Wasser

Der Bereich, der wie kaum ein anderer die zukunftsweisenden Vorstellungen Viktor Schaubergers Realität werden ließ, ist der Flussbau. Zu aktuellen Umsetzungen von seinen Konzepten einer naturgerechten Flussregulierung sowie deren Weiterentwicklung („Instream River Training“) sind mittlerweile viele wissenschaftliche Arbeiten und Fachartikel erschienen. Eine Zusammenfassung bietet die wikipedia-Seite:
Instream River Training

Studentische Arbeiten am Leichtweiß-Institut für Wasserbau an der TU Braunschweig

a) Flussbau nach Viktor Schauberger – Ein Vergleich zwischen konventionellen, naturnahen und Schaubergers Methoden

Im Studienjahr 2002/2003 ist am „Leichtweiß-Institut“ eine erste Vertieferarbeit zu Viktor Schauberger abgenommen worden. Klaus Koll hat diese Arbeit über „Wasserbau nach Viktor Schauberger“ am Institut für Wasserbau und Gewässerschutz, Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Dittrich, eingereicht. Sie enthält eine fundierte Gegenüberstellung von herkömmlicher Flussverbauung einerseits, Bestrebungen zur „Renaturierung“ andererseits – und dazu als vollkommen eigenständigen, dritten Weg die Vorschläge Viktor Schaubergers, wie man Fließgewässer zu regulieren habe.

Wir zitieren aus der Zusammenfassung dieser Arbeit:

Der Flussbau nach Viktor Schauberger wird in diesem Entwurf mit dem konventionellen und dem naturnahen Wasserbau verglichen. Der konventionelle Wasserbau zeichnet sich dadurch aus, dass Flüssen häufig nur die Funktion als Vorfluter, Transportmedium oder Schifffahrtstrasse zugedacht war und Belange der Natur weitgehend außer Acht gelassen wurden. Eingesetzt wurde meist der Totverbau oder auch steifer Verbau.

Flussabschnitte wurden begradigt und das Flussbett durch steifen Verbau und Querwerke in schwerer Ausführung reguliert und gesichert. Um der gestörten Biologie und den hohen Unterhaltskosten Rechnung zu tragen, wird vermehrt Rückbau von technisch veränderten Flussläufen hin zu naturnäheren Gewässern betrieben.

Im naturnahen Flussbau werden die Flüsse und ihre Randgebiete in erster Linie als Lebensraum für Flora und Fauna gesehen. Er verfolgt die Wiederbelebung von biologisch verödeten Gewässerstrukturen und den Schutz vorhandener naturnaher Fließgewässer.

Wichtige Instrumente im naturnahen Flussbau sind der Lebendverbau, die Beschattung der Ufer und der Einsatz von leichten Buhnen. Eine Sonderstellung nehmen die „Iowa Vanes“ ein, die direkt, ohne weitere Ufereinbauten, durch ihren Einfluss auf die Strömung eine Sicherung der Ufer bei gleichzeitiger Eintiefung der Gewässermitte bewirken.

Bereits in den 1920er Jahren sah Schauberger den negativen Einfluss des konventionellen Flussbaus voraus. Er entwickelte hierzu alternative Konzepte, die im wesentlichen auf seiner Theorie, dass die Wassertemperatur der regelnde Faktor ist, basieren. Er ging davon aus, dass nur durch Berücksichtigung des Temperatureinflusses „naturrichtiger“ Flussbau betrieben werden kann. In der Regulierung der Salza in Österreich und in einem Neubau eines oberirdischen Regenwasserkanals in Schweden wurde erfolgreich auf Ansätze Schaubergers aufgebaut.

Der Vergleich zwischen konventionellem und naturnahem Flussbau und dem Flussbau nach Schauberger zeigt, dass einige seiner bereits in den 1920er und 1930er Jahren entwickelten Regulierungsmaßnahmen große Ähnlichkeit zu Methoden aufweisen, die erst seit kurzer Zeit Stand der Technik sind. Dies sind der beschattende Uferbewuchs, der ein wesentlicher Grundsatz des naturnahen Flussbaus ist, ein Buhnensystem, das sehr einem erst kürzlich entwickelten alternativen Buhnensystem ähnelt, und die „Energiekörper“, deren Prinzip sich mit den erst 1987 patentierten Iowa Vanes deckt.

Schauberger entwickelte noch weitere Systeme zur Gewässerregulierung, zu denen es jedoch weder im konventionellen noch im naturnahen Flussbau vergleichbare Elemente gibt.

