Die Bautechnik, Jg. 3, Heft 53

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DIE BAUTECHNIK

3. Jahrgang BERLIN, 8. Dezember 1925 Heft 53

Zur G eschiebehew egung in S -fö r m ig gekrüm m ten F lu ß lä u fe n .1)

A lle R e c h te V orbehalten. Von D ipl.-Ing. K arl LUders, Braunschweig.

I. Einleitung.

A. A llg e m e i n e s : Die Lage des Weges zu kennen, den das treibende Geschiebe bei seiner W anderung talw ärts in den Flußläufen einschlägt, ist für den W asserbauingenieur wie auch für die Fluß- schiffabrt von Bedeutung. D er Ingenieur h a t sich bei Flußregulierungen, bei Anlage von Flußhäfen usw. ein Bild von den Geschiebewegen und -ablagerungen zu machen, um danach die zweckmäßigste Lösung der ihm gestellten Aufgaben zu finden.

Die Flußschiffahrt wiederum h at insofern ein Interesse an der K enntnis der Geschiebeverhältnisse eines Stromes, als Sandbänke und Schwellen die Schiffahrt stören oder gefährden können. Besonders sind es an den Übergängen die Schwellen, die durch ihre Lage quer durch den Fluß, durch die geringe W assertiefe auf ihnen und bei NW durch die Q uerrichtung der Ström ung, welch letztere alsdann d ort eine große Geschwindigkeit besitzt, der Flußschiffahrt erhebliche Hindernisse entgegensetzen.

Man sollte nun annehm en, daß schon frühzeitig Beobachtungen u n d Messungen angestellt worden, wären, um K larheit über die W anderung un d A blagerung des Geschiebes und E ntstehung der Schwellen zu erlangen. A ber noch im zweiten D rittel des vorigen Ja hrhunderts finden sich nu r vereinzelt in der w asserbautechnischen F achliteratur wissenschaftliche A bhandlungen ü b er Fragen, die sich m it den Erscheinungen der Geschiebebewegung und -ablagerung in Flußläufen und m it M aßnahmen zur Bekäm pfung der sich daraus ergebenden Nachteile befassen.

B. G e s c h i c h t l i c h e Ü b e r s i c h t : Die ersten Veröffentlichungen über das V erhalten der beweglichen Sohle geschiebeführender Flüsse in Süddeutschland stam m en von G r e b e n a u , der 1849 und 1854 und seit 1860 alljährlich auf der pfälzisch-badischen Rheinstrecke zwischen L auterburg und Germersheim bei NW Aufnahmen von der Lage der K iesbänke und des Talweges maohte. A uf diese Messungen b au t sich seine 1869 bekanntgegebene Theorie über die W anderung der Kies

bänke auf.3)

Grebenau nahm an: W ird eine K iesbank hinreichend hoch über

flutet, so rollt der Kies auf und neben der Kiesbank in einer den Strom fäden parallelen Richtung weiter, nicht aber, wie einzelne H ydrotekten behaupten, in einer gegen das Ufer gerichteten drehenden Bewegung. Die K iesbank wird stets oben kürzer, unten länger, sie rückt also talabw ärts. Hierbei bleibt, da bei HW die W asserfäden u nter sich u n d nahezu dem Ufer parallel sind, die Kiesbank stets auf der Seite des Talweges, wo sie ursprünglich w ar, ohne ihn jem als zu kreuzen.

Nach Grebenau findet also ein regelmäßiges W andern der Kies

bänke flußabw ärts statt. Diese Theorie ist später u. a. von F a b e r als nicht ganz richtig erkannt w orden; dieser w eist auf das Schwanken in den alljährlich gemessenen gegenseitigen A bständen der Kiesbänke im Oberrhein h in 3) und kom m t zu dem Schluß, daß dieses die'Folge einer Verlegung des Talweges bei HW ohne vollständigen Abtrieb der K iesbänke ist. Eine derartige U m bildung rechtfertigt nach Faber die Bezeichnung: Strom strecke m it pendelndem Talweg.

Grebenaus A rbeiten bezüglich der Geschiebebewegung befassen sich vorwiegend m it der W anderung der Kiesbänke in gestreckten, fast geradlinigen Flußläufen, weshalb in der vorliegenden A bhandlung nicht w eiter darauf eingegangen w erden soll. Es ist aber noch die deutsche Bearbeitung der von den am erikanischen Offizieren H u m p h r e y s und A b b o t am Mississippi vorgenomm enen U nter

suchungen zu erw ähnen, die im Jahre 1867 von Grebenau erschien.4)

*) Auszug aus der von der Technischen Hochschule Carolo- W ilhelm ina in Braunschweig 1925 genehm igten D oktor-D issertation.

R eferent: Geh. H ofrat Prof. S)r.=3itg. M. M ö ll e r , K orreferent: Prof.

S)r.»3ltfl. E. N e u m a n n .

3) G r e b e n a u , D er Rhein vor und nach seiner Regulierung auf der Strecke von der elsässisch-bayerischen Grenze bis Germersheim.

D ürkheim a. d. H. 1870.

3) „Die B autechnik“ 1923, Heft 15. D as V erhalten der beweglichen Sohle in geschiebeführenden Flüssen bei steigendem un d fallendem W asser von © r.» 3 n g. cfjr. E. F a b e r , M inisterialrat a. D., München. — Vergl. auch dessen Aufsatz: „Über bauliche Versuche zur Verbesserung gesohiebeführender Flüsse“, Südd. Bztg. 1922, S. 153 bis 156.

4) G r e b e n a u , Theorie der Bewegung des W assers in Flüssen und K anälen. München 1867.

Aus diesem W erke ist Abb. IS entnom m en, die die Querprofile einer S-förmig gew undenen Strecke des Mississippi bei Carrollton in Louisiana zeigt und die n o r m a l e W irkungen einer F lußkrüm m ung auf die örtliche G estaltung eines Querprofiles erkennen läßt.

Gleichzeitig m it Grebenau stellte L a v a l e eingehende U nter

suchungen ü b er das V erhalten geschiebefülirender Flüsse an. Er bereiste als K reisbaurat der Pfalz Ende der 60er Ja h re den Main, Teile der Donau, des Inn, des Lech und der Salzach und studierte besonders die W asser- und Geschiebebewegung nicht n u r an genannten Ström en und Flüssen, sondern auch an kleineren Gewässern und Bächen.

- In seinen von R a p p herausgegebenen A ufzeichnungen5) behandelt er besonders ausführlich die Bewegung des Treibm aterials,

„weil diesem Gegenstände bisher eine verhältnism äßig geringe A ufm erksam keit geschenkt w orden ist. In den m eisten Lehr

büchern über W asserbau findet m an nu r spärliche Angaben über das V erhalten des Treibm aterials, obwohl zur Beurteilung der Flußverhältnisse eine genaue K enntnis der A rt u n d Weise der Geschiebebewegung von größter W ichtigkeit is t“.

Im III. A bschnitt des genannten W erkes von L a v a l e w ird ein

leitend Uber das Zustandekom m en des Treibm aterials gesprochen, sodann w ird dargelegt, welches die Ursachen für die A blagerung des Geschiebes im F lußlauf sind. Es heißt dort:

„Es lagern sich zwischen den Ufern un d über den regulären Flußsohlen naturgem äß in größerer oder geringerer Höhe M aterialm assen ab, und zw ar:

a) in verhältnism äßig zu breiten Strom strecken, b) an konvexen Ufern,

c) an beliebigen Stellen, selbst im regulären Strom e, wenn der Strom w andernde M aterialbänke treibt,

d) an beliebigen Steilen und ebenfalls im regulären Strom e, w enn der Strom feines, gleichmäßiges M aterial in Menge tre ib t u n d diesem wenige, vereinzelte, schwere Stücke beigem engt sind, sowie endlich

e) an Stellen, wo zufällig von Gehängen oder durch Rinnen schwere Senkstücke in den Fluß gelangen.“

Zu dem Falle b), der für vorliegende A bhandlung hauptsächlich in Frage kom m t, fü h rt Lavale aus, daß die M aterialbänke sich an das konvexe, ausbiegende Ufer anschließen, ohne von der Ström ung jem als vollständig abgetrieben zu werden. Es findet n ur insofern eine Ä nderung an der M aterialbank sta tt, als ein steter W echsel im Anlaufen un d A blaufen der Kiesbank oben un d unten vor sich geht.

