Wasserbaulabor
Hydromechanik, Hydrometrie und wasserbauliches Versuchswesen sind seit Jahrzehnten notwendiges Fachwissen von planenden oder konstruierenden Bau- und Umweltingenieur*innen, insbesondere mit dem Schwerpunkt Wasserbau und Wasserwirtschaft.
In der Wasserbauhalle vermitteln wir unseren Studierenden dieses Wissen praktisch und anschaulich. Wir haben für sie besondere Versuchsstände in Betrieb und beziehen sie zudem in laufende Forschungsprojekte ein. So führen wir unsere Studierenden an aktuelle Themen in Wasserbau und Wasserwirtschaft heran und begeistern sie beispielsweise für naturnahe Fließgewässer und erneuerbare Energien.
In Abschlussarbeiten vertiefen sie ihre Kenntnisse in Hydrometrie. Als wissenschaftliche Mitarbeitende forschen sie im Modellmaßstab und verknüpfen die Erkenntnisse beispielsweise mit numerischen Strömungssimulationen.
Begleitend zu den Vorlesungen wird den Studierenden das hydromechanische Wissen praxisnah durch experimentelle Untersuchungen in den Versuchsständen der Wasserbauhalle vermittelt. So werden im Grundlagenmodul Hydromechanik die Energie-Erhaltungsgleichungen neben der mathematischen Formulierung durch Versuche veranschaulicht und durch Messungen belegt.
Experimentelle Versuchsaufbauten motivieren sowohl eher traditionelle Themen des Wasserbaus als auch aktuelle wasserbauliche Handlungsfelder zu verstehen, machen sie im wahrsten Sinne des Wortes begreifbar. Dazu zählen unter anderem klassische hydraulische Bemessungen von Bauwerken im und am Fließgewässer, wie Wehre, Fischaufstiegsanlagen, Wasserräder und andere.
Aktuelle Themen sind beispielsweise die Auswirkungen von Totholz auf die Strömung oder auch den Sedimenttransport. Auch die Durchführung von Wasserspiegellagenberechnungen und Abflussmessungen werden vermittelt. Zudem werden im Modul Wasserbauliches Versuchswesen grundlegende Kenntnisse durch experimentelle Versuche vertieft. Hierbei werden neben hydromechanischen und hydrometrischen Themenspektren auch aktuelle Forschungsschwerpunkte aus der Wasserbauhalle in die Lehre integriert.
Unsere Studierenden bekommen das Angebot, Abschlussarbeiten (Bachelor- oder Masterarbeiten) oder studentische Forschungsprojekte durchzuführen.
Nur knapp 8 % der deutschen Oberflächengewässer erreichen nach einer Studie des Umweltbundesamts aus dem Jahr 2022 einen guten ökologischen Zustand. Damit scheinen die Zielvorgaben der EU, alle Gewässer bis 2027 in einen guten chemischen und ökologischen Zustand zu versetzen, nicht realisierbar. Grund hierfür sind die in der Vergangenheit durchgeführten baulichen Veränderungen unserer Oberflächengewässer mit dem Ziel, den Bedürfnissen des Menschen gerecht zu werden. Dadurch haben viele Bäche und Flüsse ihre natürliche Form verloren.
Um diesem Missstand entgegenzuwirken werden ökologische Effekte von unterströmten Totholzstrukturen in anthropogen geprägten Fließgewässern untersucht. Im besten Fall zeigt sich, dass durch den gezielten Einbau von solchen Strukturen lokal die Gewässerstruktur verbessert und damit der Lebensraum für aquatische Lebewesen deutlich aufgewertet werden kann.
Die Untersuchungen finden sowohl in einer Versuchsrinne der Wasserbauhalle, als auch in einem anthropogen geprägten Fließgewässer statt.