Der entscheidende Unterschied zwischen konventionellem/naturnahem Flussbau und demjenigen nach Schauberger und vermutlich auch die Skepsis, die Schauberger von Ingenieursseite entgegengebracht wird, liegt in dem Grundgedanken Schaubergers, dass die Wassertemperatur der maßgebende Faktor bei der Gewässerregulierung ist. Um die Methoden Schaubergers vollständig beurteilen zu können, muss deshalb zunächst untersucht werden, inwieweit Schaubergers Theorie zutrifft. Eine auf diese Arbeit aufbauende Literaturarbeit zu dem Einfluss der Temperatur auf die Wasserbewegung und den Geschiebetransport kann hierzu den Ausgangspunkt bilden.

b) „Zum Einfluss der Wassertemperatur auf die Wasserbewegung und den Sedimenttransport“

Im September 2003 kam es zu einer zweiten Studienarbeit Leichtweiß-Institut für Wasserbau an der TU Braunschweig, betreut von Dipl.-Ing. Matthias Mende, vorgelegt von cand. Ing. Anne Müller-Jahreis:

Aus dieser Arbeit entnehmen wir folgende Zusammenfassung:

„In dieser Studienarbeit wird, ausgehend von den Theorien Viktor Schaubergers, der Einfluss der Wassertemperatur auf das Fließverhalten und den Sedimenttransport untersucht.

Schauberger ging davon aus, dass sich die Temperaturdifferenzen zwischen Wasser und Boden in Form des halben und des vollen hydrologischen Kreislaufes auf das Fließverhalten im Gewässer auswirken.
Ferner war Schauberger der Meinung, dass eine Annäherung der Wassertemperatur an 4 °C (Anomaliepunkt des Wassers) die Zunahme der Fließgeschwindigkeit, eine Verringerung der Turbulenzintensität und eine Erhöhung der Sedimenttransportrate bewirkt.

Um zu zeigen, inwiefern der Einfluss der Wassertemperatur auf die Wasserbewegung und den Sedimenttransport in den gängigen Fließ- und Feststofftransportformeln berücksichtigt wird, sind in diesem Entwurf einige Beispielrechnungen enthalten.

In den Berechnungen werden die Fließformeln nach Gauckler-Manning-Strickler und nach Colebrook-White gegenübergestellt. Die Ermittlung der Geschiebetransportraten erfolgt bei verschiedenen Temperaturen mit Hilfe der Ansätze nach Shields und nach Meyer-Peter-Müller. Die Ergebnisse der Beispielrechnungen zeigen, dass die Differenzen der Geschiebetransportraten infolge des Temperatureinflusses im Vergleich zu den Differenzen infolge der unterschiedlichen Formeln nicht maßgebend sind.

Im Rahmen dieser Studienarbeit sind die Ergebnisse einer Literaturrecherche zum Thema „Einfluss der Wassertemperatur auf die Wasserbewegung und den Feststofftransport“ dargestellt. Die Ergebnisse der Literaturrecherche weisen darauf hin, dass die Geschiebetransportrate von der Wassertemperatur beeinflusst wird.

Diese Aussage stimmt mit Schaubergers Theorien überein. Die Einflüsse der Temperatur sind jedoch sehr komplex: Die Wirkung auf den Sedimenttransport hängt u. a. von der Kornreynoldszahl, der Rauheit der Sohle und der Sohlformen und von der Art des Transportes (Geschiebe, Schwebstoffe) ab. Ferner wird aus der Literaturrecherche ersichtlich, dass die Ergebnisse der Laborversuche oft sehr stark von den Beobachtungen an einem natürlichen Fließgewässer abweichen. Ein Grund hierfür sind Skalierungsprobleme und einschränkende Laborbedingungen.

Um den Einfluss der Wassertemperatur auf das Fließverhalten und denFeststofftransport weiterführend zu untersuchen, müssten in Zukunft verstärkt Messungen an naturnahen Flussläufen vorgenommen werden, damit die komplexen Interaktionen der Parameter berücksichtigt werden können.“

© Leichtweiß-Institut, TU Braunschweig / Anne Müller-Jahreis

Soweit ein Ausschnitt aus der umfangreichen wissenschaftlichen Arbeit zu Viktor Schaubergers Theorien und Vergleichen wissenschaftlicher Texte zum Einfluss von Temperaturunterschieden auf das Verhalten von strömendem Wasser.

c) Vergleich einer ‚Pendelrampe’ mit konventionellen Bauweisen rauer Rampen

Diese Diplomarbeit von I. Rolker aus dem Jahr 2004 (ebenfalls am Leichtweiß-Institut für Wasserbau der TU Braunschweig) befasst sich mit der von Otmar Grober und der Baubezirksleitung Bruck an der Mur entwickelten Bauform der „Pendelrampe“.