W eiter schreibt Lavale w örtlich:

„Meistens, ja fast im m er entsteht unterhalb einer Konkaven auf der entgegengesetzten Seite eine zweite Konkave, und es liegen die beiden Konkaven bezw. K onvexen einander schräg gegenüber. Die M aterialbänke, welche sich an den Konvexen bilden, stehen d ann gewisserm aßen m iteinander in Verbindung,^

indem sich von einer M aterialbank quer durch den Strom bis zur anderen eine Schwelle bildet. L äuft die eine Bank oben ab u n d verlängert sich dieselbe nach unten, dann geschieht das gleiche an der schräg abw ärts liegenden Bank. Ebenso verhält es sich, w enn die eine Bank aufw ärts w ieder anw ächst und abw ärts abläuft. Mit diesen Bewegungen ste h t die quer durch den Strom liegende K iesbank (Schwelle) ebenfalls in V erbindung derart, daß dieselbe von oben nach unten abw ärts rü ck t u n d später unten w ieder ab tre ib t un d oben anläuft. Mit den Änderungen der Bänke u n d der Schwelle hän g t im m er auch eine entsprechende Ä nderung des Talweges zusam m en.“

Ferner wird gesagt, daß die M aterialablagerungen an konvexen Strom stellen, sowie die beschriebenen Ä nderungen an den Bänken u n d Schwellen sich an allen Flüssen zeigen, mögen diese wenig oder viel M aterial führen und m ag das M aterial fein oder grob sein.

5) G e o rg L a v a l e , Unsere natürlichen W asserläufe. H ydrotech

nische Studien. Herausgegeben von Jacob Rapp. W eilheim 1883 bei Gebr. Boegler.

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In dem gleichen Ja h re , in dem die Lavale-Rappschen H ydro

technischen Studien erschienen, veröffentlichte M. M ö lle r seine

„Studien über die Bewegung des W assers in Flüssen m it Bezugnahme auf die Ausbildung des Flußprofiles“.6) In dieser Veröffentlichung w ird zum ersten Male dargelegt, daß die einzelnen W asserfäden eines geraden W asserlaufes im Mittel nicht

gerade Bahnen verfolgen, sondern m eist spiralförmige W indungen beschreiben, deren lotrechte Projektionen als Schlangen

linien erscheinen (Abb. 1).

An den Böschungen des Flusses steigt das W asser empor, treib t der Strom m itte in schwach geneigter R ichtung zu und fällt hier abw ärts, um in der Tiefe w ieder auseinander zu weichen un d dann, den Böschungen sich nähernd, den K reislauf zu erneuern. Jeder reguläre Strom w ürde hiernach aus zwei WasserwTulsten be

stehen, die nebeneinander im Flusse strom abw ärts gleiten u n d eine drehende Be

wegung um ihre Längsachse ausführen.

D er D rehungssinn der so gebildeten beider

seitigen Uferspiralen ist an der Oberfläche nach der F lußm itte zu gerichtet, so daß hier ein fallender Strom entsteht, der die größere W assergeschw indigkeit der Ober

fläche auf die Flußsohle ü b e rträ g t, die an diesen Stellen den stärksten Angriff erleidet. Je stärker nun die D reh

bew egung der Spiralen ist, um so bedeutender ist auch die Aus

waschung der Sohle.

Bei einem g a n z r e g u l ä r e n Flußlauf findet dieser Vorgang in der F lußm itte sta tt; der ausgespülte Boden w ird gleichm äßig nach beiden Seiten fortgeschoben, der Fluß „gräbt sich sein B ett“. Der A m erikaner S t e a r n s h a t nach Angabe von M öller7) diese A rt der W asserbewegung auf experim entellem Wege auch gefunden. [Ein

geführte Sägespäne dienten zur K enntlichm achung der W asserwege im W asserinnern, die durch eine seitliche G laswand und von oben her beobachtet werden konnte.

In einer F l u ß k r ü m m u n g ist nu r noch eine der beiden W asser

spiralen vorhanden (Abb. 2), u n d zw ar diejenige, die an der Seite oberhalb des konvexen Ufers der Flußw indung bestand. Die Ström ungs

richtung an der Oberfläche ist also in der K rüm m ung gegen das hohle Ufer gerichtet, w ährend die Ström ung an der Sohle eine wesentliche W inkelabweichung jen er gegenüber besitzt und gegen das vorspringende Ufer weist.

Im Grundriß des W asserbaues finden die Vorgänge, die in einer F lußkrüm m ung bei Bildung der Kolke und S and

bänke statthaben, ausführliche Behand

lung.8) Es w ird hier dargelegt, daß in

folge der F liehkraft die am schnellsten fließenden W asserm assen sich dem hohlen Ufer nähern und d o rt gestaut werden. Es entsteht ein Quergefälle, das sich an der Oberfläche durch Querneigung des W asserspiegels zu er

kennen g ib t, und in der Tiefe als Neigung der Flächen gleichen Druckes

Abb. 3.

6) Zeitschrift für Bauwesen 1883, S. 194 bis 210. Siehe auch: „Über Bewegung im Strom e un d G estaltung der F lußsohle“ von M. M ö lle r , Zeitschr. d. Arch.- u. Ing.-Ver. H annover 1S90, S. 455 bis 467.

") Zeitschr. d. Arch.- u. Ing.-Ver. H annover 1890.

s) M. M ö lle r , Grundriß des W asserbaues, II, S.134 u. f.Leipzig 1906.

Verlag von S. Hirzel.

auftritt; diese sind hier dem W asserspiegel parallel gerichtet (Abb. 3). Aus der Gleichung zwischen der zentripetalen Quer

beschleunigung — . g (der Schwere), die nach vorstehendem in oberen

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un d unteren Schichten den gleichen W ert besitzt, un d der zentrifugalen iy2

Querbeschleunigung - - w ird d o rt nachgewiesen, daß die schnell

bewegten Teilchen nahe der Strom oberfläche in einem Bogen von größerem H albm esser B = v* ■ — sich bewegen und daher an das hohle Ufer gelangen und dort kolkend wirken, w ährend die unteren, langsam er fließenden W asserm assen nahe der Sohle in stärker ge

krüm m ten Bogen r — u -- n - (also von kleinerem Halbmesser) sich nach dem konvexen Ufer hinüber besvegen und die Sinkstoffe dorthin führen. L etztere lagern sich ab und bilden im Schutze des vor

springenden Ufers eine S andbank. D as V erhältnis der Halbm esser ergibt sich zu: B : r = v - : u !, u n d daraus w ird für v = etw a 2 «

R = 4 r.

Dieser Vorgang ist von Möller u. a. zum Gegenstände von Vor

führungen in den W asserbau-Ü bungen im Anschluß an den Hochschul

u n terricht gem acht w orden, die in einem im Mühlbache bei Glies

m arode (Braunschweig) eingebrachten Gerinne m it gerader Anfaugs- streoke und anschließenden K rüm m ungen zur D urchführung gelangten.

W eiter sind diese U ntersuchungen von Möller als Them a für eine Preisarbeit gew ählt w orden.0) Die Messungen der Strom richtungen w urden in der Weise ausgeführt, daß man in das W asser m ittels eines Glasröhrchens Farbstoff einführte, der die Ström ungsrichtungen etw a so erkennen ließ, wie der Rauch die W indrichtung. E r breitete sich auf seinem L au f aus und schw ankte in seiner Bewegung, wie der Rauch das u nter der W irkung des W indes ebenfalls tut. Die m i t t l e r e Richtung der Ström ung w urde durch einen ü b e r W asser gespannten Faden bestim m t, dessen Neigung zur Strom achse durch Koordinaten festgelegt wurde.

Von besonderem Interesse sind noch die Ausführungen, die Möller von der W asserbew'egung an den Übergängen bei m ittlerem oder kleinem W asser im Grundriß des W a s

serbaues, Band II, S. 138 bis 139, bringt Abb. 4 10) zeigt eine Flußstrecke m it zwei schräg gegen

überliegenden Kolken, die nach A blauf des HW wie Teiche wirken.

Ein fast w agerechter Spiegel will sich in den Kolken einstellen, so daß in ihnen nu r ein geringer G efällverbrauch stattfindet. H ier

durch ist b edingt, daß der A bstand zweier Spiegel-Höhenlinien voneinander in den Kolken größer ist als außerhalb der Kolke. F ast das ganze Gefälle vereinigt sich über den Schwellen, hier eine große W asserge3chw indigkeit erzeugend, w odurch eine kleinere Q uerschnitt

fläche für den W asserdurchfluß notw endig wird. D a ferner die Quer

schnittbreite am Orte der Linie 8, d. h. die Länge der Linie 8, am größten ist, verm indert sich die W assertiefe d o rt bedeutend.

Zusam m enfassend w ird gesagt: Einm al w ird bei kleiner W asser

führung auf der Schwelle eine kleinere Querschnittfläche benötigt, weil das W asser d o rt am schnellsten fließt, u n d w eiter ist die Tiefe ver

m indert, weil die Profilbreite dort groß ist.

Es w ird noch erw ähnt, daß im Interesse der Schiffahrt die Querström ung von einem Kolk zum gegenüberliegenden hinüber zu verm indern ist; die Übergänge sind also sanfter zu gestalten, und die W assertiefe über den Schwellen ist daselbst zu vermehren.

