W&A WASSER & ABWASSER TECHNIK Wasser Information Management System Indien
Hydraulische Berechnung von Fließgewässern mit Vegetation

Die Deut­sche Ver­ei­ni­gung für Was­ser­wirt­schaft, Abwas­ser und Abfall e. V. (DWA) hat den Ent­wurf des Merk­blatts DWA-M 524 „Hydrau­li­sche Berech­nung von Fließ­ge­wäs­sern mit Vege­ta­ti­on“ vor­ge­legt, der hier­mit zur öffent­li­chen Dis­kus­si­on gestellt wird.

Inten­ti­on für die Erstel­lung des vor­lie­gen­den Merk­blatts war die Fort­schrei­bung und Aktua­li­sie­rung des DVWK-Merk­blatts 220/1991 „Hydrau­li­sche Berech­nung von Fließ­ge­wäs­sern“. Wesent­li­che Inhal­te die­ses Merk­blatts sind 1D-Betrach­tun­gen. Da die­se 1D-Betrach­tun­gen nach wie vor ihre Gül­tig­keit besit­zen, wur­den sie nicht in die­ses Merk­blatt auf­ge­nom­men. Statt­des­sen wur­de das DVWK-Merk­blatt 220/1991 mit dem Aktua­li­täts-Prüf­sie­gel 2016 ver­se­hen und damit für die wei­te­re Anwen­dung emp­foh­len. Das vor­lie­gen­de Merk­blatt kon­zen­triert sich auf neue­re Ansät­ze, die sich inten­si­ver mit den Pflan­zen­ei­gen­schaf­ten auseinan­dersetzen und die­se in den Wider­stands­be­zie­hun­gen berück­sich­ti­gen sowie in mehr­di­men­sio­na­le Strö­mungsmodelle imple­men­tiert wer­den kön­nen. Es sind Ansät­ze, die in den letz­ten zwei Jahr­zehn­ten ins­be­son­de­re in inter­na­tio­na­len Zeit­schrif­ten vor­ge­stellt wur­den und jetzt nach und nach in der Pra­xis Anwen­dung fin­den.

Der busch- und baum­ar­ti­ge Ufer- und Vor­land­be­wuchs gewinnt hin­sicht­lich der Errei­chung des guten öko­lo­gi­schen Zustands unse­rer Fließ­ge­wäs­ser zuneh­mend an Bedeu­tung. Auch die Dimen­sio­nie­rung von Fluss­dei­chen, die Unter­hal­tung und das Manage­ment der Vor­län­der sowie bau­li­che Ein­grif­fe zur natur­na­hen Umge­stal­tung unse­rer Fluss­au­en set­zen vor­aus, dass die hydrau­li­schen Ver­hält­nis­se für den Ist- und Pla­nungs­zu­stand mög­lichst genau berech­net wer­den.

Inge­nieur­tech­nisch betrach­tet ist die Strö­mung in Gebie­ten, wel­che mit Pflan­zen bewach­sen sind, au­ßerordentlich kom­plex. Den­noch müs­sen Inge­nieu­re und Inge­nieu­rin­nen im Zuge moder­ner Pla­nun­gen die Aus­wir­kun­gen die­ser Fak­to­ren unter ande­rem auf den Was­ser­stand quan­ti­ta­tiv beur­tei­len. Hier­zu ste­hen weit ent­wi­ckel­te hydro­dy­na­misch-nume­ri­sche Ver­fah­ren zur Ver­fü­gung. Bereits heu­te zäh­len 2D-hydro­dy­na­misch-nume­ri­sche Ver­fah­ren zum Stan­dard zahl­rei­cher Büros, wobei die meis­ten Ver­fah­ren mit rein empi­ri­schen Ansät­zen für die Soh­len­rau­heit und den Pflan­zen­wi­der­stand ange­wandt wer­den. Neue­re Ansät­ze zur Berech­nung der Fließ­ge­wäs­ser mit Vege­ta­ti­on sind noch nicht imple­men­tiert.

Aus die­sem Grund hat­te sich die Arbeits­grup­pe fol­gen­de Auf­ga­ben gestellt:

  • einen mög­lichst umfas­sen­den Über­blick über die vor­han­de­nen pra­xis­re­le­van­ten, theo­re­tisch fun­dierten Ansät­ze zur Bestim­mung der Soh­len­rau­hei­ten und Pflan­zen­wi­der­stän­de natur­na­her Fließ­gewässer zu geben
  • die Ansät­ze der­art auf­zu­be­rei­ten, dass sie ohne gro­ße Schwie­rig­kei­ten in die bestehen­den hydro­­­dy­na­misch-nume­ri­schen Ver­fah­ren imple­men­tiert wer­den kön­nen
  • die Gül­tig­keits­gren­zen der ein­zel­nen Ansät­ze klar her­aus­zu­stel­len und ent­spre­chend auf­zu­be­rei­ten

In Anbe­tracht der Tat­sa­che, dass die Ent­wick­lung mehr­di­men­sio­na­ler nume­ri­scher Pro­gram­me weiter­hin schnell vor­an­schrei­tet und sowohl natio­nal als auch inter­na­tio­nal auf die­sem Gebiet zahl­rei­che For­schungs­ar­bei­ten lau­fen, wer­den auch Ansät­ze vor­ge­stellt, die sich noch in der Ent­wick­lung befin­den, aber dank neu­es­ter Mess­tech­nik gute Aus­sich­ten haben, in naher Zukunft pra­xis­re­le­van­te Anwen­dung zu fin­den. Die­ses betrifft ins­be­son­de­re Ansät­ze, die sich mit der Fle­xi­bi­li­tät von Pflan­zen beschäf­ti­gen.

