DE69101309T2

DE69101309T2 - Überlaufschwelle für aussergewöhnliche Hochwässer für Dämme mit mindestens zwei Überlaufschwellen.

Info

Publication number: DE69101309T2
Application number: DE69101309T
Authority: DE
Inventors: Francois Lemperiere
Original assignee: GTM ETS SA
Current assignee: GTM ETS SA
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2011-12-17
Also published as: EP0493183B1; CN1023723C; OA09414A; AU8977891A; MY111628A; RO112372B1; FR2671116B1; TR26482A; ZW18691A1; BR9105627A; PT99946B; MX9102787A; JPH0774497B2; TNSN91125A1; KR0183992B1; PT99946A; AU646997B2; DZ1547A1; JPH04293811A; CA2057772A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ablaß für außergewöhnliche Hochwässer, für Dämme und gleichartige Bauwerke derjenigen Art, die zwei Hochwasserablaßvorrichtungen aufweist, wovon eine Vorrichtung für die gewöhnlichen Hochwässer ausgelegt ist, wobei die andere Vorrichtung durch eine Überlaufschwelle gebildet wird, deren Krone auf einem ersten vorbestimmten Pegel gelegen ist, der tiefer liegt, als ein zweiter vorbestimmter Pegel, welcher einem maximalen Pegel oder einem Pegel der höchsten Wasserstände entspricht, für die der Damm konzipiert ist, wobei die Differenz des besagten ersten und zweiten Pegels einer vorbestimmten maximalen Durchflußmenge eines außergewöhnlichen Hochwassers entspricht, sowie durch ein die besagte Schwelle versperrendes automatisches Schützentor.
Der derzeitige Stand der Praxis der Planung und des Baus der Dämme führt dahin, ihre Wasserablaßbauwerke für bedeutende Hochwasserbedingungen (zum Beispiel Jahrtausendhochwässer oder Jahrzehntausendhochwässer) auszulegen. Als Folge davon wird während der meisten Zeit nur ein sehr geringer Teil der Ablaßkapazitäten der besagten Bauwerke genutzt. Weiter ist es bekannt, die über die Überlaufschwelle abgelassenen Durchflußmengen mit Hilfe von Schiebern zu regulieren, insbesondere um die Speicherkapazität oder die Kapazität der Spitzenbedarfsbegrenzung der Hochwässer des Damms zu vergrößern. Unter diesen Bedingungen versteht es sich, daß die besagten Schieber die Gesamtheit der Überlaufschwelle versperren müssen, daß jedoch bei Abwesenheit von außergewöhnlichen Hochwässern die meisten von ihnen auf quasi dauerhafte Weise geschlossen bleiben und sich zum Beispiel nur alle zwanzig oder fünfzig Jahre öffnen könnten. In dem Fall, wo die andere Ablaßvorrichtung das Ablassen der häufigsten Hochwässer ermöglicht (wie zum Beispiel Bodenablässe, Ablässe auf halber Höhe oder Oberflächenablässe, geschiebert oder nicht, oder das Abziehen von Wasser durch ein Wasserkraftwerk, oder jegliche andere Wasserablaßvorrichtung), versteht es sich ebenfalls, daß die Gesamtheit der besagten Schieber auf quasi dauerhafte Weise geschlossen bleiben könnte.
Außerdem bleibt die Nicht-Öffnung der Schieber, aus welchem Grund auch immer, eine wichtige Ursache von Dammbrüchen. Diese Schieber weisen also den Nachteil einer weniger guten Funktionssicherheit als die freien Überlaufschwellen auf; zudem sind sie teuer.
Verschiedene preiswerte Vorrichtungen sind vorgeschlagen worden und existieren bereits, um eine freie Überlaufschwelle zu versperren, wie beispielsweise Sandsäcke oder Spundwände (auch Flashboards genannt) oder andere ähnliche Sperrvorrichtungen, die bei jedem Hochwasser einen vorherigen menschlichen Eingriff erforderlich machen und daher ein bedeutsames Betriebsrisiko aufweisen.
Auf gewissen großen Dämmen aus Erdschüttung existiert auch ein Sicherungsdeichabschnitt, der auf eine Höhe nachgeschnitten ist, die niedriger ist, als diejenige des restlichen Bauwerks und nach dem Prinzip der Erosion der ihn bildenden Materialien funktioniert, einer Erosion, die durch ein extremes Ansteigen des Pegels des Stauwerks bei einem Hochwasser mit sehr außergewöhnlichem Umfang verursacht wird. Dieser Sicherungsdeich hat tatsächlich zum Ziel, das unkontrollierte und katastophale Über laufen eines extremen Hochwassers auf dem Gesamtkomplex eines Bauwerks dadurch zu vermeiden, daß man die Auswirkungen des Hochwassers auf einen Abschnitt konzentriert, der speziell so angeordnet ist, daß er durch Erosion bricht und so eine zusätzliche Ablaßkapazität bietet. Nach dem Brechen des Sicherungsdeichs wären bedeutsame Reparaturarbeiten erforderlich, um von neuem den normalen Betrieb des Bauwerks zu ermöglichen. Auf der anderen Seite kann die Öffnung eines Sicherungsdeichs zu einem zu schnellen Ansteigen der Durchflußmenge stromabwärts führen.
Man kennt außerdem die Sicherungs-Schützentore, wie diejenigen, welche in den Patentanmeldungen EP-A-0434521 und EP-A-0435732 beschrieben sind, die nach dem der vorliegenden Anmeldung zukommenden Prioritätsdatum veröffentlicht wurden und somit einen Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ bilden. Diese Schützentore weisen den Vorteil auf, daß sie das Versperren der Schwelle zu geringen Kosten ermöglichen. Jedoch müssen sie in dem Maß, in dem sie zum Ablassen der Hochwässer mit geringer oder mittlerer Durchflußmenge ausgelegt sind, eine Höhe aufweisen, die niedriger ist, als der Pegel der höchsten Wasserstände.
Das Problem, welches die vorliegende Erfindung zu lösen versucht, ist es, auf quasi dauerhafte Weise die gesamte oder einen Teil der freien Überlaufschwelle zu versperren, zu Kosten, die sehr viel niedriger sind, als diejenigen der Schieber, und auf einer größeren Höhe wie zuvor, indem gleichzeitig in vollständig funkionssicherer Weise das Ablassen der außergewöhnlichen Hochwässer ermöglicht wird, ohne äußeren Eingriff und ohne größere Veränderung des Bauwerks. Die vorliegende Erfindung bildet also einen wirtschaftlichen Ersatz für den Teil der Schieber, der allein dazu vorgesehen ist, die am wenigsten häufigen Hochwässer abzulassen.
Nach Kenntnis der Anmelderin scheint es also so zu sein, daß keine bestehende Vorrichtung auf zufriedenstellende Weise den weiter oben genannten Zielen entspricht, mit einem einfachen Betrieb und zu niedrigen Investitionskosten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das vorgenannte Problem durch den Hochwasserablaß gelöst, wie er im Patentanspruch 1 definiert ist. Bei diesem Hochwasserablaß umfaßt das Schützentor mindestens ein starres und massiges Schützentorelement, das auf die Krone der Überlaufschwelle aufgesetzt ist und auf dieser durch Schwerkraft in seiner Lage gehalten wird, wobei das besagte Schützentorelement eine vorbestimmte Höhe besitzt, die mindestens gleich der Differenz des ersten und zweiten vorbestimmten Pegels ist, und bezüglich Größe und Gewicht so ausgelegt ist, damit das Moment der durch das Wasser auf das Schützentorelement ausgeübten Kräfte das Moment der Gewichtskräfte erreicht, die danach streben, das Schützentorelement in seiner Lage auf der Überlaufschwelle zu halten, und daß als Folge das besagte Schützentorelement aus dem Gleichgewicht gebracht und herausgestoßen wird, wenn das Wasser einen dritten vorbestimmten Pegel erreicht, der höchstens gleich dem zweiten vorbestimmten Pegel ist.
