Dietz, Johann W.

Pulina, Bernd

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Hydraulic Engineering Repository

Article, Published VersionDietz, Johann W.; Pulina, BerndZur Wahl des Zugsegmentes als Wehrverschluß beiAusbau der SaarMitteilungsblatt der Bundesanstalt für WasserbauVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/102987Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Dietz, Johann W.; Pulina, Bernd (1976): Zur Wahl des Zugsegmentes als Wehrverschluß beiAusbau der Saar. In: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau 40. Karlsruhe:Bundesanstalt für Wasserbau. S. 1-8.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. 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Summary Relating to their former pape r the autho rs repo rt about furthe r aspects for the c hoice of tension taintor gates for the canalisation of the river Saar. 'Ihey especially compare it with the sector gate . 1. 2 . 3. 4. Di e tz: Zur Wahl des Zugsegmen t es beim Ausbau der Saar I n h a l t Übersicht Vergleich Zugsegment - Schützenwehr Vergleich Zugsegment - Sektorwehr Schrifttum Mitt.Bl.d.BAW (1976) Nr . 40 Seite 3 3 3 7 Dietz : Zur Wahl d e s Zugse gmentes beim Ausbau der Saar 1. Übersicht Im Frühzustand der Ausbauplanung für die Saar standen als Verschluß-organe Segmente und Fischbauchklappen zur Diskussion. Die Arbeit "Wahl der Wehrve rschlüsse beim Ausbau der Saar zur Schiffahrtsstraße" [2] zeigt den Gang der von hydraulischen , technisch-konstruktiven und wirtschaftlichen Überlegungen gele iteten Untersuchung zur Wahl der Wehrverschlüsse bis hin zu dem Ergebnis, die neuen Wehre an der Saar mit Zugsegmenten auszurüsten. Aus der Sicht des Umweltschutzes erhob si ch inzwischen die Frage, ob bei anderen Wehrtype n bzw. Verschlußkonstruktionen nicht eine bessere Einbindung der Wehranlagen in die Landschaft möglich wäre , wobe i primär an die Sektorverschlüsse an der Mosel gedacht wurde, bei deren Planung seinerzeit ebenfalls auf die Be lange des Landschaftss chutzes geachte t wor-den war. Es werden daher in der folgenden Arbeit weitere Gesichtspunkte für die Wahl des Zugse gmentes b e im Ausbau der Saar zusammengestellt , so-weit sich diese nicht auf die schon vorgenommene Abgrenzung zur Fischbauch-klappe und vor al l e m zum Drucksegmen t [2] beziehen , sondern e inen Vergleich mit dem Schützenwehr und dem Sektorwehr ermöglichen , wie s i e ebenfalls zur Diskussion gestellt worden sind. 2. Vergleich Zugsegment - Schützenwehr Bedingt durch die hydrologischen Ve rhältnisse haben wir in Deuts ch-land eine e igene , von statischen und hydromechanischen Über legungen gelei-tete Entwicklung der Wehrverschlüsse , wie sie in den Arbeit en von GRZYWIENSKI [4] und HARTUNG (5] eingehend darge ste llt wird . Die se Entwick-lung ist über das Schützenwe hr hinausgegangen und steht heute , wie auch schon längst im Ausland , bei de n Segmenten , die gegenüber dem Schütz so erhebliche Vortei l e wie Ra hme nw i rkung, Ausschaltung der Re ibung, Nischen-freiheit und schmale Pfeiler aufwe isen , von d e nen gerade die beiden zuletzt genannten Vorzüge sowohl in hydraulis cher, a l s auch in statischer Hinsicht zu sehen sind. Die zur Lagerung und Führung der Schü tztafeln im Pfeiler notwendi-gen Nischen stellen für den Wehrdurchfluß eine b eträchtlich e Störung dar und teilen di e Wehrpfeiler statisch in zwei Teile, was mit einer größeren Pfeilerbreite wieder ausgeglichen werden muß, die wiede rum dem Abfluß hinder-lich ist. Dadurch ergeben sich im Vergleich mit den Segmentverschlüssen we-sentlich höhe r e Ers tellungskosten - vor a lle m für die Antriebe -, wie es auch in einer eingeh enden Untersuchung de s Ne ubauamtes Unte re Fulda [7] zum Ausdruck ko mmt (siehe auch Abb. 2 in [ 2 ] ). Da bei den Schütze nwe hren zur Anbringung der Antriebe hohe Pfeiler und damit hohe Aufbauten e rforderlich