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Anordnung zum Schutz gegen Hochwasser für Meeresbuchten
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oder Flußmündungen; Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz
gegen Hochwasser für Meeresbuchten oder Flußmündungen, die einen Damm, der die Bucht
oder Mündung vom offenen Meer trennt, und Mittel für die Durchfahrt von Schiffen
enthält.
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Sturmfluten sind in tiefliegenden Küstenabschnitten ein ernstes und
immer wieder auftretendes Problem. Die Küstenlinie muß durch Deichbauten gesichert
werden, die insbesondere bei einer langen Küstenlinie z. B. in Buchten und Flußmündungen
sehr teuer werden. Hafenanlagen können in der Regel mit vernünftigem Aufwand überhaupt
nicht durch Deichanlagen geschützt werden, da diese einen wesentlichen Teil der
Nutzfläche des Hafens in Anspruch nehmen, die Aktivitäten im Hafen behindern und
wegen der großen Zahl von weit atrzweigten Hafenbecken und der damit zusammenhängenden
großen Kailänge unwirtschaftlich hohe Investitionen erfordern würden.
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Es ist bekannt, die Buchten oder Flußmündungen durch sturmflutsichere
Dämme abzuriegeln. Dadurch wird die Küstenlinie verkürzt, und es können erhebliche
Kosten für Deichbau und Deichinstandhaltung gespart werden. Andererseits werden
auf diese Weise sturmflutgefährdete Hafengebiete wirksam vor einer Sturmflut geschützt.
Der Verkehr von Schiffen zwischen dem Hafen und dem offenen Meer wird dabei gewöhnlich
durch Schleusen ermöglicht, die in Verbindung mit dem Damm vorgesehen sind. Schleusen
bringen jedoch eine Behinderung der Schiffahrt mit sich Insbesondere bei großen
Schiffen erfordert das Schleusen viel Zeit, so daß ein auf diese Weise geschützter
affen in bezug auf die Schnelligkeit bei der Ab fertigung der Schiffe gegenüber
einem "offenen" Hafen der ungehinderten Zugang zum Meer hat benachteiligt ist.
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Auch eine Dammsperre, die nur bei Sturmflut geschlossen wird, würde
zuminds-st die psychologische Wirkung haben0 den Hafen nicht mehr aXs hoffen erscheinen
zu lassen. Eine solche Spero re würde, damit sie überhaupt zu betätigen ist0 eine
verhältnismäßig enge Durch£ahrtsoffnung voraussetzen, die selbst im offenen Zustand
ein Hindernis für die schiffahrt bildet, Aufgabe der erfindung ist es daher, einen
wirksamen Hochwasserschutz für die Küsten einer Bucht oder Flußmündung und für darin
gelegene Häfen zu schaffen, die ständigen ungehinderten Verkehr zwischen den Häfen
und dem Meer erlaubt.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin daß die Mittel für die Durchfahrt
von Schiffen einen die Bucht oder Mündung und das Meer verbindenden, ständig offenen
Kanal einschließen.
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Durch den ständig offenen Kanal können Schiffe zu jeder Zeit zwischen
dem Meer und dem Hafen ungehindert verkehren. Vorzusehen ist dabei eine genügende
Breite des Kanals, die der Größe der den Hafen frequentierenden Schiffe und dem
Verkehrsaufkommen angepaßt ist. Der Kanal ist dabei lang genug zu wählen, daß der
der
Kanallänge proportionale Strömungswiderstand die Wassergeschwindigkeit im h Inal
auch bei Hochwasser auf Werten hält, die für die Schiffahrt akzeptabel sind. Gleichzeitig
wird dadurch die Menge des bei Sturmflut einströmenden Wassers begrenzt. Durch diese
einströmende Wassermenge, die sich in der Bucht, die als Ausgleichsbecken wirkt,
verteilt, steigt der Wasserstand in der Bucht nur auf eine Höhe an, die wesentlich
unter der der ungeschützten Bucht liegt.
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Wegen der Länge des Kanals tritt eine Phasenverschiebung der Flutwelle
zwischen der, Kanalmündungen und innerhalb des Kanals auf. Durcn diese Phasenverschiebung
wird, zu vezlich zu der Wirkung des Strömungswiderstandes, die Menge des mit einer
Flutwelle einströmenden Wassers weiter vermindert. Durch den Damm und den Kanal
wird auch der normale Tidenhub verkleinert, was vor allem für die Häfen in der Bucht
bet .chtliche Vorteile mit sich bringt.
