Vorlesung 3 Flashcards
Wasserbauliche Einrichtung (79 cards)
1
Q
Wo findet man die Definition für Stauanlagen?
A
DIN 19 700
2
Q
Wie werden Stauanlagen nach der DIN 19 700 unterteilt?
A
- Gemeinsame Festlegungen
- Talsperren !
- Hochwasserrückhaltebecken
- Staustufen !
- Pumpspeicherbecken !
- Sedimentationsbecken
- Die mit “!” markiert sind für die Wasserkraft relevant
3
Q
Ab wann spricht man von einer großen Talsperre?
A
Ab 15 m Höhe ODER 1.000.000 m³ Gesamtraum
4
Q
Wie unterscheiden sich Talsperren und Staustufen?
A
Talsperren: Sperrt den gesamten Talquerschnitt ab
Staustufen: Sperrt im wesentlichen einen Wasserlauf auf seiner Breite ab
5
Q
Woraus besteht eine Stauanlage?
A
- Absperrbauwerk im Speicherbecken (Hauptsperre)
- ggf. Vorsperren in den Stauwurzelnbereichen
6
Q
Wie können die Speicherräume in einer Talsperre unterteilt werden?
A
- Beckenraum (Krone bis einschließlich Totraum)
- Gesamtstauraum (Höchstes Stauziel bis einschließlich Totraum)
- Stauraum (zwischen Höchstes und normalen Stauziel bis einschließlich Totraum)
- Nutzraum (Höchstes Stauziel bis Tiefstes Absenkziel)
- Betriebsraum (Stauziel bis Absenkziel)
- Freiraum (Beckenraum-Gesamtstauraum)
- Außergewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum (Gesamtstauraum -Stauraum)
- Gewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum (zwischen außergewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum und Stauziel)
- Reserveraum (zwischen Absenkziel und Tiefstes Absenkziel)
- Totraum (unterhalb des tiefsten Absenkziels)
7
Q
Woraus bestehen Stauanlagen, die im wesentlichen nur den Fluss absperren?
A
- Absperrbauwerk (Wehranlage)
- Stauhaltung (Staubecken und ggf. Dämme)
- ggf. Zweckbauwerke (WKA, Schleuse, Fischtreppe, etc.)
8
Q
Wie können die Staustufen bei einer Stauanlage im Fluss unterteilt werden?
A
I: Fallhöhe > 5 m
II: Fallhöhe > 3 bis <= 5 m
III: <= 3 m
9
Q
Wie werden Sperrbauwerke unterteilt?
A
Dämme und Mauern
10
Q
Wie sind Dämme in Bezug auf Sperrbauwerke charakterisiert?
A
- Erd-/Steinschüttdämme
- Verdichtetes natürliches Baumaterial
- Standsicherheit aufgrund Eigengewicht, alle Untergründe
- Kern- oder Außendichtung
- i.d.R. HWE-/Auslassanlagen getrennt vom Bauwerk
11
Q
Wie sind Mauern für Sperrbauwerke charakerisiert?
A
- Schwergewichts-/ Bogen-/ PfeilerStaumauern
- Homogenes Beton (Bruchstein)-
Bauwerk - Standfester, tragfähiger Untergrund
(Fels) erforderlich (hohe
Bodenpressung) - Außendichtung
- i.d.R. HWE-/Auslassanlagen im
Bauwerk integriert
12
Q
Was bestimmt den Typ einer Talsperre?
A
Talform, Geländebeschaffenheit und an der vorgesehenen Sperrenstelle
verfügbare Baustoffe bestimmen hauptsächlich den Typ einer Talsperre
13
Q
Was sind die Charakteristika von Dämmen?
A
- Errichtet aus natürlichem Material nach erdbautechnischen Grundsätzen (Verdichtung)
- Unterteilung in Erddämme ( >= 50 % verdichteter Boden) und Steinschüttdämme ( >= 50 % Kiese/Steine)
- i.d.R. in Zonen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und Aufgaben eingeteilt (Stützkörper, Dichtungskörper, Filter, etc.) -> Zonendämme; nur kleinere Dämme (H < 20 m) gelegentlich als homogene Dämme (Wirtschaftlichkeit!)
