Aufgabe 1 (10 Punkte)
Aufgabe 1 (10 Punkte)
Aufgabe 1 (10 Punkte)
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Wasserbau I & Wasserwirtschaft I, Teil: Wasserbau I (PO 2004, FH, BA, UNI)<br />
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Jensen 27.07.2009, Seite 1<br />
Zugelassene Hilfsmittel: SCHNEIDER - Bautabellen für Ingenieure bzw. WENDEHORST - Bautechnische<br />
Zahlentafeln<br />
NAME:<br />
MATR.-NR.:<br />
Bearbeitungszeit 90 Minuten (1 Punkt entspricht etwa einem Zeitansatz von 1 Minute)<br />
(Die Lösungen sind möglichst auf den <strong>Aufgabe</strong>nblättern zu erstellen. Auf der <strong>Aufgabe</strong>nstellung sind<br />
Name und Matrikelnummer einzutragen.)<br />
<strong>Aufgabe</strong> 1 (<strong>10</strong> <strong>Punkte</strong>)<br />
a) Welche Ziele verfolgt die Gewässerrenaturierung?<br />
b) In welche drei Bereiche wird moderner Hochwasserschutz eingeteilt?<br />
c) Was verstehen Sie unter der (n-1) Bedingung bei Wehranlagen?<br />
d) Was versteht man unter dem sog. „Totraum“ einer Talsperre?<br />
e) Welche Möglichkeiten zur Messung von Abflüssen kennen Sie?<br />
f) Auf welche Ursachen gehen im Allgemeinen Sturmfluten zurück?<br />
g) Wie groß ist der zeitliche Abstand zwischen zwei Thw’s an der Nordseeküste?<br />
h) Was ist eine Springtide?<br />
i) Warum ist die Saughöhe beim Fördern von Wasser auf ca. <strong>10</strong> m begrenzt?<br />
h) Was ist ein HQ<strong>10</strong>0 und wie wird es ermittelt?<br />
<strong>Aufgabe</strong> 1 2 3 4 5 Summe<br />
Mögliche<br />
Punktzahl<br />
Erreichte<br />
Punktzahl<br />
<strong>10</strong> 20 15 20 25 90
Wasserbau I & Wasserwirtschaft I, Teil: Wasserbau I (PO 2004, FH, BA, UNI)<br />
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Jensen 27.07.2009, Seite 2<br />
<strong>Aufgabe</strong> 2 (20 <strong>Punkte</strong>)<br />
Dargestellt ist der Pfeiler-Grundriss einer Brücke über die Sieg bei Betzdorf dargestellt.<br />
Die Pfeilerquerschnitte besitzen – wie abgebildet - unterschiedliche Formen.<br />
Die Wasserspiegeltiefe im unbeeinflussten Bereich des Rechteckquerschnittes vor<br />
und hinter der Brücke liegt bei h1 = h2 = 2,50 m.<br />
Die Gesamtrauheit der Sohle beträgt kst = 35 m 1/3 /s, das Gefälle wurde mit<br />
I = 0,15% gemessen. ρ = <strong>10</strong>00 kg/m³, g = 9,81 m/s²<br />
26,50<br />
3,50 4,50 4,50 5,00 5,00 4,00<br />
3,50<br />
0,90 Alle Maße in Meter!<br />
a) Wie groß ist der Durchfluß Q an der Brücke?<br />
b) Erfolgt der Abfluss zwischen den Pfeilern „strömend“ oder „schiessend“?<br />
c) Ermitteln Sie den zu erwartenden Pfeilerstau vor der Brücke!
Wasserbau I & Wasserwirtschaft I, Teil: Wasserbau I (PO 2004, FH, BA, UNI)<br />
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Jensen 27.07.2009, Seite 3<br />
<strong>Aufgabe</strong> 3 (15 <strong>Punkte</strong>)<br />
Die alte Wassermühle in Bertsendorf in Sachsen-Anhalt soll im Rahmen der Attraktivitätssteigerung<br />
im Bereich Tourismus restauriert werden. Der Fokus liegt hierbei<br />
auf der Instandsetzung des oberschlächtigen Wasserrades. Da jedoch kein Bedarf<br />
an der damals betriebenen Gerteidemühle besteht, soll das Wasserrad lediglich zur<br />
Stromerzeugung genutzt werden.<br />
Für den Bertsebach, aus dem das Betriebswasser abgeleitet werden soll, liegen<br />
aus den hydrologischen Jahrbüchern mittlere Abflussmengen der letzten <strong>10</strong> Jahre<br />
vor.<br />
Unterschreitungstage<br />
Abfluss<br />
[d] [m³/s]<br />
364 0,758<br />
350 0,239<br />
300 0,096<br />
2<strong>10</strong> 0,043<br />
<strong>10</strong>0 0,018<br />
50 0,013<br />
<strong>10</strong> 0,008<br />
1 0,005<br />
Als Auflage der zuständigen Unteren Wasserbehörde darf nur so viel Wasser aus<br />
dem Bertsebach entnommen werden, dass eine Mindestabflussmenge von <strong>10</strong> Liter/Sekunde<br />
unterhalb der Entnahmestelle nicht unterschritten wird.<br />
Das Wasserrad wird nach Angaben des Herstellers ein maximales Schluckvermögen<br />
