Hydraulik Der Gerinne Und Gerinnebauwerke

Das vorliegende Buch basiert auf Unterlagen ffir den DVWK-Lehrgang “Stationare Gerinnehydraulik”, den ich im April 1980 an der Universitat Karlsruhe zusammen mit den Kollegen Heinrich Dorer, Wilhelm Gehrig, Bruno Herrling, Franz Nest mann und Berthold Treiber durchffihrte. Obwohl ich stets vorhatte, die Lehr gangsunterlagen nach grfindlicher Uberarbeitung zu veroffentlichen, ist es doch dem beharrlichen Zuspruch von Hans Bischoff, Vorsitzender des DVWK-Fachaus schusses “Rohr- und Gerinnehydraulik”, zu verdanken, daB dieses Vorhaben nun auch verwirklicht wurde. Es war mein Bestreben, gleichzeitig ein anwendungsbezogenes Lehrbuch ffir Stu denten des Bauingenieurwesens u n d ein in den Grundlagen wohlfundiertes Handbuch fur den im Wasserbau, in der Siedlungswasserwirtschaft und der indu striellen Wasserversorgung tatigen Ingenieur zu schreiben. Ich habe mich des halb bemfiht, alle dargestellten Berechnungsverfahren fur Gerinnestromungen und alle Ausffihrungen zur Bemessung und Gestaltung von Gerinnen und Gerinnebauwer ken durch Anwendungsbeispiele eingehend zu erlautern. Wo immer moglich, habe ich Bewahrtes von anderen fibernommen, so vor allem von Hunter Rouse, Ven Te Chow und Ralph Schroder. Meine langjahrige Tatigkeit in den USA findet ihren Niederschlag in den vie len Hinweisen auf die sehr umfangreiche englischsprachi ge Literatur zum Thema Gerinnehydraulik, sowie in der Darbietung des Stoffes nach der Schule von Rouse. Zumindest war mir dieses letztere wichtigstes An liegen. Bis vor einer Generation waren Ingenieure gezwungen, Formeln zu verwenden, die auf der Grundlage-von Empirie und stark vereinfachten theoretischen Betrachtun gen entwickelt worden waren. 1. Grundlagen der Gerinnehydraulik.- 1.1 Die Grundgleichungen der eindimensionalen Strmungsanalyse.- 1.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 1.1.2 Die Kontinuittsgleichung.- 1.1.3 Die Energiegleichung.- 1.1.4 Die Impulsgleichung.- 1.1.5 Zur Anwendung der Grundgleichungen.- 1.1.5.1 Allgemeines.- 1.1.5.2 Geschwindigkeitsverteilung.- 1.1.5.3 Druckverteilung.- 1.2 Gesetzmigkeiten des stark ungleichfrmigen Abflusses.- 1.2.1 Energiebetrachtung; die Grenztiefe.- 1.2.2 Kontrollbedingungen fr den Gerinneabflu.- 1.2.3 Impulsbetrachtung; der Wechselsprung.- 2. Bemessung und Gestaltung von Tosbecken.- 2.1 Bemessung grundlegender Tosbeckentypen.- 2.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 2.1.2 Tosbecken mit positiver Stufe.- 2.1.3 Tosbecken mit Schwelle und Zahnschwelle.- 2.1.4 Tosbecken unterstrom eines freien berfalls.- 2.1.5 Tosbecken mit Rckstau.- 2.1.6 Tosbecken besonderer Bauart.- 2.2 Stabilisierung des Wechselsprungs.- 2.2.1 Tosbecken mit Prallblcken oder Schwellen.- 2.2.2 Tosbecken mit Sohlenvertiefung oder negativer Stufe.- 2.2.3 Tosbecken mit seitlicher Aufweitung.- 2.2.4 Tosbecken unterstrom eines geneigten Gerinnes.- 2.3 Wechselsprung und Luftbeimengung.- 2.3.1 Einflu der Vorbelftung auf den Wechselsprung.- 2.3.2 Luft- und Sauerstoffeintrag im Wechselsprung.- 3. Bemessung von Kontrollbauwerken.- 3.1 Kontrollbauwerke und Abflu: Anmerkungen zur Koeffizientenhydraulik.- 3.2 Unterstrmte Bauwerke.- 3.2.1 Tiefschtze.- 3.2.2 Freispiegelschtze mit freiem Abflu.- 3.2.2.1 Das unterstrmte Schtz.- 3.2.2.2 Einflu der Reynolds-Zahl.- 3.2.2.3 Mastabseffekte.- 3.2.2.4 Unterstrmte Freispiegelschtze besonderer Bauart.- 3.2.3 Freispiegelschtze mit rckgestautem Abflu.- 3.3 berstrmte Bauwerke.- 3.3.1 Wehre und Schwellen mit vollkommenem berfall.- 3.3.1.1 Scharfkantige Wehre und Schwellen.