Um dieses zu erreichen, w ird vor

geschlagen, den W asserspiegel am oberen E nde der Kolke durch Einbau

Abb. 5. von Grundschw el

len G (Abb. 5 u ) zu heben; ferner sind niedrige Leitw erke L für V erm inderung der Breite des Flußprofiles quer zur S trom richtung zu errichten, w odurch eben-

°) D er dam alige Studierende H err F. W. S c h m i d t (zurzeit Ober

b a u ra t in Münster) erhielt den ausgesetzten Preis (1898).

10) Aus M. M ö lle r : G rundriß des W asserbaues, Bd. II, S. 139.

11) Aus M. M ö lle r : Grundriß des W asserbaues, Bd. II, S. 142.

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Fachschri ft für das gesamte Bauingenieurwesen. 737

falls eine V ergrößerung der Wassertiefe auf den Schwellen erreicht w ird. Die Leitw erke wirken auch dahin, die Q uerström ung in einer schlankeren Linie abzulenken. Zuletzt kann noch die Ausbaggerung einer Schiffabrtrinne von c bis zum oberen Ende des Kolkes f ‘ in Frage kommen, w odurch das relative Gefälle schwächer als zuvor wird;

auch vereinigt sich die W assermenge, welche vor der Baggerung die ganze Breite des Flußbettes ausfüllte, auf eine schmale Rinne.

Es sei an dieser Stelle noch nachgetragen, daß das Blechgerinne, in dem die au f S. 739 beschriebenen Versuche angestellt w urden, im Jahre 1896 von Möller zur Veranschaulichung von Ström ungserschei

nungen in einem F lußlauf verw endet worden ist.

Zehn Jahre früher, im Jahre 1886, stellte Möller zum ersten Male Versuche m it W asser in einem Gefäß von 120 cm Durchm esser an5

und zw ar bezw eckten diese die Nachahm ung der atm osphärischen W irbelvorgänge. Sie zeigten, wie durch die Einw irkung der Reibung an der Sohle die Ström ung, in der Tiefe geringer ausfallend, sich nach dem W irbelzentrum hin bewegt und dort aufsteigenden Strom ver

anlaßt. Die m itgeführten Sinkstoffe sammeln sich dann im Zentrum.

Hier entspricht letzteres dem konvexen Ufer des Flusses, wo sich auch die Sinkstoffe sammeln und die Sandbänke bilden.

Im Jahre 1S86 veröffentlichte F. v. H o c h e n b u r g e r , k. k. Ober

baurat, die Ergebnisse seiner Studien, die er bei den zahlreichen von ihm ausgeftthrten Flußregulierungen in Steierm ark gewonnen h a tte .12) In diesem seinem W erke behandelt er im V. A bschnitt u n ter;

„Geschiebe“ zuerst allgemeine B etrachtungen, in welchen er Aufschluß über Gewicht, Form , Gemenge und Größe des Geschiebes sowie über die Ursachen der Geschiebeablagerungen gibt. ' Diese sind in der Regel darauf zurückzuführen, daß der Fluß nicht m ehr die K raft hat, das in Bewegung befindliche Geschiebe fortzubringen und dessen A n

häufung an irgend einer Stelle zu verhindern.

Ausführlich w ird noch ü b er die Schichtung, über Alter und Ab

trieb der Geschiebebänke berichtet.

Von der Bewegung des Geschiebes w ird gesagt, daß diese erst bei höheren W asserständen durch die gesteigerte K raft der Ström ung beginnt. Bei dieser Bewegung reiben sich die einzelnen Bestandteile der Geschiebemasse an anderen Sinkstoffen un d dem ström enden W asser oder am Fluß- oder Uferboden, sie verfolgen auch nicht imm er eine u n d dieselbe Richtung und kreuzen sich häufig auf ihren Wegen;

die einzelnen Steine werden daher nicht allein durch die Reibung m it anderen Steinen, dem Boden und ström enden W asser in ihrer Bewegung aufgehalten, sondern erleiden auch durch andere in Be

wegung befindliche Sinkstoffe eine Einbuße in den erlangten Be

wegungsm omenten.

Die Bewegung des Geschiebes w ird häufig unterbrochen, und zwar durch Hindernisse im Flußbelte oder durch V erm inderung der be

wegenden W asserkraft infolge Rückganges des W asserstandes. Aus diesen Erscheinungen ist es erklärlich, w eshalb die Fortbew egung der Geschiebemassen verhältnism äßig langsam vonstatten geht.

Zum Schluß w ird noch sehr eingehend über den Verschleiß des Geschiebes und die W iderstände bei der Geschiebebewegung berichtet.

W enn die bisher besprochenen Untersuchungen und Beobachtungen, die der w asserbautechnischen W issenschaft dienen sollten, fast aus

nahm slos an den bestehenden Flüssen und Bächen angestellt wurden, so tr a t darin im Jahre 1890 eine Ä nderung insofern ein, als Professor E n g e l s an der Technischen Hochschule in Dresden ein L aboratorium zur Verfügung h a tte , in dem er Modellversuche über das Wesen und Verhalten der natürlichen W asserläufe anstellte.

„Da diese Versuche in ihrer A rt gänzlich neu w aren u n d es daher zweifelhaft erschien, ob sie ü berhaupt zu brauchbaren Ergebnissen führen würden, so w ar es geboten, unter Auf

w endung m öglichst geringer Mittel, d. b. im möglichst kleinen Maßstabe .den Anfang zu m achen.“ 18)

Diese ersten, in einem einfachen Zinkblechgerinne angestellten Versuche hatten sehr günstige Ergebnisse gezeitigt, so daß im Ja h re 1898 der D resdener Hochschule ein F lußbaulaboratorium an

gegliedert wurde, das m it einem 13,40 m langen Gerinne und vielem Meßgerät ausgestattet war.

Von den von Engels in der Folgezeit sehr zahlreich angestellten Versuchen seien in vorliegender A bhandlung nu r diejenigen erw ähnt, die sich m it der Geschiebebewegung in Flußläufen befassen.

In der obengenannten Veröffentlichung von Engels w ird zuerst eine U ntersuchung beschrieben, die den W anderungsw eg der Sand

bänke in einer geradlinigen Elbstrecke feststellen sollte. Dieser Ver

such h a t gezeigt,

ia) F. v. H o c h e n b u r g e r , Über Geschiebebewegung u n d Eintiefung fließender Gewässer. Leipzig 1886. Verlag von W ilhelm Engelmann.

13) D as F lußbaulaboratorium der Königl. Technischen Hochschule in D resden. Vom Geh. H ofrat Professor H. E n g e l s in Dresden.

Zeitschrift für Bauwesen 1900, S. 343.

„daß die Sandfelder bei ihrer W anderung von einem Ufer zum anderen überschlagen“.

Die B eobachtung der W anderung des Sandes in dieser geraden Flußlaufstrecke konnte u n m ittelbar stattfinden, was bei dem folgenden Versuch, der die Sandw anderung in gekrüm m ten Flußstrecken betraf, nicht ohne besondere V orrichtungen möglich war.

Bei diesen Untersuchungen venvendete Engels gefärbten Sand, und um dessen Ü berlagern durch den das F lußbett bildenden Sand zu vermeiden, w urde das F lußbett u n te r Verw endung feinen Kieses (feste Sohle) hergestellt. Je tzt konnte der W eg des w andernden Sandes sehr g u t beobachtet werden, und Engels faßt das Ergebnis in folgendem Gesetz zusam m en:

„In Flußkrüm m ungen der vorliegenden A rt verfolgt das w andernde Geschiebe den k ü r z e s t e n Weg, indem es von einem ausbiegenden Ufer zum nächsten ausbiegenden Ufer unterhalb überschlägt.“ (S. 358 der oben angegebenen Veröffentlichung.) In seinem „H andbuch für W asserbau“ h at Engels auf diese E r

gebnisse seiner früheren Modellversuche hingewiesen und daran die Bem erkung geknüpft: „Daß die SiDkstoffe tatsächlich in der b e

schriebenen Weise wandern, ist durch Beobachtungen von Lavale nachgewiesen w orden.“ Diese Schlußfolgerung bezieht sich au f eine auf S. 735 im W ortlaut wiedergegebene Stelle in der Lavale-Rappschen A bhandlung. O berregieruugsbaurat a. D. Rapp legte aber in einem Schreiben an Engels dar, daß Lavale nie b ehauptet hätte, „daß das die Schwelle bildende Geschiebe das F lu ß b ett w ährend seiner W anderung durchquert. D arüber, ob dieses Geschiebe in der Rich

tung der Schwelle oder q u e r zu dieser wTandere, und wie die Schwelle überhaupt zustande komme, äußerte sich Lavale n icht.“

W ie nun Engels im „Bauingenieur“ H) m itteilt, erschien ihm „der Einspruch von solch beachtensw erter Seite doch so gew ichtig“, daß er sich veranlaßt sah, durch neue Versuche m it einem eine beweg

liche Sohle aufweisenden Modellfluß diese Frage nachzuprüfen. Engels kom m t zu folgendem Schluß:

„Auch diese Versuche haben meine Auffassung bestätigt, daß in gekrüm m ten Flußstrecken die Geschiebe vom oberen kon

vexen Ufer zum nächstfolgenden gegenüberliegenden konvexen Ufer u nter D urchquerung des F lußbettes überschlagen.