- statische Wirkung basiert auf Eigengewicht und Übertragen der resultierenden Kräfte
(EG & Wasserdruck) über Reibung in den Untergrund - Außen- oder Innen- (= Kern-) Dichtung, Dichtungsmaterial natürlich (Ton, Lehm) oder
künstlich (Beton oder Asphaltbeton) - Großes Volumen, große Aufstandsfläche
- Gründung auf Fels und Lockergestein möglich (geringe Bodenpressung)
14
Q
Wie können Erddämme aufgebaut sein?
A
- Homogener Damm mit Drainageprisma
- Homogener Damm mit Kaminfilter
- Zonendamm mit Lehmkerndichtung
- Erd- oder Steinschüttdamm mit Lehmkerndichtung
15
Q
Wie können Steinschüttdämme aufgebaut sein? Was muss dabei beachtet werden?
A
- Lehmkerndichtung
- Lehmkerndichtung mit schrägem Kern
- Asphaltbetonoberflächendichtung
- Asphaltbetonkerndichtung
-> Steinschüttdämme immer als Zonendämme mit Innen- oder Außendichtung
16
Q
Was ist charakteristisch für homogene Dämme?
A
- i.d.R. bis H < 20 m (z.B. HWRs,
Flussdeiche) und für temporären
Einstau - einheitliches, wenig durchlässiges
Schüttmaterial (kf ≤ 10-6 m/s) ohne
Dichtung - Durchsickerung mit hohe Sickerlinie
- Sicherung luftseitiger Dammfuß
(Drainageprisma, Auflastfilter,
Kaminfilter) - Böschungsneigung max. 1 : 2,5
17
Q
Was ist charakteristisch für Zonendämme (Kerndichtung)?
A
- 2 oder mehr Zonen (Kern, Stützkörper)
mit filterstabilen Übergangszonen
(Breite d ≥ 2 m wegen
Verdichtungsfahrzeugen) - natürliches Kernmaterial (k ≤ 10-7 m/s)
muss in Baustellennähe verfügbar sein
(Alternativ künstl. Dichtung,
z.B. Asphaltbeton) - Schüttung und Verdichtung
in horizontalen Lagen - Kontrollgang möglichst auf festen Fels
gründen; für H < 100 m nicht zwingend
erforderlich- Sicherwassermessung
- Abdichtung in den Untergrund
18
Q
Welche Erforderlichen Materialkennwerte werden in Laborversuchen ermittelt?
A
- Scherfestigkeit
- Durchlässigkeit
- Verformbarkeit
- Proctor-Dichte
19
Q
Wozu dienen anschließende Feldversuche beim Einbau eines Damms?
A
Für die Ermittlung der notwenidgen Verscihtungsarbeit (z.B. Art und Anzahl Überfahrten Verdichtungsgeräte)
20
Q
Welches Schüttmaterial wird für Stützkörper, Filter- und Dränageschichten und den Erdkern verwendet? Gib die max. mögliche Einbauhöhe an.
A
Stützkörper:
- Stein < 600 mm: 1,0 m
- Kies: 0,6 m
- Sand: 0,4 m
Filter- und Dränageschichten:
- Kies, Sand (k_Filter etwa 100 * k_Kern): 0,4 m
Erdkern:
- Schluff, Ton: 0,2 - 0,3 m
21
Q
Wie wird der Damm gegen mechanische Angridde (Wellen, Eis) geschützt?
A
- wasserseitiger Steinwurfe/Steinsatz
22
Q
Wann werden Bremen eingesetzt?
A
- Bei H < 20 m Bremen für Unterhaltungsmaßnahmen (b >= m falls befahrbar)
23
Q
Was ist die häufigste eingesetzte Dichtung?
A
- Innen liegende Dichtung aus natürlichem Material
24
Q
Welche Dichtungen werden eingesetzt?
A
- Erdkerndichtung
- Asphalt-Innendichtung
- außen liegende Dichtung (Oberflächendichtung) aus Asphaltbeton
- Concrete-Face-Rockfill-Dam (CFRD, Betonaußendichtung)
25
Welche Mauertypen gibt es?
