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1. Allgemeine Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung, mit deren Hilfe die Fahrwassertiefe
in Flüssen
bei Niedrigwasser erhöht
werden kann.
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Bei
niedriger Wasserführung
müssen
Frachtschiffe häufig
geleichtert werden, da die Fahrwassertiefe das volle Abladen nicht
erlaubt. Die klassischen Lösungen,
die Fahrwassertiefe auch bei Niedrigwasser zu erreichen, bestehen
darin
- a) Buhnen zu schütten, welche die Wasserführung des
Flusses bei Niedrigwasser auf die Fahrrinne beschränken und
die Fahrrinne durch Baggerungen zu vertiefen.
- b) den Fluss mit Hilfe eines Wehrs hydrostatisch anzustauen.
Dazu wird das Wasser an einem Wehr i. A. mehrere Meter hoch aufgestaut,
damit die Fahrwassertiefe über
eine Strecke von ggfls. mehreren Kilometern auch bei Niedrigwasser ausreicht.
Der Aufstau verringert die natürliche Fließgeschwindigkeit
(→ Schädigung der
strömungsliebenden
Tier- und Pflanzenarten) und führt
oftmals zu schädlichem
Grundwasseranstieg in Siedlungen und zu Vernässungen auf größeren Flächen.
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Beide
Lösungen,
gegebenenfalls auch in Kombination, reichen oftmals nicht aus, oder
kommen aus ökologischen
Gründen
nicht in Betracht (vgl. Donau bei Straubing-Vilshofen).
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung aufzuzeigen,
durch welche bei Niedrigwasser (oder bei flussmorphologisch bedingter,
dauerhaft geringer Wassertiefe) eine für die Schifffahrt ausreichende
Wassertiefe hergestellt wird. Die Lösung soll die Nachteile der
bisher üblichen
Lösungen
(siehe oben) vermeiden.
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Die
hier vorgeschlagene Lösung
erhöht
die Wassertiefe hydrodynamisch. Mit Hilfe von Widerstandskörpern (→ Strömungswiderstand),
die ähnlich wie
Unterwasserpflanzen (z. B. Flutender Hahnenfuss) das fließende Wasser
abbremsen, wird die Fließgeschwindigkeit
herabgesetzt und dergestalt die Fließtiefe erhöht.
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Eine
diese Aufgabe lösende
Anordnung ist gekennzeichnet durch mehrere, im Fluss quer zur Fließrichtung
mit gegenseitigem Abstand nebeneinander angeordnete Widerstandskörper, bevorzugt
in Quaderform, die bei unzureichender Wassertiefe mit Druckluft
aufgeblasen werden. Unmittelbar vor der Passage eines Schiffs werden
diese Widerstandskörper
durch Ablassen der Druckluft und ggfls. Anlegen von Unterdruck sehr
rasch entleert, so dass sie sich auf die Flusssohle legen. Die dabei
entstehende Öffnung,
durch welche Wasser ohne größeren Widerstand
abfließen
kann, wird vom passierenden Schiffsrumpf wieder „verschlossen". Bei ausreichender
Wasserführung
liegen die Widerstandskörper
dagegen dauerhaft an der Sohle bzw. werden sie in ein Fundament
eingeklappt/„umgestülpt". Geeignet am bzw.
nahe dem Widerstandskörper
angebrachte Sensoren geben das Signal für die Entleerung bzw. Wiederbefüllung.– Wo die
Stauwirkung eines solchen „Riegels" von Widerstandskörpern nicht
ausreicht, werden mehrere solche „Riegel" hintereinander angeordnet.
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Durch
die Erfindung werden mehrere Vorteile erreicht:.
- – Das Oberwasser
wird (wie gewünscht)
nur bei zu geringer Wasserführung
aufgestaut und nur im erforderlichen Umfang (im Allgemeinen genügen dazu
wenige Dezimeter → die
natürliche
Fließgeschwindigkeit
wird nur wenig verändert).
- – Wenn
für den
ungehinderten Schiffsverkehr eine nur kleine Wasserspiegelanhebung
erforderlich ist, können
die Widerstandskörper
in der Fahrrinne umgeklappt/eingeklappt werden. Es werden dann nur
die Widerstandskörper
außerhalb
der Fahrrinne aufgeblasen. Diese können bei entsprechender Anordnung
wie Buhnen wirken
- – Bei
ausreichender Wasserführung
(erhöhtes Niedrigwasser
und höhere
Abflüsse)
wird das Gewässer
nicht aufgestaut, so dass die natürliche Fließgeschwindigkeit nicht vermindert
wird. Insofern bleibt der Fließwassercharakter
erhalten. Auch wird das Grundwasser nicht aufgestaut.
