Auftraggeber: Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)

Veranlassung / Motivation

• Der Baubestand der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) umfasst gegenwärtig ca. 300 Wehranlagen, von denen mehr als die Hälfte älter als 60 Jahre sind
• Das Referat „Erhaltung und Hochbau“ der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) unterstützt die WSV bei der Verwaltung ihres Bauwerksbestandes. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich das Referat auch mit Risikoansätzen für Infrastrukturbauwerke. Neben der Bestimmung der Eintrittswahrscheinlichkeiten von Schadensereignissen spielt dabei die Berücksichtigung des Schadensausmaßes eine maßgebende Rolle
• Im speziellen Fall des Versagens von Wehranlagen an Fließgewässern ist hierzu die Kenntnis der zu erwartenden hydraulischen Vorgänge bei der anschließenden Flutwellenausbreitung (u.a. Wellenhöhe, Ausbreitungsgeschwindigkeit, mögliche Dämpfung) erforderlich
• Mittels einer Parameterstudie unter Einsatz dreidimensionaler hydrodynamisch-numerischer Modelle sollen idealisierte Geometriezustände untersucht werden, welche sich an vorhandenen Gegebenheiten der Bundeswasserstraßen orientieren
• Durch die Kombination der einzelnen Parameter entsteht eine ausreichend große Anzahl an Szenarien, um belastbare Aussagen zu den notwendigen Anpassungen vorhandener Ansätze treffen zu können. Mit diesen können anschließend die zu erwartenden hydraulischen Flutwellenkenngrößen  der verschiedenen Anlagen abgeschätzt werden

Methoden / Entwicklung / Ergebnis:

• 1D / 2D / 3D – Simulationen und Vergleich der Ergebnisse auf Basis von idealisierten und realen Topographien
• Parameterstudie anhand idealisierter 3D-Simulationen: Variation der Wehrfelder, Wassertiefe und Stauhöhe vor dem Versagen
• Überarbeitung und Anpassung analytischer Ansätze auf Basis der gewonnen Erkenntnisse.
• Bereitstellung der weiterentwickelten Ansätze zur einfachen Anwendbarkeit in einem Exceltool, in welchem standortabhängige Parameter angepasst werden können

Zunächst kreisförmige Ausbreitung der Wellenfront nach Wehrfeldversagen

10-fach überhöhte Darstellung einer Schwallwelle in einem Rechteckkanal (3D)

Gegenüberstellung (1D, 2D, 3D) der Wellenausbreitung nach 6 min