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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Hochwasserschutz an einem Fließgewässer mit einem hochwassergefährdetem Bereich, enthaltend eine Röhre entlang des Fließgewässers in diesem hochwassergefährdetem Bereich, wobei Teile des Fließgewässers in Fließrichtung durch die Röhre geleitet werden.
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Stand der Technik
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In vielen Flussregionen kommt es bei entsprechendem Hochwasser des Flusses zu Überschwemmungen. Hierdurch entsteht den Volkswirtschaften ein nicht unerheblicher wirtschaftlicher Schaden. Das Hochwasser gelangt dabei oft in Städte und zerstört große Teile von Wohn- und Industrieanlagen. Auch bei der Landwirtschaft können durch Überflutungen, wenn die landwirtschaftlichen Flächen nicht extra dafür vorgesehen sind, enorme Schäden entstehen. Gegen Hochwasser werden daher an den Flussläufen Deiche bzw. Dämme gebaut oder ggf. Rückhalteflächen gegen die erhöhten Wassermengen ausgewiesen. Bei Flüssen, welche durch Städte fließen, gestaltet sich solcher Hochwasserschutz wegen des großen Flächenverbrauchs oft als schwierig. Hier werden daher spezielle Hochwasserwände bei Hochwasser an den Flussrändern aufgestellt. Bei Deichen bzw. Dämmen besteht konstruktionsbedingt die Gefahr, dass sie aufweichen und brechen. Sie bestehen nämlich oft aus aufgeschüttetem Sand und/oder Schotter, welche durch Wurzeln von Pflanzen zusammengehalten werden. Hochwasserwände werden jedes Mal bei Hochwasser für den Hochwasserschutz aufgebaut. Das verursacht Kosten bei Land und Kommunen.
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Die
DE 102006001715 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Verhindern eines Wasserüberfließens aus einem Fluss bei Hochwasser, die eine starre hohle Konstruktion, welches das Wasser nicht durchlässt und am Ufer des Flusses entlang platziert wird, vorsieht. Die Konstruktion wird aus Rohrhälften gefertigt, wobei die unteren Rohrhälften ständig auf dem Ufer des Flusses platziert sind. Die oberen Rohrhälften haben einen äußeren Durchmesser, die dem inneren Durchmesser der unteren Rohrhälften entspricht. Diese Konstruktionen dienen einerseits als Wall und andererseits kann durch sie Fließwasser geführt werden.
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Die bekannten Bauwerke und Konstruktionen für den Hochwasserschutz haben den Nachteil, dass das vergrößerte Volumen für den Durchfluss des Fließgewässers begrenzt ist. Bei Überflutungsflächen wird zudem besonders viel Land verbraucht.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hochwasserschutz zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und auf einfache Weise Überflutungen besonders in Städten verhindert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Hochwasserschutz an einem Fließgewässer mit einem hochwassergefährdetem Bereich, der eingangs genannten Art, eine Antriebsturbine in der Röhre zur Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des Fließgewässers in der Röhre vorgesehen ist. Hochwasser entsteht, weil mehr Wasservolumen in einem Fluss ankommt, als in dem Flussbett abfließen kann. Die Fließgeschwindigkeit ist für den Querschnitt zu gering. Das Wasser läuft über das Flussbett und sucht sich dann seinen zerstörerischen Weg in die Umgebung. Erfindungsgemäß ist zu dem Flussbett nun eine Röhre vorgesehen, durch die das Wasser zusätzlich fließen kann. In dieser Röhre befindet sich eine Antriebsturbine, welche die Fließgeschwindigkeit erhöht. Dadurch lässt sich kontrolliert mehr Wasservolumen bei gleichem Flussquerschnitt z.B. an einer Stadt vorbei auf Ausweichflächen transportieren.
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Als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung hat sich erwiesen, wenn der erfindungsgemäße Hochwasserschutz einen elektrischen Antrieb aufweist. Der elektrische Antrieb lässt sich relativ einfach realisieren, weil solche Turbinen bereits bekannt sind und beispielsweise bei Pumpkraftwerken zum Einsatz kommen. Durch entsprechende Stromversorgung aus dem Stromnetz kann die Antriebsturbine mit großer Leistungsaufnahme ausgestattet sein. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers wird dann durch die Röhre erheblich beschleunigt, um ein größeres Wasservolumen durch die Röhre zu führen.
