bewegliche Wehre - Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und ...
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<strong>Wasserwirtschaft</strong><br />
<strong>und</strong> allgemeiner Wasserbau<br />
LVA 816.110<br />
HS EH01 Montag, 8:30 – 11:45<br />
Bernhard PELIKAN<br />
Department <strong>für</strong> Wasser – Atmosphäre – Umwelt;<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Wasserwirtschaft</strong>, <strong>Hydrologie</strong> <strong>und</strong> konstruktiven Wasserbau – IWHW.<br />
Universität <strong>für</strong> Bodenkultur Wien. Muthgasse 18, A-1190 Wien.<br />
Tel: ++43 – 1 – 36006 – 5513 e-mail: bernhard.pelikan@boku.ac.at Web: http://iwhw.boku.ac.at/
Inhalte <strong>und</strong> Gliederung Kapitel 4<br />
4.1 Zweck <strong>und</strong> Aufgaben<br />
4.2 <strong>Wehre</strong><br />
4.3 Talsperren<br />
Stauanlagen<br />
4.2.1 Einteilung<br />
4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong><br />
4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong><br />
4.3.1 Zweck <strong>und</strong> Einteilung<br />
4.3.2 Staumauern<br />
4.3.3 Staudämme<br />
4.4 Hochwasserentlastungsanlagen<br />
4.4.1 an Staumauern<br />
4.4.2 an Staudämmen<br />
Bernhard PELIKAN LVA 816.110 <strong>Wasserwirtschaft</strong> <strong>und</strong> allgemeiner Wasserbau WS 2005/2006
Unterteilung in<br />
4.1 Zweck <strong>und</strong> Aufgaben (1)<br />
<strong>Wehre</strong><br />
Talsperren<br />
<strong>Wehre</strong> bewirken eine Anhebung des Wasserspiegels <strong>und</strong> sperren<br />
nur den Flußquerschnitt ab.<br />
Zwecke: Änderung des Gefälles<br />
Schiffbarmachung<br />
Wasserkraftnutzung<br />
Bewässerung<br />
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4.1 Zweck <strong>und</strong> Aufgaben (2)<br />
Talsperren dienen vorwiegend der Speicherbildung <strong>und</strong> damit der<br />
Speicherung von Wasser. Sie sperren neben dem Flußquerschnitt<br />
auch den Talquerschnitt ab.<br />
Zwecke: Hochwasserschutz<br />
Niedrigwasseranreicherung<br />
Wasserkraftnutzung<br />
Bereitstellung von Trink-, Brauch- <strong>und</strong><br />
Bewässerungswasser<br />
Es gibt keine feste Grenze zwischen Wehr <strong>und</strong> Talsperren sondern<br />
eine Vielzahl von Übergangsformen<br />
(z.B. bei Hochwasserrückhaltebecken)<br />
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4.1 Zweck <strong>und</strong> Aufgaben (3)<br />
Jede Stauanlage hat folgende gr<strong>und</strong>legenden<br />
Funktionen zu erfüllen:<br />
Stützkörper muß den maximalen Wasserdruck aufnehmen können<br />
Wasserdicht, um ein Aussickern zu verhindern oder auf ein<br />
unschädliches Maß reduzieren<br />
Bemessungsabfluß muß zerstörungs- bzw. beschädigungsfrei<br />
abgeführt werden können<br />
Aufnahme der erforderlichen Betriebseinrichtungen zur geregelten<br />
<strong>und</strong> gesicherten Wasserentnahme<br />
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Vorarbeiten<br />
4.1 Zweck <strong>und</strong> Aufgaben (4)<br />
Hydrologische Untersuchungen (Einzugsgebiet, Niederschlag,<br />
extreme Abflüsse, Abfluß- <strong>und</strong> Feststoffregime)<br />
Geologische Untersuchungen (Sperrenstelle, Staubecken)<br />
Umwelteinflüsse (flußauf <strong>und</strong> flußab)<br />
Auswirkungen auf bestehende Anlagen (Umsiedlungen,<br />
Verkehrswege, Versorgungsleitungen)<br />
Verfügbarkeit von Baumaterialien<br />
Rechtsfragen (z.B. bestehende Wasserrechte)<br />
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4.2 <strong>Wehre</strong> (1)<br />
Zweck<br />
Wehranlagen dienen dem Aufstau des Wassers = Anhebung<br />
des Wasserspiegels (nicht der Speicherung)<br />
Bemessung<br />
Belastungsgröße ist die Differenzhöhe zwischen OW-Sp. <strong>und</strong><br />
