Das vorliegende Buch basiert auf Unterlagen ffir den DVWK-Lehrgang "Stationare Gerinnehydraulik", den ich im April 1980 an der Universitat Karlsruhe zusammen mit den Kollegen Heinrich Dorer, Wilhelm Gehrig, Bruno Herrling, Franz Nest mann und Berthold Treiber durchffihrte. Obwohl ich stets vorhatte, die Lehr gangsunterlagen nach grfindlicher Uberarbeitung zu veroffentlichen, ist es doch dem beharrlichen Zuspruch von Hans Bischoff, Vorsitzender des DVWK-Fachaus schusses "Rohr- und Gerinnehydraulik", zu verdanken, daB dieses Vorhaben nun auch verwirklicht wurde. Es war mein Bestreben, gleichzeitig ein anwendungsbezogenes Lehrbuch ffir Stu denten des Bauingenieurwesens u n d ein in den Grundlagen wohlfundiertes Handbuch fur den im Wasserbau, in der Siedlungswasserwirtschaft und der indu striellen Wasserversorgung tatigen Ingenieur zu schreiben. Ich habe mich des halb bemfiht, alle dargestellten Berechnungsverfahren fur Gerinnestromungen und alle Ausffihrungen zur Bemessung und Gestaltung von Gerinnen und Gerinnebauwer ken durch Anwendungsbeispiele eingehend zu erlautern. Wo immer moglich, habe ich Bewahrtes von anderen fibernommen, so vor allem von Hunter Rouse, Ven Te Chow und Ralph Schroder. Meine langjahrige Tatigkeit in den USA findet ihren Niederschlag in den vie len Hinweisen auf die sehr umfangreiche englischsprachi ge Literatur zum Thema Gerinnehydraulik, sowie in der Darbietung des Stoffes nach der Schule von Rouse. Zumindest war mir dieses letztere wichtigstes An liegen. Bis vor einer Generation waren Ingenieure gezwungen, Formeln zu verwenden, die auf der Grundlage-von Empirie und stark vereinfachten theoretischen Betrachtun gen entwickelt worden waren.

Inhalt

Grundlagen der Gerinnehydraulik.- 1.1 Die Grundgleichungen der eindimensionalen Strömungsanalyse.- 1.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 1.1.2 Die Kontinuitätsgleichung.- 1.1.3 Die Energiegleichung.- 1.1.4 Die Impulsgleichung.- 1.1.5 Zur Anwendung der Grundgleichungen.- 1.1.5.1 Allgemeines.- 1.1.5.2 Geschwindigkeitsverteilung.- 1.1.5.3 Druckverteilung.- 1.2 Gesetzmäßigkeiten des stark ungleichförmigen Abflusses.- 1.2.1 Energiebetrachtung; die Grenztiefe.- 1.2.2 Kontrollbedingungen für den Gerinneabfluß.- 1.2.3 Impulsbetrachtung; der Wechselsprung.- 2. Bemessung und Gestaltung von Tosbecken.- 2.1 Bemessung grundlegender Tosbeckentypen.- 2.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 2.1.2 Tosbecken mit positiver Stufe.- 2.1.3 Tosbecken mit Schwelle und Zahnschwelle.- 2.1.4 Tosbecken unterstrom eines freien Überfalls.- 2.1.5 Tosbecken mit Rückstau.- 2.1.6 Tosbecken besonderer Bauart.- 2.2 Stabilisierung des Wechselsprungs.- 2.2.1 Tosbecken mit Prallblöcken oder Schwellen.- 2.2.2 Tosbecken mit Sohlenvertiefung oder negativer Stufe.- 2.2.3 Tosbecken mit seitlicher Aufweitung.- 2.2.4 Tosbecken unterstrom eines geneigten Gerinnes.- 2.3 Wechselsprung und Luftbeimengung.- 2.3.1 Einfluß der Vorbelüftung auf den Wechselsprung.- 2.3.2 Luft- und Sauerstoffeintrag im Wechselsprung.- 3. Bemessung von Kontrollbauwerken.- 3.1 Kontrollbauwerke und Abfluß: Anmerkungen zur Koeffizientenhydraulik.- 3.2 Unterströmte Bauwerke.- 3.2.1 Tiefschütze.- 3.2.2 Freispiegelschütze mit freiem Abfluß.- 3.2.2.1 Das unterströmte Schütz.- 3.2.2.2 Einfluß der Reynolds-Zahl.- 3.2.2.3 Maßstabseffekte.- 3.2.2.4 Unterströmte Freispiegelschütze besonderer Bauart.- 3.2.3 Freispiegelschütze mit rückgestautem Abfluß.- 3.3 Überströmte Bauwerke.- 3.3.1 Wehre und Schwellen mit vollkommenem Überfall.- 3.3.1.1 Scharfkantige Wehre und Schwellen.