Taschenbuch der Wasserwirtschaft
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|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Hamburg [u.a.]
Parey
1982
|
| Ausgabe: | 6., vollst. neubearb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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| adam_text | Titel: Taschenbuch der Wasserwirtschaft
Autor: Bernhardt, Heinz
Jahr: 1982
Inhalt
1 Physik und Chemie des Wassers
Dr. A. Grohmann
1.1 Physikalische Eigenschaften........................... 49
1 1.1 Struktur des Wassers.................................... 49
1.1.2 Aggregatzustände des Wassers............................ 50
1 1.3 Physikalische Größen ................................... 51
1.1.3.1 Dichte............................................... 52
1.1.3.2 Thermisches Verhalten .................................. 52
1.1.3.3 Mechanisches Verhalten................................. 53
1.2 Stoffe im Wasser .................................... 55
1.2.1 Art der Stoffe im Wasser................................. 55
1.2.2 Einheiten der Konzentration der Stoffe im Wasser.............. 55
1.2.3 Analyse von Stoffen im Wasser............................ 57
1.2.3.1 Statistische Sicherheit................................... 57
1.2.3.2 Einzelstoffe und Summenparameter ........................ 58
1.2.3.3 Indikator-Prinzip....................................... 58
1.2.4 Erläuterungen zu häufig gemessenen Werten ................. 59
1.2.4.1 pH-Wert............................................. 59
1.2.4.2 Calcium- und Magnesium-Ionenkonzentrationen (früher Härte) ... 59
1.2.4.3 Organische Stoffe im Wasser ............................. 60
1.2.4.4 Chlorid- und Sulfat-Ionen ............................... 60
1.2.4.5 Stickstoff-Verbindungen: NOj, NO¿, NHJ...........-........ 60
1.2.4.6 Spurenstoffe.......................................... 61
1.2.5 Grenzwerte für Stoffe im Wasser........................... 61
1.2.5.1 Positive Definition des Trinkwassers........................ 61
1.2.5.2 Art der Grenzwerte ..................................... 61
1.3 Physikochemische Eigenschaften....................... 64
1.3.1 Säuren und Basen ..................................... 64
1.3.1.1 Merkmale von Säuren und Basen.......................... 64
1.3.1.2 Der relative Anteil von Säure oder Base an deren Summe ....... 64
1.3.1.3 Säure-Basekapazität des Wassers, pH-Wert-Pufferung.......... 68
1 3.2 Elektrische Leitfähigkeit ................................. 69
1.3.3 Osmotischer Druck..................................... 70
1.3.4 Redox-Potential von Wasser.............................. 70
1.3.4.1 Messung des Redox-Potentials............................ 70
1.3.4.2 Bewertung des Redox-Potentials .......................... 71
1.3.5 Löslichkeit von Gasen................................... 72
1.3.5.1 Allgemeines.......................................... 72
1.3.5.2 Gase, die unverändert im Wasser vorliegen können: O2, O3, N2 ... 73
22 Inhalt
1.3.5.3 Gase, die mit den Wassermolekülen reversibel reagieren :
Cl2, CIO2, NH3, H2S, SO2, COa ........................... 74
1.3.6 Farbe und Trübung..................................... 74
1.4 Das System CO2-Wasser .............................. 75
1.4.1 Bedeutung und historische Entwicklung..................... 75
1.4.2 Die Grundgleichungen des Systems CO2-Wasser.............. 77
1.4.3 Meßwerte und abgeleitete Größen zum System CO2-Wasser..... 78
1.4.3.1 Meßwerte............................................ 78
1.4.3.2 Hydronium- und Hydroxyl-Ionenkonzentration................ 79
1.4.3.3 m-Wert.............................................. 79
1.4.3.4 p-Wert .............................................. 79
1.4.3.5 Summe an gelöstem Kohlendioxid, Kohlensäure und ihren Anionen
c(CT) ............................................... 80
1.4.3.6 lonenstärke des Wassers................................. 80
1.4.4 Anwendungen ........................................ 80
1.4.4.1 pH-Wert von Oberflächenwasser und belüftetem Wasser........ 80
1.4.4.2 Berechnungen des pH-Wertes ............................ 82
1.4.4.3 Die Calciumcarbonat-Sättigung ........................... 82
1.4.5 Mischwasser.......................................... 84
1.5 Korrosion ........................................... 85
1.5.1 Allgemeines .......................................... 85
1.5.2 Spannungsreihe der Elemente............................. 86
1.5.3 Belüftungselemente .................................... 87
1.5.4 Deckschichten ........................................ 87
1.5.5 Sättigungskonzentration von Zink- und Bleicarbonat........... 88
Literatur............................................ 88
2 Klima, Wasserhaushalt, Gewässer
Prof. Dr. sc. techn. K. Lecher
2.1 Meteorologische Größen.............................. 91
2.1.1 Atmosphäre........................................... 91
2.1.2 Luftdruck ............................................ 91
2.1.3 Strahlung ............................................ 91
2.1.4 Lufttemperatur und Luftbewegung......................... 92
2.1.5 Wasser in der Luft...................................... 94
2.1.5.1 Verdunstung.......................................... 95
2.1.5.2 Niederschlag.......................................... 100
2.1.5.3 Wetterkarte........................................... 104
2.2 Klimazonen ......................................... 104
2.2.1 Atmosphärische Zirkulation............................... 104
2.2.2 Hauptklimazonen ....................................... 105
2.3 Wasserhaushalt und Wasserkreislauf ................... 106
2.3.1 Wasserhaushaltsgleichungen ............................. 106
2.3.2 Klimadiagramme....................................... 107
Inhalt 23
2.3.3 Wasserkreislauf........................................ 108
2.4 Oberflächengewässer................................. 110
2.4.1 Einzugs- und Niederschlagsgebiet ......................... 110
2.4.2 Wasserstand und Abfluß................................. 110
2.4.3 Feststoffe und Eis...................................... 113
2.5 Grundwasser und Quellen............................. 113
Literatur............................................ 115
3 Boden
Prof. Dr. H. Kuntze
3.1 Definition........................................... 119
3.2 Bodenart............................................ 119
3.2.1 Verwitterung und Mineralbodenbildung ..................... 119
3.2.2 Humifizierung und Vertorfung............................. 121
3.2.3 Bodenmechanische Eigenschaften ......................... 123
3.3 Bodengefüge........................................ 126
3.3.1 Gefügebildung ........................................ 126
3.3.2 Gefügeformen......................................... 128
3.3.3 Gefügeeigenschaften ................................... 130
3.3.3.1 Bodenwasserhaushalt................................... 130
3.3.3.2 Lufthaushalt des Bodens................................. 136
3.3.3.3 Wärmehaushalt des Bodens .............................. 138
3.3.3.4 Nährstoffhaushalt des Bodens ............................ 139
3.4 Bodenentwicklung ................................... 140
3.4.1 Bodenbildene Faktoren.................................. 140
3.4.1.1 Klima ............................................... 140
3.4.1.2 Ausgangsgestein....................................... 140
3.4.1.3 Relief ............................................... 140
3.4.1.4 Wasser .............................................. 141
3.4.1.5 Fauna und Flora....................................... 141
3.4.1.6 Mensch.............................................. 141
3.4.2 Bodenbildende Prozesse................................. 141
3.4.2.1 Entkalkung, Verbraunung, Verlehmung...................... 142
3.4.2.2 Lateritisierung......................................... 142
3.4.2.3 Tonverlagerung........................................ 142
3.4.2.4 Podsolierung.......................................... 142
3.4.2.5 Naßgleichung......................................... 143
3.4.2.6 Versalzung ........................................... 143
3.5 Bodensystematik..................................... 144
3.5.1 Bodenhorizonte ....................................... 144
3.5.2 Bodenklassifikation..................................... 144
3.5.3 Beschreibung meliorationstechnisch wichtiger Bodentypen ...... 146
3.5.3.1 Parabraunerde......................................... 146
24 Inhalt
3.5.3.2 Podsol .............................................. 146
3.5.3.3 Pseudogley........................................... 146
3.5.3.4 Pelosol .............................................. 147
3.5.3.5 Gley................................................ 147
3.5.3.6 Auenböden........................................... 148