UW-Sp.<br />
Entwurfsgröße ist der maximal abzuführende Abfluß<br />
Unterteilung in feste <strong>Wehre</strong> <strong>und</strong> <strong>bewegliche</strong> <strong>Wehre</strong><br />
Feste <strong>Wehre</strong> ermöglichen keine Regulierung des OW-Sp.,<br />
Baumaterial: Stein, Beton, Holz sowie Kombination<br />
Bewegliche <strong>Wehre</strong> ermöglichen Regulierung des OW-Sp.<br />
Baumaterial: Stahl, Kunststoff, teilweise Holz<br />
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4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (1)<br />
Zufolge mangelnder Technologie früher dominant<br />
Häufige Bauformen: Steinwehre <strong>und</strong> Holzkastenwehre<br />
Krone: gerade, geknickt, schräg, gekrümmt<br />
Vorteile: preiswert, wartungsarm, keine <strong>bewegliche</strong>n Teile<br />
Nachteile: große Schwankungen des OWSp.<br />
Schema:<br />
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4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (2)<br />
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4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (3)<br />
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Sonderformen<br />
4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (4)<br />
Streichwehr: Krone verläuft etwa strömungsparallel<br />
Einsatz als Entlastungsbauwerk (Begrenzung des Durchflusses)<br />
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Sonderformen<br />
Streichwehr<br />
4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (5)<br />
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4.2 Feste <strong>Wehre</strong> (6)<br />
Sonderformen<br />
Tirolerwehr: Wasserentnahme in stark geschiebeführenden<br />
Gewässern<br />
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Sonderformen<br />
Tirolerwehr:<br />
4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (7)<br />
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Sonderformen<br />
Tirolerwehr:<br />
4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (8)<br />
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4.2.2 Feste <strong>Wehre</strong> (9)<br />
Sonderformen<br />
Heberwehr: Häufig Entlastungsanlagen zufolge hoher<br />
hydraulischer Leistungsfähigkeit bei geringen baulichen<br />
Abmessungen<br />
Vorteile:<br />
Automatische Funktion<br />
Keine <strong>bewegliche</strong>n Teile<br />
Hohe Abflußleistung<br />
Nachteile:<br />
Stoßbelastung im Unterwasser<br />
Keine Abfuhr von Eis, Treibgut<br />
Komplizierter teuerer Bau<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (1)<br />
Heute sehr häufig anzutreffen.<br />
Bewegliche <strong>Wehre</strong> werden gr<strong>und</strong>sätzlich quer zur Fließrichtung<br />
(zumeist normal) eingebaut.<br />
Sie bestehen aus einer festen Wehrschwelle (dem F<strong>und</strong>ament)<br />
<strong>und</strong> einem <strong>bewegliche</strong>n Verschluß.<br />
Die Verschlussorgane sind vielfältig, haben unterschiedliche<br />
Anwendungsbereiche. (Verhältnis Breite zu Höhe)<br />
Sie sind aus hydraulischer Sicht entweder überströmbar oder<br />
unterströmbar .<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (2)<br />
Übersicht über <strong>bewegliche</strong> <strong>Wehre</strong><br />
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Schützenwehre<br />
4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (3)<br />
Unterscheidung in Gleitschützen <strong>und</strong> Rollschützen.<br />
Schützen sind vertikal verschiebbare, plattenförmige Bauteile.<br />
Gleitschütze gleiten in Führungsprofilen (billiger, <strong>für</strong> geringere<br />
Dimensionen <strong>und</strong> kleinere Wasserdrücke )<br />
