Anlanger, Christine

Rüther, Nils

Schnauder, Ingo

German

Hydraulic Engineering Repository

Conference Paper, Published VersionSchnauder, Ingo; Rüther, Nils; Anlanger, ChristineFeldexperimente und Messungen der Strömung umBuhnenDresdner Wasserbauliche MitteilungenZur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technischeHydromechanikVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/103398Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Schnauder, Ingo; Rüther, Nils; Anlanger, Christine (2015): Feldexperimente und Messungender Strömung um Buhnen. In: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau undtechnische Hydromechanik (Hg.): Messen und Überwachen im Wasserbau und amGewässer. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen 53. Dresden: Technische UniversitätDresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik. S. 395-404.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.Technische Universität Dresden – Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik 38. Dresdner Wasserbaukolloquium 2015 „Messen und Überwachen im Wasserbau und am Gewässer“    Block D1 Saal 5 Feldexperimente und Messungen der Strömung um Buhnen Ingo Schnauder Nils Rüther Christine Anlanger  Buhnen sind seit Beginn des technischen Flussbaus ein wichtiges Gestaltungsele-ment zur Strömungs- und Sedimentkontrolle. Um ihre Auswirkungen auf die Strömung und Turbulenz zu quantifizieren, wurden Feldexperimente mit temporär eingebauten Versuchsbuhnen in der Müggelspree bei Berlin durchgeführt. Durch Kontrolle der Versuchsbedingungen konnten dabei um- und überströmte Buhnen sowie zwei unterschiedliche Längen / Breitenverhältnisse der Buhnenfelder unter-sucht werden. Analysen der Messungen mit ADV-Sonden ergaben ein differen-ziertes Bild der Geschwindigkeits- und Schubspannungsverteilungen, das zum Verständnis der Austauschprozesse und der Sedimentumlagerungen in Buhnen-feldern beiträgt. Stichworte: Feldmessungen, Feldexperimente, Strömungsmessung, Buhnen, Buhnenfelder, ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) 1 Einführung Im Flussbau werden Buhnen seit Jahrhunderten zur Schiffbarmachung einge-setzt, insbesondere an großen Flüssen wie Elbe, Donau und Rhein (Abbildung 1). Sie engen den Fließquerschnitt ein, erhöhen damit die Fließgeschwindigkeit und führen so zu einer Eintiefung und Freihaltung der Fahrrinne. In den Buh-nenfeldern wird Sediment zurückgehalten und die Ufer damit vor Erosion ge-schützt. In letzter Zeit werden Buhnen auch vermehrt an kleineren Fließgewässern im Rahmen von Gewässerrenaturierungen eingesetzt. Dabei macht man sich ihre förderliche Wirkung auf die Struktur-, Strömungs- und Habitatvielfalt zu Nutze oder setzt sie als Initialmaßnahmen zur Remäandrierung der Laufform ein. Bau-form und eingesetzte Materialien der Buhnen sind dabei sehr unterschiedlich, z.B. Wasserbausteine, Tot- oder Lebendholz und beeinflussen Strömungsmuster und Sedimentabsetzverhalten in den Buhnenfeldern.  396 Feldexperimente und Messungen der Strömung um Buhnen    In der Literatur wurden im Wesentlichen drei Faktoren identifiziert, die die Wir-kung von Buhnen / Buhnenfeldern bestimmen: • die Geometrie der Buhnenfelder, insbesondere ihr Längen / Breiten-verhältnis [z.B. Sukhodolov et al. (2002), Weitbrecht ( 2004)] • die Wassertiefe in Bezug zur Buhnenhöhe, wobei zwischen Umströmung und Überströmung der Buhnen unterschieden wird [z.B. Uijttewaal (2005), Yossef (2005)] • die Form der Buhne (z.B. Hakenbuhnen, Kerbbuhnen, Knickbuhnen) und ihr Winkel zur Strömung (Inklinationswinkel) [z.B. Weitbrecht ( 2004), Uijttewaal (2005)]    Abbildung 1: Buhnenfeld im Rhein bei Duisburg (Quelle: Oceancetaceen / A. Chodura)  Im Fokus der vorliegenden Studie lag die Untersuchung der Unterschiede bei Um- / Überströmung und verschiedenen Längen / Breitenverhältnissen. Buhnen-form und Inklinationswinkel wurden nicht variiert. Ziel war eine möglichst de-taillierte Erfassung der Strömungsmuster, einschließlich der Schubspannungs-verteilung, und eine Analyse der kohärenten Strukturen in Hinblick auf den Stoffaustausch zwischen der Hauptströmung und den Zirkulationsströmungen in den Buhnenfeldern. 