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Häufig besitzt ein F ß kein buchtartiges Mundungsgebiet, oder diese
Bucht soll oder kann nicht durch einen Damm versperrt werden. In diesem Falle tritt
die erfindungsgemtiße Wirkung ein, wenn der Kanal eine wesentlich geringere Breite
als der Flut im Mündungsbereich hat.
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Es ist bekannt, daß eine Flutwell , die sich auf eine Küstenlinie
zubewegt, vor dieser gestaut wird, so daß die Fluthöhe an der Küste höher ist als
im freien Meer. Wenn ein wesentlicher Teil des Kanals vor der Küstenlinie liegt
und sich in das Meer erstreckt, tritt die küstennahe Flutüberhöhung im Bereich der
Mündung des Kanals nur abgeschwächt auf und es ergibt sich im Kanal und damit auch
in der Bucht ein niedrigerer Wasserstand, als wenn die Kanalmündung in unmittelbarer
Küstennähe angeornet wäre. Schon dadurch, daß die effektive Flußmündung in das offene
Meer mit seiner geringeren Fluthöhe verlegt wird, wird also ein geringerer Ilochwasserstand
i.?l: Fluß erreicht. Es ist zweckmäßig, daß sich die Kanalmündung in einer solchen
Entfernung n der Küstenlinie befindet, wo die Fluthöhe ungefähr in der Mitte zwischen
der des freien Meeres und derjenigen in unmittelbarer
Nähe der
Rüste liegt Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kana@@ündung so weit draußen
im Meei: angeordnet ist, daß die küstenbedingte Flutüberhöh@ng an der Kanaimündung
vreniger als 25 % des Wertes an der Küste beträgt.
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Jedoch braucht der Kanal nicht in seiner volle zange vor der Rüstenlinie
angeordnet zu sein. Im Hinblick auf die nach außen zunehmende Wassertiefe kann es
wirtschaftlicher sein, wenn ein wesentlicher Teil des Kanals hinter dem Darm liegt
und sich in die Bucht oder den Fluß erstreckt. Durch geeignete Länge des Kanals
kann dabei erreicht werden, daß die IIochwasserwelle das Ausgleichsbecken erst erreicht,
wenn der höchste t;asserstand des Meeres am f9umm schon überschritten ist. Dieser
Zeitunterschied kann z. B. für eine kurzfristige Wasserstandsvorhersage in der Bucht
ausgenutzt werden.
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Da bei dieser Ausführungsform der Höchstwasserstand in der Bucht Später
als im Meer erreicht wird, ist es unter Umstanden möglich, das Wasser während des
N@edrigwassers im Meer durch verschließbure Öffnungen im Damm abzuleiten, wenn dort
der Wasserstand inzwischen unter den im Ausgleichsbecken gefallen ist. Auf diese
Weise kann das Wasser schneller aus dem Ausgleichsbecken entfernt werden als ausschließlich
durch den Kanal. Ob eine solche Zeitverzögerung wirksam wird, hängt von der Geschwindigkeit
der Flutwelle und der Länge des Kanals ab; der in der Bucht liegende eil des Kanals
sollte für diesen Zweck mindestens 10 km lang sein. Zum Ableiten des Wassers sind
im Damm Sperrwerke vorgesehen. Nach einer Sturmflut und entsprechend angestiegenem
Wasserstand in der Bucht oder bei starker Wasserführung des Flusses insbesondere
bei niederschlagsbedingtem Hochwasser des Flusses kann die Abführung des Wassers
durch den Kanal allein nicht ausreichend sein. In diesem Falle können die Sperrwerke
geöffnet werden, um den Wasserstand in der Bucht schneller abzusenken. Diese Sperrwerke
können jedoch ggf. auch so eingesetzt werden, daß durch geeignetes öffnen und Schließen
die weitere Verrinyerung des Tidenhubs in der Buctt bzw. der Flußmündung erreicht
wird. Hierfür kann es auch zweckmäßig sein, zu gewissen Zeiten Meerwasser in die
Bucht durch die Sperrwerke hineinzulassen.
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Um die gewünschte Verz@gerung zu e@@eichen, sollte der Kanal so lang
sein, daß die Laufzeit der Flutwelle im R. @l mit der Tidenperiode vergleichbar
ist. Die Laufzeit der Flutwelle im Kanal sollte
mindestens eine
Stunde betragen, damit die beschriebene Wirkung erzielt wird.
