Vorwort. Ich wünsche Ihnen viel Freude, gute Erkenntnisse und ein sicheres Grundlagenwissen, wenn Sie mit diesem Band arbeiten.

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1 Vorwort Die Wasserbau-Praxis ist als Einführung in Gebiete und Probleme des Wasserbaus gedacht, ohne die Theorie zu strapazieren. Vor allem Studenten verschiedener Fachrichtungen, die einen Überblick über dieses interessante Fachgebiet erhalten (müssen), werden die Wasserbau-Praxis gern als Lehrmittel verwenden. Das haben die ersten Auflagen bereits gezeigt, die schnell vergriffen waren. Der zu vermittelnde große Umfang, den der Wasserbau nun einmal hat, und das Ziel des Buches, eine Einführung zu sein, führen nur gelegentlich in die Tiefe eines Problems oder in Randgebiete, die wasserbauliche Projekte natürlich auch beeinflussen. Die Wasserbau-Praxis spiegelt die Vorlesungen und Übungen wider, die ich für Studenten des Bauingenieurwesens, der Wasserwirtschaft, der Landschaftsarchitektur, des Verkehrswesens und des Wirtschaftsingenieurwesens im Direkt- und im Fernstudium gehalten habe. Aber auch Planungsbüros, Behörden und andere Dienststellen können zahlreiche Anregungen für ihre tägliche Arbeit finden. Sowohl die großen Wasserbauwerke als auch die kleinen Probleme anderer Fachgebiete, bei denen der Wasserbau eine Rolle spielt, werden dargestellt. Rekonstruktionen, Modernisierungen und Unterhaltungsarbeiten nehmen ebenso einen Raum ein wie Neubauten. Gegenüber den ersten beiden Auflagen sind einige Veränderungen vorgenommen worden, die dem Werk sicher gut tun werden. Insgesamt 40 Beispiele wurden unterschiedlich gestaltet. Sie können als Übungsaufgaben genutzt werden (sind dann kursiv gedruckt, z. B. Beispiel 5: Eisbelastung eines Deckwerkes) oder einer vertiefenden und anschaulichen Wissensvermittlung dienen. Sowohl das größer gewordene Europa, die europäische Wasserrahmenrichtlinie als auch große Fluten wie 2002 berühren natürlich ein Buch, das sich mit dem Wasserbau beschäftigt. Gerade Ereignisse wie 2002 zeigen immer wieder deutlich, welch große Aufgaben im Wasserbau noch bewältigt werden müssen. Auch der Klimawandel, das Streben nach weniger Ausstoß von CO 2, die Renaturierung geschundener oder veränderter Landschaften (Braunkohle) und ihre Umwandlung in Kulturlandschaften oder Renaturierung beeinflussen immer mehr das Schaffen des Wasserbauers. Auch den Gegnern wasserbaulicher Projekte wird mehr als nur ein kurzer Blick in dieses Buch empfohlen, um nicht im Übereifer durch falsche Behauptungen Gutes zu behindern, ohne Besseres schaffen zu können. Die dritte Auflage erscheint in einem Band. Dieser ist umfangreicher als der bisherige erste Band, da der gesamte Binnenverkehrswasserbau aufgenommen wurde. Dafür entfällt der Bereich des Wasserbaus an der See (Seewasserstraßen, Seehäfen, Küstenschutz u. a.). Ich wünsche Ihnen viel Freude, gute Erkenntnisse und ein sicheres Grundlagenwissen, wenn Sie mit diesem Band arbeiten. Dresden, im Januar 2010 Eberhard Lattermann V