s ind, halte n s i e auch vor dem Hinter-grund des Landschaftsschutzes keinen Vergle i ch mit den Segmenten aus. 3. Vergleich Zugsegment - Sektorwehr Es bleibt d e mnach nur noch der Vergleich zwischen den Segmentver-schlüssen und den e ingangs genannten Sektorverschlüss en , der aus der Sicht der Erstellungskosten, der Unterhaltung und des Betriebs sowie der hydrau-lischen Vorgänge am Wehr geführt werden soll . Mi t t . Bl.d.BAW {19 76 ) Nr .40 3 4 Dietz: Zur Wahl des Zugsegmentes beim Ausbau der Saar Hinsichtlich der Erstellungskosten dar f auf eine eingeh ende Unter-suchung des· Neubauamtes Untere Fulda für die Wehran l age Wahnha usen/Fulda [7] zurückgegriffen werden , die hinsichtlich der Abflußverhältniss e , der Stauhö-he, der Wehrfeldweite und der Zahl der We hrfelder ähnliche und damit den ge -planten Saarwehren vergleichbare Bed ingungen aufweist (siehe [ 2 ] ) . Der nach -folgende und teilweise wörtli ch übernommene Ko stenverglei c h ist auf den Preis-stand 1972 bezogen worden . Er ist zwar n ur für s ehr grob e Ko stenschätzungen geeignet (kein Unte rs chied zwischen Verschlüssen , die auf ganzer Wehrfeld-breite gelagert sind und Verschlüssen , die nur an den Pfeilern ge lagert sind) , reicht jedoch aus , um die Kos t en für einen Se gmen tve rschluß mit den Kosten für einen Sektorverschluß zu vergleichen . " Die Kosten für den Sektorversc hluß sind von der Wehrfeldbreite im wesentlichen unabhängig . Di e angegebenen Segmentverschlußkosten e rfasse n die geplante lichte Wehr f e ldweite von 1 8 , 00 m gut , s o daß bei insge samt 3x1 8 , 00m = 54 , 00 m lichter Wehrweite sich Gesamtkosten von 14 500 x 54= ca . 0 , 78 Mio DM für Segmentve rschlüsse und 2 1 500 x 54= 1 , 16 Mio DM für Sekto rve rschlüsse nac h dem Preisstand von 196 7 ergeben . Die Diffe renz der Wehrverschl ußkosten beträgt also 0 , 38 Mio DM. Be i Berücksichtigung des Preisstandes 19 72 sind es etwa 0 , 55 Mio DM." Weiter entstehen beim Segmentwehr erheblich niedrigere Ko sten für den Wehrboden als beim Sektorwehr. Nac h de m Rahmenentwurf für das Fuldawehr Wahn -hausen "kostet 1 lfd. Meter Sektorwehrsohle rd . 40 000 ,-- DM , während für 1 lfd . Meter Segmentwehrsohle 19 000 ,-- DM aufzuwenden sind . Be i 54 , 00 m Wehr-sohlenlänge ergeben sich damit Gesamtkosten für die Sektorwe hrso hle von rd . 2 ,16 Mio DM und für die Segmentwehrsohle vo n rd. 1 , 03 Mio DM . Die Sektorwehrsohlenkons truktion kostet also rd . 1 , 13 Mio DM mehr als die Se gmentwehrsohlenkonstruktion . Ermittlungen zu den Wehrpfeilerko sten sind nicht erfo rderlich , da die Kosten, die die· tiefe r e Gründung und breitere Ausführung der Sektorpfeiler verursachen , jedenfalls höher sind als die Kosten der nicht so tief gegründe-ten und schmaleren Segmentwehrpfeiler . I n sge samt würde für eine Staustufe der unteren Fulda ein Sektorwe hr danach mindestens 1 , 7 Mio DM mehr kosten als ein Segmentwehr [ 7] " . Berücksichtigt man d en h e utigen Pre isindex , dann darf man ohne weite-res davon ausgehen , daß bei jeder Saarstaustufe Mehrkosten in Höhe von 2 , 0 Mio DM erforderlich wären , wenn man die Wehre nicht wie geplant mit Zugsegmenten , son-dern mit Sekto rverschlüssen ausrüs ten würde . Geht man nun von den Baukosten auf die Probleme der Unterhaltung und des Betriebs über, so erkennt man beim Segmentwehr im Vergleich mit dem Sek-torwehr ebenfalls erheblich e Vorte ile. Im Gegensatz zu den Segmenten muß bei den Sektoren die Sektorkammer nahezu jährlich von Schlamm gereinigt we rden , der sich überwiegend aus orga-nischen Bestandteilen zusammensetzt , die sich in ungünstigen Fällen durch Vermodern in Me than umsetzen können . Eine derartige Entstehung von Methan und eine heute nicht mehr r ekonstruierbare Funkenbildung beim Reinigungsvor-gang h a b en vor mehreren Jahren zur Explosion des Sekto rwehres Landesbergen / Weser geführt . Mitt . Bl . d .BAW (1976) Nr . 