- Gewichtsstaumauer
- Bogenstaumauer
- Pfeilerstaumauer
26
Was sind die Vorteile von Staumauern gegenüber Dämmen?
- kein Versagen bei Überströmung
- bei Entlastung über Mauerkrone entfällt separates Hochwasserentlastungsbauwerk
- Auslassleitungen können durch Mauer geführt werden
- geringes Volumen als Dämme (Aber höhere spezifische Materialkosen)
27
Was entscheidet über die Wahl des Mauertyps?
Talform maßgeblich für Mauertyp
28
Was sind die topologischen und geologischen Voraussetzungen für:
- Gewichtsstaumauer
- Pfeilerstaumauer
- Bogenstaumauer
- Bogengewichtsstaumauer
Gewichtsstaumauer:
- Anwendungsgebiet: breite Täler
- tragfähige Talsohle aus Feld
Pfeilerstaumauer:
- Anwendungsgebiet: breite Täler
- sehr tragfähige Talsohle aus Feld mit gleichmäßigem E-Modul
Bogenstaumauer:
- Anwendungsgebiet: enge U- oder V-Täler mit steilen Flanken
- gleichmäßig tragfähiger Fels mit hohem Verformungsmodul vor allem in den Talflanken
Bogengewichtsstaumauer:
- Bei Tälern mit b:h < 5
- tragfähige Talsohle und Talflanken
29
Wozu dient der Kontrollgang?
Messung der Verschiebung oder Neigung, sowie Untergrundabdichtung
- Gewichtslot -> Verschiebung/Neigung Mauerkrone
- Schwimmlot -> Verschiebung ggü. Untergrund
- Dichtungsschleier in den Untergrund sowie OW und UW Piezometer
30
Wie wird die Untergrundabdichtung für Lockerböden und für Feld ermittelt?
Lockerböden: Laborversuche an ungestörten Bodenproben der Sperrstellen
Fels: Wasserabpressversuche
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Welche Abdichtungsmethoden werden bei Lockerböden eingesetzt?
- Bodenverdrängungsverfahren
- Bodenaushubverfahren
- Bodenverfestigungsverfahren
32
Welche Abdichtungsmethoden werden bei Fels eingesetzt?
- i.d.R. Zementinjektion, Parameter:
- Bohrlochabstand, Wasser/Zement-Wert, Injektionsdruck, Additive (z.B. Verflüssiger)
- Selten: Hochdruckinjektion oder gefräste Schlitzwand
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Nenne Nebenbauwerke, die der Nutzung und der Sicherheit der Anlage dienen.
- Entnahmeanlagen: erlauben gezielte Abgabe des gespeicherten Wassers und bei Bedarf die Entleerung des Betriebsraumes
- Entlastungsanlagen: führen den nicht speicherbaren Zufluss bei Hochwasser schadlos ab
34
Welche Entlastungsanlagen werden bei Dämmen installiert?
- I.d.R. HWE an talflanke angeordnet mit Schussrinne (oder Kaskade) als Transportbauwerk
- Frontal oder seitlich angeströmtes Kopfbauwerk (Überfall) mit Kontrollschwelle (Übergang strömen - schießen)
- altern. Turmbauwerk (Einlauftrichter) mit Freispiegelstollen als Transportbauwerk
- Stollen bzw. Schacht auch in Kombination mit HWE an Talflanke
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Was ist der Nachteil bei Stollen/Schacht?
- nur geringe Abflussreserven bei Überlastung (Druckstollen) -> bevorzugt nur an Sperren mit kleinem Einzugsgebiet
36
Welche Entlastungsanlagen gibt es bei Mauern?
- Freier Überfall (Bogenstaumauer)
- Überlauf mit Sprungschanze
- Überlauf direkt über den Mauerrücken (Schussrinne Tosbecken oder Kaskade)
37
Was sind Entnahmeanlagen?