Unter diesen Bedingungen versteht es sich, daß die gesamte oder ein Teil der Überlaufschwelle durch die Schützentorelemente versperrt werden kann. Das oder die Schützentorelemente lassen sich im Vergleich zu den Schiebern mit niedrigen Kosten herstellen, und in dem Fall, wo sie auf der Schwelle eines bestehenden Damms eingebaut werden, läßt sich dieser Einbau gegebenenfalls zusammen mit dem Einbau der Schieber durchführen, ohne daß an der Überlaufschwelle des Damms größere Veränderungen vorgenommen werden müssen, wie man weiter unten sehen wird. Es versteht sich auch, daß für Hochwässer mittlerer Bedeutung, solange der Wasserstand den besagten dritten vorbestimmten Pegel nicht erreicht, welcher in der Praxis derart bestimmt werden kann, daß er gleich dem besagten zweiten vorbestimmten Pegel oder geringfügig niedriger ist, d.h. dem Pegel der höchsten Wasserstände, das Wasser durch die Schieber oder andere Vorrichtungen abgelassen werden kann, die für die häufigsten Durchflußmengen ausgelegt sind, ohne daß dies eine Zerstörung des Schützentors zur Folge hat, und demzufolge ohne daß der Überlauf aufhört, durch das besagte Schützentor versperrt zu sein. Dagegen erreicht der Wasserstand im Fall eines außergewöhnlichen Hochwassers den besagten dritten vorbestimmten Pegel, ein Schützentorelement oder Schützentorelemente werden automatisch aus dem Gleichgewicht gebracht und durch das Wasser unter der alleinigen Einwirkung der Kräfte des Wassers herausgestoßen, also ohne daß ein äußerer Eingriff erforderlich ist, wobei so der Überlaufschwelle ihre volle Ablaßkapazität zurückgegeben wird.
Obwohl dies theoretisch nicht unbedingt erforderlich ist, ist ein Widerlager mit vorbestimmter Höhe vorzugsweise auf der Überlaufschwelle am Fuß des Schützentorelements auf der stromabwärtigen Seite desselben vorgesehen, um es daran zu hindern, auf der Schwelle stromabwärts zu gleiten, ohne es jedoch daran zu hindern, über das Widerlager zu kippen, wenn der Wasserstand den besagten dritten vorbestimmten Pegel erreicht. Wie man weiter unten sehen wird, wird in diesem Fall selbstverständlich die Höhe des Widerlagers für die Auslegung des oder der Schützentorelemente bezüglich Größe und Gewicht berücksichtigt.
Eine Dichtung kann zwischen der Überlaufschwelle und der Sohle des Schützentorelements nahe dem stromaufwärtigen Rand der besagten Sohle angeordnet sein. Jedoch ist eine derartige Dichtung nicht unbedingt unerläßlich, falls die Wasserleckagen zwischen dem Schützentorelement und der Überlaufschwelle bei Nichtvorhandensein einer Dichtung schwach sind, und falls die Zone der Überlaufschwelle, auf welchem das oder die besagten Schützentorelemente ruhen, angemessen entwässert wird, so daß sich unter dem oder den besagten Schützentorelementen kein nennenswerter Unterdruck bilden kann. Wie man weiter unter sehen wird, können andererseits Mittel vorgesehen sein, um unter dem oder den besagten Schützentorelementen automatisch einen Unterdruck herzustellen, wenn der Wasserstand den besagten dritten vorbestimmten Pegel erreicht, um das Ungleichgewicht und das Kippen des oder der besagten Schützentorelemente in dem Augenblick zu begünstigen, wo dies unerläßlich wird, um ein außergewöhnliches Hochwasser abfließen zu lassen.
Die Erfindung kann am Überlauf eines bestehenden Damms ebenso wie an demjenigen eines im Bau befindlichen Dammes eingesetzt werden. Im ersten Fall kann die Krone der Überlaufschwelle auf einen Pegel abgeflacht werden, der niedriger ist als der besagte erste vorbestimmte Pegel, und das oder die besagten Schützentorelemente werden auf die abgeflachte Schwelle aufgesetzt und versperren sie. Man kann so eine größere Sicherheit erhalten, als mit der nicht abgeflachten Überlaufschwelle, vorausgesetzt, daß die Öffnung, die man nach einem Kippen des oder der Schützentorelemente erhält, eine größere Höhe aufweist als im Fall einer nicht abgeflachten Überlaufschwelle, und es somit ermöglicht, eine bedeutendere Hochwasserdurchflußmenge abfließen zu lassen, als die maximale Durchflußmenge des außergewöhnlichen Hochwassers, für welches der Damm ursprünglich konzipiert worden war.
Ebenso wird man sich bei der Planung eines neuen Damms eine größere Differenz zwischen dem ersten und zweiten vorbestimmten Pegel zu eigen machen können (was dazu beiträgt, die Sicherheit zu vergrößern oder bei gleicher maximaler Durchflußmenge die Kosten von Bauwerken, wie beispielsweise den Gerinnen zu verringern), ohne zu befürchten, daß dies die Beherrschung der am Damm austretenden Durchflußmengen verhindert, dank der gemeinsamen Verwendung von Vorrichtungen, welche die häufigsten Durchflußmengen abfließen lassen und einem oder mehreren Schützentorelementen gemäß der vorliegenden Erfindung.
In diesen beiden Fällen ergibt sich die Wahl der Differenz zwischen dem ersten und zweiten vorbestimmten Pegel aus einer Optimierung zwischen einer Zunahme der Sicherheit, einer Verringerung der Bauwerkskosten und gegebenenfalls einem Anstieg der Kosten der auf dem Überlauf angeordneten Schieber.
In dem Fall, wo mehrere Schützentorelemente vorgesehen sind, kann jedes Schützentorelement oder eine Gruppe von Schützentorelementen derart ausgelegt sein, daß es oder sie bei einem vorbestimmten Wasserstand kippt, der niedriger als derjenige ist, bei welchem ein anderes Element oder eine andere Gruppe von Schützentorelementen kippen wird, wobei dieses letzteres oder diese letztere Gruppe selbst derart ausgelegt ist, daß es oder sie bei einem Wasserstand kippen werden, der niedriger ist, als derjenige, bei welchem ein drittes Element oder eine dritte Gruppe von Schützentorelementen kippen wird, und so weiter. Auf diese Weise erhält man, falls erforderlich, eine zunehmende Vergrößerung der Ablaßkapazität, entsprechend der Bedeutung des Hochwassers.
Man wird auch bemerken, daß falls ein oder mehrere Schützentorelemente durch ein außergewöhnliches Hochwasser gekippt und herausgestoßen worden sind, sie leicht und preiswert durch andere Schützentorelemente ersetzt werden können, nachdem das Hochwasser abgelassen worden ist, ohne bedeutende Reparaturen durchführen zu müssen.
Andere Eigenschaften und Vorteile werden im Verlauf der folgenden Beschreibung verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Bauwerk zeigt, bei welchem die Erfindung eingesetzt werden kann, wie beispielsweise einen Damm, seinen Überlauf für außergewöhnliche Hochwässer mit freier Überlaufschwelle und einem anderen Überlauf, der zum Ablassen der üblichen Hochwässern vorgesehen und mit Schiebern versehen ist.
Figur 2 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Bauwerk zeigt, bei welchem die Erfindung eingesetzt werden kann, wie beispielsweise einen Damm, seinen Überlauf für außergewöhnliche Hochwässer mit freier Überlaufschwelle und eine andere Vorrichtung zum Ablassen des Wassers, wie beispielsweise einen Grundablaß, geschiebert oder nicht, oder ein Wasserkraftwerk.
Figur 3a eine Ansicht des Überlaufs für außergewöhnliche Hochwässer der Figur 1 oder 2 ist, von der stromabwärtigen Seite gesehen und gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Sicherungs-Schützentor ausgestattet.
Figur 3b eine Draufsicht auf den Überlauf der Figur 3a ist.
Figur 3c eine Ansicht eines anderen Überlaufs ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Sicherungs-Schützentor ausgestattet ist.
Figuren 4a und 4b vertikale Schnittansichten sind, welche die Funktionsweise des Sicherungs-Schützentors erläutern.