Abb. 6.

D er bei A (Abb. 6) eingebrachte Sand w anderte von A nach B und von B nach G. Bei B eingebrachter Sand schlug sofort nach A hinüber, um dann nach B und G w eiterzuw andern, w ährend bei E eingebrachter Sand nach B und von hier nach C w anderte.

Die vorstehend behandelte Frage m uß daher solange als eine offene angesehen w erden, solange nicht durch Beobachtungen im großen die bisherigen Ergebnisse der Modellversuche eine Bestätigung gefunden haben.“

Die Tatsache, daß die Frage nach dem Wege, den das w andernde Geschiebe in S-förmig gekrüm m ten Flußläufen einschlägt, noch nicht geklärt ist, h a t mich veranlaßt, die im folgenden m itgeteilten Modell

versuche anzustellen.

Eine einwandfreie N achprüfung dieser strittigen Frage ist nicht nur, wie Engels' oben sagt, durch Beobachtungen im großen zu er

reichen, sondern auch durch Versuche im kleinen, d a es sich um eine Erscheinung handelt, die u n te r gleichen Bedingungen allenthalben, also auch in einem Modellversuch auftritt.

I I . B esch reib u n g d e r V ersuche.

A. B e s c h r e i b u n g d e s L a b o r a t o r i u m s , d e s M o d e l l f l u ß la u f e s u n d d e r M e ß v o r r i c h t u n g e n . Einen allgemeinen Über

blick von der Anlage des L aboratorium s der Technischen Hochschule zu Braunschweig, in dem die nachstehend beschriebenen Versuche v or

genom m en w urden, gibt Abb. 7. Im V ordergründe erkennt m an die H eberleitung H , die das für die Versuche benötigte W asser aus dem von einem W ehre gestauten Okerfluß entnim m t und in den V orraum des Versuchsgerinnes V leitet. Hier w ird durch eine Regulierklappe B das für die Versuche nicht benötigte überschüssige W asser in einem seitlichen K anal K der Oker zugeführt, w ährend das für die Versuche bestim m te W asser, durch W ellendäm pfer beruhigt, und durch ein Überfallwehr in seiner Menge geregelt, in das Versuchs

gerinne gelangt, dieses durchström t, und entw eder durch eine Schütz

öffnung S unm ittelbar der Oker zufließt, oder, falls eine W asser- H) D er Bauingenieur 1924, H eft 10, S. 293.

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738 DI E B A UT E C H N I K , Heft 53, 8. Dezember 1925.

Abb. 7.

mengenmessung stattfinden soll, in einen Meßkasteu geleitet wird, der für diesen Fall einzubauen ist.

Das Versuchsgerinne selbst h a t eine Breite von 1,83 m u n d eine Länge von 10 m. Es ru h t am K opf auf zwei Schraubenspindeln und in einer Entfernung von 4,55 m auf einem K ipplager; m it Hilfe der Schraubenspindeln kann dem Gerinne ein beliebiges Gefälle gegeben werden, das an den seitlichen Eisenständern E (Abb. 7) m ittels an

gebrachter M aßstäbe und Zeiger bestim m t wird.

Der Modellflußlauf, in dem die Versuche vorgenomm en werden sollten, w urde in dem m it gelbem Sand gefüllten Gerinne des Laboratorium s so eingebaut, daß das W asser aus einem vorderen W asserbecken zuerst eine gerade Strecke durchström en m ußte, dann durch eine K rüm m ung m it anschließender kurzen Geraden in den S-förmig gew undenen Teil des Flußlaufes gelangte.

Nach D urchström en dieser S-förm igen F lußkrüm m ung verläßt das W asser den Modellfluß u n d gelangt in ein hinteres W asserbecken, und von hier entw eder in die Oker oder in den W asserm eßkasten.

Um die Ufer des Flußlaufes vor dem Angriff des fließenden W assers zu schützen, w urden sie aus 20 cm hohen Schwarzblech

streifen hergestellt. Ein Vorversuch, bei dem die Ufer m it aneinander

gereihten rechteckigen Betonsteinen von den Abmessungen 5 X 1 2 cm belegt worden waren, h atte gezeigt, daß an den Stoßfugen der einzelnen Steine W ellen auftraten, die die Beobachtungen störten.

Abb. 8.

Ein w eiterer Nachteil der Uferbekleidung m it einzelnen Beton

platten w ar, daß das fließende W asser durch die Fugen hinter die einzelnen Steine treten konnte und dort A uswaschungen bewirkte, deren Folge das W egsacken der Steine u n d dam it Zerstörung des Flußlaufes war.

Die Blechwandungen dagegen haben sich sehr g u t bew ährt, so daß bei Beendigung der Versuche das Flußprofil noch vollkommen unversehrt dastand.

Aus H erstellungsgründen w urden keine geneigten, sondern lo t

rechte Uferwände gewählt, was für die Versuche selbst ja ohne Be

deutung ist.

Bei Versuchen un d E xperim enten pflegt m an im allgemeinen ein

fache Beziehungen zu schaffen. Solche w erden hier durch Anw endung l o t r e c h t e r Uferw andungen erreicht. — Schräge Ufer ergeben im übrigen sehr ähnliche Erscheinungsform en, n u r daß bei diesen die W assergeschwindigkeiten gegen das Ufer hin abnehm en un d daher_

die Tiefstpunkte der Kolke nicht so nahe an das Ufer herantreten D a es nicht d arauf ankam , den Gegensatz der Einw irkung gerader und schräger Uferw andungen festzustellen, da ferner die ganze Ver

suchseinrichtung des L aboratorium s n u r beschränkte Spiegelbreiten des Modellflußlaufes zuläßt, un d bei A nordnung schräger Ufer die Sohle sehr schmal ausgefallen wäre, wurden, wie oben schon erw ähnt, lotrechte B lechwandungen als Uferbefestigung gewählt.

Die lotrechten Blechwände w urden am Boden durch Umknicken des Bleches und an der oberen K ante durch kleine A nker befestigt, die seitlich vergraben wurden.

Um eine gute B eobachtung der Vorgänge auf der Flußsohle zu gew ährleisten, w urde diese so hoch liegend wie möglich augeordnet.

Die größte W assertiefe konnte 5 cm b etragen; das MW w urde auf 3 cm festgelegt. Die F lußbettbreite betrug 25 cm.

Einen Blick in den eingebauten Modellfluß gew ährt Abb. 8, und zw ar aufgenom m en vor Beginn der Versuche.

D a der im Versuchskasten lagernde gelbe Sand für die anzu

stellenden Versuche zu grobkörnig war, w urde ein feiner, weißer Sand als Flußsohle in einer Stärke von 5 cm eingebaut. Auf Abb. 8 ist die weiße Sandsohle noch nich t eingebrachc. Die K orngröße des Sandes betrug 0,1 bis 0,3 mm. Sandbew egung setzte bei einer W assergeschw indigkeit von 31 cm/Sek. an der Oberfläche ein.

W ie w eiter unten ausgeführt ist, dient diese weiße Sandsohle nu r zur Herbeiführung eines durch die S tröm ung hervorgerufenen F luß

profiles m it K olken an den konkaven und Sandbänken an den konvexen Uferseiten. F ür die Beobachtung der eigentlichen Geschiebe

bew egung w urde durch besonders angestellte Vorversuche ein M aterial ausgesucht, das folgenden Bedingungen entsprechen sollte:

D as M aterial soll:

a) bei geringen W assergeschwindigkeiten w andern;

b) gute A blagerungen hervorrufen;

c) durch seine F arbe den W anderungsw eg deutlich u n d ein

w andfrei erkennen lassen.

Bei der P rüfung der verschiedenen M aterialien au f ihre B rauch

b arkeit gem äß der obigen B edingungen zeigte es sich, daß im trockenen Z ustande zerriebenes un d vor dem Einbringen eingeweichtes Laub schon bei den geringsten Geschwindigkeiten von der Ström ung m it

genom m en wurde. Ein Nachteil dieses M aterials war, daß Ablagerungen, durch die leichte Beweglichkeit bedingt, nicht stattfanden.