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Ähnlich, wie bei den Turbinen eines Pumpkraftwerks, lässt sich das Prinzip auch umkehren. In dem Moment, wo kein Hochwasser besteht, kann der elektrische Anrieb nämlich zum elektrischen Generator zur Stromerzeugung umgestellt werden. Ein vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen Hochwasserschutzes an einem Fließgewässer besteht daher darin, dass der elektrische Antrieb einen Umschaltmechanismus aufweist, welcher den Antrieb in einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie umwandelt. Diese elektrische Energie kann in normalen Zeiten, wenn kein Hochwasser besteht, dann zur Stromversorgung in das Stromnetz eingespeist werden.
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Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner darin, dass die Röhre unterhalb der Wasseroberfläche des Fließgewässers angeordnet ist. Diese Maßnahme gewährleistet, dass immer Wasser durch die Röhre fließen kann. Die Antriebsturbine läuft nicht trocken. Eine Variante ist dabei, dass die Röhre angehoben bzw. auch abgesenkt werden kann, je nachdem, wie der Wasserspiegel gerade ist. Die Röhre kann so immer unterhalb der Wasseroberfläche gehalten werden.
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In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Hochwasserschutzes an einem Fließgewässer sind mehrere Antriebsturbinen in Reihe innerhalb der Röhre angeordnet. Im Falle, dass eine Antriebsturbine nicht zur Beschleunigung des durchfließenden Wassers ausreicht bzw. die Leistung einer einzelnen Antriebsturbine zu schwach ist, können auch mehrere hintereinander geschaltet werden. Entsprechend können – gerade bei höheren Drücken – auch mehrere Röhren jeweils mit wenigstens einer Antriebsturbine parallel vorgesehen sein. Denn bei einer zu hohen Fließgeschwindigkeit des Wassers steigt auch der Druck in der Röhre.
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Vorzugsweise ist bei einer Variante des erfindungsgemäßen Hochwasserschutzes die Röhre als Verstärkung und/oder Erhöhung eines Flussdeichs bzw. Damms vorgesehen. Viele Dämme brechen, weil sie aufweichen und dem Wasserdruck nicht mehr standhalten können. Die Maßnahme bewirkt eine Stabilisierung bzw. im Bedarfsfall auch eine Erhöhung des Dammes.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche, sowie den Zeichnungen und deren Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt ein Fließgewässer, mit einem erfindungsgemäßen Hochwasserschutz in einem Horizontalschnitt.
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2 zeigt im Längsschnitt eine Röhre eines erfindungsgemäßen Hochwasserschutzes mit einer Antriebsturbine.
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3 zeigt einen Teilausschnitt im Querschnitt eines Fließgewässers mit einem erfindungsgemäßen Hochwasserschutz.
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Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
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In 1 wird mit 10 ein Fließgewässer, wie es ein Fluss oder ein Bach darstellen, bezeichnet. Die Abbildung zeigt das Fließgewässer 10 mit Gebäuden 11 in einem Horizontalschnitt. Das Fließgewässer 10 verfügt über ein Flussbett 12 in dem sein Wasser 14 geführt wird. Dabei fließt das Wasser 14 in einem Gefälle entlang abwärts in Fließrichtung 16. Die Fließrichtung wird durch Pfeile 18 angedeutet. Die Gebäude 11 befinden sich in einem hochwassergefährdetem Gebiet 19. Ein Hochwasserschutz 20 ist an beiden Ufern 22 des Flussbetts 12 vorgesehen. Der Hochwasserschutz 20 weist jeweils an jedem Ufer 22 einen Damm 23 auf. Unter dem Damm 23 ist jeweils eine Röhre 24 angeordnet. Die Röhren 24 sind unterhalb der Wasseroberfläche des Fließgewässers 10 verlegt. Die Röhren 24 sind bereits vor einem zu schützenden Uferbereich 26 mit dem Fließgewässer 10 so verbunden, dass das Wasser 14 durch die Röhren 24 strömt.
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Innerhalb der Röhren 24 sind Antriebsturbinen 26 zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers 14 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Antriebsturbinen 26 in den Röhren 24 zu sehen. Die Antriebsturbinen 26 werden im Fall von Hochwasser jeweils mit einem elektrischen Antrieb 28 angetrieben. Die elektrischen Antriebe 28 (siehe 2) der Antriebsturbinen 26 sind dazu mit dem Stromnetz (hier nicht dargestellt) verbunden.
