Baggerungen) Problembereich Schifffahrt nach Schramm et.al (13)Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008 Welche Anforderungen ergeben sich an das Projekt

(1)

Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008

WASSERWIRTSCHAFT Nutzung und Erhaltung der Wasservorkommen nach Menge und Güte

Aufrechterhaltung ökologisch günstiger

Verhältnisse

SCHIFFFAHRT WASSERVERSORGUNG

WASSERKRAFT BEWÄSSERUNG

ENTWÄSSERUNG HOCHWASSERSCHUTZ

FLUSSBAU

,

GEWÄSSERPFLEGE

BEWIRTSCHAFTUNG

nach GUTKNECHT

(2)

WASSERWIRTSCHAFT Nutzung und Erhaltung der Wasservorkommen nach Menge und Güte

Aufrechterhaltung ökologisch günstiger

Verhältnisse

WASSERGÜTE- WIRTSCHAFT Abwasserableitung Abwasserreinigung Abfallwirtschaft Deponie, Altlasten

ENERGIEWASSER- WIRTSCHAFT

Wasserkraftanlagen WASSERVERSORGUNG Wassererschließung Aufbereitungsanlagen

VERKEHRS- WIRTSCHAFT Schifffahrt Schiene Straße LANDSCHAFTSWASSER

-HAUSHALT Gewässerausbau Bewässerung Entwässerung

SCHUTZWASSER- WIRTSCHAFT Hochwasserschutz Erosionsschutz Düngung

Boden

Waldnutzung

INDUSTRIE Abwasser Nutzwasser Emissionen

nach GUTKNECHT

(3)

Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008 Foto: Nationalpark Donau-Auen

(4)

Quelle Donauconsult

¾ Sohleintiefung

¾ 2 - 3,5 cm/a

¾ seit 1984: 0,50 m

¾ Geschiebezugabe (AHP) in

Erhaltungsstrecke

146.89

146.78 146.62

146.52

146.27 141.84

141.74 141.64

141.54

141.21

146.0 146.1 146.2 146.3 146.4 146.5 146.6 146.7 146.8 146.9 147.0 147.1 147.2 147.3 147.4 147.5

1950 1970 1990 2010

Jahr

140.5 140.6 140.7 140.8 140.9 141.0 141.1 141.2 141.3 141.4 141.5 141.6 141.7 141.8 141.9 142.0

RNW-Fischamend RNW-Wildungsmauer

Sohleintiefung

(5)

¾ unzureichende Fahrwasser- verhältnisse bei Niederwasser

Schifffahrt

Quelle Schramm et.al

(6)

• Grundwasser

• Sinkender Wasserspiegel – Brunnen trocken

• Wasserversorgung der Vegetation

• Qualitative Verschlechterung

• Ökologie

• Verlandungen, Verlust an Lebensraum

• geringere Artenvielfalt

• Verschlechterung der Altarmanbindungen

• Austrocknung von Böden

• Schifffahrt

• negative Auswirkungen auf Bauwerke

• Einfluss der Eintiefung auf den Kraftwerksbereich

• Einfluss auf Uferbefestigungen

• Allgemein

• Wirtschaftliche Verschlechterung (Energiekosten Brunnen, Geschiebezugabe,..)

• Erhöhung der Fließgeschwindigkeit durch Eintiefung (Breitenreduktion) Æ rascheres Fortschreiten der Eintiefung

aus studentischer Gruppenarbeit

(7)

•Öffentliches Interesse

•Nationalpark

•Schifffahrt

•Ökologie im Allgemeinen

•Wasserstraßenverwaltung (via donau)

•Stadt Wien (Hochwasserschutz, Trinkwasser Lobau)

•Anrainergemeinden (Land- u. Forstwirtschaft,

Freizeitnutzungen, Hochwasserschutz, Trinkwasser,…)

•Wasserversorgungsunternehmen

•Kraftwerksbetreiber Freudenau (AHP)

•Betriebsgesellschaft Marchfeldkanal

•Fischereivereine

(8)

• Wasserversorgung – öffentliches Interesse

•Eintiefung stoppen

•Erhaltung der Grundwasserquantität und –qualität

•Ökologie

•Uferrückbau, mehr Wasser in die Au

•Natürliche Überschwemmungsgebiete

•Keine intensive Landwirtschaft

•Keine Verschlechterung der Grundwasserqualität

•Schifffahrt

•Einhaltung der Fahrwassertiefen über möglichst lange Zeiträume

•Eintiefung stoppen

(9)