Rollenschütze rollen in Führungsprofilen. (teuerer, leichtgängig,<br />
<strong>für</strong> größere Belastungen)<br />
Schützen sind entweder unterströmbar (bei Anhebung) oder<br />
überströmbar (bei Absenkung).<br />
Es gibt einfache Schützen (eine Tafel) <strong>und</strong> Doppelschützen (zwei<br />
knapp nebeneinander angeordnete Tafeln)<br />
Anwendungsbereich: Öffnungen bei Höhe: Breite > 0,5<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (4)<br />
Der Antrieb erfolgt: mechanisch, motorisch oder hydraulisch;<br />
Material: häufig Holz (Lärche), Stahl<br />
mittig oder beidseitig (je nach Breite)<br />
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Segmentwehre<br />
4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (5)<br />
Segmentverschlüsse werden über zwei feste Drehlager in den<br />
Pfeilerwänden abgestützt. Je nach Positionierung zur<br />
Fließrichtung des Wassers spricht man von Drucksegmenten<br />
oder Zugsegmenten<br />
Für größere Verschlussflächen. Der Antrieb erfolgt zumeist<br />
beidseitig hydraulisch.<br />
Segmente sind überströmbar (z.B. bei HQ) oder unterströmbar<br />
(im normalen Betrieb bei Anhebung)<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (6)<br />
Segmentwehre<br />
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Klappenwehre<br />
4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (7)<br />
Klappen drehen um eine auf der festen Wehrschwelle liegenden<br />
horizontalen Achse.<br />
Einfache Ableitung der Kräfte ins Wehrf<strong>und</strong>ament.<br />
Klappen eignen sich <strong>für</strong> geringe Stauhöhen (max.5m) <strong>und</strong> große<br />
Wehrbreiten.<br />
Klappen müssen torsionssteif ausgeführt werden <strong>und</strong> sind<br />
zumeist Stahlkonstruktionen.<br />
Antrieb: hydraulisch, elektromotorisch oder Gegengewicht, 1-od.2<br />
seitig<br />
Die hydraulisch günstigste Form ist die Fischbauchklappe.<br />
Anordnung von Strahlaufreißern an der überströmten Kante der<br />
Klappe um die Belüftung des Raumes zwischen der Luftseite der<br />
Klappe <strong>und</strong> dem Überfallstrahl (Wasservorhang) zu ermöglichen.<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (8)<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (9)<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (10)<br />
Schlauchwehre <strong>und</strong> Dachwehre<br />
Stauschläuche sind als neuere Entwicklung im Wasserbau zu<br />
bezeichnen. Sie werden r<strong>und</strong> seit 1980 hergestellt.<br />
Hinsichtlich des Anwendungsbereiches sind sie den Klappen<br />
gleichzustellen.<br />
Schlauchwehre sind die technischen Nachfolger der früheren<br />
Dachwehre<br />
Auch Dachwehre wurden mit Wasser gefüllt <strong>und</strong> der Innendruck<br />
stützte die Bauteile gegen den Wasserdruck des Oberwassers.<br />
Das Schlauchwehr perfektioniert die Idee <strong>und</strong> verwendet<br />
gewebeverstärkte Gummibahnen.<br />
Medium ist überwiegend Wasser aber auch Luft<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (11)<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (12)<br />
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4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (13)<br />
Kombinationsformen<br />
Um eine möglichst optimale Betriebsweise in mehrfacher Hinsicht<br />
zu gewährleisten, werden Verschlußtypen miteinander kombiniert.<br />
Durch folgende Anordnungen kann sowohl Unterströmung als<br />
auch Überströmung fein reguliert werden<br />
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Tosbecken<br />
4.2.3 Bewegliche <strong>Wehre</strong> (14)<br />
Zu jeder Wehranlage muß ein Tosbecken zur<br />
Energieumwandlung errichtet werden.<br />
Tosbecken dienen dem Schutz des <strong>Wehre</strong>s (Unterspülung etc.)<br />