Figur 5 ein Schaubild ist, das die unterschiedlichen Kräfte zeigt, die im Betrieb an einem Schützentorelement angreifen können.
Figur 6 ein Schaubild ist, das die Veränderungen der Momente der Bewegungs- und Widerstandskräfte in Abhängigkeit von der Wasserhöhe über der Überlaufschwelle darstellt.
Figur 7 eine vertikale Schnittansicht ist, die ein Schützentorelement zeigt, mit dem eine Kippauslösevorrichtung verbunden ist.
Figur 8 eine Draufsicht auf einen Überlauf ist, der mit einer anderen Kippauslösevorrichtung versehen ist.
Figuren 9a bis 9c perspektivisch verschieden Ausführungsformen eines Schützentorelementes zeigen.
Figuren 10 und 11 in vertikalem Schnitt zwei andere Ausführungsvarianten des Schützentorelements zeigen.
Figur 12 eine perspektivische Ansicht ist, die zwei benachbarte Schützentorelemente gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Figur 13 eine vertikale Schnittansicht eines der Schützentorelemente der Figur 12 ist.
Figuren 14 und 15 Ansichten des Schützentorelements jeweils in Richtung der pfeile F und G der Figur 13 sind.
Figuren 16a und 16b in größerem Maßstab und im Schnitt eine Einzelheit des Schützentorelements der Figur 13 zeigen.
Figur 17 eine der Figur 13 ähnliche Figur ist und eine Ausführungsvariante zeigt.
Figur 18 eine Draufsicht auf einen Teil der Schwelle des Überlaufs im Fall der Variante der Figur 17 und vor einem Anbringen der Schützentorelemente ist
Das in Figur 1 und in Figur 2 dargestellte Bauwerk 1 kann ein Damm aus Erdschüttung oder ein Damm aus Beton oder Mauerwerk sein. Jedoch ist Grund vorhanden, anzumerken, daß die Erfindung nicht auf die in Figur 1 oder in Figur 2 dargestellte Art von Dämmen beschränkt ist, sondern daß sie im Gegenteil bei jeder beliebigen bekannten Art von Damm mit freier Überlaufschwelle einsetzbar ist.
In den Figuren 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 2 die Dammkrone, die Ziffer 3 seine stromabwärtige Breitseite, die Ziffer 4 seine stromaufwärtige Breitseite, die Ziffer 5 einen Hochwasserüberlauf, die Ziffer 6 die Schwelle des Überlaufs 5, die Bezugsziffer 7 bezeichnet auf allgemeine Weise eine Ablaßvorrichtung für übliche Hochwässer. Der Überlauf 5 kann in den mittleren Teil des Damms 1 oder am Rand desselben eingebaut sein oder weiter auf einem Ufer ausgehoben sein, ohne daß dies die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung verändert. In Figur 2 ist die Ablaßvorrichtung 7 eine herkömmliche Wasserablaßvorrichtung am Fuß. In Figur 1 ist die Ablaßvorrichtung 7 eine Überlaufschwelle, die mit herkömmlichen Oberflächenschiebern ausgestattet ist, jedoch versteht es sich von selbst, daß die Vorrichtung 7 durch jede andere bekannte Ablaßvorrichtung für Hochwässer gebildet sein könnte, ohne das dies die Möglichkeit der Nutzung der Erfindung verändert.
Bei einem Bauwerk von der Art derjenigen, bei denen die Erfindung eingesetzt d, ist der Pegel des Stauwerks in Abwesenheit eines Hochwassers immer niedriger oder gleich dem Pegel RN der Krone 8 des Überlaufs 6. Im Fall von Hochwasser ist der Pegel des Stauwerks immer niedriger oder gleich RM oder dem pegel der höchsten Wasserstände (PHE).
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, den Überlauf 6 auf quasi dauerhafte Weise zu versperren. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, auf der Überlaufschwelle 6 ein Schützentor 10 anzuordnen, das durch mindestens ein massiges Element 11 gebildet wird, beispielsweise fünf Elemente 11a - 11e wie in den Figuren 3a und 3b dargestellt, wobei das besagte Schützentor 10 oder die Elemente 11 durch Kippen bei einer vorbestimmten Wasserlast auslösbar gemacht sind, die einem Pegel N entspricht, der höchstens gleich dem maximalen Pegel RM ist, und dann den Durchtritt der stärksten Hochwässer zulassen.
Selbstverständlich ist die Anzahl der Schützentorelemente 11 nicht auf fünf Elemente beschränkt, wie in den Figuren 3a und 3b dargestellt, sondern kann je nach Länge des Überlaufs 5 (in Längsrichtung des Damms gemessen) kleiner oder größer sein. Vorzugsweise ist die Anzahl der Schützentorelemente derart gewählt, daß man leichte Einheitsmassen erhält, die ein einfaches Anbringen und Ersetzen der besagten Schützentorelemente ermöglichen.
Jedes Schützentorelement 11 besitzt eine Höhe H&sub1;, die größer ist als RM, ist auf die Überlaufschwelle 6 aufgesetzt und wird durch Schwerkraft auf dieser gehalten. Vorzugsweise wird jedes Schützentorelement 11 durch ein am Fuß des Elements 11 auf der stromabwärtigen Seite desselben angeordnetes Widerlager 12 gegen jegliches Gleiten stromabwärts festgehalten. Das Widerlager 12 kann zum Beispiel in der Schwelle 6 eingebaut sein, wie zum Beispiel in Figur 4a dargestellt, und es kann unterbrochen sein, wie in den Figuren 3a und 4a dargestellt. Falls man es wünscht, könnte das Widerlager 12 jedoch durchgehend sein. Wie man weiter unten sehen wird, ist die Höhe des Widerlagers 12 vorbestimmt, sie kann jedoch entsprechend den Belastungen im Einsatz und entsprechend dem Wasserstand, von welchem aus man das Kippen jedes Schützentorelements einleiten möchte, variabel sein.
Wie in Figur 3b dargestellt, ist an jedem der beiden Enden des Schützentors 10 zwischen diesem und den seitlichen Wänden 14 des Überlaufs 5 eine konventionelle Dichtung 13, zum Beispiel aus Gummi, vorgesehen. Wenn das Schützentor 10 durch mehrere Elementen 11 gebildet wird, sind auch zwischen den einander paarweise gegenüberliegenden vertikalen Seitenwänden der benachbarten Schützentorelemente 11 Dichtungen 13 angeordnet, wie dies auch in Figur 3b sichtbar ist. Vorzugsweise ist auch eine Dichtung 15 zwischen der Überlaufschwelle 6 und der Sohle des Schützentorelements 11 nahe dem stromaufwärtigen Rand 16 der besagten Sohle vorgesehen, wie dies zum Beispiel in den Figuren 4a und 4b sichtbar ist. Wie in Figur 3b dargestellt, sind die Dichtungen 13 und die Dichtung 15, falls diese letztere vorgesehen ist, in einer gleichen vertikalen Ebene angeordnet. Anstatt die Dichtung 15 vorzusehen, oder zusätzlich zu dieser kann eine Entwässerungsanlage in durchgehender Weise in der Überlaufschwelle 6 ausgestaltet sein, in dem Bereich derselben, der unterhalb des Schützentors 10 liegt, um diesen Bereich trockenzulegen und um zu vermeiden, daß im Normalbetrieb ein Unterdruck an den Schützentorelementen 11 angreift.
Wie in Figur 3c dargestellt, kann man in dem Fall, wo ein Damm als einzige Ablaßvorrichtung für Hochwässer eine freie Überlaufschwelle umfassen würde, vorsehen, nur einen Teil dieser Überlaufschwelle mit einem oder mehreren Schiebern V auszustatten und den verbleibenden Teil mit einem erfindungsgemäßen Sicherungs-Schützentor 10. Man erhält so einen erfindungsgemäßen Damm mit der einzelnen Überlaufschwelle 6, mit der zwei Ablaßvorrichtungen verbunden sind, von denen die eine (7) mit mindestens einem Schieber V zum Ablassen von üblichen Hochwässern ausgestattet ist, und die andere mit dem Sicherungs-Schützentor 10 zum Ablassen der außergewöhnlichen Hochwässer ausgestattet ist.
