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GRUNDFACHPRÜFUNG
„WASSER UND UMWELT“
Institut für Wasser und Gewässerentwicklung
Bereich Wasserwirtschaft und Kulturtechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Franz Nestmann
TEIL WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT
Sommersemester 2008 (07.08.2008)
Name:
Matrikelnummer:
1. Korr: 2. Korr. 3. Korr.
Teil Wasserbau (20 Punkte)
In einem unregulierten Fluss soll ein Laufwasserkraftwerk entstehen (siehe Abb. 1).
Bei einer Fallhöhe von 10 m sollen zur Energieerzeugung als Ausbaudurchfluss maximal
1200 m³/s über 3 Turbinen abgeführt werden. Im Jahresmittel werden die Turbinen
mit ca. der Hälfte des Ausbaudurchflusses beaufschlagt.
Abbildung 2: Einsatzbereiche unterschiedlicher Turbinen in Abhängigkeit von der
Fallhöhe h f und der spezifischen Drehzahl n q .
e.) Ermitteln Sie die ungefähr benötigte Anzahl an Polpaaren für die Generatoren.
Der Einsatz soll in einem Verbundnetz von 50 Hz erfolgen. [2,0 Punkte]
f.) Bestimmen Sie die effektive Kraftwerksleistung und das Jahresarbeitsvermögen
in [kWh]. Gehen Sie hierbei von einem realistischen Wirkungsgrad der Gesamtanlage
aus.
[4.0 Punkte]
g.) Nennen sie 4 Auswirkungen, die der Bau eines Stauwehres zur Wasserkrafterzeugung
auf das ursprüngliche Fließgewässer hat?
[4.0 Punkte]
Abbildung 1: Flusslauf mit geplantem Standort der Wasserkraftanlage
a.) An welcher Stelle im Flussquerschnitt würden Sie das Krafthaus platzieren? Begründen
Sie kurz Ihre Antwort.
[1 Punkt]
b.) Skizzieren Sie einen groben Längsschnitt durch das Krafthaus und benennen Sie
die wichtigen Anlagenteile (mind. 5 Nennungen).
[2,5 Punkte]
c.) Was versteht man unter der spezifischen Drehzahl n q einer Turbine? [2,5 Punkte]
d.) Wählen Sie mit Hilfe von Abbildung 2 einen geeigneten Turbinentypen und berechnen
Sie die Betriebsdrehzahl n bei Volllast und optimalem Wirkungsgrad.
[4,0 Punkte]
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Formelsammlung:
Q
Spezifische Drehzahl: nq
n (die Formel ist nicht dimensionstreu)
0, 75
h
mit:
Q Durchfluss [m³/s]
n Betriebsdrehzahl [1/min]
Fallhöhe [m]
h f
f 60 1
Betriebsdrehzahl: n min
p
mit:
f Netzfrequenz [Hz]
p Polpaare
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f

VERTIEFERFACHPRÜFUNG
„WASSER UND UMWELT“
Institut für Wasser und Gewässerentwicklung
Bereich Wasserwirtschaft und Kulturtechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Franz Nestmann
TEIL WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT
Sommersemester 2008 (07.08.2008)
Name:
Matrikelnummer:
1. Korr: 2. Korr. 3. Korr.
Teil Hydrologie
(10 Pkt.)
Aktuell hat ein extremes Niederschlagsereignis in der Musterstadt (Abbildung 1) zu
einem Hochwasser geführt, obwohl direkt oberhalb des Stadtgebietes ein Hochwasserrückhaltebecken
(HRB) in Betrieb ist.
Abbildung 2: Abflussganglinie aus dem HRB
Hochwasserrückhaltebecken
Beckensteuerung (2 Pkt.)
Skizzieren Sie in Abbildung 2entsprechend oben genannten Angaben die Abflussganglinie
aus dem HRB (unter Vernachlässigung von Seeretentionseffekten).
Abflussscheitelwert (1 Pkt.)
Schätzen Sie den maximalen Abflussscheitelwert, der bei dem Hochwasserereignis am
Ortseingang von Musterstadt aufgetreten ist.
Abbildung 1: Skizze des Einzugsgebiets
Das Hochwasserrückhaltebecken HRB wird auf einen konstanten Regelabfluss von
Q R = 8 m 3 /s gesteuert. Bei dem Hochwasserereignis war der gewöhnliche Hochwasserrückhalteraum
I GHR zum Zeitpunkt 22:30 Uhr voll und die Hochwasserentlastungsanlage
HWEA ist angesprungen. Im Anschluss ist es dann zu Überschwemmungen im
Stadtgebiet gekommen. Abbildung 2 zeigt die Zuflussganglinie zu dem HRB für das
Ereignis.
Gewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum I GHR
(1 Pkt.)
Bestimmen Sie anhand o.g. Angaben den gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum
I GHR des HRB.
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Extremwertstatistik
Die bisherige Pegelstatistik für den Zulauf zum HRB basiert auf Abflussaufzeichnungen,
die über einen Zeitraum von 20 Jahren kontinuierlich vorliegen.
Ingenieur-Bewertung
Hochwasserschutzgrad (1 Pkt.)
Ist anhand der oben gewonnenen Erkenntnisse für die Gemeinde ein 100-jährlicher
Hochwasserschutz vorhanden?
Verbesserung Hochwasserschutz (2 Pkt.)
Nennen Sie eine Möglichkeit den Hochwasserschutz für die Gemeinde zu verbessern
und beschreiben Sie deren Umsetzung (Machbarkeit) in Stichworten.
Abbildung 3: Extremwertstatistische Auswertung der Pegelzeitreihe am Zulauf HRB
Extrapolation (1 Pkt.)
Abbildung 3 zeigt die extremwertstatistische Auswertung der Pegelzeitreihe am Zulauf
zum HRB. Welche Jährlichkeit T n hatte demnach das Hochwasserereignis 2008.
Aktualisierung Pegelstatistik (2 Pkt.)
Das Hochwasserereignis 2008 soll in die Pegelstatistik integriert werden. Welche Auswirkungen
auf die HQ t -Werte sind zu erwarten? (Kurze Begründung in Stichworten)
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