- 3.3.1.2 Wehr mit Überfallrücken.- 3.3.1.3 Überströmte Wehrverschlüsse besonderer Bauart.- 3.3.1.4 Breitkroniges Wehr, Venturikanal.- 3.3.1.5 Maßstabseffekte.- 3.3.2 Wehre mit unvollkommenem Überfall.- 3.3.3 Wehre besonderer Art.- 3.4 Gleichzeitig über- und unterströmte Bauwerke.- 4. Übergangsbauwerke und Einbauten in Gerinnen.- 4.1 Örtliche Energieverluste.- 4.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 4.1.2 Verlust bei Einbauten (Pfeilerstau).- 4.1.2.1 Allgemeines.- 4.1.2.2 Einfluß der Form und der Reynolds-Zahl.- 4.1.2.3 Rauheits- und Turbulenzeinflüsse.- 4.1.2.4 Sohlen- und Endeinflüsse.- 4.1.2.5 Welleneinfluß.- 4.1.2.6 Einfluß von Bauwerksschwingungen.- 4.1.2.7 Verbauung und Nachbarbauten.- 4.1.3 Verlust bei Querschnittsänderungen (strömender Abfluß).- 4.1.3.1 Allgemeines.- 4.1.3.2 Querschnittserweiterungen.- 4.1.3.3 Quer schnittsverengungen.- 4.1.3.4 Einlaufverlust.- 4.1.3.5 Brückenwiderlager und eingestaute Brücken.- 4.1.4 Umlenk- und Verzweigungsverluste (strömender Abfluß).- 4.1.4.1 Krümmungen.- 4.1.4.2 Verzweigungen und Vereinigungen.- 4.2 Übergangsbauwerke für strömenden Abfluß.- 4.2.1 Allgemeine Bemerkungen.- 4.2.2 Gerinneverengungen und Einlaufbauwerke.- 4.2.3 Gerinneerweiterungen und Auslaßbauwerke.- 4.2.4 Gerinnekrümmungen.- 5. Bemessung und Gestaltung von Schussrinnen.- 5.1 Richtungsänderungen bei schießendem Abfluß.- 5.1.1 Allgemeine Bemerkungen.- 5.1.2 Plötzliche Richtungsänderung.- 5.1.3 Allmähliche Richtungsänderung.- 5.1.4 Reflexion und Interferenz stehender Wellen.- 5.2 Gerinnebauwerke für schießenden Abfluß.- 5.2.1 Gerinneverengungen und Einlaufbauwerke.- 5.2.2 Gerinneerweiterungen und Auslaßbauwerke.- 5.2.3 Gerinnekrümmungen und -vereinigungen.- 5.2.3.1 Strömungsverhältnisse in Krümmungen.- 5.2.3.2 Gestaltung von Gerinnekrümmungen und -vereinigungen.- 6. Berechnung des Gleichförmigen Abflusses.- 6.1 Kritische Betrachtung der Abflußformeln.- 6.1.1 Ausbildung und Arten des Normalabflusses.- 6.1.2 Das Widerstandsgesetz.- 6.1.3 Flächen- und Formrauheit.- 6.1.4 Die Abflußformeln.- 6.2 Gerinne mit besonderen Randbedingungen.- 6.2.1 Teilgefüllte Rohre und Stollen.- 6.2.2 Hydraulisch günstigste Fließquerschnitte.- 6.2.3 Gerinne mit unterschiedlicher Rauheit.- 6.2.4 Gerinne mit gegliedertem Querschnitt und Vegetation.- 6.2.5 Gerinne mit beweglicher Sohle.- 6.3 Gerinne mit schießendem Abfluß.- 6.3.1 Froude-Wellen und Strömungswiderstand.- 6.3.2 Gerinneabfluß mit Luftaufnahme.- 6.3.2.1 Allgemeines.- 6.3.2.2 Die Abflußformel.- 6.3.2.3 Die Luftkonzentrationsverteilung.- 7. Berechnung des Ungleichförmigen Abflusses.- 7.1 Leicht ungleichförmige Gerinneströmung.- 7.1.1 Die Grundlagen.- 7.1.2 Klassifikation der Wasserspiegelprofile.- 7.1.3 Voranalyse der Wasserspiegelberechnung.- 7.2 Ungleichförmige Gerinneströmung mit Selbstbelüftung.- 7.2.1 Grenzschichtentwicklung und Belüftungsbeginn.- 7.2.2 Die Luftkonzentrationsverteilung.- 7.2.3 Berechnung des selbstbelüfteten Abflusses.- 7.2.4 Die Energie- und Impulsgleichung.- 7.3 Gerinneströmung mit seitlichem Zufluß.- 7.3.1 Problemstellung.- 7.3.2 Die Grundgleichungen.- 7.3.3 Berechnung der Wasserspiegellage.- 7.4 Gerinneströmung mit seitlichem Abfluß.- 7.4.1 Die Grundgleichungen.- 7.4.2 Streichwehre und seitliche Abzweigungen.- 7.4.3 Bodenauslässe (Tiroler Wehre).- 7.5 Einsatz des Rechners bei Wasserspiegelberechnungen.- 7.5.1 Grundgleichungen und Lösungsverfahren.- 7.5.2 Ermittlung der Profilkennwerte.- 7.5.3 Durchführung der Berechnungen.- 7.5.4 Festlegung der Abflußbeiwerte.- 7.5.5 Einsatz von Taschenrechnern.- Literatur.- Namensverzeichnis.