1 Einführung ................................................... 1
1.1 Motivation und Zielsetzung .............................. 1
1.2 Methodik ................................................ 3
2 Theoretische Grundlagen ...................................... 7
2.1 Fließformeln ............................................ 7
2.2 Die de Saint-Venant-Gleichungen ........................ 10
2.3 Lösungsansätze der de Saint- Venant-Gleichungen ........ 18
2.3.1 Kinematische Welle .............................. 19
2.3.2 Diffusionswelle ................................. 20
2.3.3 Dynamische Welle ................................ 22
3 Scheitelreduktion einer Hochwasserwelle .................... 25
3.1 Fließende und stehende Retention ....................... 25
3.2 Der Hochwasserscheitel ................................. 28
3.3 Theoretische Ansätze ................................... 31
3.3.1 Reduktion des Wassertiefenscheitels nach
Henderson ....................................... 31
3.3.2 Abminderung des Durchflussscheitels nach Di
Silvio .......................................... 32
3.3.3 Variation des Durchflussmaximums nach
Fiorillo ........................................ 34
3.3.4 Vergleich mit einer numerischen Berechnung ...... 36
3.4 Semi-empirische Ansätze ................................ 37
3.4.1 Semi-empirische Formel für einen kompakten
Querschnitt nach Yen ............................ 37
3.4.2 Semi-empirische Formel für einen gegliederten
Querschnitt nach Tingsanchali und Lal ........... 39
3.5 Numerische Modelle ..................................... 41
3.5.1 Der Beitrag von Vorlandüberflutungen nach
Haider .......................................... 41
3.5.2 Der Einfluss von Flussbaumaßnahmen auf den
Hochwasserabfluss nach Schwaller und Tolle ...... 42
3.5.3 Abminderung des Durchflussscheitels in einer
Parameterstudie von Fischer ..................... 43
4 Gerinneaufweitung bei stationärem Abfluss ................... 45
4.1 Energieverluste bei Querschnittsänderung in
offenen Gerinnen ....................................... 45
4.2 Längsprofil der Wassertiefe und Energiehöhe über
der Sohle .............................................. 53
4.2.1 Energiehöhe-Wassertiefe-Beziehung ............... 53
4.2.2 Vergleich des theoretischen Ansatzes mit einem
numerischen Beispiel ............................ 59
4.2.3 Auswirkung der Aufweitungslänge ................. 63
4.3 Ein Beispiel aus der Praxis: die Elbe bei Lenzen und
bei Klöden ............................................. 66
4.4 Effektive Mindestlänge einer Gerinneaufweitung ......... 68
4.4.1 Wasserspiegelanhebung am Aufweitungsende ........ 68
4.4.2 Ableitung der effektiven Mindestlänge ........... 72
5 Gerinneaufweitung bei instationärem Abfluss ................. 79
5.1 Aufweitungsansätze ..................................... 79
5.2 Vollständige Erweiterung des Fließquerschnitts ......... 82
5.2.1 Geometrie, Anfangs- und Randbedingungen ......... 82
5.2.2 Erweiterung-Ansatz (Erw) ........................ 84
5.2.3 Storage Area-Ansatz (SA) ........................ 87
5.2.4 Umflutkanal-Ansatz (UK) ......................... 89
5.2.5 Flutpolder-Ansatz (FP) .......................... 89
5.2.6 Retentionswirkung des Gerinnes .................. 91
5.2.7 Retentionswirkung der Aufweitung ................ 93
5.3 Partielle Erweiterung des Fließquerschnitts ............ 99
5.3.1 Geometrie, Anfangs- und Randbedingungen ......... 99
5.3.2 Vergleich partielle/vollständige
Querschnittserweiterung ........................ 100
5.4 Aufbau des numerischen Modells in MIKE11 .............. 105
5.4.1 Querschnittsabstand ............................ 105
5.4.2 Der hydraulische Radius ........................ 106
5.4.3 Die untere Randbedingung ....................... 108
5.4.4 Anfangsbedingungen ............................. 112
5.4.5 Programmparameter .............................. 113
6 Parameterstudie einer Deichrückverlegung ................... 117
6.1 Problemstellung ....................................... 117
6.2 Ausgewählter Parametersatz ............................ 119
6.3 Kriterium für die Anwendbarkeit des stationären
Ansatzes .............................................. 122
6.3.1 Ableitung eines Kriteriums für das Gerinne ..... 122
6.3.2 Der Gültigkeitsbereich nach Moussa ............. 127
6.3.3 Ableitung eines Kriteriums für die DRV ......... 128
6.4 Nachprüfung der Notwendigkeit eines instationären
Ansatzes .............................................. 131
6.4.1 Anwendung des Kriteriums für die Retention
im Hauptgerinne ................................ 131
6.4.2 Anwendung des Kriteriums für die Retention
in der DRV ..................................... 132
6.4.3 Konjunktion beider Kriterien ................... 133
6.5 Halbautomatische Prozedur zur Durchführung der
Para meterstudie ...................................... 134
6.5.1 Preprozessor ................................... 134
6.5.2 Postprozessor .................................. 138
7 Ergebnisanalyse der Parameterstudie einer DRV .............. 141
7.1 Kennzeichnung der Ergebnisse und Normierung der
Achsen ................................................ 141
7.2 Hüllkurven des Wassertiefenscheitels .................. 143
7.2.1 Effekt der DRV-Länge ........................... 143
7.2.2 Effekt der DRV-Breite .......................... 146
7.2.3 Effekt der Gerinnerauheit ...................... 147
7.2.4 Effekt der Vorlandrauheit ...................... 148
7.2.5 Zusammenhang mit der Wellenform ................ 149
7.3 Untersuchung charakteristischer Kennwerte ............. 150
7.3.1 Maximale relative Absenkung des
Wassertiefenscheitels .......................... 151
7.3.2 Restabsenkung des Wassertiefenscheitels ........ 153
7.3.3 Retentionswirkung und Abminderung des
Durchflussscheitels ............................ 154
7.3.4 Wassertiefenanhebung am DRV-Auslauf ............ 156
7.4 Fazit ................................................. 157
8 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 159
Literaturverzeichnis .......................................... 163
Symbolverzeichnis ............................................. 169
Tabellenverzeichnis ........................................... 174
Bildverzeichnis ............................................... 176
A Diagramme .................................................. 181
B Tabellen ................................................... 197
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