Forschung

Dezember 1995

Zur Entschärfung der Hochwassersituation der Stadt Haan wurde oberhalb der Ellscheider Straße der Hochwasserabfluss des Hühnerbaches durch Rückhaltebecken reguliert. Das gesamte Stauvolumen ist auf zwei Hintereinander liegende Becken (Vor- und Hauptbecken) aufgeteilt. Das Vorbecken mit seinen Entlastungsbauwerken war Gegenstand der Modellversuche.

Als Hochwasserentlastungsanlage ist für das Vorbecken der überströmbare Abschlussdamm (Höhe: 163,15mNN; Länge 33m) vorgesehen, der die schadlose Abführung der Hochwasserereignisse ab der 1- bis zur 1.000-Jährlichkeit gewährleisten soll. Die Sicherheit des überströmten Dammes mit einer Böschungsneigung von 1:3 wird durch eine Steinschüttung der Schüttklasse IV mit einer Höhe von 1m gewährleistet.

Februar 1997

Im Saugbrunnen des Pumpwerkes Westhofen 2 stellten sich für unterschiedliche Betriebszustände Schwierigkeiten bei der Durchmischung von Rohwasser mit einer Chlorlösung ein.

In einem Modellversuch wurden die Strömungsverhältnisse im Saugbrunnen mit seinen drei Zu- und sieben Entnahmeleitungen zwischen den einzelnen Leitungen für Betriebssituationen, die nach Angaben des Betreibers zu Schwierigkeiten bei der Durchmischung führen, zunächst qualitativ dargestellt. In den hydraulischen Untersuchungen der Anlage sind dann geeignete Maßnahmen zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Saugbrunnen ermittelt worden.

Dezember 1997

Im Unterlauf der Ruhr kommt es wegen des geringen Transportvermögens und auch der vorhandenen Stauhaltungen zu Geschiebeablagerungen, die den Querschnitt stark einengen.

Im Rahmen der Gewässerunterhaltung müssen diese Sedimente vom Unterhaltungspflichtigen ausgebaggert und entsorgt werden.

Jüngere Überlegungen führten zu dem Ergebnis, diese Ablagerungen nach Aushub und Zwischenlagerung u.a. für eine bessere Versickerung von in urbanen Gebieten anfallendem Regenwasser z.B. in Rigolensystemen oder als Bodenfilter ökologisch und ökonomisch besser einzusetzen und zu nutzen. Eine Feststellung des untergrundhydraulischen Verhaltens und der Versickerungsfähigkeit (Durchlässigkeit) der Sedimente wurde durch spezielle Messungen im Labor ermittelt.

März 1999

Das Niederschlag-Abfluss-Modell für das Einzugsgebiet des Itterbaches sieht zur Entschärfung der Hochwassersituation u.a. den Bau des Hochwasserrückhaltebeckens (HRB) Nümmener Bach vor, um den Abfluss des Nümmener Baches zu regulieren und die Überlaufspitzen aus dem Regenüberlaufbecken Ehrener Mühle zu drosseln.

Das HRB liegt südlich der Ortslage Ehren der Stadt Solingen. Als Sperrstelle soll ein Straßendamm dienen. Für das Becken mit seinen Entlastungsbauwerken (Hochwasserentlastung, Grundablass, Bypass, Ablaufkanal, Tosbecken als Beruhigungskolk) wurde die hydraulische Dimensionierung in Modellmessungen durchgeführt.

Januar 2000

Die Wehranlage Villigst, die von der Dortmunder Energie- und Wasserversorgung GmbH betrieben wird, hebt den Wasserspiegel der Ruhr u.a. zur Wasserkraftnutzung um einige Meter an.

Wassermengen, die nicht mehr durch das Kraftwerk genutzt werden können, fließen über ein Sektorwehr mit anschließendem Tosbecken ab. Unmittelbar unterhalb des Tosbeckens der Stauhaltung kam es bei Hochwasser zu Ausspülungen und Kolkbildungen, die zu Verschiebungen und Verdrehungen von Betonplatten führten. Diese Platten, die direkt an das Tosbecken anschließen, waren in ihrer Lage instabil und konnten weitere Kolkbildungen nicht mehr ausreichend verhindern. Eine Überprüfung und Verbesserung der Wirksamkeit der Energieumwandlung wurde durch die hydraulischen Modellversuche ermöglicht.

