Naturnaher Uferschutz mit Lenkbuhnen - Grundlagen, Analytik und Bemessung -

Mende, Matthias

Bereits Anfang der 1990er Jahre entwickelte die Baubezirksleitung Bruck an der Mur / Steiermark mit der Lenkbuhne eine besonders naturnahe und kostengünstige Uferschutzbauweise. Wesentliches Kennzeichen ist ihre geringe Höhe, sie wird bereits bei Niedrigwasserabflüssen vollständig überströmt. Das Umfeld von Lenkbuhnen ist durch Strömungsvielfalt und Strukturvielfalt gekennzeichnet, sie führen daher nachweislich zu einer ökologischen Aufwertung. Trotz langjähriger guter Erfahrungen bei der Baubezirksleitung wurde die Lenkbuhne bisher nicht wissenschaftlich untersucht. Es fehlen wissenschaftlich fundierte Bemessungsansätze, weshalb die Bauweise außerhalb der Steiermark nur zurückhaltend verwendet wird. Als zentrales Ziel der vorliegenden Arbeit sollten daher Bemessungsansätze für einen Uferschutz mit Lenkbuhnen in geraden Gewässerstrecken und Prallufern entwickelt werden. Zur Entwicklung der Ansätze musste mit Hilfe von Laboruntersuchungen ein umfangreiches Prozessverständnis entwickelt werden. Die Untersuchungen wurden in einer geraden Versuchsrinne mit einseitig eingebauten Lenkbuhnen durchgeführt, wobei die Parameter Buhnenabstand in Fließrichtung a_x, auf die Gerinnebreite projizierte Buhnenlänge l_P, der Inklinationswinkel α und die relative Fließtiefe H, das Verhältnis von Buhnenhöhe zu Fließtiefe, in einer weiten Bandbreite variiert wurden. H wurde im Bereich von 1/4 bis 1/10 variiert und war damit weit kleiner als bei allen bisherigen Untersuchungen. Der Fokus der Untersuchungen lag auf der Erfassung des Strömungsbildes, weshalb vor allem mehrdimensionale Geschwindigkeitsmessungen durchgeführt wurden. Mit ihnen wurde nachgewiesen, dass inklinante Lenkbuhnen eine großräumige Sekundärströmung induzieren, die zu einer Änderung der Geschwindigkeitsverteilung über die Gerinnebreite führt. Die Änderung der Geschwindigkeitsverteilung hängt ebenso wie die Stärke der induzierten Sekundärströmung in erster Linie vom Verhältnis a_x zu l_P ab, der Einfluss von H ist dagegen gering. Die Abhängigkeiten zwischen den variierten Buhnenparametern und der Änderung der Geschwindigkeitsverteilung sowie der Stärke der induzierten Sekundärströmung wurden analytisch beschrieben. Aufbauend auf der analytischen Beschreibung wurden praxisnahe Bemessungsverfahren zum Uferschutz in geraden Gewässerstrecken und an Prallufern entwickelt, die in einem weiten Anwendungsgebiet genutzt werden können.

As early as the beginning of the Nineties, the Bruck an der Mur / Styria district construction authority developed the micro groyne, a particularly natural and cost-effective construction method designed to protect riverbanks. Its principal feature is its low height, which causes it to be fully submerged even at low water discharge. The environment in which micro groynes are used is characterised by diversity of flow and structure, so that they demonstrably improve the situation in ecological terms. Despite positive experiences by the district construction authority over a number of years, the micro groyne had never before been the subject of scientific study. There are no scientifically proven design approaches, so that this method of construction is only used with caution outside Styria. The primary objective of this project therefore involved the development of design approaches for riverbank protection using micro groynes in straight stretches of water and outer banks. To develop these approaches, an in-depth understanding of the process had to be gained. The investigations were conducted in a straight flume with micro groynes integrated on one side, with the parameters groyne interval in flow direction a_x, groyne length projected onto the channel width l_P, angle of inclination α and relative flow depth H, the ratio of groyne height to flow depth being varied over a wide range. H was varied between 1/4 to 1/10, far less than during any previous studies. The studies focused on recording the flow pattern, so that mainly multi-dimensional velocity measurements were taken. These demonstrated that inclined micro groynes induce a secondary flow over a large area, which lead to a change in velocity distribution over the width of the channel. The change in the velocity distribution, similarly to the strength of the induced secondary flow, depends primarily on the ratio of a_x to l_P, while H has little effect. The dependencies between the varied groyne parameters and the change in the velocity distribution, and also in the strength of the induced secondary flow, were described analytically. Based on this analytical description, practical design methods with a broad range of applications were developed to protect the riverbank along straight lengths of water and at outer banks.

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Mende, Matthias: Naturnaher Uferschutz mit Lenkbuhnen - Grundlagen, Analytik und Bemessung -. 2014.

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