Der anthropogene Klimawandel führt zu stärker variierenden Abflussverhältnissen. Grund hierfür sind steigende und sinkende Niederschläge, Temperaturen und Eisschmelzen, sowie weitere ökologische Veränderungen. Diese neuen hydraulischen Bedingungen haben Einfluss auf die Durchgängigkeit bestehender vertikaler Schlitzpässe. Daher müssen die Bemessungsparameter dieser Bauwerke angepasst werden. Dieses bisher unerforschte Thema ist für die Sicherstellung einer nachhaltigen Wasserwirtschaft essentiell notwendig.
Durch Modellexperimente in einem vertikalen Schlitzpass wird der Einfluss von zunehmenden und abnehmenden Durchflüssen auf die Durchgängigkeit untersucht. Bauliche Anpassungen sowie die Anwendung eines Klimafaktors werden als Lösungsansätze erforscht.
Das Ziel dieses Projekts ist es, die übliche Bauform eines Zuppinger Wasserrads dahingehend zu verändern, dass ein durchwegs fischfreundlicher Betrieb gewährleistet werden kann. Fische sollen künftig unmittelbar am Wasserrad den Standort passieren können. Das Projekt wird nach ökologischen, wie auch ökonomischen Gesichtspunkten bewertet. Ökologische Untersuchungen beziehen sich auf die Durchgängigkeit für aquatische Lebewesen. Bei der ökonomischen Untersuchung wird eine Leistungsanalyse des modifizierten Energiewandlers erhoben. Deren Ergebnisse werden mit denen der ursprünglichen Bauform verglichen und ins Verhältnis gesetzt.
Die Rinne 1 ist eine Versuchseinrichtung mit einer Länge von 12 m und einer Breite von 0,25 m und stellt damit die kleinste Versuchsrinne in der Wasserbauhalle dar. Mit einer Höhe von 0,45 m bietet sie ausreichend Platz für experimentelle Untersuchungen. Das Sohlgefälle verläuft horizontal. Die Zuleitung mit einem DN 150 ermöglicht einen maximalen Durchfluss von 40 l/s. Eine Wehrklappe am Ende der Rinne dient der Steuerung des Wasserstands. Für die Messung des Durchflusses wird ein MID vom Typ Krohne OPTIFLUX 2000 F DN 150 eingesetzt, während für die Überwachung und Steuerung der Rinne ein Siemens SIMATIC HMI-Kontrollpanel eingesetzt wird. Auf der Rinnenoberkante ist ein Schienensystem mit Messwagen verbaut.
- Länge: 12 m
- Breite: 0,25 m
- Höhe: 0,45 m
- Zuleitung: DN 150
- Durchfluss: max. 40 l/s
- Neigung: keine, horizontal
- Wehrklappe am Ende der Rinne zur Steuerung des Wasserstands
- MID: Krohne OPTIFLUX 2000 F DN 150
- Kontrollpanel: Siemens SIMATIC HMI
- Schienensystem und Messwagen vorhanden
Einsatz in der Lehre für die Versuche
- Thompson Wehrüberfall
- Rohrversuche (statischer und dynamischer Druck, hydraulische Verluste in Rohren)
Die Rinne 2 hat eine Länge von 30 m, einer Breite von 0,5 m und einer Höhe von 0,60 m und ist damit die längste Versuchsrinne der Wasserbauhalle. Sie verfügt über eine Zuleitung DN 200, die einen Durchfluss von etwa 200 l/s ermöglicht. Die Neigung der Rinne ist variabel und kann über zwei Spindelmotoren von 0 ‰ bis 10 ‰ eingestellt werden. Eine Wehrklappe am Ende der Rinne ermöglicht die präzise Steuerung des Wasserstands. Zur Messung des Durchflusses wird ein MID Krohne IFS 4000/6 DN 200 verwendet, während das Siemens SIMATIC HMI als Kontrollpanel für die Steuerung und Überwachung der Rinne dient. Ein Schienensystem mit mehreren Messwägen ist auf der Oberseite der Rinne angebracht.