Wie dies weiter unten erläutert werden wird, ist jedes Schützentorelement derart ausgelegt, daß es bei einer Wasserlast, die einen vorbestimmten pegel N unterschreitet, der selbst höchstens gleich dem maximalen Pegel RM der höchsten Wasserstände ist, welche beim Staudamm zulässig sind, aus sich selbst heraus stabil ist. Solange der Wasserstand bei Hochwässern von schwacher oder mittlerer Bedeutung niedriger als der Pegel RM bleibt, unter der Annahme, daß beispielsweise der besagte vorbestimmte Pegel gleich dem Pegel RM ist, wird so das Wasser durch die Schützentore gestaut, wie in Figur 4a dargestellt, ohne daß das Schützentor zerstört wird.
Wenn der Wasserstand andererseits unter der oben erwähnten Annahme im Fall eines starken Hochwassers oder eines außergewöhnlichen Hochwassers oder eines Schadens in der Funktionsweise der Vorrichtung 7 einen vorbestimmten Pegel N erreicht, der gleich oder geringfügig niedriger als der maximale Pegel RM ist, wird mindestens ein Element 11 des Schützentors 10 unter dem Druck des Wassers aus dem Gleichgewicht gebracht und kippt um das Widerlager 12, wie in Figur 4b dargestellt, und das oder die Elemente 11, die umgekippt sind, werden vom Wasser des Hochwassers mindestens bis zum Fuß des Überlaufs 5 mitgeführt, was somit ein Ablassen der stärksten Hochwässer ermöglicht. Nach einem Ablassen eines starken Hochwassers, welches das Kippen des Schützentors 10 zur Folge hatte, kehrt der Wasserstand auf den Pegel RN des normalen Staus oder auf einen noch niedrigeren Pegel zurück. Gegebenenfalls kann man einige Elemente 11 zum Austausch vorsehen, die dauernd am Ort des Damms verfügbar sind, um im Bedarfsfall eine Reparatur des Schützentors 10 zu ermöglichen. Jedoch muß man anmerken, daß das Nichtersetzen eines oder mehrerer Elemente 11 nach einem außergewöhnlichen Hochwasser oder einem Schaäen in der Funktionsweise der Vorrichtung 7, welche das Kippen mindestens eines Elementes 11 zur Folge hatten, die Betriebssicherheit des Bauwerks nicht verringert.
Es wird jetzt ein Zahlenbeispiel für eine Auslegung eines erfindungsgemäßen Sicherungs-Schützentors gegeben. Gewöhnlich sind die Dämme und die Überlaufschwellen so ausgelegt, damit der Wasserstand des Stausees (Pegel des Staus) bei dem ins Auge gefaßten außergewöhnlichen Hochwasser (Planhochwasser) den maximalen Pegel RM erreicht. Dieses Hochwasser kann zum Beispiel dasjenige Hochwasser sein, das nur in einem von tausend Jahren auftritt (Jahrtausendhochwasser).
Um die Gedanken festzuhalten, wird man annehmen, daß die Durchflußmenge dieses Planhochwassers zum Beispiel 900 m³/s beträgt, daß die im Durchschnitt in 50 Jahren erreichte maximale Durchflußmenge, die sehr viel kleiner ist als diejenige des Planhochwassers, 100 m³/s beträgt, daß die freie Überlaufschwelle 6, auf die das Schützentor 10 aufgesetzt ist, eine Länge von 40 m besitzt, und daß die Vorrichtung 7 eine Ablaßkapazität von 100 m³/s aufweist.
Unter diesen Bedingungen entspricht die Höhe H der Wasserscheibe, die erforderlich ist, um die Wassermenge desjenigen Bruchteils des Planhochwassers abfließen zu lassen, der nicht durch die Vorrichtung 7 abfließt, 20 m³/s pro geradlinigem Meter Schwelle. Diese Höhe H kann durch die folgende Formel berechnet werden:
Q = 1,8 H 3/2 (1)
nach welcher man sehen kann, daß H unter der weiter oben gemachten Annahme im wesentlichen gleich 5 m ist. Immer unter dieser Annahme wird der Pegel der Schwelle 6 des Überlaufs 5 auf 5 m unter den maximalen Pegel RM nachgeschnitten. Dann kann man die Schwelle 6 mit erfindungsgemäßen Schützentoren ausstatten, deren Höhe größer oder gleich 5 m ist.
Das Kippen des oder der Schützentorelemente 11 und infolgedessen ihre Zerstörung ist abhängig von dem Gleichgewicht zwischen dem Bewegungsmoment einerseits, das heißt dem Moment der Kräfte, die danach streben, das betrachtete Schützentorelement umzustoßen, und dem Widerstandsmoment andererseits, das heißt dem Moment der Kräfte, die danach streben, das besagte Schützentorelement zu stabilisieren. Wenn man nicht eine Auslösevorrichtung vorsieht, die unmittelbar an den Wasserstand gekoppelt ist, um das Kippen des Schützentorelements genau bei einem vorbestimmten Wasserstand auszulösen, kann die dem oben erwähnten Gleichgewicht entsprechende Wasserhöhe nur mit einer Ungewißheitsspanne festgelegt werden, die 0,2 m erreichen kann. Unter diesen Bedingungen ist es erforderlich, zur Sicherheit die Kipphöhe des oder der Schützentorelemente 11 um ein dieser Ungewißheitsspanne entsprechendes Maß, zum Beispiel um 0,2 m, zu verringern. Jedoch läßt sich diese Ungewissheit verringern, indem man eine Auslösevorrichtung vorsieht, die weiter unten unter Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben werden wird.
Figur 5 zeigt die verschiedenen Kräfte, die im Betrieb an einem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Schützentorelement angreifen können. Für die folgende Beschreibung wird angenommen, daß das Element 11 eine quaderförmige Gestalt besitzt, sowie eine Breite L und eine Höhe H, aufweist. In Figur 5 bezeichnet B die Höhe des Widerlagers 12 über der Schwelle 6, und z bezeichnet den Wasserstand. Die Bewegungskräfte, die danach streben, das Schützentorelement 11 kippen zu lassen, sind der Druck P des Wassers auf die stromaufwärtige Seite des Schützentorelements 11 und der Unterdruck ,3 der gegebenenfalls auf die Grundfläche des besagten Schützentorelements einwirkt, und der durch das Auftreten eventueller Leckagen an den Dichtungen oder das Vorhandensein einer Auslösevorrichtung bedingt ist, die weiter unten beschrieben werden wird. Die Widerstandskraft, die danach strebt, das Schützentorelement 11 zu stabilisieren, ist sein Eigengewicht W.
Um die Werte von P, U und W ebenso zu berechnen, wie der Werte der entsprechenden Bewegungs- und Widerstandsmomente bezüglich des Widerlagers 12, ist Grund vorhanden, zwei Fälle in Abhängigkeit von der Wasserhöhe z über der Schwelle 6 zu betrachten. Die Werte P, U und W und der entsprechenden Bewegungs- und Widerstandsmomente sind unten für die verschiedenen Fälle zusammengefaßt, wobei die besagten Werte pro Längeneinheit des Schützentorelements 11 angegeben sind.
In den oben angegebenen Formeln besitzen P, U, W, L, H&sub1;, B und z die bereits weiter oben angegebene Bedeutung. Mm ist das Bewegungsmoment bei Nichtvorhandensein eines Unterdrucks U, MmU ist das Bewegungsmoment bei Vorhandensein eines Unterdrucks U, γw ist das spezifische Gewicht des Wassers und γb ist das mittlere spezifische Gewicht des Schützentorelements, und Mr ist das Widerstandsmoment.
In dem Schaubild der Figur 6 stellen die Linien A, C und D jeweils die Veränderungen von Mr, Mm und MmU in Abhängigkeit von der Wasserhöhe z über der Schwelle 6 dar Die Linien A, C und D hat man aus den weiter oben angegebenen Formeln und für H&sub1; = 5 m, L = 2,6 m, B = 0,15 m, γw = 10 kNm&supmin;³ und γb = 24 kNm&supmin;³ erhalten.
Bei Betrachtung der Linien A und C sieht man, daß das Bewegungsmoment Mm (ohne Unterdruck U) bei einem Wert von z von etwa gleich 4,8 m den gleichen Wert wie das Widerstandsmoment Mr erreicht. Anders gesagt wird das Kippen des Schützentorelements 11 bei Nichtvorhandensein eines Unterdrucks U erfolgen, wenn der Wasserstand eine Höhe von 4,8 m über der Schwelle 6 erreicht. Bei Betrachtung der Linien A und D sieht man gleichfalls, daß das Bewegungsmoment MmU bei Vorhandensein eines Unterdrucks U bei einem Wert von z von etwa 4,4 m den gleichen Wert wie das Widerstandsmoment Mr erreicht. Die so ausgelegten Schützentorelemente passen zu einer Schwelle, bei die dem Pegel RM entsprechenden höchsten Wasserstände 5 m betragen. Gemäß den Formeln (11) und (13) sieht man, daß falls man gewollt hätte, daß bei Nichtvorhandensein eines Unterdrucks U und ohne den Wert der Höhe H&sub1; des Schützentorelements 11 zu verändern, das Kippen dieses letzteren bei einem Wert von z gleich 4,5 m erfolgt, man den Wert von γb und/oder den Wert von L und/oder den Wert von B bezüglich der weiter oben angegebenen Werte hätte verringern müssen.