3.5.3.7 Marschen ............................................ 148
3.5.3.8 Moore und Moorkulturtypen.............................. 149
3.5.4 Bodengesellschaften.................................... 150
3.6 Anwendungen der Bodenkunde ........................ 150
3.6.1 Bodenschätzung....................................... 150
3.6.2 Bodenkartierung....................................... 151
3.6.2.1 KleinmaßstäblicheÜbersichtskarten f.ubergeordnete Planungszwecke 151
3.6.2.2 Bodenkarte 1 :25000 ................................... 151
3.6.2.3 Großmaßstäbliche Bodenkarten ........................... 151
Literatur............................................ 152
4 Hydrometrie
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. W. Kresser
4.1 Messung klimatologischer Größen ..................... 155
4.1.1 Niederschlag.......................................... 155
4.1.1.1 Voraussetzungen zur Gewinnung repräsentativer Werte ......... 155
4.1.1.2 Meßgeräte und Messung ................................ 155
4.1.1.3 Auswertung der Meßergebnisse........................... 158
4.1.2 Verdunstung.......................................... 158
4.1.3 Lufttemperatur ........................................ 162
4.1.4 Luftfeuchte........................................... 162
4.1.5 Wind................................................ 163
4.1.6 Sonnenschein und Strahlung ............................. 163
4.2 Messung gewässerkundlicher Größen................... 164
4.2.1 Wasserstand .......................................... 164
4.2.1.1 Einrichtung der Meßstellen............................... 164
4.2.1.2 Meßgeräte............................................ 164
4.2.2 Abfluß............................................... 167
4.2.2.1 Abfluß in Gerinnen und Rohren ........................... 167
4.2.2.2 Unterirdischer Abfluß ................................... 173
4.2.3 Feststoffe ............................................ 175
4.2.3.1 Geschiebe............................................ 175
4.2.3.2 Schwebstoffe ......................................... 176
4.2.3.3 Gelöste Stoffe......................................... 177
4.2.4 Wassertemperatur...................................... 177
4.2.5 Eis.................................................. 177
4.3 Auswertung......................................... 178
4.3.1 Hauptwerte........................................... 178
4.3.2 Dauerlinie............................................ 178
Literatur............................................ 180
Inhalt 25
5 Hydraulik
Dr.-Ing. M. Schmidt
5.1 Hydrostatik ......................................... 185
5.2 Einfache Definitionen und Grundgleichungen bei
Wasserbewegungen .................................. 186
5.2.1 Allgemeines .......................................... 186
5.2.2 Kontinuitätsgleichung................................... 186
5.2.3 Bernoullische Gleichung................................. 187
5.2.4 Impulssatz............................................ 187
5.2.5 Druckhöhen - Energiehöhen.............................. 188
B.3 Rohrhydraulik ....................................... 188
5.3.1 Allgemeines .......................................... 188
5.3.2 Reibungsverluste in geraden Rohren........................ 189
5.3.2.1 Reibungsverluste in kreisförmigen Rohren ................... 189
5.3.2.2 Reibungsverluste in nicht kreisförmigen Rohren............... 192
5.3.2.3 Rauhigkeitswerte ...................................... 192
5.3.3 Strömungsverluste bei Querschnittsveränderungen............. 193
5.3.3.1 Querschnittserweiterung................................. 193
5.3.3.2 Querschnittsverengung.................................. 194
5.3.4 Strömungsverluste bei Richtungsänderungen................. 194
5.3.4.1 Verluste in Krümmungen................................. 194
5.3.4.2 Verlusthöhen bei Rohrverzweigung und Rohrvereinigung........ 195
5.3.5 Strömungsverluste durch Verschlußorgane................... 196
5.3.6 Meßeinrichtungen in Rohrleitungen ........................ 197
5.3.7 Instationäre Bewegungen................................ 198
5.4 Gerinnehydraulik..................................... 198
5.4.1 Besonderheiten in offenen Gerinnen........................ 198
5.4.1.1 Allgemeines .......................................... 198
5.4.1.2 Strömen, Schießen - Extremalprinzip ....................... 198
5.4.1.3 Berechnung von hgr und hE min ........................... 199
5.4.2 Abfluß in geraden, offenen Gerinnen ....................... 200
5.4.2.1 Ermittlung des Abflusses................................. 200
5.4.2.2 Reibungsverluste in offenen Gerinnen ...................... 200
5.4.2.3 Günstigster Querschnitt ................................. 205
5.4.3 Abfluß in Gerinnen mit Querschnittsänderungen, Einbauten und
Richtungsänderungen................................... 206
5.4.3.1 Querschnittsverengungen................................ 206
5.4.3.2 Venturi-Kanäle ........................................ 207
5.4.3.3 Querschnittserweiterung................................. 208
5.4.3.4 Einbauten............................................ 209
5.4.3.5 Krümmungen ......................................... 210
5.4.3.6 Gerinneverzweigungen.................................. 210
5.4.4 Stau- und Senkungskurven............................... 210
5.4.5 Überfälle............................................. 216
5.4.5.1 Vollkommener Überfall .................................. 216
5.4.5.2 Meßwehre............................................ 219
26 Inhalt
5.4.5.3 Schiefe und gebrochene Wehre ........................... 220
5.4.5.4 Streichwehre.......................................... 220
5.4.5.5 Unvollkommener Überfall................................ 221
5.4.6 Ausfluß unter Schützen ................................. 222
5.4.7 Heber ............................................... 222
5.4.8 Tosbecken............................................ 223
5.4.9 Instationäre Bewegungen................................ 225
5.4.9.1 Schwall.............................................. 225
5.4.9.2 Sunk................................................ 226
5.4.9.3 Schwall- und Sunkwellen bei Querschnittswechsel ............ 226
5.5 Grundwasserströmungen ............................. 227
5.5.1 Allgemeines .......................................... 227
5.5.2 Grundwasserentnahmen ................................. 227
5.5.3 Sickerströmungen...................................... 227
5.5.3.1 Grundsätzliches........................................ 227
5.5.3.2 Grundwassermodelle.................................... 228
5.5.3.3 Bestimmung des Sickernetzes............................. 229
5.5.3.4 Bestimmung des Sohlenwasserdrgckes...................... 230
5.5.3.5 Bestimmung des Sickerstromes............................ 230
5.6 Wasserbauliches Versuchswesen....................... 231
5.6.1 Modellgesetze......................................... 231
5.6.1.1 Das Newtonsche Ähnlichkeitsgesetz........................ 232
5.6.1.2 Das Froudesche Modellgesetz ............................ 232
5.6.1.3 Das Reynoldssche Ähnlichkeitsgesetz....................... 233
5.6.2 Grenzen der Übertragbarkeit der Modellversuche auf die Natur . .. 234
5.6.2.1 Widerspruch in den Modellgesetzen........................ 234
5.6.2.2 Schwierigkeiten in der geometrischen Ähnlichkeit ............. 234
5.6.2.3 Kavitationsgrenze ...................................... 234
5.6.2.4 Grenze laminar - turbulent ............................... 235
5.6.2.5 Grenze Schießen - Strömen .............................. 235
5.6.2.6 Grenze infolge Oberflächenspannung und Kapillarwirkung....... 235
Literatur............................................ 235
6 Ingenieurhydrologie
Prof. Dr. sc. techn. K. Lecher
6.1 Stochastik in der Hydrologie .......................... 241
6.1.1 Statistische Parameter................................... 241
6.1.2 Wahrscheinlichkeit hydrologischer Ereignisse................. 242
6.1.2.1 Verteilungsfunktionen................................... 242
6.1.2.2 Wiederkehrintervall..................................... 244
6.1.2.3 Sicherheitswahrscheinlichkeit........................ ..... 246
6.1.3 Niederschlagshäufigkeit ................................. 247
6.1.3.1 Mebreihe, partielle Serie, Jahresserie ....................... 247
6.1.3.2 Plotting-Formeln....................................... 249
6.1.3.3 Berechnungsbeispiel.................................... 249
Inhalt
27
6.1.4 Hochwasserwahrscheinlichkeit............................ 251
6.1.4.1 Berechnungsgang...................................... 251
6.1.4.2 Beispiele............................................. 253
