Ermittlung der hydraulischen Grunddaten

Um Aussagen zur Geschiebetransportdynamik machen zu können, ist es erforderlich, die Abflussganglinie und die Gerinnegeometrie zu kennen, um so die vorhandenen Fließgeschwin -digkeiten ermitteln zu können. Ein Pegel für die Brettach befindet sich lediglich in Neuenstadt, mehrere Kilometer unterhalb der geplanten Hochwasserrückhaltebecken. Da zwischen den geplanten Hochwasserrückhaltebecken und dem Pegel in Neuenstadt mehrere Zuflüsse in die Brettach einmünden, konnten diese Werte nicht für die durchgeführten Untersuchungen ver-wendet werden. Aus diesem Grund wurde am Beginn der Projektlaufzeit ein eigener Pegel kurz oberhalb der Stauwurzel des Hochwasserrückhaltebeckens an der Kläranlage bei Ged-delsbach installiert. Der verwendete Pegel bestand aus einer mit der Lese- und Speichereinheit verbundenen Umlenkrolle, über welche eine Gliederkette lief, an deren Enden wiederum ein ins Wasser eintauchender Schwimmer bzw. ein Gegengewicht befestigt waren. Zum Schutz vor Witterungseinflüssen, Treibgut und Vandalismus wurde die gesamte Anordnung in einem Edel -stahlrohr untergebracht (Abbildung 5.5). Dieses Edel-stahlrohr konnte jedoch nicht das Einfrie-ren des Pegels an einigen Wintertagen und dessen Verstopfung durch Treibgut bei ablaufender HW-Welle verhindern, so dass die Wasserstandsganglinie nicht durchgängig für den gesamten Projektzeitraum aufgezeichnet werden konnte. Jedoch wurden die fehlenden Werte mit Hilfe einer Korrelation der Wasserstände in Neuenstadt, welche online abrufbar sind, und der in Ged-delsbach, welche gemessen wurden, ergänzt (Abbildung 5.6). Dabei wurde eine durchschnitt-liche Zeitverschiebung der Wasserstandsganglinien von etwa vier Stunden berücksichtigt.

Abbildung 5.5: Installierter Pegel oberhalb der Stauwurzel des Hochwasserrückhaltebeckens A4 bei der Klär-anlage Geddelsbach.

Abbildung 5.6: Korrelation der Wasserstände in Neuenstadt und Geddelsbach (Zeitverschiebung 4 h).

Zusätzlich zu den Pegeldaten wurden, zeitlich über die gesamte Projektlaufzeit verteilt, für verschiedene Wasserstände Abflussmessungen durchgeführt. Dabei diente der online abrufbare Pegel bei Neuenstadt als Referenzpegel. Sobald dieser einen höheren Wasserstand anzeigte, wurden Abflussmessungen am Messquerschnitt bei Geddelsbach vorgenommen. Diese erfolgten mit Hilfe eines Ultraschallsensors durch Punktmessungen an über die gesamte Querschnitts-breite äquidistant angeordneten Messlotrechten. Dabei werden unter der vereinfachenden Annahme eines logarithmischen Geschwindigkeitsprofils die mittleren Fließgeschwindig -keiten v in Höhe von 40% der jeweiligen Wassertiefe y bestimmt und daraus anschließend der Abfluss ermittelt. Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Abflusses ist zwar mit einer relativ hohen Ungenauigkeit behaftet, jedoch sehr einfach in seiner Handhabung. Da bei den durchgeführten Untersuchungen aufgrund der großen Schwankungsbreite bei den Formen der Fließquerschnitte, den Sohlneigungen und den Rauheiten usw. ohnehin große Ungenauigkeiten zu erwarten waren, wurde dieses Messverfahren als ausreichend erachtet.

Abbildung 5.7: Bestimmung des Abflusses Q mit Hilfe von Punktmessungen an über den Fließquerschnitt äqui-distant angeordneten Messlotrechten.