Nach dem Vorangegangenen sieht man, daß man es durch eine geeignete Auslegung der Größe und des Gewichts des Schützentorelements 11 und durch eine geeignete Auslegung des Widerlagers 12 so einrichten kann, daß das Schützentorelement 11 bei einem vorbestimmten Wasserstand kippt. Man sieht auch, daß dann, wenn das Schützentorelement 11 so ausgelegt worden ist, daß es bei Nichtvorhandensein eines Unterdrucks an seiner Sohle bei einem vorbestimmten Wasserstand kippt, und wenn die Dichtigkeit zwischen dem Schützentorelement und der Schwelle 6 nicht vollkommen ist, ein Unterdruck auf die Sohle des Schützentorelements einwirkt, welcher sein Kippen bei einem Wasserstand bewirkt, der den oben erwähnten vorbestimmten Wasserstand unterschreitet. Eine Undichtigkeit ist folglich nicht katastrophal, sondern bildet vielmehr einen Sicherheitsfaktor in dem Maß, in dem er zum Kippen des Schützentorelements beiträgt.
Dies kann ausgenutzt werden, um das Kippen des Schützentorelements 11 auf eine noch sicherere Weise und mit einer noch größeren Genauigkeit zu bewirken, was den Wasserstand angeht, bei welchem das Kippen erfolgt. In der Tat kann es vorteilhaft sein, Vorkehrungen zu treffen, damit der am Schützentorelement angreifende Unterdruck null oder sehr gering bleibt, solange der Wasserstand niedriger als ein vorbestimmter Pegel bleibt, und damit in dem Augenblick, wo der Wasserstand den besagten vorbestimmten Pegel erreicht, plötzlich ein Unterdruck mit wesentlich größerem Betrag am Schützentorelement 11 angreift, wobei die Auslegung der Elemente derart ist, daß in diesem Augenblick das Bewegungsmoment von einem Wert Mm, der ein wenig kleiner als der Wert des Widerstandsmoments Mr ist, plötzlich einen Wert MmU annimmt, der wesentlich größer als der Wert des besagten Widerstandsmoments Mr ist. Zu diesem Zweck kann man zum Beispiel eine Auslösevorrichtung verwenden, wie diejenige, die in Figur 7 dargestellt ist. Die in Figur 7 dargestellte Auslösevorrichtung wird im wesentlichen durch ein Druckbeaufschlagungsrohr 21 gebildet, das im Normalbetrieb den Bereich unterhalb des Schützentorelements 11 mit der Atmosphäre verbindet, wobei das obere Ende 21a des Druckbeaufschlagungsrohrs 21 auf einem Pegel N gelegen ist, der gleich oder niedriger als der Pegel N ist, für welchen man wünscht, daß das Kippen des Schützentorelements 11 erfolgt (wobei die Differenz zwischen dem Pegel des oberen Endes des Rohrs und dem Pegel N der Höhe der Wasserscheibe entspricht, die sich in das Rohr ergießt und zum Füllen desselben erforderlich ist). Das Rohr 21 kann durch das Schützentorelement 11 hindurchführen, wie in Figur 7 mit durchgezogenen Linien dargestellt, oder es kann, wie mit strichpunktierten Linien bei 21' in Figur 7 dargestellt, auf eine solche Weise zur Außenseite des Schützentorelements führen, daß sein oberes Ende außerhalb des Schützentorelements 11 angeordnet ist. Das Druckbeaufschlagungsrohr kann weiter teilweise in die Schwelle 6 eingelassen sein, wie dies ebenfalls in strichpunktierten Linien bei 21'' in Figur 7 dargestellt ist. In dem Fall, wo mehrere Schützentorelemente 11 vorgesehen sind und bei unterschiedlichen Wasserständen kippen müssen, ist mindestens ein Druckbeaufschlagungsrohr 21 mit jedem Schützentorelement verbunden, und jedes Druckbeaufschlagungsrohr 21 erstreckt sich bis zu dem Pegel nach oben, bei welchem jedes Element kippen muß. Natürlich müssen in diesem Fall diejenigen Bereiche der Schwelle 6, die sich unterhalb der Schützentorelemente 11 befinden, welche bei verschiedenen Wasserständen kippen müssen, durch Dichtungen voneinander getrennt sein, welche in geeigneter Weise angeordnet sind.
Zusätzlich oder als Ersatz für die Auslösevorrichtung 21 der Figur 7 kann man vorsehen, eine anderen Auslösevorrichtung (Fig. 8) zu benutzen, die im wesentlichen durch ein Rohr 22 gebildet ist, das gemäß einer der weiter oben angegebenen Umstände für das Rohr 21 angeordnet ist, und dessen Ende 23, das sich von dem Bereich unterhalb des Schützentorelements 11 erstreckt, mit einer Vorrichtung 24 zum Unterdrucksetzen verbunden ist, die durch ein Ventil 25 betätigt werden kann, welches durch eine automatische und/oder manuelle Bedienungsvorrichtung 26 betätigt werden kann, und die es ermöglicht, das Kippen der Schützentore dann herbeizuführen, wenn diese stabil geblieben wären. Die Vorrichtung 24 zum Unterdrucksetzen kann zum Beispiel ein Behälter sein, der höher liegt als die Schwelle 6, und der Wasser enthält, dessen freie Oberfläche im Kontakt mit der Atmosphäre steht. Die Vorrichtung 24 kann auch ein unter Druck gehaltener Flüssigkeitsvorrat sein. Die Vorrichtung 26 kann zum Beispiel ein Bedienungsrad des Ventils 25 sein, oder eine automatische Steuerung des Ventils 25, die mit einem Meßfühler für den Pegel des Stauwerks oder für die Durchflußmenge stromaufwärts vom Stauwerk verbunden ist, oder eine Kombination dieser Elemente. Es versteht sich, daß je nach dem Betrag des durch die Vorrichtung 24 ausgeübten Drucks das Kippen von mindestens einem der Schützentorelemente 11 erst von dem Augenblick an möglich ist, wo das Wasser einen gewissen Pegel im Stauwerk erreicht hat. Diese Vorrichtung erleichert ein vorzeitiges selektives Kippen der Schützentorelemente 11, um zum Beispiel einem sehr starken Hochwasser vorzubeugen.
Diese Lösung muß es insbesondere ermöglichen, wenn ein außergewöhnliches Hochwasser angekündigt ist, zu beginnen den Stausee im Voraus zu entleeren, indem gewollt und/oder automatisch das Kippen mindestens eines Schützentorelements 11 herbeigeführt wird, und einerseits die Anzahl der Elemente zu verringern, die bei einer vollen Auswirkung des Hochwassers auf das Schützentor 10 kippen müssen, sowie andererseits die maximale Durchflußmenge des Hochwassers stromabwärts.
Um die Sicherheit eines bestehenden Bauwerks zu verbessern, dessen Überlaufschwelle 6 anfänglich in Abhängigkeit von einem ursprünglich gewählten außergewöhnlichen Hochwasser auf einen den Pegel RN des normalen Staus bestimmenden Pegel abgetragen worden war, kann es vorteilhaft sein, die Schwelle 6 um einige Dezimeter unter ihre gegenwärtige (RN entsprechende) Höhe abzuflachen, und ein Sicherungs-Schützentor 10 auf die abgeflachte Schwelle 6 aufzusetzen, das aus mindestens einem Schützentorelement 11 besteht, welches bezüglich seiner Größe und seines Gewichts in der weiter oben beschriebenen Weise ausgelegt ist, damit es um das Widerlager 12 kippt, wenn der Wasserstand einen vorbestimmten Pegel erreicht. Unter diesen Umständen wird die Öffnungswahrscheinlichkeit des Schützentors 10 nicht verändert, jedoch wird im Fall eines außergewöhnlichen Hochwassers der verfügbare Auslaufquerschnitt nach einer vollständigen Zerstörung des Schützentors 10 für einen gleichen Wasserstand im Stauwerk beträchtlich vergrößert, was es ermöglicht, ohne Risiko ein Hochwasser abfließen zu lassen, das eine Durchflußmenge besitzt, die sehr viel größer als diejenige des Hochwassers ist, für welches das Bauwerk ursprünglich ausgelegt worden war.