von Qmax = <strong>10</strong>0 Liter/Sekunde bei einem Durchmesser von d = 2,0 m haben.<br />
Der Wirkungsgrad beträgt inklusive aller elektrischen Komponenten η = 0,70.<br />
ρWasser = <strong>10</strong>00 kg/m³, g = 9,81 m/s²<br />
a) Stellen sie den Zufluss der effektiv von dem Wasserrad genutzt werden kann<br />
bzw. darf in dem vorgegeben Diagramm dar! Die aufzutragenden Abflussmengen<br />
sind in der Einheit und Skalierung günstig zu wählen.<br />
b) Ermitteln Sie das Jahresarbeitsvermögen des Wasserrades!<br />
Abfluss [?]<br />
1<strong>10</strong><br />
<strong>10</strong>0<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
<strong>10</strong><br />
0<br />
Abflussdauerlinie Wasserrad<br />
0 50 <strong>10</strong>0 150 200 250 300 350<br />
Unterschreitungstage [d]
Wasserbau I & Wasserwirtschaft I, Teil: Wasserbau I (PO 2004, FH, BA, UNI)<br />
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Jensen 27.07.2009, Seite 4<br />
<strong>Aufgabe</strong> 4 (20 <strong>Punkte</strong>)<br />
Der unten dargestellte rechteckige Fließquerschnitt soll in einen naturähnlichen<br />
Querschnitt umgestaltet werden. Nach der Renaturierung sollen keine höheren<br />
Wasserstände (hmax= 3,32 m) auftreten als vor der Umgestaltung. Die Rauheit des<br />
Rechteckquerschnittes beträgt kst = 50 m 1/3 /s. Das Gefälle beträgt ISO = 2 ‰. Für die<br />
Gestaltung des naturnahen Querschnittes steht ein b2 = 21 m breiter Bereich zur<br />
Verfügung (siehe Skizze, strichpunktierter Bereich).<br />
a) Berechnen Sie den Abfluss Q im alten Fließquerschnitt als Grundlage für die<br />
Gestaltung des neuen naturnahen Querschnittes!<br />
b) Entwerfen Sie einen neuen Fließquerschnitt, wenn für die naturraue Sohle<br />
ein Manning-Strickler-Beiwert von kst,neu = 35 m 1/3 /s vorgesehen ist! Die Neigung<br />
der Böschungen sollte nicht steiler als 2:3 sein.<br />
h = 3,50 m<br />
GOK<br />
b1= 9,5 m<br />
b2 = 18 m<br />
hmax = 3,32 m
Wasserbau I & Wasserwirtschaft I, Teil: Wasserbau I (PO 2004, FH, BA, UNI)<br />
Univ.-Prof. Dr.-Ing. J. Jensen 27.07.2009, Seite 5<br />
<strong>Aufgabe</strong> 5 (25 <strong>Punkte</strong>)<br />
Die Abbildung unten zeigt das Leitungsschema des Regenüberlaufbeckens (RÜB)<br />
in Musterhausen mit der unterhalb gelegenen Kläranlage. Das RÜB wird bei Regenwetter<br />
mit Oberflächen- und Schmutzwasser aus dem Gemeindegebiet beaufschlagt.<br />
Die maximale Wassertiefe im RÜB beträgt hmax = 6,70 m. Höher kann das<br />
Wasser aufgrund der vorhandenen Beckenüberlauföffnung nicht steigen. Das<br />
Wasser aus dem RÜB wird über eine 340 m lange PVC-Rohrleitung dem Sandfang<br />
der unterhalb gelegenen Kläranlage zugeführt. Damit sich in der Rohrleitung kein<br />
Sand absetzt, darf die Durchflussmenge zur Kläranlage bei Entleerung des Beckens<br />
Q = 150 l/s nicht unterschreiten.<br />
Beckenzulauf<br />
Hmax = 6,70 m<br />
RÜB<br />
Beckenüberlauföffnung (mündet<br />
direkt in den Musterbach)<br />
Absperrventil<br />
(Kugelhahn)<br />
Pumpe<br />
PVC-Rohr, glatt+neu<br />
Di = 300 mm<br />
Lges= 340 m (Länge über Pumpe und Absperrventil identisch!)<br />
2,45 m<br />
Kläranlage Sandfang<br />
(Wehrbreite b = 1,95<br />
m)<br />
Um Energiekosten zu sparen erfolgt die Entleerung des Beckens zunächst in freiem<br />
Gefälle (ohne Pumpe) über das offene Absperrventil. Wenn der Wasserspiegelunterschied<br />
zwischen RÜB und Sandfang nicht mehr ausreicht, springt die Pumpe an,<br />
gleichzeitig wird das Absperrventil geschlossen.<br />
ρ(20°C) = <strong>10</strong>00 kg/m³, g = 9,81 m/s²<br />
a) Bemessen Sie die Kronenhöhe des dachförmigen Wehres im Sandfang für den<br />
Bemessungszufluß Q = 150 l/s für einen Bemessungswasserstand h = 2,45 m!<br />
b) Bemessen Sie die Pumpe, so dass bei leerlaufendem Becken immer mindestens<br />
Q = 150 l/s abgeführt werden (Gesamtwirkungsgrad der Pumpe η = 0,67)!<br />
W = ??<br />
Hmax = 9,0 m
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