Anlage 6 Hydraulischer Nachweis

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1 GENEHMIGUNGSPLANUNG Anlage 6 Hydraulischer Nachweis Aufgestellt: Polling, 25. August 2015 INGENIEURBÜRO KOKAI GMBH St.-Jakob-Str Polling

2 I N H A L T S V E R Z E I C H N I S 1 2 Bemessungsabfluss und Freibord... 3 Hydraulische Untersuchung und Bemessung des PLAN-Zustandes Schwemmholzrückhalt bei Fkm 0, Wellstahldurchlass bei Fkm 0, Schussgerinne bei Fkm 0, Schussgerinne bei Fkm 0, Schussgerinne bei Fkm 0,

3 1 Bemessungsabfluss und Freibord Das HQ 100 des Wamberger Grabens beträgt an der Mündung in die Kanker 11,0 m³/s und basiert auf einem Niederschlags-Abfluss-Modell (Integrale Studie vom Juli 2012). Die maßgebende Niederschlagsdauer beträgt 1,5 Stunden. Das Bemessungshochwasser setzt sich aus dem HQ % Klimaänderungszuschlag + 5% Geschiebezuschlag zu insgesamt 13,2 m³/s zusammen. Aufgrund der zahlreichen möglichen Verklausungsstellen im Einzugsgebiet des Wamberger Grabens und des hohen Schadenspotentials wurde ein Freibord von 0,75 m gewählt. 2 Hydraulische Untersuchung und Bemessung des PLAN-Zustandes Der IST-Zustand wurde in der Integralen Studie vom Juli d-hydraulisch untersucht und die einzelnen Schwachstellen aufgezeigt. Hier werden die Maßnahmen zur Verbesserung der Hochwassersicherheit an eben diesen Schwachstellen hydraulisch nachgewiesen. Die Berechnungen erfolgen hier mit Hilfe von empirischen Formeln (DuBuat, Manning-Strickler, Angerholzer, etc.). Auf eine zusätzliche 2dhydraulische Berechnung des PLAN-Zustand wird verzichtet. Die Annahmen in den Berechnungen nach empirischen Formeln liegen auf der sicheren Seite und es herrschen in den untersuchten Abschnitten weitgehend gleichförmige Abflussverhältnisse vor. Vor allem bei Wasserspiegelverkippungen liefert eine 2d-hydraulische Berechnung erfahrungsgemäß zu hohe Werte, so dass diese Methode hier keine Anwendung findet. 2.1 Schwemmholzrückhalt bei Fkm 0,450 Die maximale Höhe des Überfalls über dem Netz und über dem Rechen wird nach der empirischen Formel von DuBuat berechnet. Diese lautet wie folgt: h Ü = ( 3 2 Q 2 b ) μ 2 2g v0 2 2g mit Q = 13,2 m³/s µ = 0,55 b = 19,5 m v 0 = 0,3 m/s Die Überfallhöhe ergibt sich demnach zu h Ü = 0,55 m. Dieser Wert stellt sich lediglich bei einer vollständigen Verlegung von Netz und Rechen ein und stellt den beim Bemessungsabfluss maximalen Wasserspiegel dar

4 Ein Tosbecken wird aufgrund der unterhalb liegenden Konsolidierungssperre nicht geplant. Sohle und Böschungen des Wamberger Grabens werden unterhalb des Überfalls mit Wasserbausteinen gesichert. Die Länge eines denkbaren Tosbeckens kann nach der Gleichung von Angerholzer berechnet werden: L T ( v 2 g h ) H g h mit v = Anströmgeschwindigkeit = 0,3 m/s ΔH 1 = Absturzhöhe = 2,5 m (Netz) ΔH 2 = Absturzhöhe = 1,0 m (Rechen) h = Durchflusshöhe in der Abflusssektion = 0,55 m Die notwendigen Tosbeckenlängen ergäben sich demnach zu L T,1 = 2,51 m und L T,2 = 1,90 m. Diese Werte wurden als Richtwerte für den Erosionsschutz unterhalb des Rückhaltebauwerkes herangezogen. 2.2 Wellstahldurchlass bei Fkm 0,320 Der Wellblechdurchlass wird mit einer Länge an der Sohle von 11,31 m und einer Sohlpflasterung von 0,30 m Höhe ausgeführt (Hamco MA 5, Lichte Höhe 2,07 m, Lichte Breite 2,89 m). Die Bemessung erfolgt aufgrund der Querschnittseinengung und dem ungleichförmigen Abfluss mit dem Programm HEC-RAS als 1d-Hydraulik. Abbildung 1: Hydraulischer Längsschnitt Wellstahldurchlass und Rampe aus 1D- Berechnung mit HEC-RAS