In der vorangehenden Beschreibung hat man vorausgesetzt, daß jedes Schützentorelement 11 durch einen Block mit einer im großen und ganzen quaderförmigen Gestalt gebildet ist. Jedes Schützentorelement 11 kann, wie in Figur 9a dargestellt, durch einen hohlen Block gebildet sein, der eine oder mehrere Zellen umfaßt, die mit Ballast 32, beispielsweise mit Sand, Kies oder anderen schweren Schüttgütern gefüllt sind. Ein Deckel (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, um die Zelle oder die Zellen 31 zu verschließen, nachdem sie mit Ballast gefüllt worden sind. Die Ausführungsform der Figur 9a eignet sich besonders gut, wenn das Schützentor 10 mehrere Schützentorelemente umfassen muß, die alle die gleiche Höhe besitzen, jedoch bei unterschiedlichen Wasserständen kippen müssen. In diesem Fall ist es in der Tat ausreichend, das Gewicht jedes der Schützentorelemente 11 durch eine geeignete Menge Ballast 32 zu regulieren, um das Kippen des entsprechenden Schützentorelements 11 bei dem gewünschten vorbestimmten Wasserstand N zu erzielen. Sie weist auch den Vorteil auf, das Anbringen der Schützentore 11 zu erleichtern, die von ihrem Ballast entleert auf den Überlauf 6 aufgesetzt werden können, um ihre Handhabung zu erleichtern. Sie ermöglicht es schließlich, das Beseitigen der Schützentore bei ihrem Kippen zu verbessern, da die Kraft des Wassers sie ja von ihrem Ballast befreien und so ihr Gewicht verringern kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedes Schützentorelement 11 durch einen Verband von Platten aus Beton, aus Stahl oder aus jedem anderen geeigneten starren und schweren Material gebildet sein. Wie in Figur 9b dargestellt, kann der Plattenverband eine horizontale oder im wesentlichen horizontale rechteckige Grundplatte 33 und eine vertikale oder mit der Vertikalen einen bis zu 30 Grad reichenden Winkel α einschließende rechteckige Stirnplatte 34 umfassen, die sich vom stromabwärtigen Rand der Grundplatte 33 aus erstreckt. Man wird feststellen, daß in diesem Fall das Gewicht der über der Grundplatte 33 gelegenen Wassersäule als Widerstandskraft dazu beiträgt, das Schützentorelement zu stabilisieren, solange der Wasserstand den vorbestimmten Pegel nicht erreicht hat, bei welchem das Kippen des besagten Schützentorelements erfolgt.
Wie in Figur 9c dargestellt, kann der Plattenverband zusätzlich zu den Platten 33 und 34 zwei Seitenplatten 30 umfassen, die durch ihren unteren Rand mit der Grundplatte 33 verbunden sind, und durch einen ihrer vertikalen Ränder mit der Stirnplatte 34. Bei der besonderen Anordnung der Figur 9c weisen die Seitenplatten 30 den Vorteil auf, die mit der Zerstörung der Dichtung 13 verbundenen seitlichen Wasserverluste bei Beginn des Kippens zu begrenzen. Sie verbessert demzufolge die Genauigkeit des Kippens und vermeidet jegliche Schwingungserscheinung.
Figur 10 stellt in vertikalem Schnitt ein Schützentorelement 11 ähnlich denjenigen der Figuren 9b oder 9c dar, welches zusätzlich mit einem Druckbeaufschlagungsrohr 21 ausgestattet ist, das dieselbe Funktion wie dasjenige der Figur 7 aufweist. In Figur 10 ist die horizontale Platte 33 auf eine solche Weise an der Stirnplatte 34 befestigt, daß sie sich im Abstand über der Schwelle 6 befindet, und sie umfaßt auf der stromaufwärtigen Seite eine nach unten gerichtete Randleiste 33a. Die Dichtung 15 ist zwischen der Randleiste 33a und der Schwelle 6 angeordnet. Unter der Platte 33 wird so eine Kammer 35 gebildet, in welche das Rohr 21 an seinem unteren Teil mündet. Eine Öffnung 36 ist an der Basis der Platte 34 vorgesehen, wobei die Öffnung 36 einen Querschnitt aufweist, der kleiner als derjenigen des Rohrs 21 ist.
Wenn sich bei dem Schützentorelement der Figur 10 im Betrieb der Wasserstand in der Nähe des Pegel N befindet, jedoch niedriger liegt als dieser, können die eventuell vorhandenen Wellen an der Oberfläche einen Eintritt von Wasser in das Rohr 21 bewirken. Dieser Wassereintritt wird die Kammer 35 teilweise füllen, die sich gleichzeitig durch die Öffnung 36 entleeren wird. Man vermeidet so, daß wegen der Wellen ein Unterdruck an der Platte 33 angreift, solange der Wasserspiegel den Pegel N nicht erreicht hat, bei welchem man wünscht, daß das Kippen des Schützentorelements 11 erfolgt. Die Kammer 35 und die Öffnung 36 ermöglichen es damit, die Genauigkeit des Pegels zu vergrößern, bei welchen das Kippen erfolgt. Selbstverständlich kann man unter dem Element 11 der Figur 7 eine der Kammer 35 ähnliche Kammer vorsehen, ebenso wie eine der Öffnung 36 ähnliche Entleerungsöffnung für diese Kammer.
Figur 11 zeigt in vertikalem Schnitt ein aus mehreren, jeweils übereinander gestapelten Modulen 11g bis 11j zusammengesetztes Schützentorelement 11. Die besagten Module werden durch eine Verbindungsvorrichtung 38 paarweise zusammengehalten, die das Gleiten der oberen Module in stromabwärtiger Richtung verhindert. Die Vorrichtung 38 kann zum Beispiel durch Klammern gebildet sein, oder durch ein Einlassen der Module übereinander. Die Module können sämtlich dieselben vertikalen Abmessungen oder unterschiedliche vertikale Abmessungen aufweisen; zum Beispiel besitzt das obere Modul 11j eine vertikale Abmessung, die kleiner ist als diejenigen der anderen Module. Bei einem derartigen Aufbau des Schützentorelements werden die Anbringungsarbeiten des Schützentors erleichtert. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung 38 derart konzipiert sein, daß es den Modulen ermöglicht wird, sich im Fall eines Kippens oder unter der äußeren Einwirkung von Druckstäben oder Seilen voneinander zu lösen, die zum Beispiel von einem Laufsteg (nicht dargestellt) aus betätigt werden können, der den Überlauf überspannt. Die beiden bereits genannten möglichen Ausführungsformen der Vorrichtung 38 können diese Bedingungen erfüllen.
Bei der in den Figuren 12 bis 15 dargestellten Ausführungsform sind diejenigen Teile des Schützentorelements 11, welche identisch sind, oder welche die gleiche Aufgabe erfüllen wie diejenigen, die im Vorangehenden beschrieben wurden, durch die gleiche Bezugsziffer bezeichnet.
Wie in den Figuren 12 und 13 gezeigt, kann der Plattenverband eine horizontale oder im wesentlichen horizontale, im wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Grundplatte 33 und eine vertikale oder mit der Vertikalen einen bis zu 30 Grad reichenden Winkel α einschließende rechteckige oder trapezförmige Stirnplatte 34 umfassen. Wie dies in Figur 13a besser sichtbar ist, greift der untere Rand der Stirnplatte 34 frei in eine Nut 40 ein, die in der Grundplatte 33 angelegt ist, vorzugsweise nahe deren stromabwärtigem Rand. Eine Dichtung 41 ist in der Nut 40 zwischen den Platten 33 und 34 angeordnet. Selbstverständlich kann die Stirnplatte 34 auch starr an der Grundplatte 33 befestigt sein.
