zurück zum Inhaltsverzeichnis zu den Folien BAW-Kolloquium 2000 Beiträge zur Verbesserung der Befahrbarkeit von Flüssen Fahrdynamische Randbedingungen der Donau im Ist-Zustand im Vergleich zum Rhein Dr.-Ing. Bernhard Söhngen Am Beispiel der Untersuchungen zur Verbesserung der Befahrbarkeit der Donau zwischen Straubing und Vilshofen, werden die derzeit in der BAW angewendeten Methoden zum Auffinden abladebestimmender Engstellen im Hinblick auf die Überprüfung der Gleichwertigkeit der Fahrwasserverhältnisse für den Wechselverkehr mit dem Rhein dargelegt. Maßgebende Relationen im Wechselverkehr Donau/ Rhein Auf Folie 1 werden die wesentlichen Verkehrsströme dargestellt, die von und zum Rhein durch die Strecke Straubing Vilshofen gehen. Dabei zeigt sich, dass insbesondere die langen Transportentfernungen für die Wahl der Abladetiefen entscheidend sind, da sich die hydrologischen Randbedingungen, z.b. bei einer Fahrt von Rotterdam am Rhein nach Linz in Österreich, bei ca. 11 Tagen Fahrzeit, erheblich verändern können. Dass die Donau zwischen Straubing und Vilshofen dabei überwiegend abladebestimmend ist, kann aus dem Vergleich der Fahrrinnentiefen beim Bezugs-Niedrigwasserstand RNW an der Donau mit 2,0 m und dem entsprechenden Wert am Rhein bei GlW am Rhein mit 1,9 m in der maßgebenden Gebirgsstrecke des Rheines nicht geschlossen werden, vergleiche Folie 2. Fahrrinnentiefen Deshalb wurden auf Folie 3 zunächst die tatsächlich vorhandenen Tiefenverhältnisse im Bereich der Fahrrinne an der Donau betrachtet, wobei der Gewässerzustand der Peilung 1998 herangezogen wurde. Er zeigt, dass im Bereich des üblichen Fahrweges, also in einem Teil der Fahrrinne, die im Jahre 2000 angestrebte Fahrrinnentiefe von 2,0 m schon überwiegend vorlag, dass aber die kleinste Wassertiefe im Bereich der Fahrrinne örtliche Mindertiefen aufwies. Dies deutet darauf hin, dass es an der Donau viel schwieriger ist, die Fahrrinne auf Sollniveau zu unterhalten, als am Rhein.
Breitenverhältnisse Auf Folie 4 werden die Breitenverhältnisse im Bereich der Fahrrinne dargestellt. Sie zeigen, dass die vorhandene Fahrrinnenbreite, insbesondere in den engsten Kurven, äußerst knapp bemessen ist, so dass selbst der Richtungsverkehr der heute zugelassenen größten Fahrzeuge, hier des einspurig zweigliedrigen Schubverbandes in der Bergfahrt, bzw. des zweispurig - eingliedrigen Schubverbandes in der Talfahrt, nur mit eingeschränktem Leichtigkeits- und Sicherheitsstandard möglich ist. Am Rhein liegen dagegen wesentlich größere Breiten vor (vergleiche Folie 2). Für Begegnungen der vorgenannten Fahrzeuge untereinander sind die Verhältnisse an der Donau noch ungünstiger. Die aus Modellversuchen abgeleitete empfohlene Mindestbreite der Fahrrinne von 80 m wird nur an wenigen Stellen erreicht. Die überwiegend vorhandene Breite von 70 m erlaubt dagegen nur den sicheren und leichten Begegnungsverkehr von einspurigen Fahrzeugen. Unter Ausnutzung des auch in Solltiefe noch bereichsweise vorhandenen Fahrwassers, also der vorhandenen Überbreiten, kann dagegen, zumindest in der Teilstrecke oberhalb der Isarmündung, in großen Streckenabschnitten noch begegnet werden. Wichtig ist deshalb, dass die Schifffahrt entweder über