Erhaltung der freien Fließstrecke Hochwasserschutz

nach DonauConsult (2006)

(10)

¾ Größte Herausforderung im

Stromabschnitt östlich von Wien

¾ Eintiefungsraten von bis zu 1m in den letzten 50 Jahren

¾ Auslöser: Große Donauregulierung (19 Jhdt.) und Kraftwerkskette an der Oberen Donau

¾ Entkoppelung zwischen Strom und Au

¾ Absinken der Grundwasserspiegel

Quelle: Donau Consult

1950 1960 1970 1980 1990 2000 140,75

141,00 141,25 141,50 141,75 142,00 142,25

m ü.A.

nach Schramm et.al

Problembereich Sohleintiefung

(11)

Bild: Nationalpark Donau-Auen

¾ Nebenarme werden weniger

oft durchströmt und verlanden

¾ stark verbaute Ufer im Nationalpark

¾ Lebensraum für die Au- typischen Pflanzen und Tierarten ist bedroht

nach Schramm et.al

Problembereich Ökologie

(12)

¾ unzureichende Fahrwasser-

verhältnisse bei Niederwasser

¾ Æ Störfälle (Wartezeiten, Leichterungen, Ersatzverk.)

¾ Æ beschränkte

Wettbewerbsfähigkeit der Binnenschifffahrt

¾ hohe

Streckenerhaltungs- kosten (lfd.

Baggerungen)

Problembereich Schifffahrt

nach Schramm et.al

(13)

Welche Anforderungen ergeben sich an das Projekt:

• Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke

•Keine Änderung der Hochwasserspiegellagen

•Schaffung von Rückhaltebereiche

•Keine Stauhaltungen

• Verbesserung der Schifffahrt

•Durchgängige Fahrwassertiefe 28 dm Fahrwassertiefe

•Freie Höhe bei Brücken

•Verbreiterung der Fahrrinne

•Verbesserung der Umschlagplätze (Häfen)

•Industrie zur Donau

(14)

Welche Anforderungen ergeben sich an das Projekt:

•Verbesserung der ökologischen Verhältnisse

•Max 25 dm Fahrwassertiefe

•Höhere Wasserspiegel in der Donau

•Verbesserte Anbindung der Altarme

•Mehr Dynamik in die Au

•Erhöhung der Gewässergüte ^{aus studen}

tischer Gruppenarbeit

(15)

¾ Größte Herausforderung im

Stromabschnitt östlich von Wien

¾ Eintiefungsraten von bis zu 1m in den letzten 50 Jahren

¾ Auslöser: Große Donauregulierung (19 Jhdt.) und Kraftwerkskette an der Oberen Donau

¾ Entkoppelung zwischen Strom und Au

¾ Absinken der Grundwasserspiegel

¾ Ziel: Nachhaltige Stabilisierung der Donausohle unter der Prämisse

der Erhaltung der freien Fließstrecke

Quelle: Donau Consult

1950 1960 1970 1980 1990 2000 140,75

141,00 141,25 141,50 141,75 142,00 142,25

m ü.A.

nach Schramm et.al

Problembereich Sohleintiefung

(16)

Bild: Nationalpark Donau-Auen

¾ Nebenarme werden weniger oft durchströmt und verlanden

¾ stark verbaute Ufer im Nationalpark

¾ Lebensraum für die Au- typischen Pflanzen und Tierarten ist bedroht

¾ Ziele: Bessere Vernetzung

zwischen Strom und Au sowie die Verbesserung der Lebens- bedingungen für Au-typische Tier und Pflanzenarten

nach Schramm et.al

Problembereich Ökologie

(17)

¾ unzureichende Fahrwasser- verhältnisse bei Niederwasser

¾ Æ Störfälle (Wartezeiten, Leichterungen, Ersatzverk.)

¾ Æ beschränkte

Wettbewerbsfähigkeit der Binnenschifffahrt

¾ hohe Streckenerhaltungs- kosten (lfd. Baggerungen)

¾ Ziele: Fahrwasserbedingungen verbessern und Erhaltungs- kosten senken

Problembereich Schifffahrt

nach Schramm et.al

(18)

Welche Anforderungen ergeben sich an das Projekt:

• Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke

•Keine Erhöhung der Wasserspiegellagen bei Hochwasser

•Erhöhung der Wassertiefen bei Niederwasserverhältnissen

•Stabilisierung der Donausohle (Erhaltungskosten)

• Verbesserung der ökologischen Verhältnisse

•Verbesserung der Vernetzung der Donau mit der Au

•Stabilisierung der Donausohle (Altarme, Grundwasserverhältnisse)

•Verbesserung der Strukturen (Habitate) für Tiere u. Pflanzen

(19)

unter Einhaltung von Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke

•Keine Erhöhung der Wasserspiegellagen bei Hochwasser

•Verbesserung der Schifffahrt

•Stabilisierung der Donausohle (Erhaltungskosten)

•Pflasterung

•Korndurchmesser erhöhen – Grobkieszugabe

•Erhöhung der Durchflussfläche – Nebenarme

•Schifffahrtskanal neu

(20)

Schmalfuß et.al

Sohl-

stabil. Schifff. NP/

Ökol.

