Wasserwirtschaft

Print ISSN: 0043-0978
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Kleinrückhaltebecken (KRH) sind kleine, dezentral angelegte Hochwasserrückhaltebecken in Flussauen, die Hochwasserabflüsse dämpfen und zeitlich verzögern können. Konkrete Aussagen über Wirkung und Dimensionierung sind im Allgemeinen mit einem — gemessen am jeweiligen Bauvolumen — enormen planerischen Aufwand verbunden. In einem Real- und mehreren Fiktivsystemen bis 20 km2 Einzugsgebietsfläche wurden KRH simuliert und ihr Einfluss auf den Hochwasserabfluss analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kenntnis des spezifischen Rückhaltevolumens [mm/km2] in Verbindung mit optimierten Drosselöffnungen eine einfache Abschätzung der Wirkung von KRH ermöglicht.
 
Das Februarhochwasser 1990 hat den Remsanliegern östlich von Stuttgart mit enormen Schäden in Erinnerung gerufen, dass Hochwasserschutz zur Daseinsvorsorge gehört. Dafür werden im dicht besiedelten und landwirtschaftlich intensiv genutzten Remstal mehrere Hochwasserrückhaltebecken (HRB) benötigt. Am Beispiel des HRB Schorndorf/Winterbach wird das an der Rems entwickelte innovative ökohydraulische Durchlassbauwerk mit einer Regelabgabe von 196 m3/s ebenso beschrieben wie die landschaftsverträgliche Betriebsweise des HRB und ökologische Verbesserungsmaßnahmen im Stauraum.
 
Die Talsperre Leibis/Lichte ist eine Gewichtsstaumauer mit einer Höhe über Gründung von 102,5 m. Sie dient zur Versorgung von etwa 350 000 Einwohnern der Region Ostthüringen mit hochwertigem Trinkwasser. Der Untergrund am Talsperrenstandort besteht aus ordovizischen Phycodenschiefern. Überwiegend zeigen die Phycodenschiefer eine geringe Durchlässigkeit. Um eine Unterströmung zu verhindern und die Sohlenwasserdrücke zu reduzieren, kam ein zweireihiger Dichtungsschleier mit Tiefen von 5 bis 45 m zur Ausführung. Die Ergebnisse der Injektionsarbeiten werden in diesem Artikel vorgestellt
 
Die Dränung als weithin praktizierte agrotechnische Maßnahme verkürzt die Aufenthaltsdauer des Wassers im Boden und kann somit unmittelbar zur stofflichen Belastung von Oberflächengewässern beitragen. In der vorliegenden Untersuchung wurde die Fortpflanzung des Dränsignals über die Maßstabsebenen Dränfläche, Graben und Bach verfolgt sowie die Korrelation von Abfluss und NO3-Konzentration bestimmt. Zusätzliche Untersuchungen der stabilen Isotope von Stickstoff und Sauerstoff im Nitrat, aufgenommen in einer zweiten Studie, können zur Aufklärung der beteiligten Prozesse beitragen.
 
Die Verringerung der diffus in Fließgewässer, Seen aber auch Übergangs- und Küstengewässer eingetragenen Nährstofffrachten gehört mit zu den Herausforderungen bei der Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie in Europa, um so die abiotischen Voraussetzungen für die Wiederansiedlung einer gewässertypischen Flora und Fauna zu schaffen. Die Nährstoffausträge gedränter Flächen gelten dabei nicht nur in Deutschland als ein quantitativ bedeutsamer Eintragspfad, an dem ein erfolgsorientiertes Nährstoffmanagement ansetzten sollte. Daher wurde auf einem DWA-Seminar der Kenntnisstand über die Bedeutung von Dränagen für den Nährstoffaustrag aus Feldstudien, Methoden zur GIS-gestützten Ausweisung gedränter Flächen sowie Möglichkeiten eines umweltschonenden Dränmanagements in Theorie und Praxis vorgestellt und diskutiert.
 
