Morphodynamische Analyse zum Geschiebetransportverhalten in gegenständlichen Verzweigungsmodellen

Für Flüsse oder Gerinne mit Abzweigung (z. B. Ausleitungswasserkraftanlagen, Kühl- und Brauchwasserableitungen, Hochwasserumleitungen, Bewässerungskanäle und Umgehungsgerinnen) ist der Sedimenteintrag in den seitlich abzweigenden Arm unvermeidlich und beeinträchtigt dann oft die Wasserentnahme. Die bauliche Gestaltung zur Vermeidung des Sedimenteintrags in den Abzweigungsarm während des Betriebs bildet daher eine Schwerpunktaufgabe in der planerischen Optimierung der Strömungsverhältnisse und der Sedimenttransportsituation. In der vorliegenden Arbeit werden die Geschiebetransportsituationen unter Einsatz von gegenständlichen Modellen für Standardabzweigungen aus der Literatur und für weitere Varianten erweitert betrachtet. Zur Beobachtung der Geschiebetransportsituation werden die Modellversuche in zwei gegenständlichen Abzweigungsmodellen mit unterschiedlichen Variationen (z. B. Durchflussaufteilung, Breite-Tiefe-Verhältnis, Versuchsmaterial und Versuchsdauer) in der Wasserbauhalle der Universität Kassel durchgeführt. Mit den Versuchsergebnissen wurden die Einflussfaktoren auf den Geschiebetransport analysiert. Die Durchflussaufteilung und das Breite-Tiefe-Verhältnis wirken sich deutlich auf die Geschiebeablagerungsaufteilung zwischen Abzweigungsarm und geradem Arm aus. Mit den zwei Versuchsmaterialien Kunststoffgranulat und Quarzsand bei gleicher Durchflussaufteilung und gleichem Breite-Tiefe-Verhältnis trat eine ähnliche Geschiebeablagerungssituation auf. Im Laufe des Versuchs erreicht die Geschiebeablagerungsmenge vor der Abzweigung einen Gleichgewichtszustand. Für eine im Modell entwickelte Abweisungsstruktur (Kombination Leitwand und Einlaufschwelle) wurde die Minderung des Geschiebeeintrags in den Abzweigungsarm dargelegt. Nach Vergleich der Versuche mit Kunststoffgranulat und Quarzsand wurde bestätigt, dass bei annähernd gleicher Strömungs- und Zugabeintensität eine ähnliche Geschiebeablagerungsaufteilung auftrat. Das Kunststoffgranulat kann als Ersatzmaterial mit Ausnahme zur Nachbildung der kleinen Sohlenformen (z. B. Riffel) verwendet werden. Diese angegebene Variante kann zur Geschiebeabweisung in den Abzweigungsarm praktikabel eingesetzt werden. Die räumliche und zeitliche Verteilung der Geschiebesituation wird mit neuer Messtechnik (z. B. Laserscan) erfasst. In der Literatur verfügbare und in dieser Arbeit zusätzlich erhobene Daten werden vergleichend hinsichtlich Maßstabseffekten betrachtet.