HW- Schutz

soz.

Akz.

Wirt sch.

Sohlendeckwerk Grobkornzugabe

Material mit höherer Wichte Sohlabtreppung

Stauregelung einstufig Stauregelung mehrstufig Verlängerung Fließweg Profilaufweitung (im NW- Bett)

Aufw. und Fixierung NW- Bett

Ausleitung ohne Maßnahmen

Sohlgurte

Offenes Deckwerk Seitenkanal

Ausleitung und Grobkornzug.

(21)

unter Einhaltung von Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke

• Keine Erhöhung der Wasserspiegellagen bei Hochwasser

• Keine Stauhaltungen

• Erhöhung der Wassertiefen bei Niederwasserverhältnissen

• Stabilisierung der Donausohle (Erhaltungskosten)

• Verbesserung der ökologischen Verhältnisse

• Verbesserung der Vernetzung der Donau mit der Au

• Stabilisierung der Donausohle (Altarme, Grundwasserverhältnisse)

• Verbesserung der Strukturen (Habitate) für Tiere u. Pflanzen

(22)

• Einengung des Abflussquerschnittes

-

Buhnen, Leitwerke

• Ausleitungen reduzieren

-

Aus ökologischer Sicht nicht gewünscht

• Sohlumformungen

-

Baggerungen und Umlagerungen

Problem Erhöhung der Niederwassertiefen

(23)

• Ausgleich des Geschiebedefizits

-

Künstliche Geschiebezugabe

• Reduktion des Fließgefälles

-

Stauregelung

-

Laufverlängerung

• Verminderung der Sohlbeanspruchung

-

Ausleitung von Abflussanteilen (Gewässervernetzung)

-

Profilaufweitung (Uferrückbau)

• Erhöhung des Sohlwiderstandes

-

Sohlendeckwerk

-

Granulometrische Sohlverbesserung (GSV)

Problem Sohlstabilisierung

(24)

• Anbindung der Altarme

• Uferrückbau

Problem Verbesserung der Vernetzung der

Donau mit der Au

(25)

• Berücksichtigung der Anforderungen bei den baulichen Maßnahmen

-

Uferrückbau

-

Buhnen

-

Sohlumformungen

Problem Verbesserung der Habitat-Strukturen

(26)

Geplante Maßnahmen:

¾ NIEDERWASSERREGULIERUNG

• Buhnen

• Stromsohlenanpassung

¾ GRANULOMETRISCHE SOHLVERBESSERUNG

• Vergröberung des Sohlmaterials

• Verringerung des Geschiebetransportes

¾ GEWÄSSERVERNETZUNG

¾ UFERRÜCKBAU

(27)

GRANULOMETRISCHE SOHLVERBESSERUNG

ca. 25 cm

ZUSTAND I

Siebdurchgang in Gew.%

50

Ø40/70mm Zugabematerial

Korndurchmesser [mm]

0 10 20 30 40

30

0 60 90 120 150 180

ZUGABEMATERIAL Z

90

70 60 80 100

Normalgeschiebe

40/70

¾ ZUGABE GROBKIES 40/70 mm

Klasz et.al

(28)

Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008 ~50 cm

Ø40/70mm

10

Korndurchmesser [mm]

0

30

0 60 90 120 150 180

Zugabematerial Mischungsbereich

(ca. 450 kg/m2)

ZUSTAND II

80 70 60 50 40 30 20

Siebdurchgang in Gew.%

100 90

MISCHUNG A+Z

Normalgeschiebe 40/70

ZUSTAND II

¾ Vermischung durch

Hochwässer und Schraubstrahl

¾ Reduktion

Geschiebetransport auf etwa 10 %

GRANULOMETRISCHE SOHLVERBESSERUNG

Klasz et.al

(29)

NIEDERWASSERREGULIERUNG

Fahrrinne b=120 m

≥ 27 dm

(Planum nach Baggerung) (Granulometrische Sohlverbesserung 25 cm Kiesberollung

Sohle-Projekt

Projekts-Rohprofil

Randbaggerung

Sohle Bestand

Zugabematerial 40/70 mm)

Treppelweg

RNW (27dm Var. B) 146.84 m HSW (27dm Var.) 151.34 m

MW (27dm Var. B) 148.36 m morphologische Dynamik

im Uferbereich zulassen!