2 Inhaltsverzeichnis Einführung Gewässerkunde Die Wasservorräte der Erde Der Wasserkreislauf Einführung Der Niederschlag Die Verdunstung Versickerung, Grundwasser und unterirdischer Abfluss Der oberirdische Abfluss... 7 Beispiel 1: Niederschlag und Abfluss in einem kleinen Einzugsgebiet Gewässerkundliche Ausgangsdaten Daten für Fließgewässer Wasserstände Abflüsse Geschiebe Daten für Standgewässer Wasserstände Wellen Beispiel 2: Wellenbestimmung Windstau Eis Entstehung und Eigenschaften des Eises Belastung von Ufern und Bauwerken durch Eis Beispiel 3: Statische Eisdruckkraft an einem Wehr Beispiel 4: Thermische Eisdruckkraft Beispiel 5: Eisbelastung bei Wasserspiegelschwankung Zusammenfassung Flussbau Hydromechanische Grundlagen, Fließformeln Fließformeln für Gerinne Beispiel 6: Trapezprofil Beispiel 7: Doppeltrapezprofil Fließformeln für bewachsene Fließgewässer Beispiel 8: Mittlerer k St -Beiwert Beispiel 9: Fließgewässer mit bewachsenen Vorländern Schleppspannungen an Sohle und Böschung Natürliche Fließvorgänge und Geschiebe Fließvorgänge in der Geraden Fließvorgänge in Krümmungen Schwebstoffe und Geschiebe Beispiel 10: Geschiebefracht Bauen im und am Fließgewässer Baustoffe und Bauelemente für den Flussbau Sohlensicherungen Beispiel 11: Blockrampe Sicherung von Böschungen und Böschungsfüßen VI

3 2.3.4 Trassierung im Flussbau Bauwerke im und am Fließgewässer Geröllsperren, Wildbachverbau Wasserentnahmen Durchlässe Beispiel 12: Durchlassbemessung Düker Pfeiler, Widerlager, Baugruben Beispiel 13: Pfeilerstau an einer Brücke Hochwasserregelung Entstehung und Ablauf einer Hochwasserwelle Örtlicher Hochwasserschutz Beispiel 14: Homogener Deich Hochwasserschutzsysteme Niedrigwasserregelung Ziele und Möglichkeiten einer Niedrigwasserregelung Bauwerke zur Niedrigwasserregelung Auswirkungen und Grenzen der Niedrigwasserregelung Stauregelung Ziele und Auswirkungen einer Stauregelung Bauwerke einer Staustufe, ihre Anordnung und Herstellung Fischaufstiegsanlagen Einleitung Raue Rampen mit Störsteinen Verbindungsgewässer Hydromechanische Bemessung naturnaher Fischaufstiegsanlagen Beispiel 15: Verbindungsgewässer Technische Fischwege Naturnaher Fließgewässerausbau, Renaturierung Zusammenfassung Stauanlagen Einführung Wehre Hydromechanische Grundlagen Standsicherheit Wirkende Kräfte Gleitsicherheit Spannungsnachweise Auftriebssicherheit Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch Verschlussorgane beweglicher Wehre Modernisierung von Wehren Veranlassung Vergrößerung des Abflussvermögens Verbesserung der Tosbeckenwirksamkeit Verbesserung der Standsicherheit Beispiel 16: Modernisierung eines Wehres Sonderformen von Wehrkörpern Talsperren VII

4 3.3.1 Aufgaben von Talsperren Bauarten von Staumauern Bemessung einer Gewichtsstaumauer Wirkende Kräfte und Lastfälle Bemessen auf Kippen und Gleiten Beispiel 17: Standsicherheit einer Staumauer Konstruktives und Technologisches zum Bau einer Gewichtsstaumauer Blockeinteilung und Blockfugen Staumauerbeton Entwässerung des Betons und der Sohle Dichtungsschleier Staumauern aus Walzbeton Rekonstruktion alter Staumauern Aufgaben und Bauarten von Staudämmen Durchsickerung und Standsicherheit eines homogenen Dammes Beispiel 18: Durchsickerung eines homogenen Dammes und seines Untergrundes Konstruktives und Technologisches zum Bau von Staudämmen Übersicht Stützkörper Der Stützfuß Dichtungen des Staudammes Untergrundabdichtung Filter Beispiel 19: Suffosionsbeständigkeit eines Erdstoffes Beispiel 20: Kontakterosion/Filterbemessung Beispiel 21: Stauspiegelsenkung Schutzschichten Beispiel 22: Absenkgeschwindigkeit des Wasserspiegels bei einem dichten Deckwerk Sanierung von Staumauern Betriebseinrichtungen von Talsperren Hochwasserentlastungsanlagen Beispiel 23: Bemessung einer Hochwasserentlastungsanlage Entnahmeanlagen Grundablässe Mess- und Kontrolleinrichtungen Sedimentationsbecken Aufgaben und Besonderheiten von Sedimentationsbecken Spül- und Absetzvorgänge Dämme zur Spülfeldbegrenzung Bauwerke für Sedimentationsbecken Zusammenfassung Binnenverkehrswasserbau Binnenschifffahrt und Umwelt Binnenschiffe und Schiffsverbände Schifffahrtskanäle Kanaltrassierung im Grundriss, Längsschnitt und Querschnitt Allgemeine Gesichtspunkte VIII