Zwischen dem 22. April und dem 16. Mai 2007 veranstaltete das Kooperations-Netzwerk Bodensee (KNB) eine seeweite Messkampagne zur Ermittlung der 3-D-Verteilung von Temperatur, Phyto- und Zooplankton und deren kurzzeitiger Dynamik. Dabei konnten deutliche horizontale Gradienten nachgewiesen werden, die während eines Starkwindereignisses von der Hydrodynamik bestimmt wurden. Parallel dazu wurden mit dem gekoppelt hydrodynamisch-ökologischen Modell ELCOM-CAEDYM Modellrechnungen durchgeführt. A lake-wide field campaign was conducted during spring 2007 in Lake Constance to assess three-dimensional distributions of temperature, phyto- and zooplankton and fish. The observed distributions of plankton and temperature were heavily affected by a strong westerly wind that forced the warm epilimnetic water into the eastern part of the lake. During that situation high abundances of plankton were present only in the eastern part of Lake Constance. At the same time cold, hypolimnetic water depleted of plankton was found at the surface in the western part. During low wind velocities phytoplankton distribution was governed by internal factors affecting plankton growth. For the period of the field campaign simulations were run with the coupled hydrodynamic-ecological Model ELCOM-CAEDYM, which showed a good agreement with the measurements, validating the applied model specification.
 
Blockrampen werden oftmals als Ersatz für Schwellen und Abstürze eingesetzt, um gefährlichen Sohlenerosionen entgegenzuwirken und die Fischwanderung zu erleichtern. Um die Durchgängigkeit für Forellen zu gewärhrleisten, müssen bestimmte hydraulische Kriterien erfüllt sein. Systematische Laborversuche und Feldmessungen auf verschieden Typen von Blockrampen habe gezeigt, dass monotone Blockrampen die Kriterien de Forellenmigration nur selten erfüllen. Strukturierte Blockrampen hingegen können bis zu spezifieschen Abflüssen von 1m3/ (s . m) bzw. 2m3/(s.m) auch bei einer Neigung von 10% bzw. 6% noch durchgängig sein.
 
Der Betrieb der Speicherkraftwerke zur Abdeckung der Verbrauchsspitzen führt in den betroffenen Fließgewässern zu aus ökologischer Sicht ungünstigen, raschen Abfluss- und Wasserspiegelschwankungen. Zu deren Abminderung sind nebst wasserbaulichen auch flussbauliche Maßnahmen denkbar. In Modellversuchen wurde der Einfluss von großmaßstäblichen Uferrauheiten und Buchten auf den Fließwiderstand und die Fortpflanzung von (Schwall-) Wellen untersucht. Zur Beschreibung des Fließwiderstandes konnten empirische Formeln entwickelt werden. Der passive Rückhalt in den Buchten verändert die Abflusswellen. Die dämpfende Wirkung ist aber grundsätzlich geringer als diejenige von gesteuerten Rückhaltebecken, insbesondere für lange Turbinierdauern.
 
Die Anordnung von Entlastungsventilen ist eine außerordentlich wirtschaftliche Maßnahme, um Panzerungen von Druckstollen und Druckschächten im Falle von Entleerungen gegen unzulässige Außenwasserdrücke und somit gegen Beulen zu schützen. Um die Anzahl und Anordnung der Entlastungsventile zu bemessen, wurde eine bereits erfolgreich in der Praxis eingesetzte Berechnungsmethode entwickelt. Kürzlich durchgeführte physikalische Modellversuche erlaubten die Bestätigung der Berechnungshypothesen.
 
Kleine Wasserkraftanlagen im Leistungsbereich von unter 1 MW pro Maschine sind technisch sehr weit ausgereift und besitzen hohe technische Verfügbarkeiten. Unter dem Kostendruck, der aus wachsenden ökologischen Anforderungen, steigenden Kosten für Stahl und der Erschließung ökonomisch schwieriger Standorte insbesondere bei Niederdruckanlagen entsteht, sind sowohl bei neuen Anlagen aber auch bei der Modernisierung bestehender Anlagen immer wieder Innovationen notwendig, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Der Beitrag gibt einen kurzen Überblick über typische Modernisierungsmaßnahmen, stellt neue Technologien und Trends bei kleinen Turbinen vor und schließt mit dem Stand der Technik bei drehzahlvariablen Konzepten ab.
 