Rotes Ziegelm ehr w ar zu schw er; schwebende B estandteile w urden fortgeführt, ohne daß A blagerung stattfand, auf der Sohle liegende Teile dieses M aterials bewegten sich auch bei größeren Geschwindig

keiten nicht.

Braunkohlenasche w anderte bei stärkerer Ström ung, blieb hinter Unebenheiten liegen.

Braunkohlengrus zeigte sich als bestgeeignetes M aterial; gute A blagerung und W anderung tra t bei m ittleren Geschwindigkeiten ein, so daß dieses M aterial für die späteren Versuche zur Anw endung gelangte. Ein w eiterer Vorteil war, daß die schwarze F ärbung dieses Treibm aterials sich deutlich von der weißen Flußsohle abhob und daher genaue B eobachtung des W anderns zuließ; durch diesen F arb en k o n trast konnten auch Lichtbilder hergestellt vrerden, die die Ablagerungen klar zeigten.

Über die M eßvorrichtungen ist folgendes zu sagen: Zur Aufm essung der Höhenlinien des Flußlaufes w urden an den Seitenw änden des V ersuchskastens zwei Leisten befestigt, und zw ar so, daß sie in einer w agerechten Ebene, die der Flußsohle im U rzustände parallel war, lagen. Um dieses zu erreichen, w urden die O berkanten der beiden Leisten vorerst durch ein Umlegeverfahren auf ihre Liniengeradheit geprüft. Beim Anschrauben der Leisten an die W andungen des Versuchsgerinnes geschah das W agerechtrichten m ittels W asserwage.

Uber die beiden Leisten w urde sodann ein Querscheit gelegt, das sich in L ängsrichtung des Versuchsgerinnes bewegen ließ; und von diesem herab w urden die Tiefenpunkte an den einzelnen Querprofilen des Flußlaufes m ittels einer durch Gegengewicht ausgeglichenen Nadel an einem Maßstab abgelesen.

Die Ström ungsrichtungen w urden m it Hilfe von Seidenfäden be

stim m t, die an einer Nadel befestigt waren, und zw ar diente ein blauer F aden zur E rm ittlung der unteren Ström ung, w ährend ein roter Faden, der m it einem Stückchen Kork an seiner Spitze versehen w ar, um ein Niedersinken des nassen F adens zu vermeiden, die Richtung der Oberström ung anzeigte,

(5)

Fachschri ft für das gesamte Bauingenieurwes en.

Abb. ‘J.

Abb. 11.

Abb. 10. K ohleablagerungsplan und D arstellung des H auptw anderungsw eges der Kohle (bei größerer W asserführung).

¿chwelleK

firurpmW/7JT_

Ausschlagwinkel cc sind doppelt auf getragen, als die Mes- sungswerto ergeben haben.

Abb. 12. Lageplan zu den Ström ungsrichtungen (bei größerer W asserführung).

D a die Fäden, die naturgem äß eine gewisse, wiewohl nur sehr geringe Steifigkeit haben, durch ihre Befestigung an der Nadel ein B inspannm om ent besaßen, m ußte dieses bei der Strom richtungsm essung d era rt berücksichtigt w erden, daß die F äden von ihrem Befestigungs

p u n k t an der N adel aus bis zur Spitze hin eine gerade Linie bildeten, w as sich durch Drehen der Nadel erreichen ließ.

Die Größe des Ausschlages der Fäden w urde m ittels einer Schablone festgestellt, die eine M aßeinteilung trug und eine Länge von 28 om hatte, so daß sie über das Flußprofil gelegt w'erden konnte.

Die W assergeschwindigkeit im W asserspiegel w urde m ittels Ober

flächenschwimmer festgestellt.

Zur Bestim mung des Gefälles dienten zwei V orrichtungen. Wie oben schon erw ähnt, konnte ein bestim m tes Sohlengefälle m ittels K ippens des Versuchskastens, un d zw ar durch Heben oder Senken des K astenvorderendes, erreicht w'erden. F erner w urde das Spiegel

gefälle m it einem W asserstände-M eßapparat kontrolliert. Dieser zeigt bei V erwendung von Kampferöl 1 lm a l vergrößert den Höhenunterschied der W asserspiegel an zwei voneinander entfernten Orten im F lußlauf an. D ie E i n r i c h t u n g e i n e r s o l c h e n M e ß e i n r i c h t u n g i s t s c h o n b e k a n n t . 15)

B. B e s c h r e i b u n g d er V e r s u c h e . Bildet ein Flußlauf S-förmige W indungen, dann entstehen an den einbiegenden Ufern bekanntlich auf der Sohle Kolke, w ährend sich an den gegenüberliegenden, aus

biegenden Ufern Sandbänke ablagern.

Um nun die Geschiebebewegung in einem S-förmig gew undenen Modellflußlauf zu beobachten, ist es zweckmäßig, zu Beginn der V er

suche ein oben beschriebenes F lußbett durch die W asserström ung sich bilden zu lassen, um Ü bereinstim m ung m it der N atur zu bekommen.

Die W assergeschw indigkeit w ird so bemessen, daß eine lebhafte Sandbew egung stattfindet, so daß nach m ehrstündigem Durchfluß in ' den K rüm m ungen an den konkaven Ufern Kolke und an den konvexen 15) Bei w asserbautechnischen Versuchen nach A nleitung von Möller für seine 2>r.=3n 3-- A rbeit zuerst von H artm ann 1902 benutzt; siehe B eitrag zur W irbelbewegung, ®r.=3ug.-Dissertation von R. H artm ann, Braunschweig.

Abb. 13.

Ufern Sandbänke entstanden sind. Abb. 9 zeigt ein Querprofil in einer K rüm m ung des Modellflußlaufes. Die in den Sand gesteckte schwarze P appe läß t das Profil erkennen.

N unm ehr w ird der vorher m it W asser zu einem dicken Brei verrührte B raunkohlengrus vorsichtig und gleichmäßig verteilt in den Flußlauf eingebracht. Die S taubbestandteile des Kohlenbreies werden sofort von der Ström ung des W assers als schwarze Wolke m it fortgenommen, und zw ar durch

strö m t diese die K rüm m ung I (Abb. 10) h a rt am rechten Ufer an

liegend; sodann verläßt sie dieses Ufer zwischen Profil 4 und 5, um schräg nach dem linken Ufer zu fließen. Von Profil 7 bis 16 bleibt sie am linken Ufer, durchquert dann den F lußlauf, um bei Profil 20 das rechte Ufer wieder zu erreichen. Man erkennt in diesem Wege den der Oberströmung.

Das Geschiebe selbst bewegt sich ruckweise strom abw ärts. Die leichteren K ohlenbestandteile w erden anfangs etwas vorgeschoben, um sich dann rollend weiterzubewegen, bis ein H indernis sie für einige Zeit festhält; die größeren Geschiebestücke dagegen haben fast nur eine gleitende Bewegung, die auch stoßweise vor sich geht.

Verfolgt m an nun den Weg, den das Geschiebe nim m t, so zeigt sich, daß bei Beginn der ersten K rüm m ung das Geschiebem aterial vom hohlen rechten Ufer zum ausbiegenden linken hinüber w an d e rt (Abb. 10). Hier treten im Schutze des vorspringenden Ufers starke A blagerungen ein; es entsteht eine Geschiebebank, die nach der Ufer

seite zu ansteigt, und da die U nterström ungsrichtungen nach dem linken Ufer hin gerichtet sind, ro llt das Geschiebe die schiefe Ebene der Bank empor, um zum Teil über ihren höchsten Rand h erunter

zufallen und dort liegenzubleiben; dabei gew innt die Bank nach A rt der in Abb. 11 p u nktiert angedeuteten Ablagerungen strom ab an Ausdehnung.

Verfolgt m an die Geschiebew'anderungen w eiterhin, so erkennt m an aus den gemessenen Ström ungsrichtungen, daß bei Profil 4 (Abb. 12) die U nterström ung in Linie „Links“ nun parallel zum linken Ufer gerichtet ist, daß also das Geschiebe am Rande der K ohlebank parallel zum Ufer fortbew egt wird. Bei Profil 5 m acht sich die W ir

kung der K rüm m ung II des Flußlaufes durch A blenkung der U nter

ström ung nach der Flußseite hin bem erkbar, w ährend auf der rechten Uferseite noch die K rüm m ung I auf die U nterström ung sich durch deren A blenkung auswirkt. D as Treibm aterial w'ird also von beiden Ufern fort nach der Flußseite zu gedrängt und bleibt dort zum Teil liegen (Abb. 10).

(6)

740 DIE B A U T E C H N I K , Heft 53, 8. Dezember 1925.

JIT M itte / a u s J - x r -

t3

+z

o

-7

-z

-J .

\

70 15

Die gem ittelten Kurven.

