Wie funktionieren Flussregelungsbauwerke, wie Buhnen und Parallelwerke?

Die flussbauliche Regelung einer freifließenden Wasserstraße hat das Ziel, ausreichende und verlässlich vorhandene Wassertiefen und Strömungsbedingungen für die Schifffahrt zu gewährleisten, ohne dass dadurch Nachteile für die Hochwassergefahr oder langfristige Tiefenerosion begünstigt wird. Weiterhin sollen mit Stromregelungsmaßnahmen ökologische Strukturen an Wasserstraßen geschaffen werden, um der ökologischen Degradierung entgegenzuwirken. Gängige Bautypen sind Buhnen und Parallelwerke. Während Buhnen vom Ufer aus quer zur Strömung errichtet werden, handelt es sich bei Parallelwerken um Bauwerke, die in Strömungsrichtung realisiert werden (Bild 1).

Bild 1: Totholzbuhne an der Mittelelbe (WSA Magdeburg) (links), Parallelwerk Reitwein an der Oder (rechts) © BAW

Beide Maßnahmentypen verfolgen das gleiche Ziel: Einengung des Querschnitts bei niedrigen bis mittleren Wasserständen zur Erhöhung der schifffahrtlich nutzbaren Wassertiefe. Die prinzipielle Wirkung der Querschnittseinengung ist wie folgt: Eine Erhöhung der Wassertiefe als Reaktion auf eine Querschnittseinengung führt zu einer Erhöhung der Strömungsbelastung der Flusssohle. In der Folge kommt es, sofern die Sohle aus z. B. Kies oder Sand besteht, zu einer begrenzten Sohleintiefung, was wiederum zu einer Reduktion der Strömungsbelastung der Flusssohle führt (Bild 2). Es stellt sich ein neues Gleichgewicht zwischen unveränderter Wasserspiegellage und etwas tiefer gelegener Sohle bei einer somit insgesamt größeren Wassertiefe ein. Je nach lokalen Gegebenheiten, wenn die Flusssohle aus Fels besteht, kann der beschriebene Ablauf sogar schon bei Teilschritt b enden, also einer reinen Anhebung der Wasserspiegellage ohne anschließende Sohleintiefung.

Bild 2: Prinzipielle Funktionsweise von Buhnen, a) Ausgangszustand mit Tiefenengpass für die Schifffahrt, b) Bau von Buhnen mit Einengung des Querschnitts bei geringen Wasserständen (Darstellung stark überhöht), Folge: Anstieg des Wasserspiegels, c) Erhöhte Schubspannung auf die Sohle, In der Folge begrenzte Erosion mit fallendem Wasserspiegel, d) Neuer dynamischer Gleichgewichtszustand mit Wassertiefengewinn © BAW

Dieser prinzipielle Zusammenhang ist standortbezogen aufgrund der vorhandenen Variabilität der Abflüsse, der Sohlbeschaffenheit, der Korngrößen, der Sedimentzufuhr und der Flussgeometrie komplex. Um die erwünschten schifffahrtlich nutzbaren Wassertiefen zu erzielen, eine langfristige Tiefenerosion zu vermeiden und die ökologische Vielfalt zu erhöhen, sind daher vertiefte Untersuchungen erforderlich, für die die BAW verschiedene Methoden im Feld, im Labor und am Computer einsetzt.

Im modernen Flussbau werden Elemente des Flussbaus, wie Buhnen, Parallelwerke und auch der Uferschutz multifunktional an den Bedürfnissen von Schifffahrt, Hochwasserschutz und ökologischen Entwicklungspotenzialen ausgerichtet. So bieten Buhnenkerben Verbindungen zwischen Flachwasserbereichen in Buhnenfeldern und können gleichzeitig Strömungs- und Sedimentdynamik bieten und dadurch Strukturvielfalt und variable Lebensräume schaffen. Hinterströmte Parallelwerke trennen die Fahrrinne von seitlichen Gewässerbereichen, schaffen zusätzlichen Raum für den Abfluss bei Hochwasser und bieten Wellenschlagschutz sowie ökologische Entwicklungsmöglichkeiten. In geschützten Bereichen können mitunter Ufersicherungen entfernt werden und dadurch z. B. Uferabbrüche gefördert werden.

Bild 3: Querschnitt durch einen multifunktional gestalteten Bereich einer Wasserstraße © BAW