- Entnahmeanlagen entnehmen dem Gewässer das Nutzwasser und führen es mittels eines Transportbauwerks der utzung zu und besteht aus
- Wasserfassung
- Transportbauwerk (Kanal und/oder Druckstollen einschli. Verzweigungen)
- Wasserschloss (bei Wasserkraftanlagen)
Bei Wasserkraftanlagen werden diese Bauwerke als Triebwasserweg bezeichnet
38
Was sind Wasserfassungen?
- Wasserfassungen sind Bauwerke, die der Entnahme und gegebenenfalls Reinigung von Trieb-/Nutzwasser aus einem Gewässer, d.h. Bach, Fluss, See oder Speicher dienen, das der Trieb-/Nutzwasserleitung zugeleitet wird
- Da Gewässer - insbesondere Fließgewässer - zum Teil erhebliche Mengen an Feststoffen (Geschiebe, Schwebstoffe, Treibgut) transportieren, haben Wasserfassungen die Aufgabe Waser unter weites gehender Abhaltung von Feststoffen der Trieb-/Nutzwasserleitung hydraulisch optimiert zuzuführen. Sinnvoller Weise werden Wasserfasssungen unterteilt in:
- Wasserfassung an Staugewässern (=Einlaufbauwerk)
- Wasserfassung an Fließgewässern
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Was ist charakteristisch für Wasserfassungen?
Die Aufgabe des Entnahmebauwerks beschränkt sich im Grunde darauf, den Beckenzufluss hydraulisch günstig und frei von Störstoffen in den Nutzwasserstollen einzuleiten:
- Die Entnahme erfolgt i.d.R. mittels eines unter der Wasseroberfläche liegenden Entnahmebauwerks
- Anordnung in der Staumauer integriert, als separater Entnahmeturm (bei Dämmen) oder an der Talflanke
- Lage des Einlaufes im Wesentlichen nach Gesichtspunkt der Trassenminimierung
- Eintrittsbereich wird trichterförmig ausgebildet (Minimierung der Eintrittsverluste)
- ausreichende Einlaufüberdeckungshöhe muss vorgesehen werden (Vermeidung von Lufteintrag)
40
Wie ist eine Umlenkfassung anzulegen?
Möglichst am Außenufer, entweder nach Krümmungsscheitel oder durch Buhnen, die eine Strömungsumlenkung erzeugen, so dass Fassung am "Außenufer" gelegen ist
41
Was ist die Geschiebewelle?
- wirkt als Höhenhindernis, um Eintritt des Geschiebes zu verhindern
- Bereich vor Schwelle (Vorboden) muss gespült werden könne, um Höhendifferenz zu erhalten
- i.d.R. 2 oder mehr Schwellen, die ein Vorbecken bilden, welches in den Spülkanal mündet
- Kragschwelle verstärkt "Spülwirkung" (Spiralströmung)
42
Wie funktioniert der Geschiebeabzug?
- Anordnung unterhalb der Ausleitung; Abzug erfasst Zufluss mit Geschiebe, teilt in aber in 2 Stockwerke, d.h. (Geschiebe unten, Großteil des Zuflusses (=Nutzwasser) oben
- Effizienz, aber aufwendig im Bau sowie rel. hoher Wasserverlust (Spülwasser)
- an Trennstelle sind Turbulenzen zu vermeiden, da sonst Körner über den Trennboden "springen"
43
Wie funktioniert die Sohlentnahme?
- gänzlich anderes Prinzip als Seiten- oder Stirnentnahme: Wasser strömt durch Fallrechen in Sammelrinne; Geschiebe & Geschwemmsel "rutscht" über Fallrechen ins Unterwasser
44
Wie erfolgt die Schwimmstoffabweisung?
Schwimmstoffabweisung (Geschwemmselabweisung) erfolgt i.d.R. abgestuft:
- Einlaufrechen; begrenzt Geschwemmsel auf zul. Größe und schützt Lebewesen vor Einzug in die Turbine
-> teilw. sehr kleine lichte Stabweiten
- bei großem Geschwemmselanfall führt dies zur Überforderung des Rechens
-> vorgeschaltete Tauchwand und/oder leistungsfähige Rechenreinigungsanlagen
45
Wozu dient der Einlaufrechen bei der Schwimmstoffabweisung?