398 Feldexperimente und Messungen der Strömung um Buhnen    Die Buhnenkrone lag dabei unterhalb des Wasserspiegels, damit zunächst über-strömte Zustände untersucht werden konnten. Für die Umströmung der Buhnen wurden Aufsätze konstruiert und damit die Buhnenhöhe über die Wasserspiegel-lage hinaus verlängert. Das Längen / Breitenverhältnis wurde variiert, indem in der zweiten und dritten Versuchsreihe eine Buhne (Nr. 6) entfernt wurde. Damit verdoppelte sich das Längen / Breitenverhältnis (Tabelle 1).  Tabelle 1 Versuchsbedingungen und hydraulische Kennwerte ExperimentLängen / Breiten-verhältnisAbfluss QMittl. Fließ-geschwindigkeit UMittl. Wassertiefe HNeigung WSP-Lage IMittl. Sohlenschub-spannung u*Froude-Zahl FrReynolds-Zahl Re( - ) (m³/s) (m/s) (m) ( x 10 -5 ) (m/s) ( - ) ( x 10 5 )1 - überströmt 1,3 7,0 0,43 0,95 0,81 0,03 0,14 4,12 - umströmt 1,3 7,5 0,46 1,05 1,00 0,03 0,14 4,43 - umströmt 2,9 9,3 0,48 1,15 1,40 0,04 0,14 5,0    2.2 Messtechnik Den Schwerpunkt der Messungen bildeten punktuelle Geschwindigkeitsmessun-gen mit 5 parallel eingesetzten ADV-Sonden (Typ: Vectrino+ und ADV, NORTEK AS, Norwegen). Dazu wurde ein Messrahmen mit Messbrücke kon-struiert und die ADVs durch justierbare Halter vertikal traversiert. Pro Experi-ment wurde ein Messraster mit 70 - 90 Messlotrechten und jeweils 10 Mess-punkten über die Wassertiefe abgedeckt. Die Punktmessungen gingen über 4 Minuten bei einer Messfrequenz von 25 Hz. Zeitreihen der drei Geschwindigkeitskomponenten wurden daraufhin gefiltert, statistisch ausgewertet (Software Explore ADV) und in Profil-, Vektor- und Iso-tachendarstellungen aufgetragen. Zusätzlich erfolgten an wenigen ausgewählten Messpunkten am Buhnenkopf und im Buhnenfeld Langezeitmessungen über 50 Minuten, um statistische Kor-relationen vornehmen zu können und die kohärenten turbulenten Strukturen und Austauschprozesse zu erfassen. Ergänzt wurden die Messungen um Tracermessungen mit Farbstoff und Schwimmkörpern, sowie Vermessungen der Sohlenlage (siehe Anlanger, 2008). 404 Feldexperimente und Messungen der Strömung um Buhnen    5 Literatur Anlanger, C. (2008): Field-scale experiments and analysis of turbulent flow structures in a river reach with groynes. Diplomarbeit an der Universität für Bodenkultur (BOKU), Wien. Sukhodolov, A., Uijttewaal, W.S.J. & Engelhardt, C. (2002) On the correspondence between morphological and hydrodynamical patterns of groyne fields. Earth Surface Processes and Landforms 27, 289-305. Sukhodolov, A. (2014): Hydrodynamics of groyne fields in a straight river reach: insight from field experiments. Journal of Hydraulic Research, 52(1), 105-120. Uijttewaal, W.S.J. (2005) Effects of groyne layout on the flow in groyne fields: Laboratory experiments. Journal of Hydraulic Engineering-Asce 131, 782-791. Yossef, M.F.M. (2005) Morphodynamics of rivers with groynes. Delft Hydraulics Selected Series, Delft University of Technology, Delft NL. Weitbrecht, V. (2004) Influence of dead-water zones on the dispersive mass transport in rivers. Dissertation, Universität Karlsruhe (TH).  Danksagung Die Feldmessungen wurden über das DFG-Projekt SU-405/1-2 finanziert. Dank geht an die Arbeitsgruppe, besonders Alex Sukhodolov und Achim Reiprich (IGB Berlin), Christiaan Erdbrink und Wim Uijttewaal (TU Delft), Wernher Brewis (IfH Karlsruhe).   Autoren:  Dr.-Ing. Ingo Schnauder  gerstgraser - Ingenieurbüro  für Renaturierung Gaglower Straße 17/18 D-03048 Cottbus  Tel.: +49 355 48389 13 Fax: +49 355 48389 20 E-Mail: schnauder@gerstgraser.de Dr. Nils Rüther  Norwegian University of Science and Technology, Department of Hydraulic and Environmental Engineering S.P. Andersens Veg 5 N-7491 Trondheim, Norwegen Tel.: +47 951 37746 Fax: +47 735 912 98 E-Mail: nils.ruther@ntnu.no  Dipl.-Ing. Christine Anlanger  Institut für Umweltwissenschaften Universität Koblenz-Landau Fortstraße 7 D-76829 Landau  E-Mail: anlanger@uni-landau.de   

Feldexperimente und Messungen der Strömung um Buhnen

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/103398/1/40_Heft_53_Schnauder_Feldexperimente.pdf

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