Hydromechanik und Wasserbau

Fachhochschule Bielefeld
Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen
Artilleriestraße 9
Raum:B02
32427 Minden

Telefon+49.571.8385-125/126/151/160/167
Telefax+49.571.8385-250


Leitung:

Gülzow, Hans-Georg, Prof. Dr.-Ing.

Betreuung:

Friedhelm Gerstendorf
Keull, Klaus, Dipl.-Ing
Paetsch, Holger, Dipl.- Ing.

Ausstattung

Kippbarer Wellen- und Strömungskanal
Messgerinne mit Versuchsmodellen
16-Kanal-Meßdatenerfassungs- und Analysesystem
Rohrhydraulikversuchsstand
Echolotmessstand

Aktuelles

Neubau der Schleuse Minden

Abflussmessungen Hochwasser der Weser bei Minden am 12.1.2011 durch das LANUV NRW, Abteilung in Minden

 

Erläuterungen zum Wellenkanal

Nach wie vor sind im Wasserbau Modellversuche ein unverzichtbarer Bestandteil der Forschungsarbeit. So können im Labor für Hydromechanik und Wasserbau (LHW) im Fachbereich Bauingenieurwesen der Fachhochschule Bielefeld im kombinierten Strömungs- und Wellenkanal zum einen Strömungen simuliert werden, um die Verhältnisse in Fließ­gewässern und Gerinnen zu untersuchen. Zum anderen können mit Hilfe der Wellenmaschine auch Untersuchungen wellenbedingter Vorgänge in Stillgewässern durchgeführt werden.

 

Wellenkanal mit Monowelle

Ein Schwerpunkt der Forschung ist der Bereich Küstenschutz. Dabei können Brandungsvorgänge bis zum Maßstab von 1 : 5 simuliert werden. Maximal ist eine Wellenhöhe von knapp 40 cm erreichbar. Das entspricht in der Natur bei diesem Maßstab etwa zwei Meter hohen Wellen. Das heißt für Nordseeverhältnisse etwa 'guter Durchschnitt'.

Da die klimatischen Verhältnisse aufgrund der anthropogenen Einflüsse (Umweltverschmutzung, insbesondere der ungebremste CO2-Ausstoß) einen weltweiten Anstieg der Meereswasserspiegel befürchten lassen, stehen viele Länder vor der Situation, ihre Küsten besser als bisher schützen zu müssen. Immerhin wohnen 40 % der Weltbevölkerung in Küstennähe. Das bedeutet, es müssen entweder neue Deiche gebaut oder alte Deiche erhöht werden. Dabei stellt sich, da die Küsten dicht besiedelt sind, oft die Frage nach platzsparenden Lösungen. D. h. es sind steilere Böschungen nötig als bisher im Deichbau üblich, ohne dabei jedoch die Sicherheit zu verringern.
Zur Zeit wird daher im LHW die Stabilität von Deichen mit unterschiedlichem Aufbau bei unterschiedlichen Böschungsneigungen (z. B. 1 : 2 und 1 : 1,5) untersucht, die wesentlich steiler sind als die derzeit bestehenden Deiche. Dieses Vorgehen ermöglicht zudem, neben der Flächenersparnis (bis über 50 %) beim Deichbau auch möglichst wenig Rohstoff-Ressourcen zu verbrauchen, da ein steilerer Deich einen deutlich geringeren Materialeinsatz (bis zu 40 % Materialersparnis) erfordert.

An einem Ende des 15 m langen Strömungs- und Wellenkanals des LHW wurde ein Deich im Maßstab 1 : 5 aufgebaut. Am anderen Ende des Kanals befindet sich die Wellenklappe, mit der die Wellen erzeugt werden. Ein Wellengenerator, der per PC gesteuert wird, ermöglicht die Erzeugung sowohl regelmäßiger Wellen als auch Spektren unterschiedlicher Wellenlängen.

Auf und vor der Böschung werden mit Messpegeln und Druckaufnehmern die Wellenhöhen und die auftretenden Kräfte erfasst. Die Messdaten werden über einen Verstärker zum Rechnerraum des LHW übertragen. Dort werden die Signale mit Hilfe eines Messprogrammes auf einem Computer erfasst und gespeichert, sodass die Daten nach Abschluss der Experimente ausgewertet werden können. Darüber hinaus wird versucht die Vorgänge mit Computersimulationen zu erfassen, um die Einflüsse der unterschiedlichen Parameter besser zu verstehen.

Bei den derzeitigen Untersuchungen werden neben der Stabilität des Deiches auch die Wechselwirkungen zwischen Wellen und Uferbauwerk untersucht, da diese einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität des Deiches haben. So wird versucht, durch ein sogenanntes Hohldeckwerk den Wellenauflauf und die Reflexion an der Böschung zu vermindern und damit als oberste Schicht des Deiches zugleich den Deichkörper vor den Wellenkräften schützen.
Das Hohldeckwerk besteht aus würfelförmigen Betonsteinen (Hollow Cubes), die im Inneren einen durchgehenden Kanal aufweisen, der nach oben teilweise geöffnet ist. Durch diese Bauart wird ein Abströmen des Wassers unterhalb der eigentlichen Deckung ermöglicht. Dieser Effekt sorgt in Zusammenwirkung mit der durch das Deckwerk gebildeten Oberflächenstruktur für geringere Wellenauflaufhöhen und verminderte Wellenreflexion und führt damit auch zu geringeren Belastungen des Deiches. Auf diese Art wird es möglich, auch Deiche mit steileren Böschungen als stabile Bauwerke zu erstellen.

Steuerschrank mit Durchflusssteuerung zur Befüllung des SWK.

Der Steuerschrank regelt u.a. den Durchluss durch die zwei Speiseleitungen für die Wasserzuführ in den SWK. Die Anzeige des aktuellen Durchflusses erfolgt in in l/s und m³/h
Stellantrieb zur Durchflussregelung.
Die Durchflusssteuerung regelt nicht den Pumpenantrieb. Die Pumpen laufen dauernd mit
einer konstanten Förderleistung. Um den Durchfluss zu steuern, fährt der Stellantrieb
eine Klappe in den Durchflussquerschnitt.

Die Befüllung des Versuchskanals über die Speiseleitungen erfolgt über einen Einlaufbehälter.