Dezember 2000

In Langzeitversuchen wurde untersucht, wie aus einem naturfernen, geraden Gerinne natürliche Flusskrümmungen entstehen können, wenn als Gewässereinbauten Buhnen verwandt und nur die Ufer- und Sohlbefestigung aus dem Gewässerbett entfernt werden.

Juli 2001

Das Niederschlag-Abfluss-Modell für das Einzugsgebiet des Schwarzbaches sieht u.a. den Bau des HRB Krumbach/Großkrumbach vor, um den Hochwasserabfluss des Krumbachs, ein Nebenlauf des Schwarzbaches, zu regulieren und die Spitzenabflüsse in einem Retentionsraum zu drosseln. Das Hochwasserrückhaltebecken liegt östlich der Autobahn A3 auf dem Gebiet der Stadt Ratingen. Als Absperrbauwerk soll der Damm der Autobahn mit dem vorgelagerten Krumbachweg dienen. Das Stauziel liegt auf 101,00mNN; das zugehörige Stauraumvolumen beträgt 41.343m³.

Grundablass und Hochwasserentlastungsanlage werden als kombiniertes Bauwerk erstellt. Das Entlastungsbauwerk besteht aus dem Einlaufbauwerk mit Hochwasserentlastung, Grundablass einschließlich Tosbecken, Übergangsbauwerk an das der Autobahndurchlass anschließt und Bypass (Notumlauf). Die hydraulischen Einrichtungen des Beckens wurden überprüft und in dem Bauvorschlag optimiert.

Juli 2002

Lachs, Forelle und andere Wanderfische schwimmen die Gewässer bis zur Laichzeit im Herbst gegen den Strom hinauf. Sie steigen auf, um in Flusskiesbänken Hochzeit zu halten. Doch meist kommt es gar nicht so weit. Wehre und Talsperren versperren ihnen den Weg, mit verheerenden Konsequenzen: Einige Fischarten sind europaweit nahezu ausgestorben.

Das soll sich durch die im Dezember 2000 in Kraft getretene EU-Wasserrahmen-Richtlinie ändern. In den nächsten 15 Jahren ist der Schutz und die Verbesserung aller Gewässer geltendes Recht und muss an den “ökologisch guten Zustand” angepasst werden. Doch wie können Fische mühelos eine Talsperre überwinden? Das Wasserbaulabor der FH Bochum entwickelte mit seinen Industriepartnern Peters Ökofisch GmbH und der LfW·Labor für Wasserbau GmbH eine Lösung: den Helix-Turmfischpass.

November 2002

Zur ökologischen Umgestaltung des Isenbergbogens der Ruhr bei Hattingen besteht der Gedanke, die dort vorhandenen Buhnen wieder zu entfernen.

Es sollten mögliche Veränderungen und die zuerwartenden Auswirkungen nach Abbau der Buhnen im Isenbergbogen festgestellt werden. Neben den ökologischen und hydraulischen Betrachtungen sollen weitere Erkenntnisse zur morphologischen Entwicklung der Ruhr in diesem Abschnitt gewonnen werden.

Die Abflussverhältnisse sowie die nach Schleifung der Buhnen entstehende geschiebetechnische Situation lassen sich wegen der komplizierten Randbedingungen rechnerisch und theoretisch nur bedingt erfassen. Verlässliche Aussagen über das morphologische Verhalten waren nur mit Hilfe von Modellversuchen zu erhalten. Der bestehende Zustand sowie der Planungsentwurf und die gegebenenfalls erforderlichen Verbesserungsmaßnahmen wurden in Modellversuchen überprüft. Dabei wurde festgestellt, ob der Planungsvorschlag dem Flußregime entspricht, sich eine stabile Niedrigwasserrinne ausbildet und welche Strukturelemente sich durch die Eigendynamik einstellen werden. Optional lieferte das Modell Aussagen, ob allein durch Initialmaßnahmen die Eigendynamik ausreicht, um einen annähernd ähnlichen morphologischen Gewässerzustand quasi auf natürlichem Weg zu erreichen.