Aus hydrau­li­scher Sicht sind für das Wider­stands­ver­hal­ten der Pflan­zen neben den geo­me­tri­schen Struk­tur­pa­ra­me­tern vor allem die bio­me­cha­ni­schen Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten von gro­ßer Bedeu­tung. Da­her wur­de die Ein­tei­lung des DVWK-Merk­blatts 220/1991 in Klein-, Mit­tel- und Groß­be­wuchs auf­ge­ge­ben. Im vor­lie­gen­den Merk­blatt wird zwi­schen ein­zel­nen Bewuchs­ele­men­ten und Bewuchs­be­stand, star­rer und fle­xi­bler Vege­ta­ti­on sowie über- und durch­ström­ten Pflan­zen unter­schie­den. Je nach Strömungsge­schwindigkeit kann sich der Bewuchs starr oder fle­xi­bel ver­hal­ten und durch- oder über­strömt sein. Die Cha­rak­te­ri­sie­rung der Pflan­zen im Soh­len-, Ufer- und Vor­land­be­reich ist dem­nach nur durch Mehr­fach­zu­ord­nung mög­lich und hat zu der neu­en Ein­tei­lung geführt:

  • über­ström­ter Bewuchs als Rei­bungs­wi­der­stand
  • star­rer und fle­xi­bler durch­ström­ter Bewuchs
  • über­ström­ter Bewuchs als Form­wi­der­stand

Das Merk­blatt ist wie folgt struk­tu­riert: Zunächst wird eine über­sicht­li­che Zusam­men­stel­lung und Auf­be­rei­tung empi­ri­scher und tur­bu­lenz-the­o­re­ti­scher Ansät­ze zur Berech­nung von Fließ­wi­der­stän­den gege­ben. Bei der Auf­be­rei­tung wur­de be­sonderes Augen­merk auf die Gül­tig­keits­gren­zen der ein­zel­nen Ansät­ze gelegt. Des Wei­te­ren wird de­tailliert auf die Pflan­zen und ihre Eigen­schaf­ten ein­ge­gan­gen. Dabei stan­den die hydrau­li­sche Charak­terisierung der Pflan­zen und die hier­für erfor­der­li­chen Para­me­ter im Vor­der­grund. Wei­te­re Abschnit­te beinhal­ten die Bereit­stel­lung der Berech­nungs­an­sät­ze für die Fließ­wi­der­stän­de der nach der neu­en Ein­tei­lung klassifizierten/charakterisierten Pflan­zen und die Berück­sich­ti­gung der ver­schie­de­nen Be­rechnungsformeln zur Ermitt­lung des Strö­mungs­wi­der­stands in den Grund­glei­chun­gen. Im abschlie­ßen­den Abschnitt wer­den Hin­wei­se über die Anfor­de­run­gen an Bewuchs­da­ten gege­ben sowie Metho­den zur Daten­er­he­bung vor­ge­stellt.

Bau­werks­be­ding­te Form­wi­der­stän­de, ver­ur­sacht durch Brü­cken­pfei­ler oder Buh­nen, wer­den nicht be­trachtet. Eben­so sind durch den Form­wi­der­stand domi­nier­te Fluss­soh­len, zum Bei­spiel in der Gestalt von Rif­feln, Dünen, Kol­k­en nicht Gegen­stand die­ses Merk­blatts.

Die DWA-Arbeits­grup­pe WW-3.1 „Hydrau­li­sche Berech­nung von Fließ­ge­wäs­sern mit Vege­ta­ti­on“ (Spre­cher Prof. a. D. Dr.-Ing. habil. Andre­as Ditt­rich) im DWA-Fach­aus­schuss WW-3 „Hydrau­lik“ des DWA-Haupt­aus­schus­ses „Was­ser­bau und Was­ser­kraft“ (HA WW) wen­det sich mit die­sem vor­lie­gen­den Merk­blatt an Anwen­der und Anwen­de­rin­nen in der Ver­wal­tung sowie in Inge­nieur­bü­ros, die sich mit natur­na­hen Umge­stal­tungs­maß­nah­men und Maß­nah­men zur Ver­bes­se­rung der Abfluss­leis­tung von Fließ­ge­wäs­sern mit Bewuchs beschäf­ti­gen, sowie Ent­wick­ler und Ent­wick­le­rin­nen, deren Inter­es­se in der Aktua­li­sie­rung und Wei­ter­ent­wick­lung von Strö­mungs­mo­del­len für natür­li­che Fließ­ge­wäs­ser mit Vege­ta­ti­on besteht.

Frist zur Stel­lung­nah­me: Das Merk­blatt DWA-M 524 wird bis zum 28. Febru­ar 2019 öffent­lich zur Dis­kus­si­on gestellt. Hin­wei­se und Anre­gun­gen erbit­tet die DWA schrift­lich, mög­lichst in digi­ta­ler Form, an Dipl.-Geogr. Georg Schrenk, schrenk@dwa.de.