6.1.4.3 Partielle Serien und kleine Wiederkehrintervalle ............... 258
6.1.5 Korrelation, Regression.................................. 259
6.1.6 Prüfung von Datenreihen ................................ 264
6.1.6.1 Teststatistik........................................... 264
6.1.6.2 Doppelsummenanalyse.................................. 266
6.1.7 Zeitreihenanalyse ...................................... 266
6.2 Niederschlag ........................................ 268
6.2.1 Regendauer - Regenintensität ............................ 268
6.2.2 Niederschlagsschätzung bei fehlenden Beobachtungen ......... 272
6.2.3 Ergänzung von Meßreihen ............................... 272
6.2.4 Gebietsniederschlag .................................... 273
6.2.5 Summenkurven des Niederschlags ......................... 276
6.3 Hochwasser......................................... 277
6.3.1 Niederschlag - Abfluß................................... 278
63.2 Direktabfluß .......................................... 283
6.3.2.1 Abflußanteil des Niederschlags............................ 283
6.3.2.2 Direktabfluß-Ganglinie.................................. 287
6.3.3 Einheitsganglinie (UH).................................. 288
6.3.3.1 Berechnungsgang...................................... 288
6.3.3.2 S-Kurve ............................................. 291
6.3.3.3 Beispiel.............................................. 292
6.3.4 Zeit-Flächen-Diagramm und linearer Einzelspeicher............ 299
6.3.4.1 Clark-Modell.......................................... 301
6.3.4.2 Hyreun-Verfahren...................................... 302
6.3.5 Speicherkaskaden...................................... 306
6.3.6 Ablauf von Hochwasserwellen ............................ 307
6.3.6.1 Hydrologische Verfahren................................. 308
6.3.6.2 Hydraulische Verfahren.................................. 310
6.3.7 Bemessungshochwasser................................. 312
63.7.1 Risiko des Versagens von Bauwerken....................... 312
6.3.7.2 Maximalhochwasser.................................... 313
6.4 Niedrigwasser....................................... 314
6.5 Abfluß aus Schneeschmelze ........................... 315
Literatur............................................ 316
7 Ökologie der Binnengewässer
Dr. P. Grotti
7.1 Einführung.......................................... 319
7.1.1 Von der Hydrobiologie zur Ökologie der Binnengewässer ....... 319
7.1.2 Angewandte Limnologie................................. 319
7.1.3 Limnische Ökosysteme.................................. 320
28_______________________________________________________________Inhalt
7.2 Atigemeines Modell limnischer Ökosysteme ............. 320
7.2.1 Zufuhrebene.......................................... 322
7.2.1.1 Zufuhr von Energie..................................... 322
7.2.1.2 Zufuhr von Nährstoffen.................................. 323
7.2.1.3 Zufuhr von inerten Stoffen und Schadstoffen................. 324
7.2.2 Internes System ....................................... 324
7.2.2.1 Nährstoffkonzentration - Nährstoffkombination ............... 324
7.2.2.2 Redox-Reaktionen ..................................... 326
7.2.2.3 Kreislauf der Nährstoffe.................................. 327
7.2.2.4 Sedimentation......................................... 331
7.2.2.5 Adsorption - Desorption................................. 331
7.2.2.6 Die Nahrungskette: Energiefluß ........................... 332
7.2.2.7 Allgemeines Modell der system internen Prozesse.............. 334
7.2.2.8 Ökosystem Fließgewässer................................ 338
7.2.2.9 Ökosystem Stehendes Gewässer........................... 339
7.2.2.10 Ökosystem Grundwasser................................. 341
7.2.3 Ausfuhrebene......................................... 343
7.2.3.1 Ausfuhrebene Fließgewässer.............................. 343
7.2.3.2 Ausfuhrebene Stehendes Gewässer ........................ 343
7.2.3.3 Ausfuhrebene Grundwasser .............................. 344
7.3 Auswirkungen zivilisatorischer Einflüsse auf limnische
Ökosysteme......................................... 344
7.3.1 Eutrophierung......................................... 344
7.3.1.1 Ursachen der Eutrophierung............................... 344
7.3.1.2 Zahlenbeispiel : Eutrophierung eines stehenden Gewässers....... 345
7.3.1.3 Eutrophierung der Ökosysteme Fließgewässer und Grundwasser .. 346
7.3.2 Verschmutzung durch Schadstoffe ......................... 346
7.3.3 Belastung durch Kühlwasser-Abwärme...................... 347
7.4 Gewässergüte - Gewässerschutz....................... 348
7.4.1 Gewässergütebeurteilung nach dem Saprobienindex ........... 348
7.4.2 Gewässergütebeurteilung nach chemischen Parametern......... 348
7.4.3 Gewässerschutzmaßnahmen.............................. 349
7.5 Sanierung und Restauration von Gewässern............. 350
7.5.1 Sanierungsmaßnahmen.................................. 350
7.5.2 Restaurationsmaßnahmen................................ 351
7.5.2.1 Zahlenbeispiel: Hypolimnische Belüftung eines Sees ........... 352
7.5.2.2 Zahlenbeispiel: Cyanidentgiftung einer Schuttkippe............ 352
Literatur............................................ 353
8 Wasserwirtschaftliche Planungen
Prof. Dr.-Ing. D. L.Vischer und Prof. Dr. sc. techn. K. Lecher
8.1 Optimierungsverfahren ............................... 357
8.2 Wirtschaftlichkeit.................................... 359
Inhalt
29
8.2.1 Grundsätzliche Merkmale der Wirtschaftlichkeitsrechnung ....... 359
8.2.1.1 Die Maßeinheit.....................................; . . 359
8.2.1.2 Die Zeitbezogenheit .................................... 360
8.2.1.3 Der Standpunkt ....................................... 360
8.2.1.4 Blickrichtung ......................................... 360
8.2.1.5 Blickwinkel........................................... 360
8.2.1.6 Planungshorizont und Untersuchungsperiode................. 360
8.2.1.7 Intangible Werte....................................... 361
8.2.2 Zahlungsreihen, Auf- und Abzinsung ....................... 361
8.2.2.1 Zahlungsreihe......................................... 361
8.2.2.2 Auf- und Abzinsung.................................... 362
8.2.3 Wirtschaftlichkeitskriterien ............................... 362
8.2.3.1 Barwertmethode und Annuitätenmethode.................... 364
8.2.3.2 Der Kapitalwert und der jährliche Gewinn ................... 364
8.2.3.3 Das Ertrag-Aufwand-Verhältnis ........................... 365
8.2.3.4 Der interne Zinssatz .................................... 365
8.2.3.5 Das Vorgehen in der Praxis............................... 366
8.2.4 Ermittlung des Aufwandes ............................... 367
8.2.4.1 Positionierung......................................... 367
8.2.4.2 Baukosten............................................ 368
8.2.4.3 Kosten für Grund und Rechte............................. 369
8.2.4.4 Allgemeine Kosten ..................................... 370
8.2.4.5 Betriebskosten im engeren Sinn ........................... 370
8.2.4.6 Unterhaltskosten....................................... 371
8.2.4.7 Erneuerungskosten ..................................... 371
8.2.4.8 Steuern und Abgaben................................... 372
8.2.5 Ermittlung des Ertrags................................... 373
8.2.6 Empfindlichkeits- und Risikoanalyse........................ 374
8.2.6.1 Empfindlichkeitsanalyse ................................. 374
8.2.6.2 Risikoanalyse ......................................... 374
8.2.7 Merkmale der Nutzen-Kosten-Analyse und der Nutzwertanalyse . . 375
8.3 Speicherbemessung .................................. 376
8.3.1 Summenkurven........................................ 376
8.3.2 Optimaler Nutzraum .................................... 377
8.3.3 Optimale Betriebsweise.................................. 378
8.3.4 Maßgebender Zufluß ................................... 378
8.3.5 Lineare Speicheroptimierung.............................. 379
8.3.6 Dynamische Speicheroptimierung.......................... 380
8.3.7 Speichersimulation ..................................... 383
8.3.8 Sicherheit............................................ 383
8.4 Wasserwirtschaftlicher Rahmenplan.................... 384
8.4.1 Aufgabe und Aufbau des Rahmenplans ..................... 384
8.4.2 Rahmenplan und wasserwirtschaftliche Praxis ................ 387
Literatur............................................ 387
30 Inhalt
9 Wasserwirtschaftsverwaltung in der
Bundesrepublik Deutschland
Ministerialdirektor Dipl.-Ing. H. Zölsmann
9.1 Vorbemerkung....................................... 391
9.2 Staatliche Verwaltung................................ 391
9.2.1 Wasserwirtschaftsverwaltung der Länder .................... 392