Gemäß der in den Figuren 12 bis 15 dargestellten Ausführungsform umfaßt der Plattenverband mindestens einen Zugstab, zum Beispiel zwei Zugstäbe 30a, die mit ihren Enden mit der Grundplatte 33 und mit der Stirnplatte 33 verbunden sind. Die Anbringung von zwei Zugstäben 30a ist bei Schützentorelementen von großer Höhe von Vorzug, da sie es ermöglicht, die Kräfte von der Stirnplatte 34 besser auf die Grundplatte 33 zu übertragen. Die Zugstäbe können aus Stahl oder aus jeglichem anderen geeigneten Material ausgeführt sein. Selbstverständlich können der oder die Zugstäbe 30a durch eine oder mehrere den Platten 30 der Figur 9c entsprechende Verstärkungsplatten ersetzt werden.
Wie in den Figuren 12 und 13 angezeigt, befindet sich die Grundplatte 33 in einem gewissem Abstand über der Schwelle 6 und umfaßt stromaufwärts eine nach unten gerichtete Randleiste 33a, stromabwärts eine nach unten gerichtete Randleiste 33b und seitlich zwei ebenfalls nach unten gerichtete Randleisten 33c, wobei diese vier Randleisten auf einem vorgefertigten Rahmen 42 ruhen, der auf der zuvor abgeflachten oder in geeigneter Weise konzipierten Schwelle 6 aufliegt. Dann wird eine Betonschicht 6a mit geeigneter Dicke auf die Schwelle 6 aufgeschüttet, um den Rahmen 42 derart zu umhüllen, daß seine Oberseite auf der Endhöhe der Schwelle zu Tage tritt, bereit zur Aufnahme des Schützentorelements 11. Selbstverständlich können die vier Randleisten 33a, 33b, 33c auch unmittelbar auf der Schwelle 6 ruhen, wenn diese letztere zuvor in geeigneter Weise gestaltet oder konzipiert worden ist.
Je nachdem ist eine Dichtung 15 zwischen den Randleisten 33a, 33c und dem Rahmen 42 oder der Schwelle 6 angeordnet. Unter der Platte 33 wird so eine Kammer 35 gebildet, in welche ein Druckbeaufschlagungsrohr 21 an seinem unteren Teil 21b mündet, und die es ermöglicht, das genaue Kippen des Schützentorelements 11 zu fördern, bei einem Wasserstand, der gleich dem vorbestimmten Pegel N ist, dank der Beaufschlagung der Kammer 35 mit Unterdruck, wie weiter oben unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 10 beschrieben wurde.
Eine Öffnung 36 ist an der Sohle der stromabwärtigen Randleiste 33b der Grundplatte 33 vorgesehen, um die Kammer 35 zu entleeren, wenn diese durch den Eintritt von Wasser teilweise gefüllt wird, welcher durch die Wellen hervorgerufen wird, welche zeitweilig das obere Ende 21a des Rohrs 21 überfluten oder durch Leckagen in Höhe der Dichtung 15.
Gemäß den in den Figuren 12, 14 und 15 dargestellten Ausführungsformen sind Dichtungen 13 aus Gummi oder aus jedem anderen angemessenen Material an jedem der seitlichen Enden der Schützentorelemente 11 vorgesehen. Die Gestaltung der Dichtung 13 muß derart sein, daß in dem Fall, wo das Schützentor 10 aus mehreren Schützentorelementen 11 gebildet wird, die bei unterschiedlichen Wasserständen kippen, das Kippen eines Schützentorelements 11 das Kippen der anderen Schützentorelemente 11 nicht behindert.
Die Figuren 16a und 16b zeigen im Querschnitt zwei mögliche Formen für die Dichtung 13, die diesem Erfordernis Folge leisten.
Das Druckbeaufschlagungsrohr 21 kann sich in vertikaler Richtung über der Grundplatte 33 erstrecken, wie in den Figuren 12 und 13 dargestellt, oder schräg nach stromaufwärts, wie das Rohr 21' der Figur 7. Das Rohr 21 kann ferner teilweise in die Schwelle 6 eingelassen sein, wie das Rohr 21'' der Figur 7.
Zusätzlich oder als Ersatz für das Rohr 21 der Figuren 12 bis 15 kann man die Benutzung einer anderen Auslösevorrichtung (Fig. 17 und 18) ins Auge fassen, analog derjenigen der Fig. 8 und im wesentlichen durch ein Rohr 22 gebildet, dessen Ende 22a in die Kammer 35 mündet, und dessen entferntes Ende 23 mit einer Vorrichtung 24 zum Unterdrucksetzen verbunden ist. Das Rohr 22 kann mit einem Ventil 25 ausgestattet sein, das durch eine automatische und/oder manuelle Bedienungsvorrichtung 26 betätigt wird, wie weiter oben erwähnt. Die Vorrichtung 24 zum Unterdrucksetzen kann zum Beispiel ein Behälter sein, höher als die Schwelle 6, der Wasser enthält, dessen freie Oberfläche in Berührung mit der Atmosphäre steht, oder auch noch der Stausee des Damms, was die am einfachsten zu verwirklichende Lösung bildet.
Wie in den Figuren 12, 13 und 17 dargestellt, wird jedes Schützentorelement 11 gegen jegliches Gleiten stromabwärts vorzugsweise durch ein Widerlager oder durch Widerlager 12 gehalten, die in der Schwelle 6 befestigt oder eingemauert oder mit dem Rahmen 42 fest verbunden sind. Wie insbesondere in den Figuren 12 und 17 dargestellt, kann diese Vorrichtung durch das Anbringen von Ballast 32 auf der Platte 33 vervollständigt werden, der entweder aus einem einstückigen Element oder aus mehreren aufgestapelten Elementen oder aus Schüttgut besteht, das in einer zu diesem Zweck vorgesehenen Aufnahme angeordnet ist. Dieser Ballast 32 ermöglicht es, das Gleichgewicht zwischen dem Bewegungsmoment und dem Widerstandsmoment zu optimieren, bei gleichzeitiger Förderung der Verwirklichung von Schützentorelementen 11, von denen jeder Teil ein einheitliches Gewicht geringer Höhe aufweist, welches die Handhabung und den Zusammenbau erleichtert.
Obwohl das Schützentorelement 11 nach dem Zusammenbau starr und massig ist, können die Verbindungen zwischen seinen verschiedenen wesentlichen Teilen auf eine solche Weise konzipiert und verwirklicht sein, daß nach dem Kippen eines Schützentorelements 11 jedes wesentliche Teil sich von den anderen lösen kann, um stromabwärts nur wenig sperrige Stücke zu haben, die leichter geborgen oder liegengelassen werden können. Dies ist insbesondere bei den Ausführungsformen der Figuren 12 bis 18 so, wobei die Zugstäbe 30a zum Beispiel durch Haken- und Ring-Verbindungen, die sich beim Kippen des Schützentorelements lösen, an den Platten 33 und 34 befestigt sein können. Diese Gestaltung ist insbesondere bei den Schützentorelementen mit großen Abmessungen interessant, da sie auch so gestaltet ist, daß sie deren Handhabung und Zusammenbau durch Benutzung von Elementen mit geringem Einheitsgewicht erleichtert.
Die bei der Erfindung benutzte Schützentorvorrichtung weist zahlreiche Vorteile auf:
1. Für die wichtigen Überläufe erweisen sich die Herstellung und der Einbau dieser Schützentore als preiswerter als diejenigen des Teils der Schieber, welche sie ersetzen, und erfordern im allgemeinsten Fall keine größeren Veränderungen am Bauwerk.
2. Sie ermöglicht es, die gesamte oder einen Teil einer freien Überlaufschwelle auf quasi dauerhafte Weise und auf einer größeren Höhe zu versperren, als diejenige, die mit den Schützentoren zulässig ist, welche in den beiden bereits genannten Patentanmeldungen EP-A-0434521 und EP-A-0435732 beschrieben sind, wobei gleichzeitig auf vollständig betriebssichere Weise das Abfließenlassen außergewöhnlicher Hochwässer und grundsätzlich ohne äußeren Eingriff ermöglicht wird.
3. Diese Vorrichtung gestattet das Anbringen von Schützentorelementen mit geringer Größe, was nach einem Kippen eines Schützentorelements zu einem geringen Anstieg der stromabwärtigen Durchflußmenge führt.
Es ist selbstverständlich, daß die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben worden sind, in lediglich beschreibender und in keiner Weise beschränkender Hinsicht angegeben worden sind, und daß vom Fachmann leicht zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne deshalb den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.

