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Die klimabedingte Zunahme extremer Wetterereignisse ist eine der Herausforderungen in der gegenwärtig durch Krisen geprägten Zeit. Gefahren gehen von großräumigen Hochwasserereignissen und von kleinräumigen Überflutungen innerhalb besiedelter Bereiche aus. Ursache sind ausgeprägte Extremniederschläge. Das Schadpotenzial hängt maßgeblich von den lokalen Bedingungen ab. Ein Starkregen richtet im Flachland mit versickerungsfähigen Böden wesentlich weniger Schäden an als im Bereich eines Kerbtalgewässers, wenn dort die Hochwasserwelle auf bebaute Talbereiche trifft. Auch sind die Folgen einer als urbane Sturzflut bezeichneten Überflutung in dicht besiedelten Räumen in der Regel dramatischer als bei ländlich geprägten Siedlungsstrukturen. Aber nicht nur dem Problem „zu viel Wasser“, sondern auch der zunehmenden Herausforderung „zu wenig Wasser“ muss sich die Wasserwirtschaft stellen. Trockenheit und Hitze führen vor allem in Innenstädten immer häufiger zu Bedingungen, in denen das Leben und Arbeiten zur Belastung wird. Vielerorts sinkende Grundwasserspiegel stellen die Bewirtschaftung natürlicher Wasserressourcen und nicht zuletzt die öffentliche Wasserversorgung in Deutschland vor bislang weitgehend unbekannte Herausforderungen. Einen absoluten Schutz gegen Überflutungen und vor Hitzeperioden gibt es nicht. Wir müssen Vorsorge betreiben, um die Belastungen zu begrenzen. In der letzten Zeit hat dafür der Begriff der „Resilienz“ im wasserwirtschaftlichen Kontext eine besondere Bedeutung gewonnen. Dazu erforderliche Konzepte greifen die Wassertage Münster im Jahr 2023 auf. Zu den Maßnahmen der wasserbewussten Stadtentwicklung zählen beispielsweise die gezielte Versickerung und Verdunstung von Niederschlagswasser oder die Ableitung von Oberflächenabflüssen bei seltenen Starkregen in weniger kritische Bereiche. Thematisiert wird auch der Umgang mit (Ab-)Wasser als Ressource. Hierbei werden die Bedeutung und Chancen der Wasserwiederverwendung betrachtet.
Verockerung wasserbaulicher Filteranlagen: Stand der Wissenschaft und notwendige Untersuchungen
(2022)
In den letzten Jahrzehnten kam es in Einzelfällen zu schweren Schäden an wasserbaulichen geotextilen Filteranlagen infolge der Verstopfung durch ausgeflockte ockerhaltige Produkte. Durch eine starke Verminderung der Durchlässigkeit der Geokunststoffe in Kombination mit einem hohen hydrostatischen Druck wurden unter anderem die Deckschichten verschiedener Deckwerke in den tidebeeinflussten Wasserstraßen Ems und Weser angehoben und beschädigt. Bisher wurden die Milieubedingungen, d.h. Grundwasser- und Oberflächenwasserbeschaffenheit sowie Aquifer- und Deckwerksmaterial, unter denen die Ockerbildung in geotextilen und mineralischen Filteranlagen auftritt, noch nicht systematisch untersucht. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags werden im ersten Schritt aus theoretischen Untersuchungen und Datenanalysen von Grundwasser- und Oberflächenwasseruntersuchungen Kriterien zur Bewertung der Verockerungsneigung abgeleitet. Diese Kriterien bzw. DOCP (decisive ochre clogging parameters) zeigen in den Ästuaren Ems, Weser und Elbe Beträge an, die Verockerungserscheinungen begünstigen bzw. ermöglichen. Auf Basis dieser Untersuchungen werden im zweiten Schritt Randbedingungen für zukünftige systematische in-situ Untersuchungen an wasserbaulichen Filteranlagen sowie im experimentellen Modell abgeleitet.
Field Investigation on Hydroabrasion in High-Speed Sediment-Laden Flows at Sediment Bypass Tunnels
(2020)
Wear due to sediment particles in fluid flows, also termed hydroabrasion’ or simply ‘abrasion’, is an omnipresent issue at hydraulic structures as well as in bedrock rivers. However, interactions between flow field, particle motion, channel topography, material properties and abrasion have rarely been investigated on a prototype scale, leaving many open questions as to their quantitative interrelations. Therefore, we investigated hydroabrasion in a multi‐year field study at two Swiss Sediment Bypass Tunnels (SBTs). Abrasion depths of various invert materials, hydraulics and sediment transport conditions were determined and used to compute the abrasion coefficients kv of different abrasion models for high‐strength concrete and granite. The results reveal that these models are useful to estimate spatially averaged abrasion rates. The kv‐value is about one order of magnitude higher for granite than for high‐strength concrete, hence, using material‐specific abrasion coefficients enhances the prediction accuracy. Three‐dimensional flow structures, i.e., secondary currents occurring both, in the straight and curved sections of the tunnels cause incision channels, while also longitudinally undulating abrasion patterns were observed. Furthermore, hydroabrasion concentrated along joints and protruding edges. The maximum abrasion depths were roughly twice the mean abrasion depths, irrespective of hydraulics, sediment transport
conditions and invert material.
In Germany, the current sectoral urban planning often leads to inefficient use of resources, partly because municipalities lack integrated planning instruments and argumentation strength toward politics, investors, or citizens. The paper develops the ResourcePlan as (i) legal and (ii) a planning instrument to support the efficient use of resources in urban neighborhoods. The integrative, multi-methodological approach addresses the use of natural resources in the building and infrastructural sectors of (i) water (storm- and wastewater) management, (ii) construction and maintenance of buildings and infrastructure, (iii) urban energy system planning, and (iv) land-use planning. First, the development as legal instrument is carried out, providing (i) premises for integrating resource protection at all legal levels and (ii) options for implementing the ResourcePlan within German municipal structures. Second, the evaluation framework for resource efficiency of the urban neighborhoods is set up for usage as a planning instrument. The framework provides a two-stage process that runs through the phases of setting up and implementing the ResourcePlan. (Eco)system services are evaluated as well as life cycle assessment and economic aspects. As a legal instrument, the ResourcePlan integrates resource protection into municipal planning and decision-making processes. The multi-methodological evaluation framework helps to assess inter-disciplinary resource efficiency, supports the spatial identification of synergies and conflicting goals, and contributes to transparent, resource-optimized planning decisions.