Ingenieurbüro. ALWIN EPPLER GmbH & Co. KG WORKSHOP. Wasserbau und Wasserrecht im Wandel der Zeit. Stadthotel Kolping Freiburg 03.

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1 WORKSHOP Wasserbau und Wasserrecht im Wandel der Zeit Stadthotel Kolping Freiburg 03. April 2014

2 Wasserbau Wasserkraftmaschinen früher und heute Wolfgang Strasser - Eppler Dornstetten

3 Inhaltsverzeichnis 0. Ingenieurphilosophie 1. Grundlagen Wasserbau und Wasserkraftanlagen 2. Geschichte der Wasserkraftnutzung 3. Überblick Wasserkraftmaschinen 4. Beispiele Flussbau und ökologische Durchgängigkeit 5. Fazit

4 Ingenieurphilosophie

5 Größenvergleich m³ Trinkwasser entsprechen: m³ Trinkwasser l Mineralwasserflaschen (à 0,75 l) Schnapsgläser (à 0,02 l) 62,5 % eines klassischen Schwimmbeckens (50x16x2 m) 0,00769 % des Speicherinhalts Stausees Kleine Kinzig ( m³) 0, % des Inhalts des Bodensees (50 Mrd. m³)

6 Energiepotenzial 1000 m³ Wasser in 100 m Höhe - E pot = m * g * H = kg * 9,81 m/s 2 * 100 m = kgm 2 /s 2 = J = kj/3600 = 272,5 kwh - E kin = ½ * m * v 2 => v : für m = kg v = 1400 m/s = km/h (VW Käfer) für m = 40 t v = 222 m/s = 797 km/h (Kieslaster) für m = 500 t v = 63 m/s = 227 km/h (Airbus A380)

7 Definitionen Wasserbau Wasser- und Siedlungswasserwirtschaft Gewässerausbau landwirtschaftlicher Wasserbau Verkehrswasserbau Energiewasserbau Wasserkraftnutzung Wasserkraftmaschinen

8 Handwerkszeuge Von der ersten Projektidee bis hin zur Umsetzung in ein Bauwerk muss der planende Ingenieur viele Parameter beurteilen können : 1. Exemplarische fachliche Grundlagen für Projekte im Wasserbau, im Flussbau und im Hochwasserschutz. 2. Vom Plan zur Wirklichkeit Theorie und Praxis der Entstehung von Projekten Projektidee / Vorentwurfsplanung / Entscheidungsund Genehmigungsprozess / Entwurfsplanung / Ausführung 3. Umfassende Kenntnis der Handwerkzeuge in Planung und Bauausführung

9 Hydraulik

10 Hydraulik

11 Hydraulik Gerinneströmung Empirische Fließformel Manning-Strickler v = k st r 2/3 I 1/2 [m/s] k st Rauigkeitsbeiwert r Hydraulischer Radius I Energieliniengefälle

12 Hydrologie Keller'sche Abflussgleichung A = α x N A - Abfluss α - Gebietskonstante N - Niederschlag

13 Wasserkraft Leistungsformel P = η x ρ x g x Q x H P ρ g Q H = Leistung in kw = Dichte Wasser in kg/m³ = Gravitationskonstante = Durchfluss in m³/s = Nettofallhöhe in m η = Wirkungsgrad η = η Turbine x η Getriebe x η Generator Durchfluss und Höhe gehen linear in die Größe der installierten Leistung ein.

14 Leistungsplan

15 Entwicklung der Wasserkraftnutzung

16 Darstellung der Archimedischen Schraube

17 Mittelalter

18 Neuzeit

19 Neuzeit

20 Turbinen Einsatzbereiche

21 Sonderbauweisen Wasserkraftschnecke

22 Ausbau des Rheins

23 Lauf des Rheins 1838 Denken in großem Maßstab Der Wasserbauingenieur Johann Gottfried Tulla begradigte den Oberrheinlauf. Der Fluss schrumpfte um ein Viertel seiner ursprünglichen Länge. gwf-wasser/abwasser 2014

24 Lauf des Rheins 1838 Kein Strom oder Fluss, also auch nicht der Rhein, hat mehr als ein Flussbett nötig. Unter dieser Maxime legte der Oberingenieur und Offizier im badischen Staatsdienst Johann Gottfried Tulla 1809 den Grundstein für ein Großvorhaben, das über seinen Tod im Jahr 1928 hinausging: Die Begradigung des Oberrheins. Zahlreiche Überschwemmungen ganzer Dörfer in den Rheinschleifen, vor allem zwischen Karlsruhe und Speyer, aber auch weiter stromaufwärts sorgten verstärkt seit dem letzten Drittel des 18. Jahrhunderts für tiefe Verunsicherung in der badischen Bevölkerung entlang des Oberrheinlaufs. Nicht selten mussten die Bewohner ihre Dörfer sogar ganz aufgeben, weil sie in den Wassermassen des Flusses untergingen. gwf-wasser/abwasser 2014

25 Lauf des Rheins 1838 Land und Eigentum vor den Hochwasserfluten zu schützen, das setzte der badische Ingenieur Tulla als eigentliches Ziel seiner 1809 erstmals öffentlich vorgetragenen Idee einer Rheinbegradigung. Nebeneffekte waren Gewinnung von nutzbarem Ackerboden und Rückgang der Malaria durch Verschwinden der sumpfigen Flussauen sowie ein dauerhafter Grenzverlauf zu Frankreich und der Pfalz, der nicht mehr abhängig war von einem sich ständig verlagernden Flussbett. Der Rhein zwischen Basel und Worms wurde um fast ein Viertel seiner Länge, von 345 auf 273 Kilometer gekürzt. Dutzende von Durchstrichen waren nötig, über Rheininseln wurden beseitigt. gwf-wasser/abwasser 2014

26 WKA Spek

27 Fazit Zusammenfassende Thesen : - Lösungen von wasser- und flussbaulichen Aufgabenstellungen sind sehr komplex. - Beurteilen und Umsetzen in Planung und Ausführung erfordert eine ganzheitliche und interdisziplinäre Arbeitsweise. - Keine der möglichen Lösungen wird alle Parameter und damit die Interessen aller Beteiligten zu 100 % erfüllen. - Umsetzung von Wasserbauprojekten im Vertrauen auf unseren heutigen Sachverstand unter Einbeziehung der Ergebnisse der Altvorderen.