Feste Wehre
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Die einfachste Möglichkeit einen Fluss aufzustauen, erfolgt mit Hilfe eines festen Wehres. Anders als beim beweglichen Wehr, stellt sich bei einem festen Wehr der Oberwasserstand aufgrund der Wehrgeometrie und des jeweiligen Abflusses ein. Feste Wehre finden sich häufig bei Hochwasserentlastungsanlagen von Talsperren; werden aber auch an Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes eingesetzt, die keine oder keine nennenswerte Bedeutung für den Güterverkehr haben.
Neben rundkronigen, scharfkantigen und breitkronigen Wehren stellen vorallem Streichwehre oder Sohlenrampen einen etablierten Wehrtyp an eher weniger befahrenen Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes dar. Aufgrund ihres geringen Unterhaltungsaufwandes erfüllen zahlreiche Streichwehre, trotz ihres hohen Wehralters, ihre Aufgabe bis heute. Annähernd 50 Streichwehre fallen in den Zuständigkeitsbereich der Wasser- und Schifffahrtsämter Koblenz, Magdeburg, Hannoversch Münden und Schweinfurt. Bild 1 zeigt beispielhaft das obere Streichwehr in Weilburg an der Lahn. Sein dachförmiger Querschnitt sowie der aus Bruchsteinen bestehende Wehrrücken sind typisch für den Aufbau eines Streichwehres.
Bild 1: Oberes Streichwehr bei Weilburg an der Lahn
Die Abflussleistung eines Wehres ist bei vollkommenem Überfall proportional zu dessen Überfalllänge: Mit einer Verdopplung der Überfalllänge kann folglich eine Verdopplung der Abflussleistung erreicht werden. Aufgrund ihrer schrägen Anordnung im Flussquerschnitt, weisen Streichwehre geringere Schwankungen im Oberwasser auf als senkrecht angeströmte Wehre gleicher Einbauweite. Streichwehre können aber aufgrund des Platzbedarfs und der örtlichen Randbedingungen nicht immer realisiert werden. Neuere Entwicklungen wie beispielsweise das Labyrinth-Wehr und seine Weiterentwicklung, das Piano-Key-Wehr, stellen hierbei eine ansprechende Option dar. Aufgrund ihrer gefalteten Überfallkrone kann eine höhere hydraulische Leistungsfähigkeit bei gleicher lichter Weite erzielt werden. Wehrtypen dieser Art finden sich bisher häufig an Talsperren in Frankreich und den USA als Hochwasserentlastungsanlage. Bild 2 zeigt ein Piano-Key-Wehr auf der Staumauer "Barrage de Charmines" am Fluss "L'Orgnin" in Frankreich. Die bestehende Hochwasserentlastungsanlage wurde durch zwei Piano-Key-Wehre ersetzt, die für ein 10 000-jährliches Hochwasser dimensioniert wurden.
Bild 2: Piano-Key-Wehr auf der Staumauer "Barrage de Charmines" am Fluss „L’Oignin“ in Frankreich
Vorbemerkung
An den Bundeswasserstraßen gibt es derzeit mehr als 300 Wehranlagen, die von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) des Bundes betrieben und unterhalten werden. Etwa 50 % der Wehranlagen wurden vor 1950 erbaut, etwa 20 % sogar vor 1925. Etwa 140 Wehranlagen mit einer Bauwerksprüfpflicht liegen außerhalb des Kernnetzes, d.h. an Wasserstraßen, die keine oder keine nennenswerte Bedeutung (mehr) für den Güterverkehr haben. Etwa 60 % dieser Wehranlagen weisen einen nicht ausreichenden oder einen noch ausreichenden Zustand auf (Zustandsnoten 4 und 3). Dies bedeutet, dass diese Bauwerke in den nächsten 10 Jahren ersetzt oder instandgesetzt werden müssen.
In den letzten 20 Jahren haben sich die Rahmenbedingungen für die WSV grundlegend geändert. Die Personalressourcen für Planung sowie für Unterhaltung und Betrieb wurden deutlich reduziert, der prioritäre Ersatz- und Ausbaubedarf übersteigt den langfristigen Finanzrahmen deutlich. Insbesondere für die Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes haben sich die Nutzungsansprüche geändert: Freizeit- und Tourismusbelange sowie Ökologie, insbesondere die Fischökologie, wollen verstärkt berücksichtigt werden. Für Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes ermöglichen die geänderten Nutzungsansprüche neue Konzepte, die auch dem Ressourcenmangel entgegenkommen. Im Fokus stehen dabei zunächst die Wehre, die im Zuge von ohnehin erforderlichen Ersatzmaßnahmen zu möglichst investitions- und unterhaltungsarmen Anlagen umgebaut werden.
Dies führt zu der Überlegung, bestehende bewegliche Wehre an Wasserstraßen außerhalb des Kernnetzes künftig möglichst durch feste Wehre zu ersetzen. Die Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS) beauftragte daher die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) in Abstimmung mit dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) mit der Durchführung des Projekts „Feste Wehre an Bundeswasserstraßen - Untersuchungen zur Machbarkeit sowie Empfehlungen zur Umsetzung“ mit dem Ziel, dem Planer standardisierte technische Lösungen sowie Bemessungshinweise zu geben.
Zu den betrachteten festen Wehrtypen zählen Streichwehre, Sohlenrampen, Labyrinth- und Piano-Key-Wehre. Die nachfolgenden 3 Teile fassen die hydraulischen Grundlagen zu diesen Wehrtypen zusammen und geben Hinweise zur Querschnittswahl und zur Anordnung im Gewässer. Hierbei wird auf den Stand von Technik und Wissenschaft eingegangen, ergänzt um eigene Untersuchungsergebnisse.
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