Claims

1. Ablaß für außergewöhnliche Hochwässer, für Dämme und gleichartige Bauwerke derjenigen Art, die zwei Hochwasserablaßvorrichtungen (6,7) umfaßt, wovon eine Vorrichtung (7) für die gewöhnlichen Hochwässer ausgelegt ist, wobei die andere Vorrichtung durch eine Überlaufschwelle (6) gebildet wird, deren Krone (8) auf einem ersten vorbestimmten Pegel (RN) gelegen ist, der tiefer liegt, als ein zweiter vorbestimmter Pegel (RM), welcher einem maximalen Pegel oder einem Pegel der höchsten Wasserstände (PHE) entspricht, für die der Damm (1) konzipiert ist, wobei die Differenz des besagten ersten und zweiten Pegels (RN und RM) einer vorbestimmten maximalen Durchflußmenge eines außergewöhnlichen Hochwassers entspricht, sowie durch ein die besagte Schwelle (6) versperrendes automatisches Schützentor (10), und gemäß welchem das Schützentor (10) mindestens ein starres und massiges Schützentorelement (11) umfaßt, das auf die Krone (8) der Überlaufschwelle (6) aufgesetzt ist, und auf dieser durch Schwerkraft in seiner Lage gehalten wird, wobei das besagte Schützentorelement (11) eine vorbestimmte Höhe besitzt, die mindestens gleich der Differenz des ersten und zweiten vorbestimmten Pegels ist, und bezüglich Größe und Gewicht ausgelegt ist, damit das Moment der vom Wasser auf das Schützentorelement ausgeübten Kräfte das Moment der Gewichtskräfte erreicht, die danach streben, das Schützentorelement in seiner Lage auf der Überlaufschwelle (6) zu halten, und daß als Folge das besagte Schützentorelement aus dem Gleichgewicht gebracht und herausgestoßen wird, wenn das Wasser einen dritten vorbestimmten Pegel (N) erreicht, der höchstens gleich dem zweiten vorbestimmten Pegel (RM) ist.

2. Ablaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerlager (12) mit vorbestimmter Höhe (B) auf der Überlaufschwelle (6) am Fuß des Schützentorelements (11) auf der stromabwärtigen Seite desselben vorgesehen ist, um es daran zu hindern, auf der besagten Schwelle stromabwärts zu gleiten.

3. Ablaß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall eines bestehenden Überlaufs (5) die Krone der Überlaufschwelle (6) auf einen Pegel abgeflacht wird, der niedriger ist als der besagte erste vorbestimmte Pegel (RN), und daß das Schützentorelement (11) auf die abgeflachte Schwelle aufgesetzt wird.

4. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (15) zwischen der Überlaufschwelle (6) und der Sohle des Schützentorelements (11) nahe dem stromaufwärtigen Rand (16) der besagten Sohle angeordnet ist.

5. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das besagte Schützentorelement (11) in Form eines im großen und ganzen quaderförmigen hohlen, mit Ballast (32) gefüllten Blocks darbietet.

6. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Schützentorelement durch einen Verband von Platten (33, 34) gebildet ist, der eine im wesentlichen horizontale Grundplatte (33) und eine Stirnplatte (34) umfaßt, die mit der Vertikalen einen Winkel (α) von 0 bis 30 Grad einschließt, und die sich von der Grundplatte (33) aus erstreckt.

7. Ablaß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Schützentorelement Seitenplatten (30) umfaßt.

8. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens ein Druckbeaufschlagungsrohr (21) umfaßt, welches im Normalbetrieb den Bereich unterhalb des Schützentorelements (11) mit der Atmosphäre verbindet, wobei das obere Ende des Druckbeaufschlagungsrohrs (21) auf einem Pegel gelegen ist, der dem besagten dritten vorbestimmten Pegel (N) gleich ist oder tiefer liegt, und in lotrechter Richtung vom Schützentorelement (11) oder stromaufwärts von diesem gelegen ist.

9. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (22) den Bereich unterhalb des Schützentorelements (11) mit einer Vorrichtung zum Unterdrucksetzen (24) verbindet, mit Hilfe eines Ventils (25), dessen Öffnung durch eine Bedienungsvorrichtung (26) gesteuert wird.

10. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schützentorelemente (11) dicht nebeneinander längs der Krone (8) der Überlaufschwelle (6) angeordnet sind, wobei Dichtungen (13) zwischen den einander gegenüberliegenden vertikalen Wänden der aneinandergrenzenden Schützentorelemente angeordnet sind.

11. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schützentorelemente (11) derart ausgelegt sind, daß mindestens ein erstes Schützentorelement (11c) aus dem Gleichgewicht gebracht wird, wenn das Wasser den besagten dritten vorbestimmten Pegel (N&sub1;) erreicht, wobei dieser niedriger ist, als der besagte zweite vorbestimmte Pegel (RM), daß mindestens ein zweites Schützentorelement (11b, 11d) aus dem Gleichgewicht gebracht wird, wenn das Wasser einen zwischen dem zweiten und dritten vorbestimmten Pegel (RN und N&sub1;) enthaltenen vierten vorbestimmten Pegel (N2) erreicht, und daß mindestens ein drittes Schützentorelement (11a, 11e) aus dem Gleichgewicht gebracht wird, wenn das Wasser einen fünften vorbestimmten Pegel erreicht, der höher als der vierte Pegel (N&sub2;) und höchstens gleich dem zweiten vorbestimmten Pegel (RM) ist.

12. Ablaß nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer (35) an der Sohle des Schützentorelements (11) zwischen diesem und der Schwelle (6) des Überlaufs gebildet wird, und daß eine Öffnung (36) auf der stromabwärtigen Seite des Schützentorelements vorgesehen ist, um die besagte Kammer (35) zu entwässern.

13. Ablaß nach Anspruch 12, welcher auf Anspruch 8 oder 9 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (21 oder 22) in die besagte Kammer (35) mündet.

14. Ablaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schützentorelement (11) aus mehreren Teilen besteht, die jeweils derart lösbar zusammengefügt sind, daß sie sich nach dem Kippen des Elements von selbst voneinander lösen können.

15. Ablaß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schützentorelement (11) aus mehreren Modulen (11g, 11j) besteht, die übereinander gestapelt sind und durch eine Verbindungsvorrichtung (38), die jegliches Gleiten des oberen Moduls in stromabwärtiger Richtung verhindert, paarweise zusammengehalten werden.

16. Ablaß nach den Ansprüchen 6 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (33) in ihrer Oberseite eine Nut (40) aufweist, daß der untere Rand der Stirnplatte (34) frei in die Nut (40) eingeführt ist, und daß mindestens ein Zugstab (30a) mit seinen Enden lösbar an der Grundplatte (33) und an der Stirnplatte (34) befestigt ist.