- – Fische
und andere Wassertiere können
die Widerstandskörper
problemlos passieren.
- – Die
Widerstandskörper
sind in der Regel getaucht, d.h. nicht sichtbar; sie stören daher
das Landschaftsbild nicht. Kanufahrer können diese ohne Gefahr passieren.
- – Der
Geschiebetrieb, der ja nur bei Hochwasser auftritt, wird nicht behindert,
da die Widerstandskörper
dann entweder flach auf der Flusssohle oder „eingeklappt" unter dieser liegen.
Die Wanderung und der Aufenthalt von Fischen und anderen Wassertieren
wird nicht beeinträchtigt.
- – Verstopfungen
durch Treibgut wie z. B. Bäume sind
nicht zu befürchten,
da Treibgut nur bei Hochwasser auftritt (wo ja die Widerstandskörper unter
der Flusssohle liegen). Treibzeug, das bei der üblichen Wasserführung ankommt,
kann zwischen den Widerstandskörpern
passieren; gegebenenfalls geben die Widerstandskörper in Strömungsrichtung oder auch seitlich
nach. Auch können
die Widerstandskörper
vorübergehend
abgesenkt werden, damit das Treibgut weitertreibt. Insofern ist
die Anordnung außerordentlich
betriebssicher.
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2. Bauart, Anordnung und Steuerung der
Widerstandskörper
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2.1 Bauart der Widerstandskörper
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Die
vorgeschlagenen Widerstandskörper
bestehen in bevorzugter Gestaltung aus bewehrtem Gummi und/oder
Kunststoff mit oder ohne Armierung, Stahl oder sonstigen Metallen.
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Grundsätzlich können die
Widerstandskörper
in ihrer Querschnittsform weitgehend beliebig gestaltet sein. Gleichwohl
hat es sich als günstig
erwiesen, wenn sie eine im Wesentlichen quaderförmige Querschnittsgestalt aufweisen.
Der Widerstandskörper
kann z. B. als Faltenbalg ausgeführt
werden, damit vielfaches Zusammenfalten nicht zu Beschädigungen
führt.
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Eine
zusätzliche
Einflussnahme auf den Strömungswiderstand
der Widerstandskörpers
kann dadurch erreicht werden, dass an ihrer Außenseite, insbesondere ihren
Seitenflächen,
hervorstehende Strömungsschikanen
angeordnet sind.– Die
Widerstandskörper
verformen sich unter den strömungsbedingten
Kräften.
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Die
Widerstandskörper
werden bevorzugt mit Hilfe von Druckluft aufgeblasen/aufgerichtet;
sie können
jedoch auch, insbesondere wenn sie aus Metall bestehen, mechanisch
bzw. per Hydraulik angehoben werden.
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Am
Widerstandskörper
wird zweckmäßigerweise
eine Blattfeder oder ein aufblasbarer Balg vorgesehen, der sicherstellt,
dass sich der Widerstandskörper
beim Ablassen der Druckluft/Anlegen von Unterdruck rasch auf die
Flusssohle legt. So wird verhindert, dass er vom Sog der Schiffsschraube
angehoben und zerstört
wird.
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2.2 Anordnung und Befestigung der Widerstandskörper
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Vorteilhafterweise
besteht das Anschlussmittel aus einem betonierten Stollen, dessen
Oberkante mit der Flusssohle bündig
ist. Der Stollen folgt der Flusssohle: Wo die Wassertiefe groß ist, werden
höhere
Widerstandskörper
eingebaut.– Der
Stollen kann, wenn die Widerstandskörper bei erhöhter Wasserführung eingeklappt
sind, mit einem Blechdeckel verschlossen werden (muss aber nicht).
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Meist
werden die Widerstandskörper
auf gleicher Höhe
nebeneinander angeordnet sein; es ist jedoch ebenso möglich, dass
jeder zweite Widerstandskörper
gegenüber
seinen Nachbarn in Fließrichtung
des Gewässers
etwas längsversetzt
(„auf Lücke") angeordnet ist.
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Im
Sinne einer optimalen Wirksamkeit hat sich im Rahmen der Erfindung
als vorteilhaft herausgestellt, dass die Widerstandskörper mit
gleichem Abstand zueinander (lichter Abstand zwischen 0,1 m und
2 m) angeordnet sind.