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Damit der zeitliche Unterschied zwischen den Hochwasserständen in
der Bucht tnd im Meer genügend groß ist, damit Wasser aus der Bucht durch den Damm
in das Meer zurückgeleitet werden kann, sollte der Kanal so lang sein, daß die Flutwelle
im Kanal die Bucht erst erreicht, nachdem der El^chstwasserstand im Meeresgebiet
vor der Bucht überschritten ist. Zweckmäßigerweise sollte der Kanal in diesem Falle
mindestens eine Länge von 20 km haben.
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Alle diese Ausführungsformen, die die Laufze@ der Flutwelle ausnutzen,
sind besonders wirkungsvoll im Falle mehrerer kurz hintereinander folgender Höchstwasserstände,
wenn zwischen diesen der Wasserstand in der Bucht durch die Rückströmung durch den
Kanal nicht genügend abgebaut wird.
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Welche Breite des Kanals im Einzelfalle besonders günstig ist, ergibt
sich unter anderem aus dem zu bewältigenden Schiffsverkehr und aus den geographischen
Gegebenheiten. Sie sollte jedoch sllindestens 500 Meter betragen. Wenn sehr starker
Schiffsverkehr zu bewältigen ist oder wenn eine sehr große Menge von Flußwasser
vom Fluß durch den Kanal ins Meer strömen muß, kann eine größere Breite von z. B.
mehr als 1.000 Metern vorteilhaft sein. Wenn dab Ausgleichshecken eine hinreichend
große Fläche besitzt, kann die Breite des Kanals noch größer gewählt werden.
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Abgesehen von den bereits erwähnten Zeitverzögerungseffekten sinkt
auch die Strömungsgeschwindigkeit mit der anallänge. Der Kanal sollte daher eine
Länge von mindestens 10 km besitzen. Es kann jedoch zweckmäßig sein, daß die Kanallänge
mindestens 20 km oder mindestens 30 km beträgt. Eine solche Kanallänge wäre z. B.
in der Elbmündung besonders vorteilhaft, wo sich der Kanal ungefähr von Scharhörn
in die Einmündung bis in die Höhe von Otterndorf erstrekken könnte, während der
Damm ungefähr Cuxhaven mit Dieksand verbinden würde.
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Bei den bisherigen Ausführungen wurde ein durchgehender, ununterbrochener
Kanal-vorausgesetzt, der von der Flutwelle ungestört durchlaufen werden kann. Jedoch
kann die Zeit, die von der Flutwelle für das Passieren des Kanals benötigt wird,
gem. der Erfindung
dadurch wesentlich verlängert werden, daß der
Kanal zwischen seinen Enden ine oder mehrere Öffnungen aufweist, die jeweils mit
einem gesonderten Becken verbunden sind. Wenn die Flutwelle im Kanal eine solche
Öffnung erreicht, kann sie sich erst dann weiter nach innen ausbreiten, wenn das
der Öffnung zugehörige Ausgleichsbecken aufgefüllt ist. Dies führt zu einer entscheidenden
Verminderung der Geschwindigkeit der Flutwelle im Kanal und gestattet die Erreichung
einer bestimmten Phasenverschiebung mit geringerer Gesamtlänge des Kanals. Bei der
einfachsten und deshalb bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei die Bucht
abschließende Dämme mit die Dämme durchschneidenden mit Abstand aneinander anschließenden
Kanalstücken vogesehen.
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Die maximale Verzögerung der Flutwelle und das maximale Aufnahmevermögen
der Bucht hinter dem Damm sind nur verhältnismäßig selten bei extremen Sturmfluten
erforderlich. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann daher ein Ausgleichsbecken,
das an die Bucht als Aufnahmereservoir oder an eine Zwischenöffnung des Kanals angeschlossen
ist, in normalen Zeiten gesondert und tidefrei genutzt worden, beispielsweise als
Fischzuchtbecken. Dies wird dadurch ermöglicht, daß ein n solches Becken durch Sperrwerke
mit der Bucht bzw dem Kanal und außerdem ggf. mit dem Meer verbunden ist. Diese
Sperrwerke sind normalerweise geschlossend, um die gesonderte Nutzung des Bekkens
zu ermöglichen und werden nur bei drehender Katastrophe geöffnet. Die Sperrwerke
zum Meer können vorgesehen werden11 um eindringendes Wasser heraus lassen zu können,
ohne die Bucbt damit zu belasten.