Pendelrampen unterscheiden sich durch ihren Aufbau und ihre Funktionsweise von allen anderen Rampenbauweisen. Sie bestehen aus Sohlgurten, die wechselseitig zur Gewässermitte geneigt sind, so dass sich bei Niedrig- und Mittelwasser ein mäandrierender Fließweg einstellt und der Stromstrich bei höheren Abflüssen in Rampenmitte gelenkt wird. Dadurch wird der Strömungsangriff auf die Ufer weitgehend minimiert,was, im Vergleich zu den herkömmlichen Bauweisen, zu einer niedrigeren Bauhöhe der Ufersicherungen führt. Die Ufersicherung besteht wie bei den herkömmlichen Rampenbauweisen aus Blocksteinen, zusätzlich werden Wurzelstöcke und Baustämme in die Ufersicherungsmaßnahmen integriert.

Die bei der Pendelrampe durchgeführten Schutzmaßnahmen gegen Erosion ähneln denen für Rampen der aufgelösten Bauweise. Hinter den Sohlgurtsteinen werden Kolkschutzsteine in die Sohle eingebracht, die auch eine Stützfunktion gegenüber den Rampensteinen erfüllen. Aufwendige Nachbett- und Kolksicherungen, wie sie bei Block- und Schüttsteinrampen durchgeführt werden müssen, können bei Pendelrampen entfallen.

Die an raue Rampen gestellten ökologischen Anforderungen werden von Rampen der Riegelbauweise sowie von Pendelrampen am besten umgesetzt. Durch die bei diesen Bauweisen vorhandenen unterschiedlichen Rauheiten und Fließgeschwindigkeiten entsteht eine große Strukturvielfalt im Bereich des Rampenkörpers. Pendelrampen fügen sich zudem durch die Verwendung von naturnahen Baustoffen und die teilweise mit Lebendbaumaterialien durchgeführten Ufersicherungsmaßnahmen besonders gut in die umgebende Landschaft ein.

Aus finanzieller Sicht führen die kompakte Bauweise der Pendelrampe sowie die reduzierten Ufersicherungs- und Kolkschutzmaßnahmen im Vergleich zu konventionellen Rampen zu niedrigeren Baukosten.

Die von der Baubezirksleitung Bruck an der Mur entwickelte Pendelrampe ist eine sehr gute Alternative zu den bisher bekannten Rampenbauweisen. Neben den wasserbaulichen Anforderungen werden vor allem die ökologischen Belange durch die an die Natur angelehnte Bauweise erfüllt. Gerade in Hinblick auf die neue europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL), die u.a. einen guten ökologischen Zustand der Gewässer und damit die Durchgängigkeit für aquatische Organismen fordert, ist die Pendelrampe besonders geeignet, die sich aus der Richtlinie ergebenden Forderungen umzusetzen.

Anschrift bei Fragen zu den Artikeln:
Leichtweiß-Institut für Wasserbau der TU Braunschweig
Abt. Wasserbau und Gewässerschutz
Beethovenstr. 51a
D-38106 Braunschweig
www.tu-braunschweig.de/lwi

Master-Arbeit am “Institute for Ecopreneurship” (IEC) an der FHNW - University of Applied Sciences Northwestern Switzerland (Fachhochschule Nordwestschweiz)

WASSER, FLUSS UND FORM – eine Annäherung an ganzheitliches Design von Flussrenaturierungen
Niels Werdenberg
Biologe, Umweltingenieur

“…Eine durchwegs exzellente Arbeit und höchst lesenswerte Lektüre für jeden ernsthaften Studenten des Flussbaus und des Wasserresourcenmanagements.”
– Callum Coats, Autor und Ökotechnologieexperte

Diese umfassende Arbeit nähert sich aus ganzheitlicher Sicht dem Wesen des Wassers und der Fließgewässer. Sie umschreibt die Eigenschaften des Mediums, seine natürlichen Strömungsphänomene und liquide Strukturierung und leitet daraus mögliche Synthesen für den Wasserbau, für Renaturierungsmaßnahmen und für das Resourcenmanagement ab.

Da die innere und äußere Dynamik natürlicher Energien – sei es in Bezug auf Wasserqualität oder auf Strömungsphänomene – in der herkömmlichen Hydrologie und Wasserwirtschaft bisher nur wenig Beachtung fand, zieht diese Arbeit Beobachtungen von außerhalb des wissenschaftlichen Mainstreams heran, unter anderen den alternativen hydrologischen Ansatz des Österreichischen Naturkundlers Viktor Schauberger (1885-1958) sowie neueste Ergebnisse aus der physikalisch orientierten Wasserforschung. Verschiedene flussbauliche Designs werden vor diesem Hintergrund diskutiert und in einen ganzheitlichen Zusammenhang gebracht.