9.2.1.1 Lenkung und Ordnung des Wasserhaushalts ................. 393
9.2.1.2 Bautätigkeit der Wasserwirtschaftsverwaltung ................ 394
9.2.1.3 Aufbau der Wasserwirtschaftsverwaltung .................... 395
9.2.1.4 Zusammenarbeit der Wasserwirtschaftsverwaltungen der Länder . . 399
9.2.2 Wasserwirtschaftliche Tätigkeit des Bundes .................. 400
9.2.2.1 Recht der Wasserwirtschaft............................... 400
9.2.2.2 Förderung wasserwirtschaftlicher Maßnahmen................ 401
9.2.2.3 Zuständigkeiten auf Bundesebene ......................... 402
9.2.2.4 Lenkungsausschuß für die Bundesanstalt für Gewässerkunde .... 402
9.3 Die Wasser- und Schiffahrtsverwaltung des Bundes...... 402
9.3.1 Wasser und Verkehr .................................... 403
9.3.2 Aufbau der Wasser- und Schiffahrtsverwaltung ............... 404
9.3.2.1 Zentralbehörden ....................................... 404
9.3.2.2 Mittelbehörden........................................ 404
9.3.2.3 Ortsbehörden ......................................... 404
9.4 Selbstverwaltung .................................... 405
9.4.1 Kommunalverwaltungen ................................. 405
9.4.2 Verbände ............................................ 405
9.5 Nationale Zusammenarbeit............................ 406
9.5.1 Das Kuratorium für Wasserwirtschaft (KfW).................. 406
9.5.2 Der Deutsche Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau (DVWK) 407
9.5.3 Das Kuratorium für Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI) .. 407
9.6 Internationale Zusammenarbeit ........................ 408
9.6.1 Aktivitäten der Europäischen Gemeinschaften (EG) ............ 408
9.6.2 Internationale Kommissionen ............................. 408
9.6.3 Sonstige internationale Aktivitäten ......................... 409
Literatur............................................ 410
10 Wasserrecht
Rechtsanwalt W.Wiedemann
10.1 Allgemeines......................................... 413
10.1.1 Einleitung............................................ 413
10.1.2 Geschichtliches........................................ 413
10.1.3 Heutige Rechtsgrundlagen ............................... 413
10.2 Das Wasserhaushaltsgesetz und die Landeswassergesetze . 414
10.2.1 Begriff und Einteilung der Gewässer........................ 414
10.2.2 Eigentum an Gewässern................................. 415
Inhalt
31
10.2.3 Benutzung der Gewässer ................................ 415
10.2.3.1 Grundsätzliches und Begriffsbestimmungen .................. 415
10.2.3.2 Erlaubnis und Bewilligung ............................... 416
10.2.3.3 Erlaubnisfreie Benutzungen............................... 422
10.2.3.4 Alte Rechte und alte Befugnisse........................... 423
10.2.3.5 Ausgleich von Rechten und Befugnissen .................... 423
10.2.3.6 Besondere Bestimmungen für Stauanlagen................... 424
10.2.3.7 Überwachung der Benutzung, Gewässerschutzbeauftragte....... 424
10.2.3.8 Reinhaltung .......................................... 424
10.2.3.9 Haftung für Änderung der Beschaffenheit des Wassers ......... 425
10.2.4 Unterhaltung und Ausbau; Deiche und Dämme............... 426
10.2.4.1 Unterhaltung oberirdischer Gewässer....................... 426
10.2.4.2 Ausbau oberirdischer Gewässer ........................... 427
10.2.4.3 Deiche und Dämme .................................... 428
10.2.5 Sicherung des Wasserabflusses............................ 428
10.2.5.1 Genehmigungspflichtige Anlagen.......................... 428
?.2.5.2 Überschwemmungsgebiete.....................:......... 428
10.2.6 Gewässeraufsicht ...................................... 429
?.2.7 Zwangsrechte......................................... 429
10.2.8 Entschädigung ........................................ 430
10.2.9 Sonstige Bestimmungen................................. 430
10.2.9.1 Wasserschutzgebiete.................................... 430
10.2.9.2 Heilquellen........................................... 431
10.2.9.3 Wasserwirtschaftliche Planung............................ 431
10.2.9.4 Wasserbuch .......................................... 432
10.2.9.5 Straf- und Bußgelbestimmungen .......................... 432
10.3 Das Bundeswasserstraßengesetz....................... 432
10.4 Das Abwasserabgabengesetz .......................... 433
10.5 Das Wassersicherstetlungsgesetz....................... 433
10.6 Das Recht der Wasser- und Bodenverbände ............. 434
10.6.1 Allgemeines .......................................... 434
10.6.2 Unternehmen, Plan..................................... 434
?.6.3 Verfassung ........................................... 435
10.6.4 Haushalt, Beiträge...................................... 435
10.6.5 Aufsicht ............................................. 436
10.6.6 Gründung, Umgestaltung und Auflösung.................... 436
Literatur............................................ 436
11
11.1
11.2
11.2.1
Gewässerausbau
Prof. Dr.-Ing. H. Bretschneider
Aufgaben und Ziele................................... 441
Grundlagen des Gewässerausbaus...................... 442
Gesetzmäßigkeiten des Abflusses in Gewässern............... 442
32_________________________________________________________ Inhalt
11.2.1.1 Empirische Fließformeln................................. 442
11.2.1.2 Rauheitsparameter für den naturnahen Ausbau................ 442
11.2.1.3 Das universelle Fließgesetz............................... 443
11.2.1.4 Der Abfluß in gekrümmten Strecken........................ 444
11.2.1.5 Die stationär ungleichförmige Wasserbewegung............... 446
11.2.2 Der Feststofftransport................................... 446
11.2.2.1 Die Feststoffe im Einzugsgebiet ........................... 446
11.2.2.2 Die Feststoffe im Gewässer............................... 446
11.2.3 Die Gewässergeometrie ................................. 454
11.2.3.1 Allgemeines .......................................... 454
11.2.3.2 Die Regime-Theorie .................................... 454
11.2.3.3 Bemessung nach der Regime-Theorie....................... 455
11.2.3.4 Die Schleppkraft-Theorie ................................ 457
11.2.3.5 Die Bemessung nach der Schleppkraft-Theorie................ 458
11.2.3.6 Zur Wahl eines Bemessungsverfahrens...................... 459
11.2.4 Die Linienführung im Grundriß............................ 459
11.2.4.1 Die natürliche Grundrißgestalt von Gewässern................ 459
11.2.4.2 Das gewundene Gewässer ............................... 460
11.2.4.3 Die Entstehung von natürlichen Durchstichen ................ 460
11.2.4.4 Der Abfluß in gekrümmten alluvialen Gerinnen................ 461
11.2.4.5 Die Ausbildung der Krümmung............................ 461
11.2.5 Die Linienführung im Aufriß.............................. 463
11.2.5.1 Das Längenprofil eines Gewässers ......................... 463
11.2.5.2 Veränderungen des natürlichen Längenprofils................. 464
11.2.5.3 Durchstiche........................................... 465
11.2.5.4 Wahl des Gefälles...................................... 465
11.2.6 Grundsätze der Regelung ................................ 466
11.2.6.1 Allgemeines .......................................... 466
11.2.6.2 Regelungsziele ........................................ 467
11.2.6.3 Regelungsprofil........................................ 468
11.2.6.4 Die wichtigsten Regeln.................................. 469
11.2.7 Der Entwurf .......................................... 469
11.2.7.1 Allgemeines und Vorarbeiten ............................. 469
11.2.7.2 Bestandteile des Entwurfes............................... 470
11.3 Sicherungen von Gewässern und deren Einzugsgebieten .. 470
11.3.1 Baustoffe ............................................ 470
11.3.2 Bauweisen ........................................... 470
11.3.2.1 Totbau.............................................. 470
11.3.2.2 Lebendbau ........................................... 471
11.3.2.3 Der ingenieurbiologische Ausbau.......................... 471
11.3.2.4 Bauwerke............................................ 471
11.4 Ausbau in Wildbachgebieten........................... 472
11.4.1 Sanierungsmaßnahmen im Einzugsgebiet.................... 473
11.4.1.1 Vorbeugemaßnahmen................................... 473
11.4.1.2 Hangsicherung durch Lebendbau.......................... 474
11.4.1.3 Hangsicherung durch tote Baustoffe........................ 477
11.4.1.4 Bauwerke zur Stabilisierung der Hänge ..................... 477
Inhalt 33
11.4.1.5 Maßnahmen bei Gletscherausbrüchen und Sicherung gegen Muren 479
11.4.1.6 Maßnahmen gegen Bergstürze und Steinschlag sowie Lawinenver-