- der Fernhaltung von Fremdkörpern vor der Turbine (Geschwemmsel)
- der Zurückhaltung von Treibeis
- der Reinigung des Gewässers
- dem Schutz von Personen die im Wasser treiben und vor der Strömung in die Turbine gezogen werden könnten
46
Wozu dient die Rechenreinigungsanlage?
- Entnahme des angeschwemmten Rechenguts
- (manchmal auch) im Reparaturfall dem Setzen von Dammbalken zwischen dem Rechen und dem Turbineneinlauf
47
Wie ist ein Einlaufrechen aufgebaut?
- Ebene Rechenfläche, vertikal angeordnete Stäbe (Reinigung von oben!)
- Distanzhalter (Rundprofile) verbinden Stäbe zu Rechenfeldern; ggf. Querbalken zur Lastabtragung erforderlich
- Neigung 0 - 40°; Optimum 15°
- Stababstand ergibt sich aus den maximal möglichen Maßen des Treibgutes im Nutzwasser, das ohne Schadensfolge eindringen darf:
- Grobrechen i.d.R. ca. 50-150 mm
- Feinrechen i.d.R. 10-30 mm
48
Wann sind die am besten geeigneten Rechenstäbe?
Am besten Tropfenform, also abgerundete Profile. Kantige Profile sind nicht gut geeignet
49
Wie können Fische vor der Turbine geschützt werden?
- Reduzierung des Stababstandes zum Schutz von Wanderfischen (z.B. Aalen) führt zu erhöhten Fließwiderständen (Energieverlust) sowie Bau- und Betriebskosten
- Anströmungsgeschwindigkeit des Rechens muss geringer als die mögliche Schwimm- bzw. gar Sprintgeschwindigkeit der Wanderfische sein
- Anordnung von Schrägrechen (Vergrößerung der Rechenfläche)
- Lockströmung sowie Auf-/Abstiegshilfen erforderlich
50
Was ist die Aufgabe einer Tauchwand?
- agiert als Höhenhindernis für Geschwemmsel
- Eintauchtiefe ca. 0,8-1,0 m
51
Wozu benötigt man Betriebsverschlüsse?
- werden benötigt, um bei Betriebsströrungen, Revisions-/Instandsetzungsarbeiten oder außergewöhnliche Ereignissen (Unwetter mit hohem Geschiebe-/ Treibgutanfall, Hochwasser) Wasserfassungen und Triebswasserleitung verschließen und ggf. entleeren zu können
- dienen auch zum Verschluss oder Durchflusssteuerung von Wehranlagen und Hochwassererntlastungsanlagen
52
Wie werden Betriebsverschlüsse unterschieden?
- Bewegung: Hubbewegung oder Drehbewegung
- Strömung: Unterströmung/ Überströmung / Über- und Unterströmung
53
Wovon ist der Einbautyp für Betriebsverschlüsse abhängig?
Einbautyp abhängig von Durchgang, Geschiebe, Geschwemmsel, Eis
54
Nenne Beispiele für Überströmte Verschlüsse.
- Klappenwehr
- Sektorwehr
- Dachwehr
55
Nenne Beispiele für unterströmte Verschlüsse.
- Hubschütz
- Drucksegment
- Zugsegment
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Nenne Beispiele für über- und unterströmte Verschlüsse.
- Hub-Senkschütz
- Hakenschütz
- Doppelschütz
57
Was sind die wichtigsten / gebräuchlichsten Verschlüsse?
- Schütz
- Segmente (insb. Drucksegment)
- Klappen (häufig in Kombination mit anderen Wehrformen)
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Welche neue Art des Wehrs gibt es?
Schlauchwehre
- Textilarmiertes Gummi
- luft- oder wassergefüllt
- 0,5 bis 3,0 m Schlauchhöhe
- am Stück bis 200 m Länge - Segmente möglich (fast unbegrenzt)
59
Was sind Not-/Revisionsverschlüsse?
- dienen zum Verschluss in Notfällen oder bei Revisionen der Betriebsverschlüsse bzw. um Einläufe, Leitungen, Tosbecken, etc. trocken zu legen
60
Wo findet man Not-/Revisionsverschlüsse?
