Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen

I.4. Fließwechsel bei GefälleänderungenI.4 Fließwechsel bei GefälleänderungenWie in Abschnitt I.3 abgeleitet, kann ein vorgegebener Abfluß q sowohl strömend als auch schießendabgeführt werden. Welcher Fließzustand sich einstellt, hängt vor allem von dem vorhandenen Gefälleab. Es ergibt sich also die Frage, wie bei einem Gefällewechsel der Übergang von einer Fließform indie andere vor sich geht.Dazu ist folgendes zu beachten:Schießen:Strömen:v > c; Störungen pflanzen sich mit v + c und v − c nur stromabwärts fort. Damit isteine Beeinflussung des Wasserspiegels nach oberstrom nicht möglich. Der Wasserspiegelstellt sich ganz unabhängig davon ein, welche Bedingungen unterstrom herrschen.v < c; Störungen pflanzen sich mit c−v stromaufwärts und mit c+v stromabwärts fort.Deswegen ist eine Beeinflussung des Wasserspiegels nach oberstrom möglich, sodaß sichdieser in Abhängigkeit davon einstellt, welche Bedingungen unterstrom herrschen.Im obigen Bild sei der Normalabfluß oberstrom des Sohlknicks strömend und unterstrom schießend. Inausreichender Entfernung vom Knickpunkt stellt sich der jeweilige Normalabfluß ein. Über den Knickpunktfließt das Wasser mit der dem gegebenen Abfluß Q zugehörigen minimalen spezifischen Energie,d.h. es stellt sich dort die Grenztiefe ein. Dadurch ist das Wasserspiegelprofil nach unterstrom (imSchießen) und nach oberstrom (im Strömen) widerspruchsfrei festgelegt; der Übergang vom Strömenzum Schießen erfolgt kontinuierlich.Im zweiten Bild sei der Normalabfluß oberstrom des Sohlknicks schießend und unterstrom strömend.Da im Schießen eine Beeinflussung des Wasserspiegels von unterstrom nicht möglich ist, wird der schießendeNormalabfluß sich bis zum Gefälleknick erstrecken. Analog ist im Strömen eine Beeinflussung desWasserspiegels von oberstrom nicht möglich, sodaß sich der strömende Normalabfluß bis zum Sohlknickerstreckt. Dort tritt also ein Sprung der Wassertiefe auf; der Übergang vom Schießen zum Strömen istdiskontinuierlich.- 113 -