bauung.............................................. 480
11.4.2 Sicherungsmaßnahmen am Wildbach....................... 481
11.4.2.1 Die Besonderheiten von Berg- und Wildbächen............... 481
11.4.2.2 Sicherungen mit lebenden Materialien ...................... 482
11.4.2.3 Sicherungen mit totem Material ........................... 482
11.4.2.4 Sicherung in kombinierter Bauweise........................ 484
11.4.3 Bauten bei der Wildbachverbauung ........................ 484
11.4.3.1 Geschiebesperren ...................................... 484
11.4.3.2 Spezielle Baumaßnahmen im Unterlauf...................... 486
11.5 Ausbau kleiner Wasserläufe ........................... 488
11.5.1 Einteilung und Definition ................................ 488
11.5.2 Kulturlandschaftsgerechter Ausbau......................... 489
11.5.3 Sicherung durch Lebendbau.............................. 490
11.5.3.1 Gewässertypische Pflanzenbereiche ........................ 490
11.5.3.2 Lebendbaumaßnahmen in den verschiedenen Vegetationszonen . . 491
11.5.4 Sicherung durch Totbau................................. 496
11.5.4.1 Die Profilsicherung durch Steinmaterial ..................... 496
11.5.4.2 Das Holz als Sicherungselement........................... 496
11.5.4.3 Sicherung durch Kunststoffe.............................. 497
11.5.4.4 Die Stahlspundwand als Sicherungselement.................. 497
11.5.4.5 Sicherungen aus Beton.................................. 498
11.5.4.6 Bituminöse Stoffe zur Profilsicherung....................... 498
11.6 Bauwerke in und an kleineren Gewässern ............... 498
11.6.1 Sohlenbauwerke....................................... 498
11.6.1.1 Einteilung und Wirkungsweise der Sohlenstufen .............. 498
11.6.1.2 Abstürze............................................. 499
11.6.1.3 Absturztypen.......................................... 499
11.6.1.4 Stützschwellen ........................................ 503
11.6.1.5 Sohlenrampen......................................... 504
11.6.1.6 Rauhe Sohlengleiten.................................... 506
11.6.2 Brücken ............................................. 506
11.6.3 Durchlässe ........................................... 507
11.6.4 Düker............................................... 507
11.6.5 Verdolung............................................ 508
11.7 Flußbauliche Maßnahmen............................. 509
11.7.1 Sohlensicherung....................................... 509
11.7.2 Bauwerke im Fluß...................................... 509
11.7.2.1 Querwerke ........................................... 509
11.7.2.2 Längsbauwerke........................................ 513
11.7.2.3 Kombinierte Bauweisen ................................. 517
11.7.3 Bauten am Fluß ....................................... 518
11.7.3.1 Mündungen .......................................... 518
11.7.3.2 Deiche .............................................. 519
11.7.3.3 Polder und Hochwasserrückhaltebecken..................... 522
11.7.4 Baggerungen ......................................... 523
34
Inhalt
11.7.5 Stauregelung ......................................... 524
11.8 Die Unterhaltung der Gewässer........................ 525
Literatur............................................ 526
12 Bewässerung
Prof. Dr.-Ing. J. Mock
12.1 Bedeutung der Bewässerungswirtschaft ................ 531
12.1.1 Geschichtliches........................................ 531
12.1.2 Bewässerungsflächen ................................... 531
12.1.3 Wasserverbrauch....................................... 532
12.1.4 Erträge und Investitionen ................................ 532
12.1.5 Einfluß auf Sozio-Ökonomie und Umwelt.................... 533
12.1.6 Entwicklungstendenzen ................................. 533
12.2 Aufgaben der Bewässerung ........................... 534
12.2.1 Bodenanfeuchtung..................................... 534
12.2.2 Bodenentsalzung ...................................... 535
12.2.3 Düngung, Pflanzenschutz und Krankheitsbekämpfung.......... 536
12.2.4 Frostschutz, Klimatisierung und Qualitätsverbesserung.......... 536
12.2.5 Abwasserverwertung.................................... 536
12.3 Wachstumsbedingungen .............................. 537
12.3.1 Wasser und Boden ..................................... 537
12.3.2 Wasser in der Pflanze................................... 538
12.3.3 Pflanze im System Boden - Wasser - Luft - Nährstoffe - Mikroorga-
nismen .............................................. 538
12.3.4 Bewässerungsbedürftigkeit - Bewässerungswürdigkeit.......... 539
12.3.5 Hauptbewässerungspflanzen.............................. 539
12.4 Bewässerungswasser................................. 542
12.4.1 Wassergewinnung...................................... 542
12.4.2 Wasserzuleitung, Wassermessung.......................... 543
12.4.3 Pflanzenwasserbedarf................................... 544
12.4.4 Bewässerungsbedarf und Bewässerungswirkungsgrad.......... 548
12.4.5 Wasserqualität, Salzbilanz................................ 549
12.5 Bewässerungsverfahren............................... 552
12.5.1 Stauverfahren ......................................... 552
12.5.1.1 Grabenstau........................................... 552
12.5.1.2 Furcheneinstau........................................ 552
12.5.1.3 Tellerbewässerung, Lochbewässerung ...................... 552
12.5.1.4 Beckeneinstau, Flächenüberstau........................... 552
12.5.2 Rieselverfahren.............:.......................... 553
12.5.2.1 Wilde Rieselung, Hangrieselung, wilde Überflutung............ 553
12.5.2.2 Landstreifenrieselung, künstlicher Hangbau, Rückenbau......... 553
12.5.2.3 Furchenrieselung, Rillenrieselung .......................... 554
12.5.3 Beregnung ........................................... 555
12.5.4 Tropf bewässerung...................................... 558
Inhalt
35
12.5.5 Sonderverfahren ....................................... 559
12.5.5.1 Unterpflanzenbewässerung, Unterflurbewässerung............. 559
12.5.5.2 Gezeitenbewässerung................................... 559
12.5.5.3 Schwall-, Sturz- und Limanbewässerung .................... 560
12.5.5.4 Benebelung .......................................... 560
12.6 Mechanisierung und Automatisierung .................. 560
12.6.1 Stau- und Rieselverfahren................................ 560
12.6.2 Beregnung ........................................... 561
12.6.3 Automatisierung ....................................... 562
12.7 Bewässerungsbetrieb................................. 562
12.7.1 Organisationsformen.................................... 562
12.7.2 Bewässerungsplan ..................................... 562
12.7.3 Einsaulenkung ........................................ 564
12.8 Planung und Beurteilungskriterien ..................... 564
12.8.1 Projektplanung ........................................ 564
12.8.2 Anlage- und Jahreskosten ............................... 565
12.8.3 Beurteilungskriterien.................................... 565
12.9 Umweltauswirkungen ................................ 567
12.9.1 Negative Auswirkungen ................................. 567
12.9.2 Positive Auswirkungen.................................. 567
Literatur............................................ 568
13 Entwässerung
Dr. rer. nat. Ing. (grad.) R. Eggeismann
13.1 Allgemeines .......................................... 573
13.1.1 Notwendigkeit ........................................ 573
13.1.2 Umfang.............................................. 574
13.1.3 Zielkonflikte .......................................... 574
13.2 Schädliche Bodennässe............................... 575
13.2.1 Grundwasser.......................................... 576
13.2.2 Stauwasser........................................... 576
13.2.3 Haftwasser, Haftnässe................................... 576
13.2.4 Fremdwasser.......................................... 577
13.2.5 Überschwemmung ..................................... 577
13.2.6 Versalzungsgefahr...................................... 577
13.3 Ziele der Entwässerung ............................... 577
13.3.1 Allgemeines .......................................... 577
13.3.2 Entwässerungstiefe..................................... 577
13.3.3 Hanglagen ........................................... 578
13.3.4 Moorkulturen ......................................... 578
13.4 Vorflutbeschaffung .................................. 579
13.4.1 Natürliche Vorflut...................................... 579
13.4.2 Dränschöpfwerk ....................................... 579
36
Inhalt
13.5 Grabenentwässerung ................................. 579
13.5.1 Allgemeines .......................................... 579