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Zweck <strong>und</strong> Einteilung<br />
4.3 Talsperren (1)<br />
Die Errichtung von Talsperren dient vorwiegend der<br />
Wasserspeicherung.<br />
Es wird der gesamte Talquerschnitt abgesperrt.<br />
Die Höhe der Talsperre wird von der gewünschten Größe des<br />
Speicherraumes bestimmt.<br />
Enge Sperrenstellen sind ideal.<br />
Geologischer Aufbau des Untergr<strong>und</strong>es enorm wichtig.<br />
Einteilung in<br />
Staumauern (Konstruktion aus Beton oder Mauerwerk)<br />
Staudämme (Konstruktion aus Erd- oder Felsmaterial)<br />
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4.3 Talsperren (2)<br />
Auswahlkriterien <strong>für</strong> den Talsperrentyp<br />
Größe des Bauwerkes<br />
Geländeverhältnisse<br />
Untergr<strong>und</strong>verhältnisse<br />
Zur Verfügung stehende Baumaterialien<br />
Wirtschaftliche Gegebenheiten<br />
Einpassung in die Landschaft<br />
Aufnahme von Verkehrswegen<br />
Größe des abzuführenden Hochwassers<br />
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Staumauern<br />
4.3.2 Staumauern (1)<br />
werden in drei große Gruppen eingeteilt:<br />
Gewichtsstaumauern, die dem Wasserdruck durch ihre<br />
Eigenlast widerstehen<br />
Bogenstaumauern, die die Wasserdruckkräfte überwiegend<br />
zufolge der Gewölbewirkung in die Flanken <strong>und</strong> den<br />
Untergr<strong>und</strong> übertragen<br />
Aufgelöste Staumauern, die ohne Abstützung in die Flanken<br />
durch besondere konstruktive Gestaltung der Stauwand den<br />
Wasserdruck in den Untergr<strong>und</strong> übertragen<br />
Es gibt Übergangsformen wie z.B. Bogengewichtsmauern,<br />
Bogenmauer mit aufgesetzter Gewichtsmauer<br />
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Gewichtsmauern<br />
4.3.2 Staumauern (2)<br />
Haben zumeist einen Dreiecksquerschnitt mit senkrechter<br />
wasserseitiger <strong>und</strong> geneigter (1:0,65 – 1:0,8) luftseitiger<br />
Begrenzung<br />
Gewichtsstaumauern, die dem Wasserdruck durch ihre<br />
Eigenlast widerstehen<br />
Bogenstaumauern, die die Wasserdruckkräfte überwiegend<br />
zufolge der Gewölbewirkung in die Flanken <strong>und</strong> den<br />
Untergr<strong>und</strong> übertragen<br />
Aufgelöste Staumauern, die ohne Abstützung in die Flanken<br />
durch besondere konstruktive Gestaltung der Stauwand den<br />
Wasserdruck in den Untergr<strong>und</strong> übertragen<br />
Es gibt Übergangsformen wie z.B. Bogengewichtsmauern,<br />
Bogenmauer mit aufgesetzter Gewichtsmauer<br />
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4.3.2 Staumauern (3)<br />
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4.3.2 Staumauern (4)<br />
Beispiele: Grande Dixence (Schweiz)<br />
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4.3.2 Staumauern (5)<br />
Beispiele: Grande Dixence (Schweiz)<br />
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Beispiele: Hoover Dam (USA)<br />
4.3.2 Staumauern (6)<br />
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4.3.2 Staumauern (7)<br />
Bogenmauern (Gewölbemauern)<br />
Erfordern den geringsten Aufwand an Beton<br />
Eher schmale Täler <strong>und</strong> sehr gute Untergr<strong>und</strong>verhältnisse<br />
Verhältnis Talweite w zu Stauhöhe h < 10<br />
Gleichradienstaumauern (hier ist der Radius konstant <strong>und</strong> der<br />
Öffnungswinkel ist variabel)<br />
Kuppelstaumauern (die heute übliche moderne Form: hier sind<br />
Radius <strong>und</strong> Öffnungswinkel variabel)<br />
Gleichwinkelstaumauern (hier ist der Öffnungswinkel konstant<br />
<strong>und</strong> der Radius ist variabel)<br />
Zylinderstaumauern (hier sind der Radius <strong>und</strong> der<br />