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Zweckmäßigerweise sind im Bereich der Sperrwerke Wehre zur Belüftung
des Wassers vorgesehen. Bei geöffneten Sperrwerken fließt das Wasser über diese
Wehre und wird dadurch belüftet. Auf diese Weise kann dem gerade im Bereich von
großen Häfen stark verschmutztem Was ser der zur Selbstreinigung notwendige Sauerstoff
zugeführt werden bzw. gelangt das verschmutzte Wasser gereinigt ins Meer. Die erfindungsgemäße
Anordnung erfüllt auf diese Weise auch Aufgaben des Umweltschutzes.
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Um den lokalen Schiffsverkehr mit relativ kleinen Schiffen den Umweg
über den Kanal zu ersparen,können eine oder mehrere Schleusen für die Durchfahrt
von Sclllffen vorgesehen sein.
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Es besteht die Gefahr, daß die im verhältnismäßig engen Fahrwasser
des Kanals besonders sUjrende Meercsdünung den Schiffsverkehr behindert. Dies wird
vermieden, wenn außerhalb des meerseitigen Kanalausgangs Leitdämme so angeordnet
sind, dß verhindert wird, daß sich die Meeresdünung bis weit in den Kanal fortsetzt.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnungen liegt noch darin, daß
die durch einen Sturm verursachten Wellen nicht in die Bucht hineingelangen. Ein
flußaufwärts gerichteter Sturm kann daher nicht an bereits sehr hohen Wellen angreifen
und dadurch den Wasserstand im Fluß sehr slirksam erhöhen. Hinter dem Damm befindet
sich dagegen verhältnismäßig ruhiger Wasser, das dem Wind eine schlechtere Angriffsfläche
bietet. Auf diese Weise wird die durch den Wind bewirkte zusätzliche Flutüberhöhung
im Fluß vermindert, was eine weitere Senkung des Hochwasserstandes gegenüber dem
Falle bedeutet, wo die erfindungsgemäße Hochwasserschutzanordnung nicht vorgesehen
ist.
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Die Erfindung wird im folgenden unter bezug auf die Zeichnungen nuher
erl@utert. In den Fig. 1-3 der Zeichnungen sind schematisch im Grundriß vorteiiafte
Ausfiihrungsformen der Erfindung dargestellt.
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In Fig. 1 ist ein Fluß 1 gezeigt, an dessen Ufern 2 sich ein ltafen
3 und durch Deiche 4 vom Fluß 1 getrennte Städte 5 befinden. In das offene Meer
6 besitzt der Fluß eine buchtartige Erweiterung 7. Diese Bucht 7 ist vom offenen
Meer 6 durch einen Damm 8 und einen Ka- -nal 9 getrennt, der den Damm durchschneidet.
Der Kanal 9 wird von Kanaldämmen 10 begrenzt und ist an seiner meerseitigen Mündung
mit Leitdämmen 11 versehen, die verhindern, daß die Meeresdünung ungehindert in
den Kanal 9 eindringen kann. In der gezeigten Ausführungsr form erstreckt sich ungefähr
die eine Hälfte des Kanals in die Bucht 7 und die andere Hälfte in das Meer 6. Da
der Kanal normalerweise eine Länge hat, die größer ist als 10 km, ist seine Mündung
mindestens 5 km vom Festland entfernt. An dieser Mündung könnte daher z.
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B. ein Atomkraftwerk 12 angeordnet werden, dessen Standort mehrere
Kilometer vom Festland entfernt liegen würde, damit die aus Sicherheitsgründen wünschenswerte
große Entfernung von menschlichen Siedlungen hätte und für das genügend SUhlwasser
in Form des Meerwassers zur Verfügung stehen würde.
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Der die Bucht 7 abschließende Damm 8 ist mit den Deichen 4 im Bereich
der Flußmündung verbunden und bildet so eine hochwassersichere
Absperrung
der Bucht 7. Der Damm 8 ist mit Schleusen 13 versehen, die z. B. von Sportbooten
oder für den lokalen Schiffsverkehr verwendet werden können, so daß der Kanal 9
von kleinen Schiffen entlastet wird. Außerdem enthält der Damm 8 Sperrwerke 14,
durch die Wasser aus der Bucht 7 in das Meer 6 oder umgekehrt durch den Damm 8 geleitet
werden kann. Das §~7asserZ-rd dabei über ein in der Nähe der Sp rrwerke 14 angeordnetes
Wehr 15 geleitet, an dem das Wasser belüftet und damit mit dem für die Selbstreinigung
notwendigen Sauerstoff angereichert wir1.