13.5.2 Grabentiefe und -querschnitt ............................. 580
13.5.3 Grabenabstand ........................................ 581
13.5.4 Landschaftsgerechte Herrichtung .......................... 581
13.5.5 Unterhaltung und Einstau................................ 581
13.5.5.1 Unterhaltung.......................................... 581
13.5.5.2 Einstau .............................................. 582
13.6 Dränung ............................................ 582
13.6.1 Definition ............................................ 582
13.6.2 Rohrdränung.......................................... 582
13.6.2.1 Allgemeines .......................................... 582
13.6.2.2 Planung ............................................. 583
13.6.2.3 Sammler-Bemessung ................................... 585
13.6.2.4 Dränabstand.......................................... 586
13.6.2.5 Dränockerung......................................... 590
13.6.2.6 Dränmaterial.......................................... 591
13.6.2.7 Dränausführung ....................................... 591
13.6.3 Rohrlose Dränung...................................... 592
13.6.3.1 Mineralböden ......................................... 592
13.6.3.2 Moorkulturen ......................................... 592
13.6.4 Unterbodenmelioration .................................. 592
13.6.4.1 Tieflockern ........................................... 592
13.6.4.2 Tiefpflügen ........................................... 593
13.6.5 Unterhaltung.......................................... 593
13.7 Kosten und Nutzen................................... 593
Literatur............................................ 594
14 Stauanlagen
Dr. Ing. M. Schmidt
14.1 Allgemeines......................................... 597
14.1.1 Zweck und Aufgaben ................................... 597
14.1.2 Vorarbeiten........................................... 597
14.1.3 Entwurf.............................................. 598
14.1.4 Rechtliche Absicherung ................................. 599
14.2 Wehre.............................................. 599
14.2.1 Allgemeines .......................................... 599
14.2.1.1 Einteilung............................................ 599
14.2.1.2 Grundsätzliches zur Gestaltung............................ 599
14.2.1.3 Anschluß an den Untergrund ............................. 600
14.2.1.4 Gestaltung von Tosbecken ............................... 601
14.2.2 Feste Wehre .......................................... 602
14.2.2.1 Überlaufwehre ........................................ 602
14.2.2.2 Heber-Wehre ......................................... 604
Inhalt
37
14.2.3 Bewegliche Wehre ..................................... 605
14.2.3.1 Allgemeines .......................................... 605
14.2.3.2 Grundsätzliches zur Gestaltung beweglicher Wehre ............ 606
14.2.3.3 Schützenwehre........................................ 607
14.2.3.4 Segmentwehre ........................................ 608
14.2.3.5 Sektor- und Trommelwehre .............................. 608
14.2.3.6 Klappenwehre......................................... 609
14.2.3.7 Schlauchwehre........................................ 609
14.2.3.8 Notverschlüsse ........................................ 610
14.2.3.9 Verschlußantriebe...................................... 610
14.2.4 Zusatzeinrichtungen an Wehren ........................... 611
14.2.4.1 Fischtreppen.......................................... 611
14.3 Talsperren .......................................... 611
14.3.1 Allgemeines .......................................... 611
14.3.1.1 Zweck und Definition................................... 611
14.3.1.2 Sperrstelle............................................ 611
14.3.1.3 Einteilung ............................................ 612
14.3.1.4 Stauraum ............................................ 612
14.3.1.5 Untergrundabdichtung .................................. 613
14.3.2 Staumauern........................................... 614
14.3.2.1 Einteilung ............................................ 614
14.3.2.2 Gewichtsstaumauern - Bogengewichtsstaumauern............. 615
14.3.2.3 Bogenstaumauern...................................... 615
14.3.2.4 Aufgelöste Staumauern.................................. 619
14.3.3 Staudämme........................................... 620
14.3.3.1 Gestaltungsgrundsätze .................................. 620
14.3.3.2 Einteilung ............................................ 620
14.3.3.3 Stützkörper........................................... 621
14.3.3.4 Dämme mit natürlicher Dichtung .......................... 622
14.3.3.5 Dämme mit künstlicher Dichtung .......................... 624
14.3.3.6 Gründung............................................ 626
14.3.3.7 Standsicherheitsnachweisungen........................... 627
14.4 Hochwasserentlastungsanlagen........................ 627
14.4.1 Allgemeines .......................................... 627
14.4.2 Hochwasserentlastungsanlagen an Staumauern ............... 627
14.4.3 Hochwasserentlastungsanlagen an Staudämmen .............. 628
14.5 Betriebseinrichtungen ................................ 630
14.5.1 Allgemeines .......................................... 630
14.5.2 Betriebseinrichtungen an Staumauern....................... 630
14.5.3 Betriebseinrichtungen an Staudämmen...................... 630
14.6 Sonderprobleme bei Stauanlagen ...................... 631
14.6.1 Vor- und Nachsperren................................... 631
14.6.2 Meß- und Kontrolleinrichtungen........................... 631
14.6.3 Besonderheiten der Herstellung ........................... 632
14.6.4 Erhöhung von Talsperren ................................ 632
Literatur............................................ 633
38
Inhalt
15 Wasserkraftanlagen
Prof. Dipl.-Ing. Dr. S. Radler
15.1 Allgemeines zur Wasserkraftnutzung ................... 637
15.1.1 Entwicklung .......................................... 637
15.1.2 Bedeutung der Wasserkraft in Europa....................... 637
15.1.3 Energiewirtschaftliche Begriffe ............................ 638
15.1.3.1 Fallhöhe ............................................. 638
15.1.3.2 Ausbaudurchfluß ...................................... 639
15.1.3.3 Leistung ............................................. 639
15.1.3.4 Weitere Begriffe ....................................... 640
15.2 Anlagetypen......................................... 640
15.2.1 Niederdruck-Staukraftwerke .............................. 640
15.2.1.1 Zusammenhängende Bauweise............................ 640
15.2.1.2 Aufgelöste Bauweise ................................... 641
15.2.1.3 Überströmbare Bauweise ................................ 641
15.2.2 Mitteldruck-Staukraftwerke (Talsperren-Kraftwerke)............ 642
15.2.2.1 Talsperrenkraftwerke mit Staumauern ....................... 644
15.2.2.2 Talsperrenkraftwerke mit Staudämmen ...................... 644
15.2.3 Stau- und Umleitungskraftwerke .......................... 644
15.2.3.1 Niederdruckanlage ..................................... 645
15.2.3.2 Mitteldruckanlage...................................... 646
15.2.3.3 Hochdruckanlage ...................................... 646
15.2.4 Pumpspeicherwerke .................................... 646
15.2.5 Gezeitenkraftwerke..................................... 647
15.3 Triebwasserweg ..................................... 649
15.3.1 Triebwasserfassung..................................... 649
15.3.1.1 Freispiegeleinlässe ..................................... 649
15.3.1.2 Tiefeinlässe........................................... 650
15.3.2 Triebwasserleitung ..................................... 651
15.3.2.1 Offenes Gerinne ....................................... 651
15.3.2.2 Freispiegelstollen ...................................... 651
15.3.2.3 Druckstollen .......:.................................. 651
15.4 Wasserschloß und Kraftabstieg ........................ 652
15.4.1 Wasserschloß ......................................... 653
15.4.1.1 Zweck............................................... 653
15.4.1.2 Wasserschloßtypen..................................... 653
15.4.1.3 Schwallraum.......................................... 653
15.4.2 Kraftabstieg........................................... 655
15.4.2.1 Druckrohrleitung....................................... 655
15.4.2.2 Druckschacht ......................................... 655
15.5 Wasserkraftmaschinen................................ 657
15.5.1 Turbinenarten ......................................... 657
15.5.2 Kaplan-Turbine........................................ 658
15.5.3 Francis-Turbine........................................ 658