5 Abbildung 2: Querprofil aus 1D-Berechnung mit HEC-RAS; Wellstahldurchlass Oberstrom Wellstahldurchlass: Breite auf Sohlhöhe b = 2,58 m Lichte Weite bis Sohle h = 1,77 m Sohlrauheit k St, Sohle = 25 m 1/3 /s Böschungsrauhigkeit k St, Böschung = 27 m 1/3 /s (Wellstahl) Fließtiefe h = 0,77 m Freibord f = 1,0 m (zum Scheitel) Fließgeschwindigkeit v = 7,8 m/s Froude-Zahl Fr = 1,8 Bei einem stationär angesetzten Bemessungsabfluss von 13,2 m³/s beträgt der Freibord am Einlauf 1,0 m. Der kleine Sprung des Wasserspiegels am Einlauf wird durch die Einlaufverluste verursacht (siehe Abbildung 1)

6 2.3 Schussgerinne bei Fkm 0,293 Im Bereich von Fkm 0,293 wird im PLAN-Zustand noch keine starke Auswirkung der beginnenden Krümmung auf die Wasserspiegellagen erwartet. Das Gerinne wurde nach Manning-Strickler bemessen. Der Abfluss kann hier als weitgehend stationär gleichförmig angesehen werden. Sohlbreite b = 1,00 m Böschungsneigung links m Böschung, links = 1,3 : 1 Böschungsneigung rechts m Böschung, rechts = 1,6 : 1 Sohlrauheit k St, Sohle = 30 m 1/3 /s Böschungsrauheit k St, Böschung = 30 m 1/3 /s Fließtiefe h = 1,22 m Freibord f = 1,00 m Fließgeschwindigkeit v = 5,87 m/s Froude-Zahl Fr = 2,1 2.4 Schussgerinne bei Fkm 0,270 Im Bereich von Fkm 0,270 beschreibt das Schussgerinne eine Krümmung. In Ermangelung passenderer Ansätze wird die empirische Formel nach SCHRÖDER & ZANKE (2003) für Rechteckgerinne angewendet. Diese gibt für die ungünstigsten Schräglagen des Wasserspiegels folgenden Zusammenhang an: h 2 b 2 Fr h 0 r 0 m Wobei Δh der Differenz zwischen minimalem und maximalem Wasserspiegel entspricht. Fr 0 und h 0 stehen für die Froude-Zahl bzw. die Fließtiefe oberstrom der Krümmung, r m ist der Radius der Gerinneachse im Krümmungsbereich. Sohlbreite b = 1,00 m Böschungsneigung links m Böschung, links = 2,8 : 1 Böschungsneigung rechts m Böschung, rechts = 1,9 : 1 Sohlrauheit k St, Sohle = 40 m 1/3 /s - 6 -

7 Böschungsrauheit k St, Böschung = 40 m 1/3 /s Radius Krümmung r Krümmung = 50 m Fließtiefe vor Krümmung h = 1,20 m max. Verkippung Δh = 0,58 m Fließtiefe in Krümmung h max = 1,49 m Freibord f = 0,75 m Fließgeschwindigkeit v = 7,24 m/s Froude-Zahl Fr = 2, Schussgerinne bei Fkm 0,227 Bei Fkm 0,227 werden keine größeren Auswirkungen der Krümmung des Schussgerinnes mehr erwartet. Das Gerinne wurde nach Manning-Strickler bemessen. Der Abfluss kann hier als weitgehend stationär gleichförmig angesehen werden. Sohlbreite b = 1,08 m Böschungsneigung links m Böschung, links = 1,0 : 1 Böschungsneigung rechts m Böschung, rechts = 1,0 : 1 Sohlrauheit k St, Sohle = 30 m 1/3 /s Böschungsrauheit k St, Böschung = 30 m 1/3 /s Fließtiefe h = 1,07 m Freibord f = 0,83 m Fließgeschwindigkeit v = 5,81 m/s Froude-Zahl Fr = 2,2-7 -