40 Dietz: Zur Wahl des Zugsegmentes beim Ausbau der Saar Segmente haben keine empfindlich en Dichtungen . Bei Sekto ren führt d a ge gen die Undichtigkeit der " Drehachsendichtung" dazu , daß der Verschluß n icht me h r gehoben werden kann (Geesthacht 1970) und die Undichtigkeit der "Stauwa nddichtung" dazu, daß der Verschl uß nicht mehr abgesenkt werden kann (Mose l wäh rend der Bauzeit) . Das heißt , die Funktionsfähigkeit des We h res , die unbedingt mit größtmöglicher Sicherheit gegeben sein muß , hängt beim Se k torwehr wesentli ch von der Funktionsfähigkeit empfindlicher Dichtungen ab. Wie die Be t r i ebserfahrungen von bestehenden Sektorwehren zeigen , ist d e r z um Un terwasser abfallende und beim Abfluß stets mit großen Geschwindig-ke ite n überströ mte Sektorrücken erheblichen Beanspruch ungen d urch Korrosion ausge s etzt, die bei Flüssen mit Eisabfuhr sogar besondere konstruktive Maß-n a hmen zum Schut z vor den mechanischen Angriffen des Eises erforderlich macht (Geesthacht) . Schwierigkeite n mit der Brustdichtung , Ablagerungen in der Sektor-gr ube und Zerstörungen am Wehrrücken durch Eisgang haben beim zuletz t genann-t en Be isp i el des Sektorwehres Geesthacht/Elbe zusammen mit den normalen Un -t e rha l tungsarbeiten zu so großen Ausfallzeiten für die vier Sektoren nach-einander geführt , daß der Fall des Hochwasserabflusses durch n - l Wehröff-nunge n me h rmals ge-geben war . Da dieser Abflußvo rgang hinsichtlich der Sohl-angri ffe unterhalb des Wehres außerordentlich ungünstig ist , findet man im Un terwa s s er tiefe Kolke vor , die zu umfangreichen Sanierungen der Befesti-gungs s t recke im Ansch luß an das Tosbecken Anlaß gegeben haben und laufe nd wei t er b eobach tet werden müssen [ 1] . Unabhängig davon , ob die Zugsegmente mit e ine m mechanischen oder öl -hydr a ul ischen An trieb ausgestatte t werden , ist das Anheben der Segmente prob-l e mloser und bietet e i ne größere Betriebssiche rheit a l s die komplizierte hy-d r auli sc h ~ St euerung der Sektoren , wobei auch an das Bedienungspersonal ge -dac ht we r den muß , das im zuerst genannten Fall eine besser überschaubare Ste uereinri chtung vorfindet . Es ist ferner zu beachten , daß Segmentwehrve rschlüsse über Wasser b ei d ur ch s trömter Wehröffnung monti e rt werden können. Die Zeit , in der ein im Ba u b efi ndlich es Wehrfeld eingespundet sein muß , ist beim Segmentweh r da-her e rhe bl ich kürzer als beim Sektorwehr , so daß das Ho chwasserrisiko wäh rend d e r Ba uzei t kleiner ist und Kosten an Wasserhaltung e ingespart werden. Wendet man sich nun den hydraulischen Vorgängen an den beiden zu be-trachte nden We h rtypen zu , so kann festgestellt werden , daß Sektorwehre bis -h e r n ur für Verschlußhöhen von maximal 7 m gebaut worden sind (siehe Abb . 2 in [ 2 ] ) und demnach für größere Verschlußhöhen , wie sie an der Saar (mit Aus n a hme des Wehres Luisentha l) gep l ant sind , keine praktischen Erfahrungen üb e r d i e Strahlführung , hydrodynamischen Belastungen und Ene rgieumwandlung im Un ter wasser b eim Überströmen einer solchen Konstruktion vorliegen . In der Vorplanung für das geplante Kulturwehr Kehl /Straßburg stand für e ine derartig große Überströmungshöhe zunächst ein Sektorwehr zur Di s -kus s ion und es wurden auch im Theodor - Rehbock - Flußbaulaboratorium der Un i -ve rsität Karlsruhe bei Prof . Mosonyi eingehende Modellversuche hierzu durch-geführt . Die Messungen der hydrodynamischen Belastungen im Modell haben er-geben , daß die Verwirklichung des anfangs geplanten Sektorwehres einige Kon -s t r uktive Schwierigkeiten bringe n würde und die t echnischen und wirtschaft-Mitt.Bl . d . BAW (1976) Nr.40 5 6 oietz: Zur Wahl des Zugsegmentes beim Ausbau der Saar liehen Auswirkungen bzw. Risiken des Ausbaues einer solch außergewöhnlichen Anlage noch nicht