detaillierte Ortskenntnis verfügt oder dass ein geeignetes Informationssystem bereitgestellt wird, um diese Zusatzbreiten nutzen zu können. Am Rhein sind die vorhandenen Fahrrinnenbreiten mit 120 m in der diesbezüglichen engsten Stelle der Gebirgsstrecke wesentlich größer. Die natürlich vorhandenen örtlich vergrößerten Tiefenverhältnisse im Bereich der Fahrrinne können dort von der Schifffahrt besser genutzt werden als in der Donau. Tiefenverhältnisse bei unterschiedlichen Wasserständen An der Donau liegen selbst dann, wenn die Fahrrinnentiefe bei Niedrigwasser exakt auf 2,0 m erreicht sein wird, nicht für alle Abflusszustände gleichwertige Tiefen auf der gesamten Strecke vor, siehe Folie 5. Bei Mittelwasser ist die Wassertiefe im Bereich der Fahrrinne z.b. in der Teilstrecke direkt unterstrom der Isarmündung bis zu den großen Schleifen ca. 1 dm und in der Felsstrecke unterstrom Hofkirchen ca. 2 dm kleiner als in den übrigen Streckenabschnitten. Eine ähnliche Situation liegt heute noch in der Gebirgsstrecke des Rheines vor, die diesbezüglich weiter ausgebaut werden soll, um auch bei Mittelwasser Gleichwertigkeit zu erhalten. Dies wäre in der Donau jedoch nur mit sehr hohem Unterhaltungsaufwand erreichbar. Fahrdynamik Besonders deutlich werden die Unterschiede zwischen Donau und Rhein dann, wenn die fahrdynamischen Verhältnisse betrachtet werden. Sie bestimmen die örtlich maximal erreichbaren Abladetiefen. Letztere wurden, unter Berücksichtigung der erforderlichen Mindestgeschwindigkeit an Engstellen von ca. 2 km/h über Grund in der Bergfahrt, der Mindest- Flottwassertiefe von 20 cm zu Kies und 40 cm zu Fels und der in der Regel beschränkten, installierten Motorleistung die eingesetzten Fahrzeuge errechnet. Die Berechnungen zeigen, 2
dass wegen der engen Querschnittsverhältnisse, insbesondere in der Teilstrecke unterstrom der Isarmündung, die Fahrrinnentiefe nicht vollständig in Abladetiefe umgesetzt werden kann. Die errechnete Abladetiefe beträgt für durchgehenden Verkehr, selbst dann, wenn 0,2 m Fahrrinnentiefe überall gewährleistet sind, im Gewässerzustand des Jahres 2000 nur ca. 1,7 m, siehe Folie 6. Dies gilt für einspurige Fahrzeuge. Zweispurige Fahrzeuge, die den Querschnitt noch stärker versperren, sinken in der Fahrt tiefer ein als einspurige Fahrzeuge, so dass sie bei RNW nur ca. 1,6 m tief abladen können. Bei Mittelwasser können aufgrund der Tiefenverhältnisse einspurige Fahrzeuge so tief abladen, wie in den anschließenden, staugeregelten Abschnitten (ca. 2,7 m), siehe Folie 7. Die zweispurigen Fahrzeuge können dagegen auch bei Mittelwasser nicht wesentlich tiefer als 2,0 m abladen, weil insbesondere die beschränkte Motorleistung nicht ausreicht, um noch mit ausreichender Geschwindigkeit zu Berge voranzukommen (Folie 7). Wird die fahrdynamisch erreichbare Abladetiefe über der maßgebenden Wassertiefe an der diesbezüglich ungünstigsten Stelle aufgetragen, dann verlaufen diese Kurven an der Donau nicht linear, d.h. nicht jeder Zentimeter Tiefengewinn kann bei höheren Abflüssen in Abladetiefe umgesetzt werden. Selbst bei einspurigen Fahrzeugen geht ein Teil davon durch vergrößertes fahrdynamisches Einsinken verloren. Der wesentliche Unterschied in den