Steinsicherungen entfernen) bzw. MW - Niveau (höherliegende Uferrückbau bis auf RNW

(durch Wasserspiegelanhebung) verstärkte Durchströmung

Buhne (32 dm Variante)

im Vergleich mit 32dm-Variante

- gleicher Aufwand für Regulierungsbauwerke - geringere Baggerkubaturen

- gleiche flächige Sohlbelegung

- größere Spiegelanhebung (i.M. +52cm bezogen auf RNW 1996)

Buhne (27 dm Variante B)

HSW (32dm Var.) 151.35 m

MW (32dm Var.) 148.42 m

RNW (32dm Var.) 146.88 m

HSW (1996) 151.04 m

MW (1996) 147.98 m

RNW (1996) 146.47

27dm - VARIANTE B

Kronenhöhe auf RNW-Niveau legen

Klasz et.al

(30)

UFERRÜCKBAU

RNW

Fixieren der NW-Linie Querschnittsaufweitung +

Reduktion der Vegetationsrauhigkeit

HW 100 Bestand HW 100 nach Querschnittsaufweitung

50 ... 150 m

Klasz et.al

(31)

nach Korner et.al

0 50 100 150 200 250

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

RNW aktuell MW aktuell

0 50 100 150 200 250

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

0 50 100 150 200

-3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78

0 50 100 150 200

-3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Inseln Buhnen

lückige Pioniervegetation dichte Pioniervegetation

(32)

Wirkung der Wasserspiegelanhebung - Vegetation

MW

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Weidenau feuchte Pappelau frische Pappelau Schwarzpappelau Weidenau – in der stabilen Au Eschen- Feldulmenau Eichen- Feldulmenau Eichen-Lindenau

Höhe in cm über MW

nach Korner et.al

(33)

Nebenarme: Problemstellung

Sequentieren durch Traversen

Absenken der Donau- wsp.

durch Sohlerosion

Klasz 2006

(34)

Nebenarme: Maßnahmen

Donau-wsp.

anheben

Ausströmöffnunge n frei legen

(Querströmungen) Traversen abtragen

vollständig, ggf. mit Durchlässen

Klasz 2006

(35)

Granulometrische Sohlverbesserung

GSV nur über die stark beanspruchten Teile der Sohle, nur ca 50% der MW-Breite

adaptive Bauausführung: Furten (und sonstige potentielle Auflandungszonen) zunächst ausgespart

Klasz 2006

(36)

Granulometrische Sohlverbesserung

„Sohlvergröberung“

0,0%

4,3%

11,4%

24,2%

46,1%

74,4%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Korndurchmesser [mm]

Siebdurchgang [Gew.%]

A usgangsmaterial (Normalgeschiebe mA ) Zugabematerial 40/70mm (Z I)

Endzustand (Z II), Durchmischungsverhältnis 1:1 (25:25 cm) Endzustand (Z II), Durchmischungsverhältnis 1:2 (12,5:25 cm) Endzustand (Z II), Durchmischungsverhältnis 1:3 (8,3:25 cm)

Ergebnis geschiebehydraulischer Berechnungen

Bestand Projekt

mit granulometrischer Sohlverbesserung

Kornverteilung 0 / 128 mm

d_mca. 26 mm

0 / 128 mm

d_m→ ca. 52 mm → ca. 39 mm

Geschiebe-

transportvermögen

ca.

300.000 bis 380.000 m³/a

≤ ca. 60.000 bis 70.000 m³/a (Erwartungswert: ca. 40.000 m³/a)

mittl. Eintiefungs- raten

ca. 2,6 bis 2,7 cm/a ≤ca. 0,5 bis 0,9 cm/a (ohne Anfangseffekte) durch Instandhaltung: 0 cm/a

Klasz 2006

(37)

Klappschute zur Aufbringung von Grobkiesmaterial in der Donau (Fischer-Antze, 2005)

(38)

(39)

(40)

Aus der jeweiligen Sicht sind anzustreben:

•Öffentliches Interesse

•Ökologie

•Schifffahrt

•Nationalpark

•Anrainergemeinden

•Wissenschaft

•NGO