Die Unterschiedskurve.

M itte / a u s IT --v .— x— _HT M itte / a u s I — »— «— M itte / o u s J Z - v-— x ~

ZO Z5

. j y

10 15

X

7 Z 3 5 5 6 7 6 9 70 11 13 73 1V 75 76 17 18 19 2 0 ZJ 22 ¿3 ¿1 ¿5tsZ

l

Frofi/e

I

I l

i l

Z 7cm /---

r - 75,35 a u f l 7 7 7 c m 5 3 C/77

- \r -S 3 .2 5 o u i l 'S 9 c m - J e \z 7 c m r

K urvenband des Flußlaufes.

Abb. 14. Die Ström ungsrichtungen in Linie „Links“

(bei größerer W asserführung).

E rst weiter tlußabw ärts, bei Proiil 8, ist die W irkung der K rüm m ung II auf die S tröm ungsrichtung so sta rk gew orden, daß sich je tz t das Geschiebe an das rechte Ufer anlehnt.

D er H auptw anderungsw eg des Geschiebes bleibt von nun an am einbiegenden Ufer, und zw ar au f der der F lußm itte zugekehrten Seite der Geschiebebank, bis von Profil 16,3 ab (Abb. 10) die K rüm m ung III durch A blenkung der U nterström ung in W irkung tritt. Das findet zunächst nu r u n m ittelbar am Ufer sta tt, hingegen im A bstande von -j- vom Ufer in Linie „Reohts“ erst in Station 17,8 (Abb. 11).

D as w ährend der Versuche aufgenommene Lichtbild (Abb. 13) zeigt die S-förmige Flußlaufschleife flußaufw ärts gesehen. Die Ablagerungen ziehen sich am rechten Ufer entlang, w ährend links die weiße F lu ß sohle zu erkennen ist.

Der unregelmäßige Rand der Geschiebebank ist verursacht durch kleine Sandw ellen, hinter die sich das Kohlengeschiebe ab

lagerte.

Nachdem sich im ganzen F lußlauf gute A blagerungen gebildet hatten, w urden m it dem oben beschriebenen Ström ungsrichtungsm esser in jedem Querprofil an drei P unkten die Ober- und U nterström ungs

richtungen gemessen, un d zw ar w urden die drei P u n k te bezeichnet m it:

Linie „Links“, Linie „M itte“ und Linie „Rechts“ (Abb. 11).

D a es sich zeigte, daß in den einzelnen P unkten die Richtungen der Ström ung w ährend der Messung stark w echselten, w urden die Beobachtungen in jedem P unkte längere Zeit vorgenomm en, und aus den beobachteten A usschlägen das Mittel als Ström ungsrichtung in dem betreffenden P unkte bezeichnet.

r - 7 0 a u f

K urvenband des Flußlaufes.

¿ L £ /R--- 1 r - 7 0 a u f 1 - 1 0 0 C/77 r j

Abb. 15. Die Ström ungsrichtungen in Linie „M itte“

Mit diesem Verfahren w urden die Ström ungsrichtungen dreim al gemessen und die W erte in Tabellen zusam m engestellt. Einige Zablen- werte zeigt folgende Tabelle:

53c Oberströmung M ittel U nterström ung M itte l

rö *-*

o —

<ao o,

Messung Nr.

I | II | III | IV

S p a lte n

2 b is 5 Messung Nr.

I [ II | III | -iv

S p a lte n 7 bis 10 ^{« Q,}- CD

O *

1 3 | 3 [ 4 | 5 6

o

o00j

_

11 12

I. Ström ungsrichtungen in Linie „Links“

5 - 2 — 1 — 2,5 - 1 , 5 — 1,75 + 2 . — 0,5 + ¹ + 1 + 0,9 9 - 2 0 — 3 - 3

_

² + 3,5 + 3 + 1 + 3 + 2,83

16 + 0,5 + 0,5 — 0,5 - 0 , 1 7 0 0 + 1 + 0,33

2 2 + 2 + 2,5 + 1 ,5 + 2 — 0,5 0 — 1

.

- 0 , 5 II. Ström ungsrichtungen in Linie „M itte“

5 - 1 , 5 - 1 , 5 — 1 — 1,33 0 0 — 1 - 0 , 3 3

9 0 - 1 , 5 — 2 — 1,5 — 1,25 + 1 + 2 + 2 + 1,5 + 1 > 8

16 + 0,5 — 0,5 - 0 , 5 — 0,17 + 1 + 2 + 1 + 1,33

2 2 + 2,5 + 1,5 + ² + 2 — 2,5 - 3 — 2,5 - 2,67 III. S tröm ungsrichtungen in Linie „Rechts“

51 0 - 1 ^ 0 0 — 0,25 — 3 0 0 + 0,5 - 0 , 9

9 — 2 0 1 - 2 — 1 — 1,25 + 2 + 3 — 0,5 0 + 1 , 1

16 0 0 + 0 ,5 + 0,17 + 1 + 1 + 2 + 1,33 |

2 2 i + 1 + 2,5 + 2 ,5 + 2,5 + 2 , 1 — 4 — 3,5 — 5

_

² — 3,8 | 2,65 4,83 0,5 2,5

1

3.05 1.5 4,67

2,35 1,16 5,9

(7)

Fachschrift für das gesamte BauingenieurWesefl. 741

1 2 3 O 5 6 7 8 9 IO 17 12 13 71 15 15 77 78 70 2 0 21 22 23 2V 25 Die O berström ungen der Messungen Nr. 1 bis 3.

Die U nterström ungen der Messungen Nr. 1 bis 3.

m e / (JUS J J -

X ” X----

\

X —

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S / J—“X*—

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10 15

20 25

l I

I

\J 2 £ S h r - S 3 ,is a u f 753 c m ^ S3- c- --->. r -76.25 o u f 1 1 6 c m K urvenband des Flußlaufes.

Abb. IG. Die Strüm ungsrichtungen in Linie „Rechts“

Zu den Tabellen ist folgendes zu bem erken: D er Ausschlag der Ström ungsrichtung nach dem rechten Ufer ist als positiver, der nach dem linken Ufer als negativer W ert eingetragen. D er Ausschlag von der Größe Null bedeutet, daß die S tröm ungsrichtung parallel zur Flußachse in dem betreffenden P unkte war.

In den Spalten 2 bis 4 und 7 bis 9 sind die drei Messungen ein

getragen, die in jedem einzelnen Profil vorgenom m en worden sind, und zw ar gelten die Spalten 2 bis 4 für die Oberström ung un d die Spalten 7 bis 9 für die U nterström ung. Spalten 5 und IO nehmen die zum Schluß der Versuche angestellten Kontrollm essungen auf, die bei der M ittelbildung m it verw endet w urden. Die Spalten G und l l geben die aus den 3 bezw. 4 Messungen gezogenen Mittel

w erte an. Der Unterschied aus Spalten G und 11 ist in Spalte 12 eingetragen.

Um ein klares Bild von dem V erlauf der Ström ungsrichtungen vor Augen zu haben, sind die W erte der Tabellen zeichnerisch auf

getragen, und zwar so, daß die Abszissenachse von der durch die 25 Querprofile unterteilten Flußlaufstrecke gebildet w ird, während als O rdinaten die Ausschläge der Ström ungsrichtungen gegenüber der Flußachse aufgetragen worden sind (Abb. 14, 15 u. 16).

A uf diesen Abbildungen sind in den D arstellungen I die Oberströmungen (Tabellenwerte der Spalten 2 bis 4), in den D ar

stellungen II die U nterström ungen (Tabellenwerte der Spalten 7 bis 9) eingetragen.

Man erkennt sofort, daß trotz der bei den einzelnen Messungs

gruppen gem ittelten W erte die Unterschiede der Richtungen in jedem Profilpunkte verhältnism äßig groß sind.

In den D arstellungen III sind die Tabellenwerte der Spalten 6

u n d 11, also die aus den 3 bezw. 4 Messungen gem ittelten Werte zeichnerisch aufgetragen und als „gem ittelte K urven“ bezeichnet.

Bildet m an nun den U nterschied der O rdinaten dieser beiden Kurven un d trä g t ihn von einer Geraden aus auf, dann entsteht die „U nter

schiedskurve“, die in den D arstellungen IV aufgezeichnet ist.

Diese U nterschiedskurve zeigt in V erbindung m it dem daru n ter

stehenden K urvenbande des Flußlaufes anschaulich, daß die größten Ausschläge in den Flußkrüm m ungen liegen, und zw ar bei den Profilen 9 und 22. Die U nterström ungeu wurden au diesen Stellen am schärfsten nach dem gegenüberliegenden Ufer hin abgelenkt, w ährend die Ober

ström ungen h art an das einbiegende Ufer anfallen u n d hier abw ärts gekehrte W asserbewegung veranlassen. Die am schnellsten bewegten W asserm assen treffen so Ufer und Sohle und begünstigen d o rt Ufer

abbruch und A uskolkung.

