschung MW F HSW G Q U d krit C (A) β Porenwasserüberdruck infolge Absunk Ausreichendes Flächengewicht Wasserbausteine Filter (Geotextil, Kornfilter) (Boden) Seite 13

14 Uferstabilität und Erosionssicherheit durch pflanzliche Komponenten? Welche Absunkgrößen, welche Strömungsgeschwindigkeiten infolge Schifffahrt sind aufnehmbar? Seite 14

15 Uferstabilität und Erosionssicherheit durch pflanzliche Komponenten? Welche Absunkgrößen, welche Strömungsgeschwindigkeiten infolge Schifffahrt sind aufnehmbar? Oberflächenschutz? Erosionsstabilität? Veränderung der Bodeneigenschaften? Veränderung der Durchlässigkeit? Wurzelkohäsion? Dübelwirkung? Seite 15

16 Forschungsprojekt der BAW und BfG Alternative technisch-biologische Ufersicherungen - Untersuchungen zur Quantifizierung ihrer Belastbarkeit und Möglichkeiten ihrer Anwendung an Binnenwasserstraßen Erdbau und Uferschutz (G4) (Federführung) Vegetationskunde, Landschaftspflege (U3) Schiff/ Wasserstraße Naturuntersuchungen (W4) Tierökologie (U4) Technische Fragestellungen Biologische/ ökologische Fragestellungen Seite 16

17 Zielstellung TECHNISCH-BIOLOGISCHE UFERSICHERUNGEN Anwendungsgrenzen Technisch-biologische Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen Grundlagen/ Empfehlungen Bauweisen Belastbarkeit Dauerhaftigkeit Unterhaltung Randbedingungen der Anwendung Ausführungshinweise Seite 17

18 Zielstellung TECHNISCH-BIOLOGISCHE UFERSICHERUNGEN Anwendungsgrenzen Technisch-biologische Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen Grundlagen/ Empfehlungen Bauweisen Belastbarkeit Dauerhaftigkeit Unterhaltung Randbedingungen der Anwendung Ausführungshinweise Kennblätter Kennblätter Kennblätter Merkblatt Seite 18

19 rein technisch Technisch-biologische Ufersicherungen Seite 19

20 Einflussgrößen auf alternative Ufersicherungen Hydraulische Belastungen aus Schifffahrt (z.b. Wellenhöhen) Ufergeometrie (z.b. Böschungsneigung) Baugrundverhältnisse (z.b. anstehende Böden) Unterhaltung (z.b. Gehölzrückschnitt) Hydraulische Belastungen aus natürlicher Strömung (z.b. Schubspannungen) Alternative technisch-biologische Ufersicherung Anthropogene Einflüsse (z.b. Vandalismus) Lichtverhältnisse (z.b. Nord-/ Südufer) Wasserstände in der Wasserstraße (z.b. Überflutungszeiten) Witterungsverhältnisse (z.b. Niederschlagshäufigkeit) Seite 20

21 Alternative technisch-biologische Ufersicherungen Vorgehensweise/ Bearbeitungsschritte Bestand/ Erfahrungen Theorie/ Versuche Literaturrecherche WSV-Umfrage Laborversuche Detailuntersuchungen in ausgewählten Abschnitten Theoretische Betrachtungen Anwendungen Anwendungen im Rahmen von WSV-Aufträgen Neue Versuchsstrecken Einrichten/ Monitoring Seite 21

22 Bestehende Strecken mit alternativen Ufersicherungen in der WSV Ergebnis einer Umfrage 2005: Anzahl: ca. 160 Gesamtlänge: ca. 160 km Seite 22

23 Bestehende Strecken mit alternativen Ufersicherungen in der WSV Ergebnis einer Umfrage 2005: Anzahl: ca. 160 Gesamtlänge: ca. 160 km Kanal T-Profil Kanal RT-Profil Kanal R-Profil 3 / 1,4 % 3 / 1,4 % Kanäle ca. 3 % Flüsse ca. 97 % Ufergeometrie Fluss/See Böschung Fluss/See Steilufer 37 / 17,9 % 86 / 41,5 % Fluss/See Flachufer 54 / 26,1 % Fluss/See Flachwasserzone 24 / 11,6 % Fluss/See sonstiges Anzahl [-] / Anteil [%] Seite 23

24 Erhaltungszustand Erhaltungszustand Schäden, Schäden, Abbrüche, Abbrüche, Umlagerungen, Umlagerungen, Geometrie Geometrie Böschungsneigung, Böschungsneigung, Wassertiefe, Wassertiefe, Freibord, Freibord, Besonderheiten, Besonderheiten, Geotechnische Geotechnische Randbedingungen Randbedingungen Bodenart, Bodenart, Lagerungsdichte, Lagerungsdichte, Konsistenz, Konsistenz, Grundwasser, Grundwasser, Detailuntersuchungen in ausgewählten Strecken Seite 24