April 2003

Um die Ortslage Düsseldorf-Kalkum vor Überflutungen zu schützen, wird der Hochwasserabfluss über einen Entlastungsgraben geleitet, der die Wassermengen in den Kittelbach abführen kann. Im Jahr 2000 wurde das HRB Schwarzbach/Kalkum, das zur Zwischenspeicherung und Drosselung der Wassermengen dient, errichtet. Zurzeit erfolgt die Zuleitung (Entlastung) zum Hochwasserrückhaltebecken unkontrolliert über eine Sohlgleite im Einlaufbereich des Entlastungsgrabens.

Es ist nun der Bau des Spaltbauwerks als Verzweigungsbauwerk - bestehend aus Schlauchwehr, Drosselbauwerk und Notentlastung - vorgesehen, um die hydraulischen Randbedingungen des Hochwasserentlastungskonzeptes erfüllen zu können. Ziel der Baumaßnahme ist es, das Hochwasserrückhaltebecken besser bewirtschaften und den im Schwarzbach verbleibenden Abfluss optimieren zu können.

Ferner werden für den Katastrophenfall Sicherungsmaßnahmen vorgesehen, einen kontrollierten Abschlag über eine Notentlastung auszulösen, damit das Gelände des Flughafen Rhein-Ruhr in Düsseldorf möglichst frei von Überflutungen bleibt.

September 2003

Im Stadtgebiet von Ratingen im Bereich des Industriedenkmals der Papiermühle Bagel teilt sich der Angerbach in die Angerschleife und einen Umlaufgraben auf. Aufgrund der überlasteten hydraulischen Kapazität sind Wasserbauwerke (Verzweigungsbauwerk, Rohrverlängerung DN 1800, Retentionsraum, Ufermauern, Brückenerhöhungen, etc.) erforderlich, um das Abflussverhalten zu regeln und Hochwasserschäden zu minimieren. Wegen der komplexen Fließbedingungen wurden Modellversuche durchgeführt, um das hydraulische Verhalten zu optimieren.

April 2004

(Sonderentwurf des HRB Krumbach/Großkrumbach)

Die Arbeiten für den Bau des Hochwasserrückhaltebeckens wurden mittlerweile ausgeschrieben. Der Sondervorschlag eines Bieters (Variante 2) sieht vor, das Übergangsbauwerk in seinen Abmessungen zu reduzieren, wodurch gegebenenfalls die Leistungsfähigkeit der Hochwassereentlastungsanlage geringer wird. Eine modelltechnische Überprüfung des Sondervorschlags ergab, dass eine Leistungsminderung von maximal 3% eintreten würde.

April 2005

Die Wassergewinnung Essen GmbH der Gelsenwasser AG betreibt in Bochum-Dahlhausen eine Wehranlage (Klappenwehr), um Wasser der Ruhr zur Trinkwassergewinnung der nahen Bevölkerung zu entnehmen. Dazu hält das Klappenwehr ein Stauziel von 59,90mNN ein, um im Schleusenzuleitungskanal das Rohwasser über einen Einlauf der Entnahmeleitung den Sickergalerien der Wasseraufbereitungsanlage zuleiten zu können. Im Rahmen von Instandsetzungsarbeiten müssen jetzt die Stahlwasserbauteile des Wehres saniert werden.

In diesem Zusammenhang besteht der Gedanke, entweder die Klappe in einer noch zu ermittelnden Stellung festzusetzen oder das bewegliche Wehr durch ein festes mit einem integrierten Fischpass zur Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit zu ersetzen.

November 2005

Aufgrund der Untersuchungen der LfW Labor für Wasserbau GmbH, Wülfrath, über die Wehranlage Bochum-Dahlhausen, wurde ein Fischaufstieg unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten entwickelt.