Die P unkte gleicher S tröm ungsrichtungen dagegen, d. h. die P unkte, an denen die Unterschiedskurve die Nullachse berührt, liegen auf den Schwellen des Flußlaufes. An diesen Stellen des F lußüber

ganges also treten k e i n e Q u e r s t r ö m u n g e n auf. D a nun die Ström ungen in diesen P unkten fast parallel zur Flußachse gerichtet sind und folglich das Geschiebe in derselben Richtung w andert, da ferner aber die Schwellen quer zur Flußachse liegen, kann also keinerlei w anderndes Geschiebe in R i c h t u n g dieser Schwellen von dem einen Ufer zum gegenüberliegenden Ufer gelangen. Es kann auch keinerlei Geschiebe v o r den Schwellen zum gegenüberliegenden Ufer hinüber w andern, da die U nterström ungsrichtuugen n a c h d e m e i n b i e g e n d e n Ufer hinweisen.

D as Überschlagen des Geschiebes findet vielm ehr erst u n t e r h a l b der Schwellen sta tt; im vorliegenden Falle beginnt das H inüber

w andern am rechten U ferrande unterhalb Profil 16, in Linie „Rechts“

hinter Profil 18 (Abb. 10), was letzteres auch aus dem Lageplan zu den Ström ungsrichtungen (Abb. 12) durch die Pfeilrichtungen für die U nterström ung zu ersehen ist.

Es sei an dieser Stelle auf einen Aufsatz von ©r.=3>ug. E duard F a b e r 10), M inisterialrat a. D., München, hingewiesen, in dem u. a. von Ström ungsrichtungsm essungen berichtet w ird, die der Verfasser am Oberrhein und am Inn vorgenommen hat. In Übereinstim m ung m it dem oben Gesagten führt F aber aus, „daß die S tröm ung in den ein

zelnen Profilstellen nach Richtung und Stärke bedeutenden Schw an

kungen unterw orfen ist“. F erner w ird festgestellt, daß außerhalb der Flußübergänge (strom auf und strom ab) starke Querström ungen vor

handen sind, daß aber am F lußübergang selbst keine den Talweg überquerenden Ström ungen bestanden haben.

Vor Abschluß dieses Versuches w urde noch der H auptw anderungs- weg aufgemessen, den das Kohlengrusgeschiebe bei seiner Bewegung flußabw ärts einschlug. Zeichnerisch ist dieser au f Abb. 10 fest

gehalten; er ist durch das Band gegeben, dessen R änder durch die gestrichelt eingetragene Linie angedeutet sind.

V e r h ä l t n i s s e b e i N i e d r i g w a s s e r . Die W assertiefe w ird soweit herabgem indert, daß die Spitzen der Geschiebebänke über den W asserspiegel zu liegen kommen. Es tritt je tz t das „S chütten“ des N iedrigwassers ein, d. h. die durch höhere W asserstände entstandenen Kolke w erden, von ihrem oberen Teil beginnend, zugeschüttet bei gleichzeitiger A uswaschung der Flußübergänge.

D urch Feststellung der Ström ungsrichtungen ergab sich, daß der W eg des Geschiebes in einem S -förm ig gekrüm m ten F lußlauf bei NW sich von dem bei MW dadurch unterscheidet, daß das Treib

m aterial von der S tröm ung in den Kolk am ausbiegenden Ufer ge

führt wird, und erst innerhalb desselben erfährt es eine A blenkung nach dem gegenüberliegenden Ufer hinüber; diese Ablenkung ist auch schwächer als die bei MW.

I I I . S eh lu ß b o tra ch tu u g e n . A. E r g e b n i s s e m e i n e r V e r s u c h e . a) Bildung der Kolke und Sandbänke.

Die Ergebnisse der vorstehend beschriebenen Versuche sind folgende:

1. Die von M ö ll e r 18S3 zuerst aufgestellte Theorie über die Bil

dung von Kolken und S andbänken in einer F lußkriim m ung, sowie die darauf bezüglichen Modellversuche von Möller (1886 beginnend) und von Engels (1890 beginnend) finden bei den hier beschriebenen Versuchen nochm als eine Bestätigung.

2. Mit Hilfe der Seidenfäden, die zur Messung der Ström ungs

richtungen dienten, konnte die am konkaven Ufer auftretende, ab- wTärtsgekehrte R ichtung des W asserstrom es sichtbar nachgewiesen w erden, indem dieser den Seidenfaden nach abw ärts drückte.

b) Vorgänge am O rt der Schwelle.

10) 3 r.= 3ug. cijr. E. F a b e r : D as V erhalten der beweglichen Sohle in geschiebeführenden Flüssen bei steigendem u n d bei fallendem W asser, in der „B autechnik" 1923, Heft 15, S. 147 u. f.

(8)

m

î) I Ë BAUT KGHNIK, lieft 53, 8. Dezember 1925.

«) Bei größerer W asserführung:

1. Die B ehauptung von Engels, daß das w andernde Geschiebe in einer S-förm ig gew undenen Flußstrecke den k ü r z e s t e n W eg ver

folge, ist n i c h t z u t r e f f e n d . Das Geschiebe verbleibt vielm ehr bei seiner W anderung flußabw ärts am ausbiegenden Ufer, und zw ar bis unterhalb der Schwelle; bei E in tritt in die dann folgende, der oberen entgegengesetzte K rüm m ung beginnt deren charakteristische W irkung, zunächst darin bestehend, daß ein schm aler Streifen am konkaven Ufer freigespült wird und die w andernden Geschiebe

teilchen in Richtung nach der F lußm itte gelenkt werden. Diese wird bei den vorliegenden Versuchen zwischen Profil 19 un d 20 erreicht;

von dort w andert das Geschiebe in der Folge nach dem konvexen Ufer hinüber.

2. In jedem einzelnen P unkte des Flußlaufes schw ankt die Strö

m ung in kurzen Zeitintervallen ihrer Richtung nach um eine Mittel

lage hin und her. An den Flußübergängen sind die Schwankungen geringer als an anderen Stellen im Flußlauf.

3. An den Flußübergängen sind Ober- und U nterström ungen gleichgerichtet, und zw ar fast norm al zur Längenerstreckung der Schwelle; es t r e t e n h ie r k e i n e Q u e r s t r ö m u n g e n a u f.

4. Außerhalb der Flußübergänge sind starke Q uerström ungen vorhanden; die größten Unterschiede in der Richtung von Ober- und U nterstrüm ung in einem P unkte des Flußlaufes liegen in den Kolken am konkaven Ufer.

Abb. 17.

5. Im „B auingenieur“ 1924, Heft 10, S. 294, äu ß ert sich R a p p folgenderm aßen: „Es dürfte kaum fehlgegriffen sein, wenn man annim m t, daß, da der Talweg bei a die Schwelle kreuzt (Abb. 17), auch dort eine größere Geschwindigkeit herrscht als bei den unm ittelbar be

nachbarten Stellen b un d c. Ist dem aber so, dann w ürde ein hei b im W asser m it geringer Geschwindigkeit treibendes Geschiebestück durch den größeren Stoß des W assers links von ihm in eine A rt drehende Bewegung — hier im Sinne des Zeigers einer Uhr — ver

setzt und zugleich nach rechts gestoßen und som it an der D urch

querung der W asserfäden m it größerer Geschwindigkeit bei a ver

hindert werden. In dieser Anschauung w urde ich auch durch die Besichtigung der Lagerung der Geschiebestücke auf den Kiesbänken noch stets b estärk t.“

es sind vielmehr die auftretenden Querströmungen, d. h. Ström ungen m it einer K om ponente quer zur Flußm ittellinie, die dem Geschiebe diese W anderungsrichtung verleihen.

6. Das die Schwelle bildende M aterial r ü h rt zum Teil von den ursprünglich dort liegenden Bodenm assen her, die nicht zur Aus

spülung gelangt sind, und zum anderen Teil stam m t es aus dem ober

halb der Schwelle A usw aschung erlittenen Kolk.

Es ist zu beachten, daß bei höheren W asserständen auf der Schwelle die Sohlenström ung schwächer ist als im Kolk, da in diesem das W asser abw ärts sinkt und W asserm assen, die zuvor nahe der Oberfläche große Geschw indigkeit erlangt hatten, die Sohle erreichen und hier kolkend wirken.

Nach F a r g n e 17) ist ja auch bekannt, daß die Geschwindigkeit in den Kolken nach ihrem unteren Ende hin abnim m t, und das W asser also m it geringerer Geschw indigkeit die Schwelle erreicht.