- in Einlaufquerschnitt von Wasserfassungen, Turbineneinläufen oder beweglichen Wehranlagen sind i.d.R. Führungsschienen/-nischen zur Aufnahme von Not-/Revisionsverschlüssen vorgesehen
61
Woraus bestehen Not-/Revisionsverschlüsse?
- bestehen i.d.R. aus Dammbalken - einzelne horizontal übereinander liegende Balken/Tafeln (Holz oder Stahl). Selten vertikale gestellt Profile (Nadeln) oder eingeschwemmte Verschlüsse
62
Nenne Beispiele für Not-/Revisionsverschlüsse.
- Dammbalken
- Nadeln
63
64
Wie werden Verschlussorgane an Druckleitungen eingesetzt?
- in Druckrohrleitungen (z.B. Grundablässe, Triebwasserleitungen) werden i.d.R. 3 unabhängig bedienbare Verschlüsse angeordnet
65
Welche Verschlussorgane gibt es?
- Revisionsverschluss
- Absperrverschluss
- Regelveschluss
66
Wozu dient der Revisionsverschluss?
- zur Entleerung der Leitung bei Revisionen/Reparaturen
67
Wozu dient der Absperrverschluss?
- zur Unterbrechung des Durchflusses im Normalbetrieb mit planmäßig nur 2 Stellungen: offen - geschlossen
68
Wozu dient der Regelverschluss?
- zur Regulierung der Durchflussmenge
69
Was sind die häufigsten Verschlussorgane?
- Absperrklappe
- Kugelhahn / Kugelschieber
70
Wie funktioniert die Absperrklappe?
- Klappe im Inneren kann durch ein Fallgewicht geschlossen werden
- Be- und Entlüftungsventil sorgt für Lufteintritt bei Schnellschluss und für Luftaustritt bei Befüllung
71
Was ist das häufigste Regelschlussventil?
Kegelstrahlventil
72
Was ist Ziel des Triebwasserwegs?
- möglichst kurze Verbindung zwischen Entnahmebauwerk (bzw. Wasserschloss) und Krafthaus
73
Wie wird der Triebwasserweg angelegt?
- oft als Druckstollen (seltener Freispiegelleitungen) mit möglichst geringen Reibungsverlusten
74
Wie ist der Triebwasserweg geteilt?
Triebwasserweg häufig zweigeteilt:
- (nahezu) horizontale Druckleitung zwischen Reservoir und Wasserschloss
- steiler Druckstollen/-schacht zwischen Wasserschloss und Krafthaus
75
Welche Baustoffe werden beim Triebwasserweg eingesetzt?
Baustoffe:
- Stahl
- Beton
- Kunststoffe
- häufig Stahlauskleidung zur Kraftaufnahme und Reduktion der Reibungsverluste (=Energieverluste)
76
Wie ergibt sich die Stollen Nennweite?
Stollen Nennweite = Durchmesser ergibt sich zumeist aus wirtschaftlichen Betrachtungen, d.h. Gegenüberstellung von:
- Investitionssumme
- Betriebskosten und
- Energieerzeugung
77
Wodurch werden bei der Bemessung des Triebwasserwegs Beschränkungen bestehen?
- zusätzlich können Beschränkungen der max. Fließgeschwindigkeit (und damit des Durchmessers) durch Turbinenregelungen (Schließzeiten) oder Erosionswirkung durch Feststoffe im Triebwasser bestehen
78
Welche Fließgeschwindigkeiten werden im Triebwasserweg angestrebt?
- Fließgeschwindigkeiten v = 1 - 7 m/S, mit v im unteren Bereich bei langen und flachen und im oberen Bereich bei kurzen und steilen Leitungen
79
Welche örtlichen Verluste können neben den (kontinuierlichen) Reibungsverlusten auftreten?
- Einlaufverluste und Rechenverluste
- Verluste an Umlenkungen/Krümmungen
- Verluste an Verzweigungen
- Verluste an Aufweitungen/Einschnürungen
- Verluste an Organen (Schieber, Verschlüsse)