High-head storage hydropower plants operate their turbines during periods of high energy demand. The starting and stopping of turbines results in rapid fluctuations of discharge and water levels in rivers called hydropeaking, which are unfavourable from an ecological point of view. Besides retention basins, morphological measures can help to reduce the fluctuations by increasing the natural retention capacity of rivers. Systematic hydraulic model tests have been performed to evaluate the influence of macro roughness and cavities at the banks on the flow resistance and the propagation of (surge) waves. For the estimation of the flow resistance empirical formulas could be developed. The passive retention due to bank cavities influences the propagation of waves. The effect of morphological measures on hydropeaking is generally less than that of managed retention basins, especially for long operation sequences of turbines.
 
Das hier vorgestellte Übersichtsverfahren dient der raschen Erfassung und Klassifikation von strukturellen Beeinträchtigungen der Seeuferzone beiderseits der Mittelwasserlinie. Es stützt sich wesentlich auf eine GIS- und datenbankbasierte Auswertung bereits vorhandener Geodaten. Das Verfahren eignet sich für die meisten natürlichen und künstlichen Stillgewässertypen Europas und kann bei der Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie und bei der Erfüllung der Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie eingesetzt werden.
 
Mit großen Anstrengungen werden zurzeit zahlreiche Konzepte zur Nutzung der Meeresenergie verfolgt. Die Herausforderungen sind groß — entsprechend aufwändig und kostspielig ist die Entwicklung bis zur kommerziellen Reife. Im Rahmen internationaler Protokolle und Entwurfsrichtlinien werden fundierte Entwicklungspfade vorgeschlagen. In der Realität laufen Projekt aber aus unterschiedlichen Gründen häufig anders ab. Dies wird anhand von praktischen Erfahrungen aus der Entwicklung einer Meeresströmungsturbine erläutert.
 
Das Ökosystem Bodensee ist aus ethischer, ökologischer und wasserwirtschaftlicher Sicht eine wertvolle Ressource. Die nachhaltige Nutzung und ein sinnvoller Schutz des Bodensees setzen ein elementares Verständnis der Ökosystemdynamik des Bodensees voraus. Im Rahmen des Verbundprojektes BodenseeOnline wurde die Anwendung des 1-D-Modellsystems DYRESM-CAEDYM auf den Bodensee realisiert, welches wertvolle Einsichten in die Funktionsweise des Ökosystems liefert und somit das Fundament für Kurz- und Langzeitprognosen für den Bodensee bildet.
 
Wissenschaftliches Tauchen ist eine etablierte Methode der Bio-, Geo- und Ingenieurwissenschaften. Typische Fragestellungen sind die In-situ-Messung von Wasserqualitäten, subaquatischen Böschungsstabilitäten oder geochemischen Sedimentparametern sowie zerstörungsfreie Materialuntersuchungen an subaquatischen Bauwerken und Bauteilen. Im Mittelpunkt stehen sowohl komplexe Messungen und gezielte Probenahmen als auch Langzeitüberwachungen. Dieser interdisziplinäre Ansatz ist eine innovative Methode für die technische Überwachung von Wasserbauwerken.
 
To satisfy the increasing demand for regulating power, the Société Electrique de l'Our (SEO), owner of the existing Vianden Pumped Storage Plant, intends to install an additional pump-turbine of 200 MW. The new unit will be accommodated In a separate powerhouse cavern and include waterways of Its own. In parallel the active storage capacity of the upper and lower reservoirs will be augmented by 0.5 Mm 3.
 
Gemäß Artikel 11 der EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) sind bis 2009 Maßnahmenprogramme zur Erreichung eines guten Gewässerzustandes festzulegen. Im Gegensatz zu limnischen Gewässern liegen bisher für die Küstengewässer nur wenige Ansätze und Erfahrungen zu sinnvollen Maßnahmenstrategien vor. Vor dem Hintergrund des engen zeitlichen Rahmens ist es daher notwendig, schon heute zielgerichtete Analysen durchzuführen und erste Vorschläge zur Diskussion zu stellen.
 
Zur Deckung der zunehmenden Nachfrage nach flexibel einsetzbarer Kraftwerksleistung wird die Société Electrique de l’Our (SEO) als Betreiber des bestehenden Pumpspeicherkraftwerkes Vianden, die Anlage mit einer zusätzlichen Pumpturbine von 200 MW Leistung erweitern. Die neue Maschine wird in einer separaten Kaverne untergebracht und erhält eigene Wasserwege. Parallel dazu wird der Nutzstauraum im Ober- und Unterbecken um 0,5 Mio. m3 vergrößert.
 