5 Die gerade Kanalstrecke Krümmungen mit R 2000 m Übergangsbögen Beispiel 24: Trassierung eines Schifffahrtskanalabschnittes Die Fahrdynamik im Schifffahrtskanal Einzeln fahrendes Schiff Beispiel 25: Schifffahrt und Kanalquerschnitt Schiffsbegegnungen Beispiel 26: Exzentrische Fahrt Der Propellerstrahl Beispiel 27: Propellerstrahl Dichtungen und Deckwerke Anforderungen an Dichtungen Ausbildung von Kanaldichtungen Aufgaben und Beanspruchung einer Schutzschicht Beispiel 28: Belastung und Bemessung von Kanalsohlen Aufgaben, Beanspruchung und Bemessung eines Deckwerkes Beispiel 29: Schüttsteindeckwerk auf einer Kanalböschung Kanalbauwerke Wasserbilanz im Schifffahrtskanal Sanierung, Modernisierung und Rekonstruktion im Kanalbau Schiffbare Flüsse Flussschifffahrt in Vergangenheit und Zukunft Flussschifffahrt und Fahrdynamik Nutzen, Kosten, Perspektiven Der Bundesverkehrswegeplan Das Nutzen-Kosten-Verhältnis Beispiel 30: Nutzen-Kosten-Verhältnis für ein Großprojekt Perspektiven Schleusen Arten und Abmessungen von Binnenschiffsschleusen Bau und Funktion einer Kammerschleuse Teile einer Kammerschleuse Ausbildung des Kammerquerschnittes Schleusenhäupter Beispiel 31: Standsicherheit eines Schleusenhauptes Schleusentore Beispiel 32: Bemessung eines Stemmtores Umläufe und Umlaufverschlüsse Revisionsverschlüsse Stoßschutzeinrichtungen Beispiel 33: Seilfanganlage Bau und Funktion einer Sparschleuse Hydromechanik der Schleusen Das Füllen einer Kammerschleuse Beispiel 34: Füllung einer Schleusenkammer Das Füllen einer Sparschleuse Beispiel 35: Entleerung einer Sparschleuse Leistungsfähigkeit von Schleusen Beispiel 36: Leistung einer Schleuse IX

6 4.6.6 Schleusentreppen und Koppelschleusen Schiffshebewerke Gegengewichtshebewerke Schwimmerhebewerke Die längsgeneigte Ebene Die quergeneigte Ebene Der Wasserkeil Vorhäfen Beispiel 37: Bemessung eines Dalbens Binnenhäfen und Umschlagstellen Einleitung Umschlagstellen und Häfen an Kanälen Umschlagstellen und Häfen an Flüssen Querschnittsgestaltung von Binnenhäfen Zusammenfassung Wasserkraftwerke Wasserkraft und Umwelt Der Bedarf an elektrischer Energie und seine Deckung Wasserkraft als Quelle regenerativer Energie Ökologische Fragen bei der Wasserkraftnutzung Wirtschaftliche Fragen der Wasserkraftnutzung Potentiale der Wasserkraft Leistung und Arbeit eines Wasserkraftwerkes Beispiel 38: Flusskraftwerk Turbinen Kraftwerkskanäle Beispiel 39: Absperrschwall in einem Zulaufkanal Beispiel 40: Wabenplatten als Böschungsbefestigung Arten von Wasserkraftwerken Laufwasserkraftwerke Spitzenwasserkraftwerke Pumpspeicherwerke Gezeitenkraftwerke Wellenkraftwerke Kleinwasserkraftwerke Zusammenfassung Literaturverzeichnis Symbolverzeichnis Sachwortverzeichnis X