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Es
wird jeweils als „Reserve" ein zusätzlicher Widerstandskörper vorgeschlagen,
der bei Beschädigung
seines „Zwillings” an dessen
Stelle aufgeblasen wird. (Beschädigte
Widerstandskörper
können
wegen der geringen Wassertiefe von Tauchern problemlos ausgetauscht
werden.)
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2.3 Steuerung zum Niederlegen und Wiederaufrichten
der Widerstandskörper
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An
jedem Widerstandskörper,
der in der Fahrrinne liegt, oder in seiner Nähe wird ein Sensor angebracht,
der die Annäherung
bzw. die abgeschlossene Passage eines Schiffs detektiert. Folgende
Effekte können
genutzt werden:
- – Ultraschallsignal, welches
vom Schiff reflektiert wird
- – Druckerhöhung an
der Flusssohle oder am Widerstandskörper selbst zufolge der Bugwelle
des Schiffs
- – Lärm der Bugwelle,
des Schiffsmotors oder einer speziellen Schallquelle
- – Veränderung
der Gravitation durch das herannahende/sich entfernende Schiff
- – Verbiegung
des Widerstandskörpers
durch das auffahrende Schiff
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Das
Signal bewirkt ein schnelles Ablassen der Druckluft und, um das
Flachlegen des Widerstandskörpers
zu beschleunigen, gegebenenfalls ein Anlegen von Unterdruck. Es
muss sichergestellt werden, dass die Widerstandskörper beim
Passieren der Schiffsschraube flachliegen und nicht vom Schraubensog
angehoben werden.– Nach
der Passage des Schiffs werden die umgelegten Widerstandskörper rasch
wieder aufgepumpt.
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2.4 Abmessungen/Bemessung der Widerstandskörper
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Die
Abmessungen der Widerstandskörper ((2)
in der anl. Zeichnung) betragen für große Flüsse wie die Donau etwa B =
1–5 m,
T (Tiefe in Fließrichtung)
= 0,5–1
m und H = 1-3 m.
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Die
Aufstauhöhe Δh wird zweckmäßigerweise
im Modellversuch, sonst rechnerisch bestimmt.
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Bei
gegebener Wasserführung
und -tiefe lässt
sich der gewünschte
Aufstau Δh
durch eine geeignete Dimensionierung und Formgebung der einzelnen
Widerstandskörper
und ihres lichten Abstands erreichen. Darüber hinaus können 2 oder mehr „Riegel" von Widerstandskörpern im
Abstand von z.B. 20 m angeordnet werden, um über solche „Doppelriegel"/"Mehrfachriegel" einen vergrößerten Aufstau und damit eine
ausreichende Fahrtiefe zu erreichen. Weitere Riegel/"Mehrfachriegel" werden im Abstand
von i. A. 500–2500
m angeordnet, wo dies zur Erreichung einer ausreichenden Fahrwassertiefe erforderlich
ist.
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3. Zeichnerische Darstellung der Widerstandskörper incl.
Erläuterung
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Im
Folgenden wird die Erfindung an einem in der anl. Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel
näher erläutert (die
in Klammern gesetzten Ziffern beziehen sich auf die Zeichnung):
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1 zeigt
den Fluss mit einer erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Widerstandskörper
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1a eine
Draufsicht auf die Anordnung
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1b einen
Längsschnitt
des Flusses mit Widerstandskörpern
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1c einen
Querschnitt durch den Fluss incl. Widerstandskörpern
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2 die
Ansicht der Widerstandskörper (2a)
incl. Längsschnitt
(2b) im Detail.
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Die
dargestellte Anordnung besteht gemäß 1 aus mehreren,
quer zur Fließrichtung
des Gewässers
(1) mit gegenseitigem Abstand nebeneinander angeordneten
Widerstandskörpern
(2).
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Die
Widerstandskörper
(2) sind mit untereinander gleichem Abstand zueinander
angeordnet. Sie weisen eine im Wesentlichen quaderförmige Querschnittsgestalt
auf, um einen hohen Fließwiderstand zu
erreichen. Bei der Passage eines Schiffes werden die Widerstandskörper (2)
umgelegt. Bei längerem Nichtgebrauch
wird der Widerstandskörper
(2) durch Anlegen von Unterdruck in die dafür vorgesehene „Box" „umgestülpt". Nach dem „Umstülpen" wird der Stahldeckel, so dieser überhaupt
eingebaut wird, geschlossen.
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Wie
sich insbesondere aus 2 ersehen lässt, ist jeder Widerstandskörper (2)
für sich
am Stollen angeschlossen, der bündig
mit der Flusssohle abschließt.