Öffnungswinkel konstant)<br />
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4.3.2 Staumauern (8)<br />
Bogenmauern (Gewölbemauern)<br />
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4.3.2 Staumauern (9)<br />
Bogenmauern (Gewölbemauern)<br />
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4.3.2 Staumauern (10)<br />
Bogenmauern (Gewölbemauern)<br />
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4.3.2 Staumauern (11)<br />
Bogenmauern (Gewölbemauern)<br />
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4.3.2 Staumauern (12)<br />
Aufgelöste Mauern (Pfeilerkopfmauer)<br />
Die Abstützung erfolgt durch eine Reihe von Pfeilern, die durch<br />
Platten, gewölbe oder Kuppeln mit einander verb<strong>und</strong>en sind.<br />
Vorteil: Massenersparnis<br />
geringe Einwirkung des<br />
Sohlwasserdruckes<br />
leichte Zugänglichkeit<br />
Beobachtbarkeit<br />
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4.3.2 Staumauern (13)<br />
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Gr<strong>und</strong>sätzliches<br />
4.3.3 Staudämme (1)<br />
Staudämme stellen wesentliche geringere Anforderungen an den<br />
Untergr<strong>und</strong>.<br />
Der Anschluß an einen wasserdichten Untergr<strong>und</strong> ist nicht<br />
zwingend notwendig.<br />
Ein Damm ist in Grenzen beweglich entsprechend den Setzungen.<br />
Dämme haben in der Regel einen Aufbau in mehrere Zonen:<br />
Stützkörper<br />
Dichtkörper<br />
Filter<br />
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4.3.3 Staudämme (2)<br />
Unterscheidungsmöglichkeiten<br />
Erddämme nutzen örtlich anstehende Lockergesteine<br />
Felsschüttdämme nutzen Steinbruchmaterial<br />
Dämme mit natürlicher (z.B. Lehm oder Ton) oder künstlicher<br />
(z.B. Asphalt, Stahlbeton, Folien) Dichtung<br />
Dämme mit außenliegender oder innenliegender Dichtung<br />
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4.3.3 Staudämme (3)<br />
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4.3.3 Staudämme (4)<br />
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4.3.3 Staudämme (5)<br />
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4.3.3 Staudämme (6)<br />
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4.4 Hochwasserentlastungsanlagen (1)<br />
Hochwasserentlastungsanlagen an Sperrenbauwerken dienen dem<br />
Schutz des Bauwerkes.<br />
Es muß ein sorgfältig gewähltes Bemessungshochwasser<br />
schadlos abgeführt werden können.<br />
Das Bemessungshochwasser ist bei Dämmen größer als bei<br />
Mauern, da die gefährdung eines Dammes wesentlich höher ist.<br />
Hochwasserentlastungsanlagen können als feste oder <strong>bewegliche</strong><br />
<strong>Wehre</strong> ausgebildet sein.<br />
Die einwandfreie hydraulische Gestaltung ist notwendig, um<br />
Unterdrücke <strong>und</strong> Schwingungen auszuschließen.<br />
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4.4 Hochwasserentlastungsanlagen (2)<br />
An Staumauern<br />
In der Regel Teil des<br />
Staubauwerkes<br />
Rücken des Staubauwerkes<br />
als Schußrinne<br />
Sprungschanze<br />
Freier Überfall<br />
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4.4 Hochwasserentlastungsanlagen (3)<br />
Beispiele<br />
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4.4 Hochwasserentlastungsanlagen (4)<br />
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4.4 Hochwasserentlastungsanlagen (5)<br />
An Staudämmen<br />
Üblicherweise als eigenes Bauwerk. Die geschüttete Konstruktion<br />
darf nicht überströmt werden.<br />
Seitlich angeordnete Schußrinnen<br />
Überfalltrichter <strong>und</strong> Stollen<br />
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