Hydraulik
Die Lehre vom Strömungsverhalten des Wassers wird Hydraulik genannt. Mit ihr lassen sich die natürlichen Fließverhältnisse in unseren Gewässern beschreiben. Mithilfe spezieller Berechnungssoftware werden dazu die Abflussverhältnisse eines zu untersuchenden Flussgebietes zum Beispiel während eines Hochwassers simuliert. Man spricht dabei von der hydraulischen Modellierung eines Fließgewässers.
Ein Fließgewässersystem ist ein dynamisches System, d.h. es befindet sich ständig in Bewegung und Veränderung. Zwischen dem Fluss und der Flussaue bzw. der von Menschen beeinflussten Kulturlandschaft gibt es wechselseitige Beziehungen. Bei Hochwasser kann durch die Dynamik und die Kraft des ausufernden Gewässers auch größerer Schaden für Siedlungsstrukturen entstehen.
Zwei physikalische Größen kennzeichnen diese Dynamik: die Strömung und der Feststofftransport. Um das Ausmaß und die Wirkung dieser Größen eines Fließgewässers besser beurteilen zu können, verwendet man im Wasserbau Modelle.
Hydraulische Modelle dienen als Grundlage für die meisten Planungen in und am Gewässerlauf. Mit einem aufwändig erstellten digitalen Geländemodell des realen Fließgewässers werden am Computer Strömungsberechnungen (hydraulische Berechnungen) durchgeführt. Mit diesen Computersimulationen lassen sich die Wasserspiegellagen eines Flusses relativ genau berechnen. Eine gewisse Abweichung kann sich aber bei der Bestimmung des jeweiligen Abflusses aus der Hydrologie ergeben, der für die Berechnungen zugrunde gelegt wird. Deshalb werden alle Modelle anhand von historischen Hochwasserereignissen kalibriert.
Darstellung eines Fließgewässers mit Wehranlage sowie dessen Umsetzung in einem hydraulischen BerechnungsmodellDie Strömung eines Gewässers kann entweder mit computergestützten Modellen oder mit physikalischen Modellen, das heißt durch Nachbau des zu untersuchenden Gewässerabschnitts in einem Modellversuch im Labormaßstab untersucht werden. Nachfolgend wird dies durch das Cornelius-Streichwehr in München (Blick flussaufwärts Richtung Kraftwerk Süd, von der Museumsinsel) verdeutlicht.
Modellversuch der Versuchsanstalt für Wasserbau, TU München (Blick von der Museumsinsel, heutiger Zustand); Foto: Valerie Neisch
Cornelius-Streichwehr mit grünen Inseln, Zufluss in die Kleine Isar (Blick von der Museumsinsel, früherer Zustand); Foto: HesslingerWichtige Grundlagen zur Beurteilung und Berechnung der Strömung und des Feststofftransports mit einem computergestützten Modell sind die Eingangsdaten. Diese Daten beschreiben die genaue Geometrie des Flusses und der Flusslandschaft, den zu erwartenden Abfluss und weitere Randbedingungen, zum Beispiel den Bewuchs auf dem Vorland und die Rauheit der Flusssohle oder die Korngrößenverteilung im Flussbett.