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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/502057
Projekttitel
Rechen@HWE – Schwemmholzrechen auf Hochwasserentlastungsanlagen
Projekttitel Englisch
Rechen@HWE – Driftwood racks at spillways

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
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Schlussbericht
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Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)

Fliessgewässer sind wichtige Elemente der Landschaft und spielen eine Schlüsselrolle bei der Vernetzung von Ökosystemen. Die Erhaltung einer intakten Umwelt steht häufig im Widerspruch zu den menschlichen Bedürfnissen. Das vorgeschlagene Projekt konzentriert sich auf einen solchen Konflikt, nämlich den von Schwemmholz. Dieses unterstützt einen vielfältigen Lebensraum im Wasser. Gleichzeitig stellt es eine Gefährdung der Talsperren dar. Ihre HWE kann verklausen und der Seespiegel steigt unkontrolliert. Aufgrund der Erfahrungen aus einer ersten Studie schlagen wir die Installation eines besonderen Rechens vor. Er soll die Hochwassersicherheit gewährleisten, sowie die teilweise Durchleitung von Schwemmholz bewirken um es im Fluss zu behalten. Es sind physikalische Modellversuche geplant, um den neuartigen Rechen zu validieren. Gleichzeitig werden die massgebend Kräfte des Holzes auf den Rechen ermittelt, um dessen statische Bemessung zu erleichtern.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

Watercourses are vital elements of our landscape, playing a key role in maintaining and connecting diverse ecosystems. The conservation of a sound and lasting environment is often in conflict with human needs. The proposed project focuses on such a conflict, namely that of driftwood in rivers. Driftwood is essential to promote a diverse aquatic habitat. In parallel, it represents a thread for dams. Their flood release structures block under the occurrence of driftwood, so that the reservoir level rises uncontrolled. Based on experience from a first study, we suggest that a particular rack mounted upstream of spillways could achieve both goals: Assuring flood safety by maintaining a certain reservoir level, and motivating in parallel the partial passage of driftwood so that it remains in the water course. Physical model test are proposed to develop and validate such a novel rack. Besides, we measure relevant forces acting on racks to facilitate their static design.

Schlussbericht
(Deutsch)

Schwemmholz stellt eine potentielle Gefährdung von Hochwasserentlastungsanlagen dar, da es den abflussrelevanten Querschnitt verklausen kann. Schwemmholz sollte also vom abflussrelevanten Querschnitt ferngehalten werden, beispielsweise mittels Rechen.

Bisher angewandte Rechen sind so ausgelegt, damit sie möglichst das gesamte Schwemmholz zurückhalten. Dieses fehlt dann dem nachfolgenden Gewässer als lebensraumgestaltendes Element. Wir haben daher einen «aufgelösten» Rechen systematisch im Modell untersucht, der Einzelhölzer in der Regel ausrichtet und durchleitet. Bei Gruppen von Schwemmholz verklaust er, wie herkömmliche Rechen. Gleichzeitig stellt er eine viel grössere Abflusskapazität sicher, beinahe vergleichbar mit jener des vollständigen Rechens, selbst unter extremen Schwemmholzanfall.

Zusätzlich haben wir schwemmholzinduzierte Rechenkräfte für unterschiedliche Randbedingungen gemessen, sowie rein hydrodynamische Kräfte. Erstere betragen ein Vielfaches der letzteren. Die Versuche haben nahegelegt, dass im Prinzip der klassische Strömungswiderstand angesetzt werden darf. Dieser gibt den Einfluss der getesteten Parameter weitestgehend korrekt wieder, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit der Wasseroberfläche beim Rechenstab. Angepasst werden musste dagegen die Schattenfläche der Verklausung und der Strömungswiderstandskoeffizient. Bei beiden spielt der lichte Rechenstabstand eine zentrale Rolle, sowie die maximale Holzlänge. Es kann jedoch auch mit einem pragmaischen Ansatz eine Umhüllende angenommen werden, welche einen konstanten Strömungswiderstandskoeffizient beinhaltet, unabhängig der untersuchten Parameter.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Englisch)

Driftwood represents a potential threat to flood releasing systems, as it can block the flow control cross-section. Driftwood should therefore be kept away from the critical cross-section, for example by means of a driftwood rack.

The racks used so far are designed to hold back all driftwood. The following water course, however, then lacks large deadwood elements as a habitat-shaping element. We have therefore systematically examined a "partial" rack in the physical model, which usually aligns and guides individual pieces of driftwood through the spillway inlet. For driftwood groups (congested arrival) however, the rack behaves similar to conventional racks. At the same time, it ensures a much larger discharge capacity, almost comparable to that of the full rack, even under extreme driftwood appearances.

In addition, we measured driftwood-induced rack forces for different boundary conditions, as well as purely hydrodynamic forces. The former are a multiple of the latter. The tests have suggested that in principle the common flow resistance equation can be applied. This equation reflects the influence of the tested parameters relatively well, in particular the water surface flow velocity at the considered rack bar. Nevertheless, the surface area of the obstruction and the drag coefficient had to be adjusted. For both, the open distance between the rack bars plays a central role, as does the maximum wood length. With a pragmatic approach, an envelope resulting in a constant drag coefficient can also be assumed, regardless of the parameters examined.

Schlussbericht
(Französisch)

Les bois flottants constituent un danger potentiel pour les évacuateurs de crue, car ils peuvent obstruer la section de contrôle du déversoir. Par conséquent, les bois flottants doivent être éloignés de la section de contrôle du déversoir, par exemple au moyen d'un râtelier.

Les râteliers utilisés jusqu'à présent sont conçus pour retenir autant de bois flottants que possible. Ceux-ci manquent alors au cours d'eau aval comme élément créateur d'habitat. Nous avons donc systématiquement étudié sur modèle physique un râtelier "espacé", qui aligne et laisse passer généralement les troncs d'arbres individuels. Dans le cas d'amas de bois flottant, il les retient comme les râteliers classiques. En même temps, il assure une capacité d'écoulement bien plus importante, presque comparable à celle du râtelier complet, même en cas d'accumulation extrême de bois flottant.

En outre, nous avons mesuré les forces induites par les bois flottants sur une barre de râtelier pour différentes conditions de bord, ainsi que les forces purement hydrodynamiques. Les premiers représentent un multiple des seconds. Les tests ont suggéré qu'en principe la formulation classique de la force de trainée peut être appliquée. Celle-ci reflète l'influence des paramètres testés, notamment la vitesse d'écoulement de la surface de l'eau à la barre du râtelier. En revanche, la surface d’obstruction et le coefficient de traînée ont dû être ajustés. Pour les deux, l’espace transversal entre les barres du râtelier joue un rôle central, tout comme la longueur maximale du bois. Avec une approche pragmatique, une enveloppe résultant dans un coefficient de traînée constant peut également être supposée, quels que soient les paramètres examinés.