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In 2 ist eine der Röhren 24 des Hochwasserschutzes 20 als Prinzipskizze in einem Längsschnitt dargestellt. In der Röhre 24 ist die Antriebsturbine 26 vorgesehen. Die Antriebsturbine 26 enthält Turbinenschaufeln 30, welche an einer Antriebswelle 32 rotationssymmetrisch angeordnet sind. Die Antriebswelle 32 bildet zugleich den Rotor des elektrischen Antriebs 28. Die Turbinenschaufeln 30 sind derart ausgestaltet, dass sie bei Rotation der Antriebswelle 32 das durchfließende Wasser bei Hochwasser in Fließrichtung 16 beschleunigen. Pfeile 18 deuten die Fließrichtung hier an. Leitschaufeln 33 leiten das Wasser 14 im optimalen Winkel auf die Turbinenschaufeln 30. Damit wird erreicht, dass das durch die Röhre 24 fließende Wasservolumen, aufgrund der höheren Fließgeschwindigkeit, in einem Zeitintervall erheblich vergrößert wird. Die Fließgeschwindigkeit durch die Röhre 24 kann an das jeweilige Hochwasser angepasst werden.
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Die Antriebsturbine 26 ist so aufgebaut, dass sie auch als elektrischer Generator 34 arbeiten kann. Dem elektrischen Antrieb 28 wird dann keine elektrische Energie mehr zugeführt. Sobald nämlich keine Hochwassergefahr mehr besteht, kann das Gefälle des Flusses genutzt werden um die Energie aus dem durch die Röhren 24 fließende Wasser 14 aufzunehmen. Die Antriebsturbine 26 arbeitet in bekannter Umkehrfunktion dann als elektrischer Generator 34, der seine elektrische Energie in das Stromnetz einspeisen kann.
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3 zeigt einen Teilausschnitt eines Fließgewässers 10 im Querschnitt. Das Fließgewässer 10 befindet sich in seinem Flussbett 12. Bei Hochwasser gelangt das Wasser 14 über die Ufer 22 bis an den Damm 23. Die gestrichelte Linie deutet die Wasseroberfläche bei Hochwasser 36 an. Die durchgezogene Linie im Flussbett 12 zeigt die Wasseroberfläche bei Normalwasser 38. Das Wasser 14 geht dabei nur bis an das Ufer 22. Damit verhindert wird, dass auch der Damm 23 überschwemmt wird, lassen sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Antriebsturbinen 26 in den Röhren 24 eingeschaltet. Dadurch werden neben den Wasservolumen, welche durch das Flussbett 12 transportiert werden, auch noch erhebliche Wassermengen durch die Röhren 24 transportiert. Bei der Wassermenge kommt es regelmäßig auf die Leistung der Antriebsturbinen 26 an. Je höher die Leistung, desto mehr Wasser läuft durch die Röhren 24 des Hochwasserschutzes 20. Die Röhren 24 dienen bei Bedarf gleichzeitig auch als stabiler Wall für den Hochwasserschutz 20 oder stabilisieren zumindest den Damm 23.
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Die Antriebsturbinen
26 verfügen über die Turbinenschaufeln
30 welche rotationssymmetrisch um die Antriebswelle
32 angeordnet sind. Die Turbinenschaufeln
30 drücken das Wasser
14 mit erhöhter Geschwindigkeit durch die Röhre
24. Dazu sind in der Antriebsturbine
26 die Leitschaufeln
38 (
2) fest in der Antriebsturbine eingebaut und leiten das Wasser
14 im optimalen Winkel auf die Turbinenschaufeln
30, auch Laufschaufeln genannt, die sich auf drehbaren Antriebswelle
32 befinden. Über die Turbinenschaufeln
30 findet die Kopplung der mechanisch nutzbaren Leistung zwischen Maschine und Fluid statt. Ein Umschaltmechanismus
40 schaltet den elektrischen Antrieb
28 in die Funktion des elektrischen Generators
34. Der so erzeugte Strom wird beispielsweise in ein nicht dargestelltes Stromnetz gespeist. Bei Normalwasser
38 kann der Hochwasserschutz
20 dann als Generator
34 zur Stromerzeugung verwendet werden.
| 10 | Fließgewässer |
| 11 | Gebäude |
| 12 | Flussbett |
| 14 | Wasser |
| 16 | Fließrichtung |
| 18 | Pfeile |
| 19 | hochwassergefährdetes Gebiet |
| 20 | Hochwasserschutz |
| 22 | Ufer |
| 23 | Damm |
| 24 | Röhre |
| 26 | Antriebsturbine |
| 28 | elektrischer Antrieb |
| 30 | Turbinenschaufeln |
| 32 | Antriebswelle |
| 33 | Leitschaufeln |
| 34 | elektrischer Generator |
| 36 | Wasseroberfläche bei Hochwasser |
| 38 | Wasseroberfläche bei Normalwasser |
| 40 | Umschaltmechanismus |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006001715 A1 [0003]