Dieses gilt aber n u r für den Z ustand höherer W asserstände, bei dem sich die Kolke ausbilden; bei niedrigen W asserständen ändern sich die Verhältnisse, weil hierbei das Gefälle sich Uber den Schwellen konzentriert und diese auswaschen.

ß) Vorgänge am Ort der Schwelle bei kleinerer W asserführung.

D er w eiter oben beschriebene Versuch h at gezeigt, wie die Ge

schiebew anderung bei N iedrigw asser sich von der hei Mittel- oder Hochwasser dadurch unterscheidet, daß das Geschiebe bei seiner W anderung flußabw ärts in d ie K o lk e s e l b s t geführt w ird, und erst innerhalb der Kolke durch die U nterström ungen nach dem gegen

überliegenden Ufer hin abgelenkt wird.

B. E r g e b n i s s e d e r M ü n c h e n e r M o d e l l v e r s u c h e . In neuester Zeit h at die „M ittlere Isar A .-G .“, M ünchen,18) Modell

versuche angestellt, die u. a. die Ström ungserscheinungen in Fluß- krüm m ungeu und -Windungen erforschen sollten.

Bei diesen Versuchen w urde festgestellt, daß in einer F luß

w indung die geschiebebeladende Bodenström ung u n te r der Einw irkung des hier herrschenden seitlichen Spiegelgefälles stä rk e r abgeleukt w ird als die schneller fließenden Oberwasserschichten. Infolgedessen w andert das Geschiebe nach dem konvexen Ufer der F iußkrüm m ung hinüber, hier A blagerungen oder K iesbänke bildend.

Diese Erscheinung ist in völliger Ü bereinstim m ung m it meinen vorbeschriebenen Versuchen; auch bei diesen w anderte das Geschiebe bei E in tritt in die F lußw indung sofort vom konkaven Ufer fort zum gegenüberliegenden konvexen Ufer hinüber; die Ausschläge der ge

messenen Ström ungen zeigten die gleiche Richtung an, wie Abb. 11 in den K rüm m ungen erkennen läßt.

Abb. IS. D er Mississippi bei Carrollton (aufgenommen von H um phreys und A bbot 1851).

H ierzu ist zu bem erken, daß ein H inüberw andern des Geschiebes von einem Ufer zum gegenüberliegenden u nm ittelbar a u f d e r S ch -w e lle tatsächlich n i c h t sta ttfin d e t, d a , wie schon erw ähnt w urde, hier die Ström ungen parallel zur S trom m ittellinie zur Schwelle gerichtet sind.

W enn Rapp nun w eiter von der Lagerung der Geschiebestücke auf den K iesbänken spricht, so können m it jenen nur die in Abb. 17 schraffiert angedeuteten gem eint sein. Nun ist es durchaus richtig, w enn aus der L agerung d er Geschiebestücke au f diesen Kiesbänken geschlossen w ird, daß das Geschiebe bei seiner W anderung eine Rich

tung innehatte, die schräg von der F lußm itte nach dem Ufer hin zeigte. Aber es sind die Ursachen hierfür n i c h t die Geschwindig

keitsunterschiede der W asserfäden im ström enden Wasser, sondern

Die Modellversuche der M ittleren Isar A.-G. betr. der F l u ß - v e r z w e i g u n g e n haben gezeigt, daß sich auch in diesen ein seit

liches Spiegelgefälle einstellt, da ström endes W asser n u r dann in eine von seiner ursprünglichen B ahnrichtung abw eichende Abzweigung eintreten kann, w enn in der Richtung auf diesen Abzweig ein seit

liches Druckgefälle entsteht. U nter W irkung dieses Druckgefälles w ird w iederum (wie oben in der F lußkrüm m ung auch) die langsam er fließende U nterström ung und m it ihr das d o rt w andernde Geschiebe

17) F a r g n e , Ann. d. ponts et chaussées 1868.

ls) Modellversuche über die zweckm äßigste G estaltung einzelner Bauwerke. Veröffentlichungen der M ittleren Isar A.-G. München.

C harlottenburg 5, 1923. Rom-Verlag.

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Fachs chri ft für das gesamte Bauingenieurweseü. ?43

stärker abgelenkt als die Oberström ung, und gelangt so in den vom geraden Strom lauf abzweigenden F lußarm . ,

Die S ichtbarm achung der Strom richtungen in diesen von der M ittleren Isar A.-G. angestellten Modellversuchen geschah an der Oberfläche durch schwimmende W ollfäden; die U nterström ung ließ sich durch kleine K örnchen von K alium perm anganat w ahrnehm bar machen, indem die von diesen Körnchen ausgehenden Farbschw änze die R ichtung der S tröm ung anzeigten.

C. V e r g le ic h d e r V e r s u c h s e r g e b n i s s e m i t d e n E r s c h e i n u n g e n in d e r N a t u r (Beispiel: der Mississippi).

Zum Schluß sei nochm als auf die S-förm ige W indung, die der Mississippi bei Carrollton m acht, hingewiesen (Abb. 18). Wie schon in der Einleitung gesagt w urde, b andelt es sich um die n o r m a l e W irkung einer Flußkrüm m ung auf die örtliche G estalt eines Querprofiles. Der am konkaven Ufer anliegende Strom w irkt dort kolkend, w ährend sich auf der gegenüberliegenden Seite die nach dem Ufer zu ansteigende S andbank hinzieht. W ie die Quer

profile zeigen, erstreckt sich der Kolk der oberen K rüm m ung bis zum Querprofil Nr. 90 hin; erst unterhalb von diesem, also kurz vor Ein

tritt in die nächste Krüm mung, h at sich die Schwelle ausgebildet, die die S andbänke verbindet.

Vergleicht m au diese Flußprofilausbildung m it den bei den oben beschriebenen Modellversuchen erlangten, dann erkennt man, daß der beim Versuch gefundene Tiefenplan der S-förm igen F luß

w indung m it dem in der N atur entstandenen vollkom men überein

stim m t.

Diese Tatsache mag das vorn Gesagte rechtfertigen, daß dieselben Erscheinungen, die in der N atur in einer S-förm igen Flußkrüm m ung statthaben, auch in einem Modelliluß auftreten. Man kann diese Er

scheinungen an diesem aber leichter beobachten und studieren, was, am Strom selbst vorgenommen, meist m it großen Schwierigkeiten verknüpft ist.

D. V e r g l e i c h d e r V e r s u c h s e r g e b n i s s e m i t d e n a n d e n s t ä d t i s c h e n K a n ä l e n a n g e s t e l l t e n B e o b a c h t u n g e n . A uch für den städtischen T iefbauer ist das S tudium der be

handelten Erscheinungen von Belang. Insbesondere gilt es, die Lage des W anderungsw eges des durch Gewitterregen, Straßenreinigungs

arbeiten u n d Schneebeseitigung in das K analnetz gelangten Sandes zu kennen. Wie S tad tb a u rat E. S t e c h e r 19) in einer Veröffentlichung darlegt, w erden die K analw ände in der H auptsache durch die Schleif

w irkung des vom Abwasser m itgeführten Sandes abgenutzt. Dieses Abschleifen der K analw andungen durch den Saud ist ein zw ar lang

samer, aber stetig fortschreitender Zerstörungsvorgang, der in ge

raden K analstrecken schwächer, in den K urven aber stark, und zwar fast ausschließlich auf deren Innenseite auftritt. An der Außenseite, d. h. in der konkaven Seite, tr itt kein Geschiebe auf. da eine zuvor nahe dieser W andung treibende Geschiebemasse bei E in tritt in die K urve durch die d o rt einsetzende Q uerström ung nach der Flußm itte und w eiterhin zur konvexen Seite hinüber gedrängt wird. An der K onkavseite sinkt das Oberflächenwasser nach abw ärts; dieses ist aber frei von Sinkstoffen, weshalb in der Konkaven kein Abschleifen sta tth a t. D er Sand w andert also an der konvexen Kanalseite entlang, wo er auch, besonders bei niedrigem W asserstande, liegenbleibt. Je nach der Stärke des Gefälles der Kanäle sind die Ausschleifungen u nd S andablagerurgen stärker oder geringer. Bei einem starken Sohlengefälle ( 1 : 135) fanden nur sehr wenige Ablagerungen statt. In den Kurven w urden aber die Backsteine vom Sande stark ausgeschliffen, in den geraden Strecken dagegen waren die Ausschleifungen geringer.

Diesen durch die S andm itführung des Abwassers entstehenden Schäden ist dadurch eutgegenzuwirken, daß man an der Innenseite der K urven den Sohlenschutz etwas höher hinauftührt; ferner sind starke Ge

fälle durch E inbau von w iderstandslähig gestalteten Stufen zu verringern.

19) E. S t e c h e r , S tad tb au rat, München, A bnutzung des Mauer

werkes von Straßenkanälen. G es.-Iug. 1924, Heft 42, S. 491 u. 492.