Mit Hilfe der gemessenen Abflussdaten und der dementsprechenden Wasserstände konnte eine Wasserstands-Abflussbeziehung erstellt werden (Abbildung 5.8). Im Bereich von Wasser -tiefen bis 60 cm konnten die Abflussmessungen mit dem Ultraschallsensor ohne größere Pro -bleme durchgeführt werden. Bei Abflusstiefen > 60 cm konnten die Messungen aufgrund der

Abbildung 5.8: Wasserstands-Abflussbeziehung am Pegel Geddelsbach mit den gemessenen Punkten sowie der Ausgleichskurve.

hohen Fließgeschwindigkeit und der damit verbundenen großen Gefährdung für den Aus-führenden, der zur Messung in das Gewässer muss, nicht mehr durchgeführt werden. Aus die-sem Grund sind in Abbildung 5.8 nur Messpunkte bis zu einer Wassertiefe von 60 cm einge-tragen. Die für die Ermittlung der Abflusswerte verwendete Ausgleichskurve wurde im Bereich bis zu 60 cm durch lineares Interpolieren zwischen den meisten der Messpunkte erhalten. Im Bereich über 60 cm Wassertiefe musste extrapoliert werden, wofür eine ebenfalls um 4 Stun-den zeitverschobene Korrelation der Abflüsse in Neuenstadt und Geddelsbach herangezogen wurde. Die auf Grundlage des Pegels und der dazugehörigen Wasserstands-Abflussbeziehung ermittelten Ganglinien für den Wasserstand und den Abfluss sowie die Abflussdauerlinie sind in Abbildung 5.9 dargestellt.

Abbildung 5.9: Wasserstandsganglinie (blau/hellblau), Abflussganglinie (rot/orange) und Abflussdauerli-nie (grün) am Pegel Geddelsbach innerhalb des Untersuchungszeitraums vom 5.10.2004 bis 4.10.2006. Die unterschiedliche Hintergrundschattierung kennzeichnet die Zeiträume in denen die Geschiebefallen ausgesetzt wurden.

An den Ganglinien sind deutliche jahreszeitabhängige Unterschiede im Abflussgeschehen zu erkennen. Die ersten beiden Quartale der Jahre 2005 und 2006 waren insgesamt von höheren Wasserständen bzw. Abflüssen geprägt, welche in den Wintermonaten des erstens Quartals durch stärkere Niederschläge und die Schneeschmelze Ende Februar bedingt waren. In den Frühlingsmonaten des 2. Quartals waren die jahreszeitlich üblichen starken, teilweise lang anhaltenden Niederschläge zu beobachten. Hingegen wurden im 4. Quartal des Jahres 2004 sowie im 3. und 4. Quartal des Jahres 2005, abgesehen von einem kurzen Starkniederschlags-ereignis am 29./30. Juli 2005, durchweg sehr geringe Wasserstände bzw. Abflüsse gemessen.

Lediglich die Abflusswerte des 3. Quartals im Jahr 2006 unterscheiden sich durch eine Reihe höherer Abflüsse (vor allem im sehr niederschlagsreichen August) von denen im Vorjahr. Ein einjährlicher Abflusswert HQ₁ von mehr als 21 m³/s wurde innerhalb des zweijährigen Unter-suchungszeitraums nicht gemessen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Untersuchungen war die tachymetrische Aufnahme der Gerinnegeometrie. Damit wurden zweierlei Ziele verfolgt. Zum einen sollten anhand der Auf-nahme von fünf Fließquerschnitten (drei davon innerhalb des Stauraums des Hochwasserrück -haltebeckens, die anderen beiden unterhalb des Absperrdamms, Abbildung 5.10) sowohl vor dem Baubeginn als auch nach Bauende eventuelle Veränderungen in der Gerinnegeometrie durch den Baubetrieb aufgezeigt werden. Zum anderen dienten die fünf Querprofile als Ein -gangsdaten für die numerische Simulation von HW-Ereignissen (Kapitel 6.1.3). Die fünf auf-genommenen Querprofile sind in Abbildung 5.11 dargestellt. Bei der Auswahl der Querprofile wurde auf eine relativ gute Zugänglichkeit durch den teilweise sehr dichten Ufersaum vor allem darauf geachtet, dass die Querschnitte nicht in einer Kurve liegen, um so über den Querschnitt weitestgehend gleichmäßige Strömungsbedingungen zu erhalten. An jedem der mit Hilfe eines Tachymeters exakt vermessenen Querprofile wurde ein Fixpunkt mit GPS eingemessen und markiert, so dass nach Ende der Bauarbeiten genau die selben Querschnitte erneut vermessen werden konnten. Auf eine aufwändige Vermessung eines Längsprofils entlang der Flussachse wurde verzichtet, da im Zuge der Genehmigungsplanung für die drei Hochwasserrückhaltebe-cken bereits umfangreiche Vermessungsarbeiten im Bereich der späteren Hochwasserrückhalte-becken durchgeführt wurden, welche in Form von Höhenschichtlinienplänen vorlagen.