Fahrwasserverhältnissen von Donau und Rhein ist also die Fahrdynamik. Während die Tiefenverhältnisse, hierzu gehören auch die örtlichen Übertiefen im Bereich der breiten Fahrrinnen am Rhein, dort nahezu vollständig ausgenutzt werden können, u.a. weil das fahrdynamische Einsinken durch Verlangsamung der Fahrt beschränkt werden kann und die Schiffe sich ihren Fahrweg weitgehend frei wählen können (vergleiche Folie 9), müssen an der Donau die vorhandenen Fahrwasserquerschnitte nahezu vollständig ausgenutzt werden und das fahrdynamische Einsinken und die beschränkte Motorleistung zwingen zu geringeren Abladetiefen als es die geometrischen Verhältnisse theoretisch zulassen würden. Das durch flussregelnde Maßnahmen an der Donau Erreichbare ist damit aufgrund der fahrdynamischen Randbedingungen beschränkt. Dennoch konnte, nach dem die bisher abladebestimmenden Teilstrecken von Geisling bis Straubing nach Errichtung der Stufe Straubing entschärft wurden, durch die Unterhaltung der Fahrrinne auf 2,0 m unter RNW 97 und den Ausbau einer bisherigen Mittelwasserengstelle im Bereich der Stauwurzel der Stufe Kachlet bei Vilshofen, im Jahresdurchschnitt eine Erhöhung der Abladetiefen von ca. 2 dm gegenüber dem Gewässerzustand im Jahre 1990 erreicht werden, siehe Folie 8. Wasserstandsschwankungen Ein weiteres Problemfeld wurde schon angesprochen. Es betrifft die wechselnden Wasserstände an Donau und Rhein. Während sich die Wasserstände an der Donau bei Niedrigwasser pro Tag um durchschnittlich ca. 7 cm verändern, sind dies am Rhein nur ca. 3 bis 4 cm, siehe Folie 10. Für Verkehre, die nur auf dem Rhein und in staugeregelten Nebenwas- 3
serstraßen und Kanälen ablaufen, sind deshalb die unvorhersehbaren, aufgrund der Abflusssituation veränderlichen Tiefenverhältnisse wesentlich besser vorhersehbar als auf der Donau, insbesondere im Wechselverkehr mit dem Rhein. Hinzu kommen die längeren Fahrzeiten, die dieses hydrologisches Risiko weiter vergrößern. Bei Mittelwasser liegen die Wasserstandsänderungen am Rhein zwar in der gleichen Größenordnungen von ca. 1 dm wie an der Donau. Am Rhein kann bei diesem Wasserstand allerdings in der Regel vollschiffig abgeladen werden, an der Donau im Ist-Zustand noch nicht. Die durchschnittlich von der Schifffahrt gewählten Abladetiefen sind deshalb gegenüber den potentiellen - aufgrund der geometrischen fahrdynamischen Randbedingungen möglichen - um ca. 1 dm bei Niedrigwasser und ca. 2 dm bei Mittelwasser kleiner (Bereederungseinfluss) Fahrwasserbedingungen auf der Relation Rotterdam - Linz Besonders deutlich wird dies, wenn die tatsächlichen hydrologischen Randbedingungen, die z.b. im Abflussjahr von 1992 vorlagen, berücksichtigt werden. Hierzu wurde die Fahrt von Rotterdam den Rhein hoch, über den Main, den Main-Donau-Kanal und die Donau bis nach Linz simuliert (vergleiche Übersichtsplan, Folie 1). Es zeigte sich, dass im betrachteten Abflussjahr der nautische Mindesttiefgang in der Strecke Straubing Vilshofen von ca. 1,6 m ca. 1 Monat lang unterschritten wurde, siehe Folie 11., d.h. dort konnten keine moderneren Großmotorschiffe verkehren oder es musste das Risiko eingegangen werden, dass die Schiffspropeller bei kleineren Tauchtiefen Luft