übersehbar sind. Aufgrund dieser Überlegungen zu den Ver-suchsergebnissen wurde für das Kulturwehr Kehl / Straßburg ein Staubalkenwehr mit Segmentverschlüsse n und festem Mi t t elteil gewählt, das sic h bei den an-schließenden Mode lluntersuchungen annähernd probleml o s zeigte. Ein unterströmtes Wehr , wie es das für den Ausbau der Saar vorgese -hene Zugsegment darste~lt, ist hydraulisch übersichtlicher, weniger schwin-gungsgefährdet und auch von der Kolkbildung her unkritischer a ls das über-strömte Sektorwehr , wie es für den zuletzt genannt en Gesichtspunkt die Kolk-formeln von EGGENEERGER [ 3] und MÜLLER [ 6] für über- und unte r strömte Wehre mit ihren var iablen , von der Abflußform abhängigen Kolkfaktoren W zum Aus-dru ck bringen. T Hierin bedeuten : T Ko lkwassertiefe Ho , s . qo , 6 w d o , 4 90 H Spiegeldifferenz zwischen Ober- und Unterwasser q Abflußmenge j e Breiteneinheit d Korndurc hmesser der Sohle WÜberströmen = 22 ' 88 w - = 10 , 35 Unterstramen Den geringeren Bauko sten und den sic h aus dem Betrieb einschließlich der hydraulis chen Vorgänge sowie der Unterhaltun g ergeb enden Vorteilen des Seg-men twe hres steht nur d i e Vorstellung der besseren Anpassung des Sektorweh-re s an d i e umgebende Land schaft gegenüber : Dies bezieht sich e inmal auf Pfe ilerform und Höhe , zum anderen auf den bei Übe rströmung des Wehres wohl ästhetischeren Anblick , den das Sektorwehr ge genüber dem angeh obenen Segment bietet . Bei entsprechender architektonis che r Gestaltung der We hrpfeiler ein-schließlich der notwendigen Aufbauten für die Antriebseinric htungen kann aber auch beim Zugse gme nt e ine b e fri edigende Lösung gefunden werden. Da bis zur Ausbauwassermenge der Kraftwerke der gesamte Abfluß durch die Turbine geht , unterscheidet si c h der Anblick vom Un te rwasser auf das Wehr nur dadurch , daß der Sekto r eine glatte e bene Fläche , das Se gment eine durch d i e senkrechten und waagrechten Konstruktionsteile gegliederte Fläche bietet. Es s p ri cht ein nur e twas e rhöhte r Ko stenaufwand dagegen , auch beim Segment die Konstruktionsgliederung dur ch eine Verblendung dem Auge des Be-trachters zu entziehen . We nn die Ausbauwassermenge des Kraftwerkes über -schritten ist, wird der Sektor mit einer dem Abfallboden anlie genden schies-senden Wassers ch icht bedeckt, während das mit Aufsatzklappen geplante Segment bis zum völligen Umlegen der Klappen von der einem Wasserfall ä h nlichen Strahlwand überströmt wird. Mit t . Bl . d . BAW . (l9 76) Nr.40 Dietz: Zur Wahl des Zugsegmentes beim Ausbau der Saar Unter dieser Vora ussetzung kann auch das für den Ausbau der Saar gewählte Zugsegment vo r dem Hintergrund des Landschaftsschutzes als e ine zufriedenste llende Lösung bezeichnet werden. 4. Schrifttum [ 1] DIETZ, J.W. [ 2 J DIETZ, J.W. u. PULINA, B. [ 3 ] EGGENBERGER, w. [ 4] GRZYWIENSKI, A. [5) HARTUNG, F. [ 6 ] MÜLLER, R. [7] NBA UNTERE FULDA Kolksicherung arn Elbewehr Geesthacht. Mitt. Bl.d.BAW 17 (1969) H.29, S.Sl-75 \vahl der Wehrverschlüsse beim Ausbau der Saar zur Schiffahrtsstraße . Mitt.Bl.d.BAW 22 (1974) H. 36 , S. 39 -5 5 Ko lkbildung bei Überfall und Unterströrnen. Diss. ETH Zürich, 1943 Neue Tendenzen in der Ausbildung von Flußkraft-werken und Schiffsschleusen. Wasserwirtschaft 54 (1964 ) H. 6 , S.l60-l70 Die strömungstechnische Entwicklung in Kon-struktion und Gestaltung der Staustufen. Tiefbau (1970), H.3, 8.201-230 Die Kolkbildung beim reinen Unterströmen und allgemeinere Behandlung des Ko lkproblerns. Mitt. Nr.S der Versuchsanstalt für Wasserbau an der ETH Zürich, 1944 Teilentwurf Nr. W 4 für die Wehranlage und Bootsschleusenanlage Wahnhausen in Fulda-krn 93,5 . Unveröffentl. Erläuterungsbe richt vorn 15. Mai 1974. Mitt.Bl. d . BAW (1976) Nr.40 7 

Zur Wahl des Zugsegmentes als Wehrverschluß bei Ausbau der Saar

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