Abbildung 5.10: Lageplan der Sperrenstelle mit den fünf aufgenommenen Profilquerschnitten sowie den drei Aussetzungsorten der Geschiebefallen.

Abbildung 5.11: Aufgenommene Querschnittsprofile Q1 bis Q5.

Bereits bei der Neuaufnahme der fünf Querprofile im Sommer 2006 wurde deutlich, dass eine problemlose Auswertung durch einen Vergleich der Gerinnegeometrien nicht möglich sein wird. Der Grund hierfür war vor allem die Tatsache, dass die Markierungen der mit GPS einge-messenen Fixpunkte im Zuge der Bauarbeiten entfernt wurden (Brückenbauarbeiten im Bereich des Profils Q5, bzw. Geländeauffüllung im Bereich des Querschnitts Q4). Der Fixpunkt des Profils Q1 konnte aufgrund einer stark wuchernden Vegetation nicht mehr wiedergefunden wer -den. Da die Genauigkeit der im Sommer 2004 mit Hilfe des GPS ermittelten Koordinaten der Fixpunkte bei lediglich +/- 3 m lag, konnten diese Punkte auch nicht mit Hilfe des GPS eindeu-tig wiedergefunden werden. Dadurch ergaben sich für die Profile Q1, Q4 und Q5 zwangsläufig unterschiedliche Profile bei den Messungen im Sommer 2004 und im Sommer 2006. Diese konnten, wenngleich sie nahe beieinander lagen, nicht für Aussagen bezüglich Veränderungen der Gerinnegeometrie herangezogen werden.

Allein bei den Querprofilen Q2 und Q3 konnten relativ genau die gleichen Querschnitte vermessen werden. Während sich beim Profil Q3 keine signifikanten Veränderungen in der Gerinnegeometrie zeigten, konnten bei Querschnitt Q2 Veränderungen durch bis zu 20 cm starke Ablagerungen von sandigem Material auf dem flachen Bereich neben dem Hauptab -flussquerschnitt nachgewiesen werden (Abbildung 5.12). Diese Ablagerungen resultieren aus einem einzelnen nahezu bordvollen Abflussereignis am 9. März 2006. Aus diesem Grund sind die Veränderungen der Gerinnegeometrie nicht auf den Baubetrieb zurückzuführen, zumal Q2 relativ weit oberhalb des Absperrdamms liegt.

Abbildung 5.12: Veränderungen der Gerinnegeometrie des Querprofils Q2 zwischen 2004 und 2006.

Da selbst die unterschiedlichen vermessenen Querprofile Q1, Q4 und Q5 auf keine bedeu -tenden Veränderungen der Gerinnegeometrie schließen lassen, kann davon ausgegangen wer-den, dass Veränderungen der Gerinnegeometrie durch den Baubetrieb bei Neubau von Hoch-wasserrückhaltebecken in einer signifikanten Größenordnung nicht zu erwarten sind.