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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008 Foto: Nationalpark Donau-Auen
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
¾ unzureichende Fahrwasser- verhältnisse bei Niederwasser
Schifffahrt
Quelle Schramm et.al
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
• 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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
•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
aus studentischer Gruppenarbeit
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
• 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
aus studentischer Gruppenarbeit
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
Erhaltung der freien Fließstrecke Hochwasserschutz
nach DonauConsult (2006)
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
aus studentischer Gruppenarbeit
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
Welche Anforderungen ergeben sich an das Projekt:
• Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke
•Keine Erhöhung der Wasserspiegellagen bei Hochwasser
•Keine Stauhaltungen
• Verbesserung der Schifffahrt
•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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
unter Einhaltung von Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke
•Keine Erhöhung der Wasserspiegellagen bei Hochwasser
•Keine Stauhaltungen
•Verbesserung der Schifffahrt
•Stabilisierung der Donausohle (Erhaltungskosten)
•Pflasterung
•Korndurchmesser erhöhen – Grobkieszugabe
•Erhöhung der Durchflussfläche – Nebenarme
•Schifffahrtskanal neu
aus studentischer Gruppenarbeit
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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.
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
unter Einhaltung von Hochwasserschutz und Erhaltung der freien Fliessstrecke
• Keine Erhöhung der Wasserspiegellagen bei Hochwasser
• Keine Stauhaltungen
• Verbesserung der Schifffahrt
• 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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
• Einengung des Abflussquerschnittes
-Buhnen, Leitwerke
• Ausleitungen reduzieren
-
Aus ökologischer Sicht nicht gewünscht
• Sohlumformungen
-
Baggerungen und Umlagerungen
Problem Erhöhung der Niederwassertiefen
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
• 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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
• Anbindung der Altarme
• Uferrückbau
Problem Verbesserung der Vernetzung der
Donau mit der Au
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
• Berücksichtigung der Anforderungen bei den baulichen Maßnahmen
-
Uferrückbau
-Buhnen
-
Sohlumformungen
Problem Verbesserung der Habitat-Strukturen
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
Geplante Maßnahmen:
¾ NIEDERWASSERREGULIERUNG
• Buhnen
• Stromsohlenanpassung
¾ GRANULOMETRISCHE SOHLVERBESSERUNG
• Vergröberung des Sohlmaterials
• Verringerung des Geschiebetransportes
¾ GEWÄSSERVERNETZUNG
¾ UFERRÜCKBAU
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
UFERRÜCKBAU
RNW
Fixieren der NW-Linie Querschnittsaufweitung +
Reduktion der Vegetationsrauhigkeit
HW 100 Bestand HW 100 nach Querschnittsaufweitung
50 ... 150 m
Klasz et.al
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
RNW aktuell MW aktuell
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
RNW aktuell MW aktuell
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
RNW aktuell MW aktuell
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0
Inseln Buhnen
lückige Pioniervegetation dichte Pioniervegetation
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
Nebenarme: Problemstellung
Sequentieren durch Traversen
Absenken der Donau- wsp.
durch Sohlerosion
Klasz 2006
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
Nebenarme: Maßnahmen
Donau-wsp.
anheben
Ausströmöffnunge n frei legen
(Querströmungen) Traversen abtragen
vollständig, ggf. mit Durchlässen
Klasz 2006
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
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
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
dm ca. 26 mm
0 / 128 mm
dm → 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
Klappschute zur Aufbringung von Grobkiesmaterial in der Donau (Fischer-Antze, 2005)
Klappschute zur Aufbringung von Grobkiesmaterial in der Donau (Fischer-Antze, 2005)
Klappschute zur Aufbringung von Grobkiesmaterial in der Donau (Fischer-Antze, 2005)
Vorlesung Wasserbewirtschaftung SS-2008
Aus der jeweiligen Sicht sind anzustreben:
•Öffentliches Interesse
•Ökologie
•Schifffahrt
•Nationalpark
•Anrainergemeinden
•Wissenschaft
•NGO