Developments in water management are placing increasing demands on the quality of our measurement data. The calibration of the measurement device and its quality directly affect the quality of the data and the measures derived from it. The article gives an overview in which fields the use of calibrated current-meters is of special importance (e.g. discharge and pollution loads such as microplastics). Furthermore, it gives a brief retrospection of 125 eventful years of calibration of hydrometrical current-meters in Austria and describes the techniques used for calibration over these years in the facility in Vienna. The Institute entered into a cooperation with the University of Natural Resources and Applied Life Sciences in order to use a joint infrastructure for hydraulic model tests in the future. Our work at the new hydraulic engineering laboratory will start at the beginning of 2023, but due to the estimated costs, the planning for a new calibration tank in the laboratory was discontinued in 2019. The relocation of the Institute plus the use of new measuring techniques in hydrography requires a realignment of our field of activity. It is still uncertain with which services we will advise and accompany hydrography on its path from 2023.
 
The El Zapotillo roller compacted concrete (RCC) dam, which is around 130 metres high, is being built on the Rio Verde near Guadalajara, Mexico. The dam is built on highly deformable layers of tuff, which are encountered in an alternating sequence with ignimbrite. Two layers of ignimbrite with a higher permeability form two artesian aquifers below the valley floor. The design of the dam has to account for these difficult ground conditions. The high deformability of the tuff layers in particular represents a major challenge in terms of proving stability of the dam. The design of the grouting and drainage concept is dominated by the two artesian aquifers. Proof of stability was provided with the help of 3D finite element analyses using programme systems from the WBI consulting firm. Construction of the dam and reservoir filling and operation are and will be accompanied by an extensive monitoring programme and expert opinions following the observational method well known in geotechnical engineering.
 
In this paper, the innovative technology and novel construction methods for construction of RCC arch dams which are successfully applied in Gomal Zam RCC arch-gravity dam are presented. Essentially, formation of the temporary transverse contraction joints, post-cooling of the RCC dam by means of the HDPE-cooling pipes embedded while RCC placing and joint grouting through a reinjectable/repeat grouting system are emphasised. The experiences and knowledge collected from the construction practice of Gomal Zam RCC arch-gravity dam demonstrated the suitability and acceptance of the technology and construction methods for RCC arch dams.
 
Within the project of improving the locks of the river Neckar concerning 135 m long motor vessels (uGMS), the navigational conditions in the stretches between the locks with partly very narrow cross-sections and winding cures have to be investigated. The general navigability was checked prior to the study, but not at which places uGMS are able to overtake or meet other vessels. For this reason field investigations were carried out, including a unit consisting of a push tow and a GMS, simulating an uGMS. In the following, the methodology for performing the investigations, for analyzing the data and for using them to predict not observed design cases will be presented.
 
During commissioning of a new hydro power plant, power fluctuations of up to 25 % were observed. Due to the fact that both outer units were facing significantly higher power oscilla- tions compared to the middle unit, the problem could be tra- ced back to the spherical trifurcation. Trifurcations are sometimes used in hydro power plants when the discharge of the penstock is distributed to three turbine units. The design of the trifurcation plays an important role in terms of losses in the feeding pipes. However, the geometry of the trifurcation is often dominated by structural reasons and not by fluid mecha- nic considerations. In the scope of this study, the unsteady flow behaviour in the trifurcation that causes the pressure oscillations is demonstrated with numerical simulations at prototype scale and measurements at model scale for two different operating points. In both, simulation and experiment, strong vortices can be observed for the original design of the trifurcation. By installing deflection plates on top and bottom of the trifurcation these vortices could be noticeable reduced. Also the pressure fluctuations could be significantly reduced, which proves the effectiveness of the modified design.
 
Top-cited authors
Markus Aufleger
  • University of Innsbruck
Franz Nestmann
  • Karlsruhe Institute of Technology
Stephan Heimerl
  • Fichtner Water & Transportation GmbH, Stuttgart, Germany
Alois Lashofer
  • Lashofer Consulting Engineers
Beate Adam
  • Institut für angewandte Ökologie