- 3.3.1.2 Wehr mit berfallrcken.- 3.3.1.3 berstrmte Wehrverschlsse besonderer Bauart.- 3.3.1.4 Breitkroniges Wehr, Venturikanal.- 3.3.1.5 Mastabseffekte.- 3.3.2 Wehre mit unvollkommenem berfall.- 3.3.3 Wehre besonderer Art.- 3.4 Gleichzeitig ber- und unterstrmte Bauwerke.- 4. bergangsbauwerke und Einbauten in Gerinnen.- 4.1 rtliche Energieverluste.- 4.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 4.1.2 Verlust bei Einbauten (Pfeilerstau).- 4.1.2.1 Allgemeines.- 4.1.2.2 Einflu der Form und der Reynolds-Zahl.- 4.1.2.3 Rauheits- und Turbulenzeinflsse.- 4.1.2.4 Sohlen- und Endeinflsse.- 4.1.2.5 Welleneinflu.- 4.1.2.6 Einflu von Bauwerksschwingungen.- 4.1.2.7 Verbauung und Nachbarbauten.- 4.1.3 Verlust bei Querschnittsnderungen (strmender Abflu).- 4.1.3.1 Allgemeines.- 4.1.3.2 Querschnittserweiterungen.- 4.1.3.3 Quer schnittsverengungen.- 4.1.3.4 Einlaufverlust.- 4.1.3.5 Brckenwiderlager und eingestaute Brcken.- 4.1.4 Umlenk- und Verzweigungsverluste (strmender Abflu).- 4.1.4.1 Krmmungen.- 4.1.4.2 Verzweigungen und Vereinigungen.- 4.2 bergangsbauwerke fr strmenden Abflu.- 4.2.1 Allgemeine Bemerkungen.- 4.2.2 Gerinneverengungen und Einlaufbauwerke.- 4.2.3 Gerinneerweiterungen und Auslabauwerke.- 4.2.4 Gerinnekrmmungen.- 5. Bemessung und Gestaltung von Schussrinnen.- 5.1 Richtungsnderungen bei schieendem Abflu.- 5.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 5.1.2 Pltzliche Richtungsnderung.- 5.1.3 Allmhliche Richtungsnderung.- 5.1.4 Reflexion und Interferenz stehender Wellen.- 5.2 Gerinnebauwerke fr schieenden Abflu.- 5.2.1 Gerinneverengungen und Einlaufbauwerke.- 5.2.2 Gerinneerweiterungen und Auslabauwerke.- 5.2.3 Gerinnekrmmungen und -vereinigungen.- 5.2.3.1 Strmungsverhltnisse in Krmmungen.- 5.2.3.2 Gestaltung von Gerinnekrmmungen und -vereinigungen.- 6. Berechnung des Gleichfrmigen Abflusses.- 6.1 Kritische Betrachtung der Abfluformeln.- 6.1.1 Ausbildung und Arten des Normalabflusses.- 6.1.2 Das Widerstandsgesetz.- 6.1.3 Flchen- und Formrauheit.- 6.1.4 Die Abfluformeln.- 6.2 Gerinne mit besonderen Randbedingungen.- 6.2.1 Teilgefllte Rohre und Stollen.- 6.2.2 “Hydraulisch gnstigste” Fliequerschnitte.- 6.2.3 Gerinne mit unterschiedlicher Rauheit.- 6.2.4 Gerinne mit gegliedertem Querschnitt und Vegetation.- 6.2.5 Gerinne mit beweglicher Sohle.- 6.3 Gerinne mit schieendem Abflu.- 6.3.1 Froude-Wellen und Strmungswiderstand.- 6.3.2 Gerinneabflu mit Luftaufnahme.- 6.3.2.1 Allgemeines.- 6.3.2.2 Die Abfluformel.- 6.3.2.3 Die Luftkonzentrationsverteilung.- 7. Berechnung des Ungleichfrmigen Abflusses.- 7.1 Leicht ungleichfrmige Gerinnestrmung.- 7.1.1 Die Grundlagen.- 7.1.2 Klassifikation der Wasserspiegelprofile.- 7.1.3 Voranalyse der Wasserspiegelberechnung.- 7.2 Ungleichfrmige Gerinnestrmung mit Selbstbelftung.- 7.2.1 Grenzschichtentwicklung und Belftungsbeginn.- 7.2.2 Die Luftkonzentrationsverteilung.- 7.2.3 Berechnung des selbstbelfteten Abflusses.- 7.2.4 Die Energie- und Impulsgleichung.- 7.3 Gerinnestrmung mit seitlichem Zuflu.- 7.3.1 Problemstellung.- 7.3.2 Die Grundgleichungen.- 7.3.3 Berechnung der Wasserspiegellage.- 7.4 Gerinnestrmung mit seitlichem Abflu.- 7.4.1 Die Grundgleichungen.- 7.4.2 Streichwehre und seitliche Abzweigungen.- 7.4.3 Bodenauslsse (Tiroler Wehre).- 7.5 Einsatz des Rechners bei Wasserspiegelberechnungen.- 7.5.1 Grundgleichungen und Lsungsverfahren.- 7.5.2 Ermittlung der Profilkennwerte.- 7.5.3 Durchfhrung der Berechnungen.- 7.5.4 Festlegung der Abflubeiwerte.- 7.5.5 Einsatz von Taschenrechnern.- Literatur.- Namensverzeichnis.