25 Erhaltungszustand Erhaltungszustand Schäden, Schäden, Abbrüche, Abbrüche, Umlagerungen, Umlagerungen, Geometrie Geometrie Böschungsneigung, Böschungsneigung, Wassertiefe, Wassertiefe, Freibord, Freibord, Besonderheiten, Besonderheiten, Geotechnische Geotechnische Randbedingungen Randbedingungen Bodenart, Bodenart, Lagerungsdichte, Lagerungsdichte, Konsistenz, Konsistenz, Grundwasser, Grundwasser, Detailuntersuchungen in ausgewählten Strecken Hydrologische Hydrologische Randbedingungen Randbedingungen Wasserstände, Wasserstände, Hochwasser Hochwasser Seite 25

26 Erhaltungszustand Erhaltungszustand Schäden, Schäden, Abbrüche, Abbrüche, Umlagerungen, Umlagerungen, Geometrie Geometrie Böschungsneigung, Böschungsneigung, Wassertiefe, Wassertiefe, Freibord, Freibord, Besonderheiten, Besonderheiten, Geotechnische Geotechnische Randbedingungen Randbedingungen Bodenart, Bodenart, Lagerungsdichte, Lagerungsdichte, Konsistenz, Konsistenz, Grundwasser, Grundwasser, Detailuntersuchungen in ausgewählten Strecken Hydrologische Hydrologische Randbedingungen Randbedingungen Wasserstände, Wasserstände, Hochwasser Hochwasser Schiffsbelastung Schiffsbelastung Anzahl Anzahl der der Schiffe, Schiffe, Geschwindigkeit, Geschwindigkeit, Abstand Abstand vom vom Ufer, Ufer, Hydraulische Hydraulische Einwirkungen Einwirkungen Wellenhöhen, Wellenhöhen, Absunk, Absunk, Strömungsgeschwindigkeiten, Seite 26

27 Erhaltungszustand Erhaltungszustand Schäden, Schäden, Abbrüche, Abbrüche, Umlagerungen, Umlagerungen, Geometrie Geometrie Böschungsneigung, Böschungsneigung, Wassertiefe, Wassertiefe, Freibord, Freibord, Besonderheiten, Besonderheiten, Geotechnische Geotechnische Randbedingungen Randbedingungen Bodenart, Bodenart, Lagerungsdichte, Lagerungsdichte, Konsistenz, Konsistenz, Grundwasser, Grundwasser, Detailuntersuchungen in ausgewählten Strecken Hydrologische Hydrologische Randbedingungen Randbedingungen Wasserstände, Wasserstände, Hochwasser Hochwasser Schiffsbelastung Schiffsbelastung Anzahl Anzahl der der Schiffe, Schiffe, Geschwindigkeit, Geschwindigkeit, Abstand Abstand vom vom Ufer, Ufer, Hydraulische Hydraulische Einwirkungen Einwirkungen Wellenhöhen, Wellenhöhen, Absunk, Absunk, Strömungsgeschwindigkeiten, Vegetation Vegetation Pflanzenarten, Pflanzenarten, -vielfalt, -vielfalt, Zustand, Zustand, Fauna Fauna Tierarten, Tierarten, -vielfalt, -vielfalt, Seite 27

28 Ausgewählte Versuchsstrecken für Detailuntersuchungen Begrüntes Ufer 1988/89 Vegetationsmatten 1993 Weser MLK UHW Uferentsteinung 2004 Rhein KRT-Profil + Initialpflanzung Seite 28

29 Ausgewählte Versuchsstrecken für Detailuntersuchungen Begrüntes Ufer 1988/89 Vegetationsmatten 1993 Weser MLK UHW Uferentsteinung 2004 Rhein KRT-Profil + Initialpflanzung Seite 29

30 Ausgewählte Versuchsstrecken für Detailuntersuchungen Begrüntes Ufer 1988/89 Vegetationsmatten 1993 Vortrag Herr Meyer Weser MLK UHW Uferentsteinung 2004 Vortrag Herr Dr. Armbruster 1993 Rhein KRT-Profil + Initialpflanzung 1989 Seite 30

31 Kennblatt: Weser (Begrünte Ufer) Kennblatt: Weser (Begrünte Ufer) Seite 31

32 (5) Ufergeometrie (6) Baugrund (7) Schifffahrt (8) Hydraulische Belastungen (9) Tierökologische Bewertung Kennblatt: Weser (Begrünte Ufer) Kennblatt: Weser (Begrünte Ufer) Seite 32 (1) Ufersicherungsarten und ihre Bewertung hinsichtlich Pflanzerfolg, Erosionsschutz, Naturschutz