ansaugen. Weiterhin zeigte sich, dass die Donau im Streckenabschnitt Straubing Vilshofen an rund 86 % des Jahres in diesem Beispiel kleinere Abladetiefen zuließ als der Rhein oder der Main-Donau-Kanal. Hierbei wurde der weitere Ausbau des Mains auf 2,9 m Fahrrinnentiefe, die Zulassung einer Abladetiefe von 2,7 m im MDK und der MW-Ausbau der Gebirgsstrecke des Rheines unterstellt. Der Rhein war in dieser Relation nur bei steigendem Wasser tiefgangsbegrenzend, weil der bis zum Erreichen der Donaustrecke gestiegene Wasserstand dort größere Abladetiefen ermöglicht hätte, jedoch am Quellhafen auf die dort noch geringeren Wassertiefen abgeladen werden musste. Vergleich Donau - Rhein Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Fahrrinnentiefe am Rhein mehr Wert ist, da natürliche Übertiefen vorhanden sind und auch von der Schifffahrt genutzt werden können und da größere rückströmungswirksame Querschnitte vorliegen, die bei reduzierter Fahrgeschwindigkeit geringere Einsinktiefen am Rhein erlauben als an der Donau, siehe auch Folie 12. Weiterhin können im Jahresmittel am Rhein größere Tiefen erreicht werden als an der Donau, weil die Wasserstandsdifferenzen zwischen Niedrigwasser und Mittelwasser am Rhein größer sind. Schließlich ist das geringere hydrologische Risiko für Rheinverkehre zu nennen, da die mittleren Transportentfernungen kleiner sind, d.h. die Fahrzeiten kürzer sind und somit nur geringere Wasserstandsänderungen berücksichtigt werden müssen, die am Rhein zusätzlich noch geringer sind als an der Donau. 4
Ausblick auf notwendige Untersuchungsmethoden Für die Beurteilung der verkehrlichen Randbedingungen, die z.b. für eine Ausbauentscheidung herangezogen werden sollen, sind, dies zeigen die vorangegangenen Betrachtungen, Untersuchungen durchzuführen, analog zu der hier dargestellten Analyse für den Wechselverkehr mit dem Rhein, mit denen u.a. die folgenden Fragen beantwortet werden können: - Wo liegen die Engstellen wirklich? - Hierzu sind die tatsächlichen Tiefenverhältnisse zu betrachten, nicht nur die angegebenen Fahrrinnentiefen, die tatsächlichen Breitenverhältnisse, die Wartezeiten vor Engstellen, die Wasserstandsänderungen und die Einflüsse des Fahrweges und der Fahrzeit auf die erreichbaren Abladetiefen. - Welche Faktoren bestimmen die möglichen Abladetiefen wirklich? Bei dieser Frage sind z.b. Schäden am Schiff bei geringem Flottwasser zu beachten. Dieses spielt u.a. in der Felsstrecke der Donau eine Rolle, oder dort, wenn eine grobkörnige Sohle vorliegt. Die möglichen Abladetiefen werden auch von den Fahrrinnenbreiten bestimmt, wenn diese so gering sind, dass insbesondere Begegnungen eingeschränkt werden müssen oder nur durch das Ausnutzen des vorhandenen Fahrwassers möglich sind. Schließlich sind moderne Informationssysteme zu beachten, wie z.b. ARGO am Rhein. Diese Fragen können durch ein verkehrliches Simulationsmodell erfasst werden, das den tatsächlichen instationären Verkehrsablauf erfasst, inkl. Wartezeiten, Fahrzeiten, realistischen Abladetiefen und den Einfluss der Bereederung. Die BAW strebt an, ein solches Simulationsmodell zur Unterstützung der WSV für ihre Ausbauentscheidungen zu entwickeln. zurück zum Inhaltsverzeichnis zu den Folien 5