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Bei der Anordnung des Dammes 8 und des i:anals 9 wird man sich zweckmäßigerweise
nach den geographischen Gegebenheiten sowie nach den vorherrschenden Windrichtungen
richten. Die Herstellung des Dammes und der Kanaldämme kan z. B. auf folgende Weise
erfolgen. Die Teile für die Dämme werden aus schwimmfähigen Betonteilen hergestellt,
die zu ihrem Standort geschleppt, durch Flutung abgesenkt und dann mit Sand und/oder
Steinen gefüllt werden. Diese Betonteile könnten in einem im Bereich der Mündung
erstellten Trockendock hergestellt werden, daß von vornherein mit solchen Abmessungen
gebaut wird, daß es später auch als Reparaturdock im Rahmen einer Reparaturwerft
für Schiffe genutzt werden kann.
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die Im Gebiet einer Flußmündung besteht immer die Gefahr, daß Fahrrinne
versandet. Da durch den Kanal die Strömung des Flusses und der Gezeitan auf einen
verhältnismäßig schmalen Bereich konzentriert wird, wird hier die Strömungsgeschwindigkeit
erhöht.
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Es besteht daher eine wesentlich kleinere Gefahr des Versandens als
bei einer offenen Fahrrinne in einer verhaltnismäßig weiten Mündungsbucht.
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In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besitzt der Kanal entlang
seiner ganzen Länge zwei vom Wasser umgebene Dämme0 Je nach geographischen Gegebenheiten
kann der Kanal eventuell an einem Ufer der Mündung entlangführen, so daß dieses
Ufer mit den bereits vorhandenen Deichalilagen als zweiter Kanaldamm wirkt0
In
Fig. 2 ist eine Ausführungsform mit zwei Dämmen 8, 8' und Kanalabschnitten 9, 9'
gezeigt, zwischen denen sich ein Ausgleichsbecken 17 befindet. Das bei Sturmflut
durch den äußeren Kanal 9 strömende Wasser verteilt sich im Becken 17, so daß wegen
des niedrigeren Wasserstandes an der äußeren Mündung des inneren Kanals 9' nur sehr
wenig Wasser in die Bucht 7 oder den Fluß 1 strömt. Bei entsprechenden geographischen
Gegebenheiten kann es auch vorteilhaft sein, mehr als zwei solcher Dämme 8, 8' mit
entsprechenden Kanälen 9, 9' vorzusehen.
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In Fig. 3 ist das Prinzip einer Ausführungsform gezeigt, bei der ein
Teil 16 der Bucht 7 durch einen Damm 8, den Kanaldamm 10 und einen Damm 8', der
die Fortsetzung des Kanaldamms 10 bildet, eingeschlossen ist. Der eigentliche Hochwasserschutz
wird durch den Kanal 9 in Verbindung mit der Bucht 7 bewirkt.
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Zusätzlich kann jedoch der Teil 16 als Ausgleichsbecken verwendet
werden, wenn in den Dämmen 8 und 8' in dieser Figur nicht gezeigte Sperrwerke 14
vorgesehen sind. Durch diese Sperrwerke 14 kann im Falle einer Sturmflut der Wasserstand
in der Bucht 7 vermindert werden, indem Wasser aus der Bucht 7 in das Becken 16
und bei anschließendem Niedrigwasserstand des Meeres aus dem Becken 16 in das Meer
6 abgelassen wird. Außerdem kann bei Niedrigwasser in die Bucht 7 Wasser aus dem
Becken 16 geleitet werden, wodurch der Tidenhub in der Bucht 7 und den damit verbundenen
Häfen 3 vermindert oder sogar ganz beseitigt wird.
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Eine solche Verminderung des Tidenhubs bedeutet für einen hafen erhebliche
Kosteneinsparungen.
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Das abgeschlossene Becken 16 könnte auch für Fischzucht verwendet
werden. Es wäre z. B. möglich, das Kühlwasser des Atomkraftwerks 12 in das Becken
16 zu leiten, um dessen Wassertemperatur zu erhöhen. Dadurch könnte der Fichertrag
gesteigert werden.
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Es kann auch vorteilhaft sein, ein durch Kanle verbundenes Ausgleichsbecken
17 und gleichzeitig mindestens ein abgeschlossenes Ausgleichsbecken 16 zur Regulierung
des Wasserstandes über Sperrwerke 14 vorzusehen. Auch die Dämme 8, 8' dr in Fig.
2 gezeigten Ausführungsform können mit Sperrwerken .nd/oder Schleusen für die Kleinschiffahrt
versehen sein.