33 (5) Ufergeometrie (6) Baugrund (7) Schifffahrt (8) Hydraulische Belastungen (9) Tierökologische Bewertung Kennblatt: Weser (Begrünte Ufer) Kennblatt: Weser (Begrünte Ufer) Seite 33 (1) Ufersicherungsarten und ihre Bewertung hinsichtlich Pflanzerfolg, Erosionsschutz, Naturschutz

34 Alternative technisch-biologische Ufersicherungen Vorgehensweise/ Bearbeitungsschritte Bestand/ Erfahrungen Theorie/ Versuche Literaturrecherche WSV-Umfrage Laborversuche Detailuntersuchungen in ausgewählten Abschnitten Theoretische Betrachtungen Anwendungen Anwendungen im Rahmen von WSV-Aufträgen Neue Versuchsstrecken Einrichten/ Monitoring Seite 34

35 Vortrag Frau Eisenmann Labor- und Modellversuche Labor- und Modellversuche Belastbarkeit Durchlässigkeit Scherfestigkeit Veränderung der Bodeneigenschaften? Wurzelkohäsion? Veränderung der Durchlässigkeit? Dübelwirkung? Erosionsstabilität? Seite 35

36 Alternative technisch-biologische Ufersicherungen Vorgehensweise/ Bearbeitungsschritte Bestand/ Erfahrungen Theorie/ Versuche Literaturrecherche WSV-Umfrage Laborversuche Detailuntersuchungen in ausgewählten Abschnitten Theoretische Betrachtungen Anwendungen Anwendungen im Rahmen von WSV-Aufträgen Neue Versuchsstrecken Einrichten/ Monitoring Seite 36

37 Relativ hohe hydraulische Belastungen infolge Schifffahrt und Hochwasser Versuchsstrecke Naturversuch 2011: Rhein-km 440,6 bis km 441,6 rechtes Ufer (BAW, BfG, WSA Mannheim) Seite 37

38 Istzustand Rhein-km , rechtes Ufer (Einmaß 2009) Ziel: Ermittlung der Belastbarkeit und Anwendungsmöglichkeiten verschiedener alternativer Ufersicherungsarten in einem Naturversuch (Übertragbarkeit auf andere Wasserstraßenabschnitte) Höhe [mnn] MII/ HSWII MI/ HSWI GLW Naturversuch 2011: Rhein-km 440,6 bis km 441,6 rechtes Ufer Rechtsw ert [m] Seite 38

39 Istzustand Rhein-km , rechtes Ufer (Einmaß 2009) Ziel: Ermittlung der Belastbarkeit und Anwendungsmöglichkeiten verschiedener alternativer Ufersicherungsarten in einem Naturversuch (Übertragbarkeit auf andere Wasserstraßenabschnitte) Höhe [mnn] MII/ HSWII MI/ HSWI GLW Naturversuch 2011: Rhein-km 440,6 bis km 441,6 rechtes Ufer Rechtsw ert [m] Seite 39

40 Testen von verschiedenen alternativen Ufersicherungsarten Steckhölzer Spreitlagen Röhrichtgabionen Begrünte Böschungsschutzmatten Kammerdeckwerke Vortrag Herr Hannig Seite 40

41 Ergebnisse Internetportal Alternative Ufersicherungen Projekt Initiatoren Kontakt Ergebnisse Seite 41

42 Ergebnisse Internetportal Alternative Ufersicherungen Projekt Initiatoren Kontakt Ergebnisberichte Ergebnisse Kurzinformationen Empfehlungen Veröffentlichungen Vorträge Seite 42

43 Ergebnisse Internetportal Alternative Ufersicherungen Projekt Initiatoren Kontakt Ergebnisberichte Ergebnisse Kurzinformationen Empfehlungen Veröffentlichungen Vorträge Erfahrungsaustausch - DWA - Ausschuss WW 1.5/ PIANC - Ausschuss InCom WG 128 Vortrag Herr Dr. Söhngen/ Herr Stowasser Seite 43

44 Resümee Technisch-biologische Ufersicherungen an Bundeswasserstraßen anwendbar Einsatz abhängig von vorhandenen Randbedingungen, insbesondere von hydraulischen Belastungen Praktische Erfahrungen, Modell- und Naturversuche sowie theoretische Überlegungen erforderlich Sukzessiv Bereitstellung von Empfehlungen für die Anwendung alternativer Ufersicherungsmaßnahmen Langfristig: Merkblatt/ Bemessungsgrundlagen Seite 44

45 Seite 45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Petra Fleischer, Referat Erdbau und Uferschutz Telefon: 0721/