15.5.4 Freistrahlturbinen ...................................... 659
15.5.5 Spezifische Drehzahl.................................... 659
halt_____________________________________^_____________________39
15.5.6 Zusammenhang mit dem Generator ........................ 659
15.6 Kraftstationen................-....................... 660
15.6.1 Krafthäuser........................................... 660
15.6.2 Kraftkavernen ......................................... 660
15.7 Triebwasserentlastungen.............................. 661
15.7.1 Bei Mittel- und Hochdruckumleitungen ..................... 661
15.7.2 Bei Niederdruckumleitungen.............................. 661
15.8 Verbundwirtschaft................................... 661
Literatur............................................ 662
16 Küsteningenieurwesen
H. F. Erchinger
16.1 Hydrologische Grundlagen ............................ 667
16.1.1 Gezeiten und säkulare Wasserstandsänderungen .............. 667
16.1.2 Strömungen .......................................... 669
16.1.2.1 Tideströmungen, Winddriftströmungen...................... 669
16.1.2.2 Dichteströmungen...................................... 670
16.1.2.3 Wellenerzeugte Strömungen.............................. 670
16.1.3 Sturmfluten in Nord- und Ostsee .......................... 671
16.1.3.1 Windstau ............................................ 671
16.1.3.2 Bemessungswasserstand................................. 672
16.1.4 Wellen .............................................. 673
16.1.4.1 Seegang ............................................. 673
16.1.4.2 Brechen der Wellen..................................... 674
16.1.4.3 Druckschlagwirkung.................................... 675
16.1.4.4 Wellenauflauf ......................................... 676
16.2 Sandige Küsten...................................... 676
16.2.1 Strände und Dünen .................................... 676
16.2.1.1 Materialtransport und Strandentwicklung.................... 676
16.2.1.2 Dünen............................................... 677
16.2.2 Dünenbau an den Randdünen ............................ 678
16.2.3 Deckwerke und Strandmauern ............................ 679
16.2.3.1 Begriffsbestimmungen .................................. 679
16.2.3.2 Deckwerksgestaltung ................................... 679
16.2.3.3 Filterschicht .......................................... 680
16.2.3.4 Offene Deckschicht..................................... 681
16.2.3.5 Geschlossene Deckschicht ............................... 684
16.2.3.6 Deckwerksfuß......................................... 684
16.2.3.7 Strandmauern......................................... 686
16.2.4 Buhnen.............................................. 686
16.2.4.1 Funktion............................................. 686
16.2.4.2 Buhnenanordnung ...........,......................... 687
16.2.4.3 Buhnenbauweisen ..................................... 687
40
Inhalt
16.2.5 Strandauffüllungen..................................... 687
16.2.5.1 Allgemeines .......................................... 687
16.2.5.2 Planung von Strandauffüllungen .......................... 688
16.2.5.3 Materialeingabe und Geräte .............................. 689
16.3 Seedeiche und Tidestromdeiche........................ 690
16.3.1 Deichprofil ........................................... 690
16.3.1.1 Deichhöhe ........................................... 690
16.3.1.2 Deichaußenböschung, Deichkrone......................... 691
16.3.1.3 Binnenböschung und Binnenberme ........................ 692
16.3.2 Deichboden, Baugrund, Begrünung ........................ 693
16.3.2.1 Sandkern ............................................ 693
16.3.2.2 Kleidecke ............................................ 693
16.3.2.3 Überhöhung zum Ausgleich von Setzungen und Sackungen ..... 695
16.3.2.4 Begrünung ........................................... 695
16.3.3 Deichdeckwerk........................................ 696
16.3.4 Deichkreuzung mit Verkehrswegen......................... 697
16.3.5 Leitungskreuzungen .................................... 699
16.3.6 Deichschutzwerke...................................... 699
16.3.6.1 Wirkung des Deichvorlandes.............................. 699
16.3.6.2 Vorlandgewinnung und -Sicherung......................... 699
16.3.6.3 Vorlandaufspülung ..................................... 701
16.3.6.4 Sommerdeich ......................................... 701
16.4 Sturmflutsperrwerke ................................. 702
16.4.1 Aufgaben der Sperrwerke................................ 702
16.4.1.1 Küstenschutz.......................................... 702
16.4.1.2 Wasserwirtschaft, Schiffahrt .............................. 703
16.4.2 Anordnung und Bemessung.............................. 703
16.4.3 Sperrwerkstore und Antriebe.............................. 703
16.4.3.1 Anforderungen des Sperrwerksbetriebes..................... 703
16.4.3.2 Sperrwerkstore ........................................ 704
16.4.3.3 Antriebe, Dichtungen ................................... 706
16.5 Entwässerungssiele .................................. 706
16.5.1 Funktion und Bauweise ................................. 706
16.5.2 Sielbemessung........................................ 707
16.5.3 Sielverschlüsse........................................ 708
16.5.4 Sommerdeichsiele, Spülsiele.............................. 709
16.6 Schöpfwerke........................................ 710
16.6.1 Anordnung im Entwässerungssystem ....................... 710
16.6.2 Bauweise der Mündungsschöpfwerke ...................... 711
16.6.3 Bemessung der Schöpfwerkspumpen....................... 712
16.6.4 Pumpen und Antriebsmotoren ............................ 714
Literatur............................................ 715
Inhalt 41
17 Binnenverkehrswasserbau
Prof. Dr.-Ing. R. Kuhn
17.1 Aufgabenstellung .................................... 719
17.2 Schiff und Fahrwasser................................ 719
17.2.1 Schiff und Schiffsverband................................ 719
17.2.2 Schiffsfahrt........................................... 722
17.2.3 Fahrwasser und Fahrrinne................................ 725
17.3 Binnenwasserstraßen................................. 726
17.3.1 Flüsse mit Niedrigwasserregelung.......................... 727
17.3.2 Flüsse mit Stauregelung ................................. 727
17.3.3 Kanäle............................................... 729
17.3.4 Deckwerke ........................................... 730
17.4 Bauwerke an Binnenwasserstraßen..................... 734
17.5 Binnenhäfen......................................... 742
17.5.1 Gesamtanlage......................................... 742
17.5.2 Hafeneinfahrt ......................................... 744
17.5.3 Hafenbecken.......................................... 744
17.5.4 Uferanlagen .......................................... 745
17.5.4.1 Gesichtspunkt zur Wahl der Bauweise ...................... 745
17.5.4.2 Arten der Uferanlagen................................... 746
17.5.4.3 Ausstattung der Ufer.................................... 747
17.6 Schleusen........................................... 747
17.6.1 Hydraulisches System................................... 747
17.6.2 Tore und Verschlüsse ................................... 749
17.6.3 Baugestaltung......................................... 752
17.6.4 Ausrüstung........................................... 754
17.6.5 Sonderformen der Schleuse .............................. 755
17.7 Schiffshebewerke.................................... 756
Literatur............................................ 761
18 Wasserversorgung
Prof. Dr. H. Bernhardt und Baudirektor Dipl.-Ing. W. Such
18.1 Aufgabe, Begriffsbestimmungen....................... 765
18.2 Wasserbedarf........................................ 765
18.2.1 Definition ............................................ 765
18.2.2 Bestimmende Faktoren.................................. 765
18.2.3 Wasserbedarf einzelner Verbrauchergruppen.................. 766
18.2.3.1 Private Haushalte ...................................... 766
18.2.3.2 Öffentliche Einrichtungen................................ 766
18.2.3.3 Löschwasserbedarf..................................... 7ß8
18.2.3.4 Gewerbe............................................. 768
18.2.3.5 Landwirtschaft ........................................ 771
42
Inhalt
18.2.3.6 Industrie............................................. 772
18.2.3.7 Künftige Wasserbedarfsentwicklung ........................ 772
18.2.3.8 Bedarfsschwankungen .................................. 773
18.2.3.9 Wasserverluste ........................................ 775