Wie der Autor aufzeigt, können Ingenieure davon profitieren, den Wasserbau als Kommunikation mit dem natürlichen Energiefluss eines Fließgewässers zu verstehen, wobei durch Aspekte des Materials, der Form und der Bewegung kommuniziert wird: In einer gelungenen Kommunikation scheinen sich selbst bei minimalem Materialinput die durch das Design hervorgerufenen Strömungsmuster zu verstärken und zu vervielfältigen, während ein resonanzloses Design Widerstände erzeugt und die Effizienz und Lebensdauer der Konstruktion herabsetzt. Die Art dieser Kommunikation wirkt sich ebenfalls auf die liquide Strukturierung des Flusses, das Angebot an aquatischem Habitat und möglicherweise auch auf die Gewässergesundheit aus, da vielfältige Synergien zwischen der natürlichen Bewegungsform des Wassers, seiner Vitalität und der Gesundheit des Ökosystems zu bestehen scheinen. Die Arbeit beleuchtet entsprechende Beobachtungen und Konzepte zur Informationsspeicherung und zur energetischen Qualitätskomponente des Wassers, deren Einbindung gerade auch für Renaturierungsprojekte von Nutzen sein kann.

Nicht zuletzt geht der Autor in dieser Arbeit auch auf die gesellschaftliche und kulturelle Dynamik des Systems Flusslandschaft ein, einem Wirkungsfeld von weiteren Synergien zwischen nachhaltiger Ökosystemgesundheit und dem Design ökologisch orientierter Restaurationsprojekte, wo ebenfalls eine entsprechende Kommunikation der Akteure gefragt ist. Exemplarisch für eine geglückte Kommunikation auf den angesprochenen Ebenen werden verschiedene Konstruktionen des Österreichischen Flussbauers Otmar Grober diskutiert, welche – aus natürlichen Materialien bestehend und auf Niedrigwasserniveau gesetzt – mittels Anregung von natürlichen Fließmustern einen effizienten, kostengünstigen Hochwasserschutz erzielen und zudem die Gewässergesundheit und den Erholungswert der Landschaft unterstützen.

Im letzten, praktischen Teil der Arbeit unterzieht der Autor ein experimentelles Flussrenaturierungs-projekt der Australischen Griffith University einer ganzheitlichen Analyse, wobei auf strömungstechnische Aspekte vertieft eingegangen wird, um Lösungen für das Problemfeld Lenkleistung erarbeiten zu können. Das Projekt der Universität sieht vor, die Geschiebedynamik und das Habitatangebot des Australischen Hunter River mittels Einbau von Totholzstrukturen zu vergrößern. Die Planer sind aber unzufrieden mit deren strömungslenkenden Wirkung. Der Autor zeigt hier auf, dass durch eine Adaption der Stirnseite zu einer mehr organischen Form eine einrollende Längswirbelbewegung entsteht, welche die Lenkleistung der Holzkonstruktionen erheblich verbessern könnte.

Diese Arbeit umfasst rund 90 Seiten und ist in voller Länge derzeit nur auf Englisch verfügbar; dazu gibt es auch eine vierseitige Zusammenfassung auf Deutsch – beide können als pdf-Versionen hier bezogen werden:
Zur Master-Arbeit

Technische Universität Graz, Institut für Wasserbau

Die Mathematikerin Christine Sindelar hat im Frühjahr 2011 am Institut für Wasserbau an der TU Graz ihre Dissertation „Design of a Meandering Ramp“ mit Auszeichnung abgeschlossen. Darin dokumentiert sie die begleitende mathematische Betreuung einer Flussbaumaßnahme (Pendelrampe) des steirischen Flussbaumeisters Otmar Grober, welcher alternative Vorschläge Viktor Schaubergers zur Flussregulierung adaptiert und ausgeweitet hat.
Im Vorwort ihrer Dissertation schreibt Dr. Sindelar:

„Von Anfang an war es mein Ziel, die unkonventionellen Bauweisen von Otmar Grober wissenschaftlich zu untersuchen. Er hat mir mit der von ihm entwickelten “Pendelrampe” nicht nur zu einem ausgesprochen faszinierenden Thema verholfen, sondern er ist für mich auch ein großes Vorbild darin, für die eigenen Überzeugungen beherzt einzustehen.“

Zur Dissertation von C. Sindelar kommt man über:
https://diglib.tugraz.at/design-of-a-meandering-ramp-2011

Anmerkung: Dipl.-Ing. Mag. Dr.techn. Christine Sindelar ist mittlerweile (seit 2014) als „Senior Scientist“ Leiterin des Wasserbaulabors am Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und konstruktiven Wasserbau (IWHW) der Universität für Bodenkultur, Muthgasse 18, 1190 Wien.

Weitere Publikationen von C. Sindelar: https://forschung.boku.ac.at/fis/suchen.person_publikationen?sprache_in=de&menue_id_in=102&id_in=130273

Zur Praktischen Umsetzung siehe Flussbau & Hochwasserschutz