Als Bauvorschlag wurde ein festes, ökologisch durchgängiges Wehr gemäß Handbuch Querbauwerke, MUNLV entworfen, wobei der Wasserspiegel in der Ruhr bei NQ = 13,0 m³/s so weit herabgesetzt wird, dass die Forderungen für die Wasserentnahme, die Pontonbrücke und die Bootsgasse erfüllt werden.

Durch den Ausbau des beweglichen Wehres geht die Regulierbarkeit verloren. Der Bau dieses festen Wehres mit integriertem Fischpass kann zur Folge haben, dass sich das morphologische Regime der Ruhr nahe der Wehranlage verändern wird. Durch den Einbau der Schwelle kann bei Hochwasser der Abflussquerschnitt nicht mehr freigegeben werden und könnte das feste Wehr bis zur Krone auflanden.

September 2006

Die Modelluntersuchungen mit Geschiebematerial beinhalten die hydraulische  Analyse und die Feststellung der Veränderung des flussmorphologischen Regimes  der Ruhr  im Stauraum der Wehranlgae nach Einbau der festen Schwelle sowie auch  die Unterschiede im Feststofftransport unterhalb der Stauanlage.

Den Verlandungsvorgang im unmittelbaren Bereich der Staubauwerke und der  Pontonbrücke sollten die physikalischen Messungen aufzeigen.

Versuchsreihe I

In der Versuchsreihe I wurde das Modell mit den Abflüssen Q = 400,0 m³/s, Q = 600,0 m³/s und Q = 916,0 m³/s unabhängig ihres zeitlichen Auftretens beschickt. Um einen gewissen Freispüleffekt zu erzeugen, wurde das Modell mit Q = 360,0 m³/s 45 Tage lang ohne Geschiebezugabe beaufschlagt. Im Anschluss daran wurden die Verlandungen aufgenommen und ausgewertet.

Versuchsreihe II

Die Versuchsreihe II umfasste eine Abflusssimulation mit der Abflussganglinie vom März 1988 bis Februar 2005. Hierbei wurden zunächst die geschiebeführenden Abflüsse Q > 400,0 m³/s in der Reihenfolge ihrer zeitlichen Abfolge in das Modell eingespeist. Danach wurde das Modell mit dem Abfluss Q = 360,0 m³/s ohne Geschiebezugabe über 13,5 Tage beaufschlagt. Hierdurch sollte festgestellt werden, welche Modellbereiche wieder freigespült wurden.

Versuchsreihe III

Durch Versuchsreihe III sollten schließlich die wahren, zu erwartenden Sohlhöhenveränderungen bestimmt werden. Dazu wurde die Abflussganglinie über einen Zeitraum von Januar 1994 bis März 2005 im Modell simuliert. Abweichend zu den beiden anderen Versuchreihen wurde das Modell mit den Abflüssen >200,0 m³/s in der Reihenfolge ihres Auftretens beaufschlagt. Dadurch belasteten Abflüsse mit und ohne  Geschiebetrieb das Gewässer. Durch die Versuchsdurchführung wurden die in der Natur zu erwartenden Verlandungsvorgänge am besten erfasst und nachgewiesen.

Dezember 2007

Das Niederschlag-Abfluss-Modell für das Einzugsgebiet des Itterbaches sieht u.a. das bereits bestehende und jetzt zu sanierende Hochwasserrückhaltebecken Kuckesberg / Itter vor, um den Hochwasserabfluss der Itter zu regulieren und die Spitzenabflüsse in einem Retentionsraum zu drosseln. Das Hochwasserrückhaltebecken liegt unmittelbar oberhalb des Klärwerks Ohligs auf dem Gebiet der Stadt Solingen. Es ist seit längerer Zeit in Betrieb und muss nun an die neue DIN 19700 angepasst und saniert werden.

Die Abflussverhältnisse bzw. das hydraulische Verhalten und damit die Leistungsfähigkeit der Bauwerke einschließlich Wirksamkeit der Energieumwandlung lassen sich rechnerisch und theoretisch nur bedingt erfassen. Verlässliche Aussagen über das dreidimensionale Abflussgeschehen sind nur mit Hilfe von physikalischen Modellversuchen zu erhalten.