18.3 Herkunft und Gewinnung von Trink- und Betriebswasser . . 775
18.3.1 Herkunft............................................. 775
18.3.2 Wassergewinnung...................................... 777
18.3.2.1 Gewinnung von Oberflachenwasser........................ 777
18.3.2.2 Gewinnung von Grundwasser............................. 777
18.3.2.3 Wasserschutzgebiete.................................... 789
18.4 Wasseraufbereitung .................................. 789
18.4.1 Allgemeines .......................................... 789
18.4.2 Sedimentation......................................... 791
18.4.3 Siebverfahren ......................................... 792
18.4.4 Filtration............................................. 793
18.4.4.1 Langsamfilter ......................................... 793
18.4.4.2 Schnellfilter........................................... 795
18.4.5 Flockung............................................. 799
18.4.5.1 Flockungsverfahren..................................... 799
18.4.5.2 Flockungs- und Flockungshilfsmittel ....................... 801
18.4.6 Enteisenung und Entmanganung .......................... 803
18.4.6.1 Biologische Verfahren................................... 804
18.4.6.2 Chemisch-katalytische Verfahren .......................... 805
18.4.7 Entnahme organischer Verbindungen ....................... 807
18.4.7.1 Oxidationsverfahren .................................... 807
18.4.7.2 Adsorptionsverfahren ................................... 808
18.4.7.3 Biologische Verfahren der Adsorption....................... 808
18.4.8 Entsäuerung .......................................... 809
18.4.8.1 Entsäuerungsverfahren .................................. 810
18.4.9 Entkeimung........................................... 811
18.4.9.1 Natürliche Verfahren.................................... 812
18.4.9.2 Chemische Verfahren ................................... 812
18.4.9.3 Inaktivierung von Viren.................................. 815
18.5 Wasserspeicherung................................... 815
18.5.1 Zweck............................................... 815
18.5.2 Verwendung von Wasserspeichern......................... 816
18.5.3 Arten und Lage von Wasserspeichern....................... 816
18.5.4 Bemessung des Behälterinhalts............................ 819
18.5.5 Ausführung von Wasserbehältern .......................... 823
18.5.6 Ausführung von Standrohr- und Wassertürmen ............... 826
18.6 Wasserförderung..................................... 826
18.6.1 Förderung mit natürlichem Gefälle ......................... 826
18.6.2 Pumpenförderung...................................... 827
18.6.2.1 Pumpenarten.......................................... 827
18.6.2.2 Kennwerte von Kreiselpumpen ............................ 829
18.6.2.3 Pumpen- und Rohrleitungskennlinien....................... 832
Inhalt
43
18.6.2.4 Regelung von Kreiselpumpen............................. 834
18.6.2.5 Druckwindkesselanlagen................................. 835
18.6.2.6 Pumpenbetrieb........................................ 835
18.7 Wasserverteilung .................................... 835
18.7.1 Allgemeines .......................................... 835
18.7.2 Rohrleitungsarten ...................................... 836
18.7.3 Rohrnetzformen ....................................... 837
18.7.4 Berechnung von Rohrleitungen und -netzen ................. 838
18.7.4.1 Nennweite ........................................... 838
18.7.4.2 Druckstufen .......................................... 838
18.7.4.3 Versorgungsdruck und Druckzonen ........................ 839
18.7.4.4 Durchflußgeschwindigkeiten in Rohrleitungen................ 839
18.7.4.5 Hydraulische Berechnung von Rohrleitungen................. 840
18.7.4.6 Hydraulische Berechnung vermaschter Rohrleitungsnetze ....... 840
18.7.4.7 Mindestnennweiten von Versorgungsleitungen................ 841
18.7.5 Rohre, Rohrverbindungen, Formstücke...................... 841
18.7.5.1 Rohrwerkstoffe........................................ 841
18.7.5.2 Stahlrohre............................................ 843
18.7.5.3 Gußrohre ............................................ 844
18.7.5.4 Stahlbeton- und Spannbetondruckrohre..................... 847
18.7.5.5 Absetzzementdruckrohre................................. 849
18.7.5.6 Kunststoffdruckrohre.................................... 850
18.7.5.7 Rohrverlegung ........................................ 852
18.7.5.8 Druckprüfung von Wasserrohrleitungen ..................... 853
18.7.5.9 Kreuzung von Verkehrswegen............................. 853
18.7.6 Armaturen und -zubehör................................. 854
18.7.6.1 Verwendung.......................................... 854
18.7.6.2 Bauarten............................................. 855
18.7.6.3 Wassermeßgeräte ...................................... 860
18.7.7 Rohrnetzbetrieb und -Unterhaltung......................... 862
18.7.8 Trinkwasserleitungs- und Verbrauchsanlagen in Grundstücken .... 863
18.7.9 Meß-, Steuer- und Regeltechnik, Nachrichtenübermittlung ...... 863
Literatur............................................ 864
19 Abwassertechnik
Prof. Dr.-Ing. W. Bischofsberger und Prof. Dr.-Ing. H. Teichmann
19.1 Allgemeines zur Reinhaltung der Gewässer.............. 871
19.1.1 Gewässergütekriterien................................... 872
19.1.2 Abwasser- und Wärmelastpläne ........................... 874
19.1.3 Abwasserabgabengesetz und Mindestanforderungen ........... 874
19.2 Anfall und Beschaffenheit der Abwässer................ 875
19.2.1 Abwasseranfall ........................................ 875
19.2.1.1 Kommunales Schmutzwasser ............................. 875
19.2.1.2 Gewerbliches und industrielles Schmutzwasser................ 877
19.2.1.3 Niederschlagswasser.................................... 879
44
Inhalt
19.2.2 Abwasserbeschaffenheit ................................. 880
19.2.2.1 Schmutzwasser........................................ 880
19.2.2.2 Niederschlagswasser.................................... 883
19.3 Abwasserableitung................................... 884
19.3.1 Haus- und Grundstücksentwässerung ...................... 884
19.3.2 Siedlungsentwässerung ................................. 887
19.3.2.1 Entwässerungsverfahren................................. 887
19.3.2.2 Planung und Entwurf der Kanalisation ...................... 889
19.3.2.3 Bauliche Gestaltung der Kanalisation ....................... 894
19.3.2.4 Druck- und Vakuumentwässerung ......................... 897
19.3.2.5 Sonderbauwerke....................................... 897
19.3.2.6 Abwasserpumpwerke................................... 899
19.3.2.7 Regenentlastungen..................................... 900
19.4 Abwasserreinigung................................... 902
19.4.1 Entwicklung der Klärtechnik.............................. 902
19.4.2 Verfahren der Abwasserreinigung .......................... 903
19.4.2.1 Vorreinigung.......................................... 904
19.4.2.2 Mechanische Abwasserreinigung .......................... 905
19.4.2.3 Biologische Abwasserreinigung ........................... 914
19.4.2.4 Kombinierte und Sonderverfahren.......................... 925
19.4.2.5 Weitergehende Abwasserreinigung......................... 928
19.4.2.6 Kleinkläranlagen ....................................... 932
19.5 Schlammbehandlung ................................. 935
19.5.1 Schlammanfall ........................................ 935
19.5.2 Schlammbeschaffenheit ................................. 935
19.5.3 Verfahren der Schlammbehandlung ........................ 935
19.5.3.1 Schlammeindickung .................................... 935
19.5.3.2 Schlammkonditionierung ................................ 938
19.5.3.3 Schlammstabilisierung.................................. 939
19.5.3.4 Schlammentwässerung.................................. 944
19.5.3.5 Schlammtrocknung..................................... 948
19.5.3.6 Schlammverbrennung................................... 948
19.5.3.7 Schlammdeponie ...................................... 950
19.5.3.8 Schlammverwertung.................................... 951
19.5.4 Klärgasanfall und -Verwertung............................ 954
19.5.4.1 Gasanfall............................................. 954
19.5.4.2 Gasverwertung ........................................ 954
19.5.4.3 Gasspeicherung ....................................... 955
Literatur............................................ 956
Anhang Begriffe, Formelzeichen und Einheiten.......... 959
Inserentenverzeichnis............................ 965
Sachregister...................................... 967
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