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Einrichtung zur Verhütung von Auskolkungen der Sohle von Wasserläufen.
Beim Absturz. von Wasser über überläufe und Wehre, beim Abschuß über geneigte Böden
und beim Durchfluß unter Schützen entstehen Abflußgeschwindigkeiten des Wassers,
«-elche die Wellengeschwindigkeit überschreiten, so daß das Wasser den sogenannten
»schießenden« Fließzustand annimmt, der schwere Angriffe auf das Bett ausübt.
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Uni den schießenden Abfluß auf den normalen »strömenden«, d. h. den
mit weniger als Wellengeschwindigkeit sich vollziehenden Abfluß abzubremsen, wurden
schon verschiedene Mittel angewandt. Diese bestehen entweder in vertieften Sturzbecken
oder im Einbau von Abflußhindernissen auf ebenen Sturzbetten, welche aus einzelnen
Blöcken (Schikanen), aus einer größeren Anzahl von in der Richtung des fließenden
Wassers parallel zueinander stehenden Scheidewänden oder aus einer Reihe rostartig
die Sohle gleichmäßig überragender Schwellen mit dazwischen liegenden vertieften
Becken bestehen.
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Bei der meist vorhandenen normalen Tiefe des Unterwassers können aber
diese mit Kosten verbundenen und <lie Sinkstoffbewegung erschwerenden Einbauten
erspart werden. Denn es bildet sich auch bei einem völlig ebenen und glatten Sturzbett
über dein schießenden @@'asserstroiii eine Deckwalze mit wagerechter quer zum Wasserstrom
liegender Achse, welche die Umsetzung der kinetischen Energie de.,- Wassers in Wärineenergie
auf kurzer Lauflänge bewirkt, so daß das Wasser schon sofort beim Austritt aus der
Deckwalze nach Abgabe des bei weitem größten Teiles seiner kinetischen Energie strömend
und mit einer mittleren Geschwindigkeit, welche etwa der normalen im Unterwasserbett
entspricht, zum Abfluß kommt. Dies ist durch Beobachtung in der Natur und im -Modell
einwandfrei erwiesen.
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Trotzdem werden unterhalb des befestigten Sturzbettes am Ende der
Deckwalzen örtliche Auskolkungen der unbefestigten Sohle beobachtet, «-elche an
anderen Stellen des Flusses mit den gleichen mittleren Abflußgeschwindigkeiten nicht
auftreten. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß die Verteilung der Geschwindigkeiten
im Ouerschnitt unterhalb der Deckwalzen anders ist als im normalen Fluß. Denn während
in normalen Flußstrecken infolge der fortlaufenden Reibung an der Sohle die Sohlengeschwindigkeiten
wesentlich kleiner sind als die mittleren Geschwindigkeiten, nehmen stromabwärts
einer Deckwalze infolge der starken Energieentziehung an der Oberfläche des Wasserstromes
durch die Deckwalze die Geschwindigkeiten von der Oherfläche nach der Sohle hin
zu, so daß die Sohlengeschwindigkeiten die mittlere Geschwindigkeit im ganzen Wasserstrom
übertreffen.
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Die Erfi=ndung bezweckt nun, die geschil=
derte, für
die Sohle ungünstige Auskolkungen hervorrufende Verteilung der Geschwindigkeiten
im Querschnitt des Wasserstromes durch Verstärkung der Oberflächengeschwindigkeiten
und Verkleinerung der Sohlengeschwindigkeiten stromabwärts der Deckwalze möglichst
schnell zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung am äußersten stromabwärts
liegenden Ende des ebenen oder schwach durchhängenden Sturzbettes beim Austritt
des Wassers aus der sich über dem Sturzbett bildenden Deckwalze eine niedrige dachförmige
Schwelle angeordnet, die stromaufwärts lotrecht oder steil begrenzte, stromabwärts
aber sanft abfallende Zähne besitzt. Durch eine solche Zahnschwelle werden die schnell
fließenden Wasserfäden dicht über der Sohle sanft nach oben abgelenkt. Dadurch werden
die für das Bett unschädlichen Oberflächengeschwindigkeiten vergrößert, die Sohlengeschwindigkeit
aber entsprechend verringert. Zugleich wird unterhalb der Schwelle auf dein unbefestigten
Teil der Sohle eine Grundwalze finit sanft stromaufwärts gerichteter Sohlenströmung
erzeugt, deren Geschwindigkeit durch das durch die Zahnlücken fließende Wasser gemildert
wird. Diese Walze verhütet Auskolkungen und ruft sogar schwache Auflandungen vor
der Schwelle hervor, wie durch zahlreiche Modellversuche erwiesen wurde.
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Der Zweck dieser Zahnschwelle ist demnach von der Aufgabe, welche
die früher angewandten rostartigen Schwellen auf dein Sturzbett verfolgen, vollkommen
verschieden. Diese sollen vertiefte Becken bilden, durch welche dem Wasser größere
Mengen kinetischer Energie entzogen werden. Die vorgeschlagene Zahnschwelle aber
liegt im Gegensatz zu den früheren Anordnungen bereits im strömenden Wasser, dessen
mittlere Geschwindigkeit nicht mehr vermindert zu werden braucht. Die Zahnschwelle
wird einzeln am Ende des Sturzbettes verwandt und soll lediglich auf die unterhalb
des Sturzbettes liegende unbefestigte Sohle durch Erzeugung der normalen Geschwindigkeitsverteilung
im Wasserstrom kolkverhindernd einwirken.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar durch Abb. i in schaubildlicher Ansicht stromaufwärts gesehen
und durch Abb. a, 3 und .1 im Längsschnitt.
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Wie Abb. 4 näher zeigt, werden durch die Zähne a der Schwelle
b die unteren Schichten des Wasserstromes von der Sohle c abgehoben, wobei
sich unter dem Wasserstrom eine Grundwalze d bildet, in deren unterem, über der
Sohle liegendem Teil das Wasser stromaufwärts fließt. In das stromaufwärts fließende
Wasser der Grundwalze ergießen sich die durch die Lücken zwischen den Zähnen a stromabwärts
fließenden Wasserfäden, die sich nach dem Durchgang durch die Zahnlücken fächerartig
ausbreiten. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Wassers im unteren Teil der Grundwalze
d so weit abgebremst, daß es eine ruhige Strömung -zeigt und selbst eine unbefestigte
Sohle nicht mehr in schädlicher Weise anzugreifen vermag. Durch die aus den Zahnlücken
austretenden, sanft nach oben gerichteten Wasserströme wird zugleich der durch die
Zahnschwelle gehobene Hauptstrom daran gehindert, sich zu früh und zu schroff wieder
auf die Sohle c zu senken und dabei das Bett anzugreifen. Die Zahnlücken dienen
auch für die Ableitung der Sinkstoffe bei geschiebeführenden Wasserläufen.
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Um die besonders schädlichen Auskolkungen vor den Ufern e des Bettes
noch wirksamer zu vermindern, sind die Zähne a an den Enden der Schwelle b breiter
als die anderen ausgeführt und mit einem niedrigen Aufsatz f versehen.