- Länge: 30 m
- Breite: 0,5 m
- Höhe: 0,60 m
- Zuleitung: DN 200
- Durchfluss: max. ~ 200 l/s
- Neigung: variabel zwischen 0 ‰ bis 10 ‰ über zwei Spindelmotoren einstellbar
- Wehrklappe am Ende der Rinne zur Steuerung des Wasserstands
- MID: Krohne IFS 4000/6 DN 200
- Kontrollpanel: Siemens SIMATIC HMI
- Schienensystem und Messwagen vorhanden
Einsatz in der Lehre für die Versuche
- Wechselsprung
- Stau- und Senkungslinie
- Flügelmessung
Die Versuchsrinne ist 25 Meter lang, 3 Meter breit und 1 Meter hoch. Sie ist aus Beton hergestellt und die breiteste Rinne in der Wasserbauhalle. Sie verfügt über zwei Zuleitungen mit den Durchmessern DN 400 und DN 100. Es wurden schon Durchflüsse von mehr als 500 l/s gefahren. Die Rinne ist horizontal angelegt und verfügt am Ende über eine Wehrklappe zur Steuerung des Wasserstands. Die Durchflussmessung erfolgt einerseits durch ein MID vom Typ Krohne Altoflux M 460 DN 500 welches in der Hauptleitung des gesamten Versuchsfeldes platziert ist und einem MID Typ Krohne Aquaflux F/6 DN 100 für die kleinere Zuleitung. Der Gesamtdurchfluss der Rinne wird zusätzlich durch ein Thomsonwehr mit fünf Felder ermittelt. Zur Bedienung und Überwachung dient ein Siemens SIMATIC HMI Kontrollpanel. Des Weiteren ist ein Schienensystem mit Messwagen auf der Oberkante der Rinne verbaut.
- Länge: 25 m
- Breite: 3 m
- Höhe: 1 m
- Zuleitung: DN 400 + DN 100
- Durchfluss: mindestens 500 l/s
- Neigung: keine, horizontal
- Wehrklappe am Ende der Rinne zur Steuerung des Wasserstands
- MID: Krohne Altoflux M 460 DN 500 in der Hauptleitung + Krohne Aquaflux F/6 DN 100
- Kontrollpanel: Siemens SIMATIC HMI
- Schienensystem und Messwagen vorhanden
Einsatz in der Forschung, u.a. für die Versuche
- Wasserdruckmaschine
- Sedimentbewegung
Die Versuchsrinne hat eine Länge von 20 Metern, eine Breite von 1 Meter und eine Höhe von 1 Meter. Sie wird über eine Zuleitung mit dem Durchmesser DN 300 versorgt. Die Neigung der Rinne kann variiert werden. Am Ende der Rinne befindet sich eine Wehrklappe, die den Wasserstand steuert. Für die Durchflussmessung wird ein MID Krohne Aquaflux F/6 DN 300 verwendet. Zur Bedienung und Überwachung steht ein Siemens SIMATIC HMI Kontrollpanel zur Verfügung. Darüber hinaus ist ein Schienensystem mit einem Messwagen vorhanden, um präzise Messungen durchführen zu können.
- Länge: 20 m
- Breite: 1 m
- Höhe: 1m
- Zuleitung: DN 300
- Neigung: ist variable einstellbar
- Wehrklappe am Ende der Rinne zur Steuerung des Wasserstands
- MID: Krohne Aquaflux F/6 DN 300
- Kontrollpanel: Siemens SIMATIC HMI
- Schienensystem und Messwagen vorhanden
Einsatz in der Forschung, u.a. für die Versuche
- Schlitzpass
- Wehre aus natürlichen Materialien
- Dethridge Wheel
Die Versuchsrinne ist 20 Meter lang, 1 Meter breit und 1 Meter hoch. Sie wird über eine Zuleitung mit dem Durchmesser DN 300 gespeist. Die Rinne ist horizontal angelegt und verfügt am Ende über eine Wehrklappe zur Steuerung des Wasserstands. Zur Durchflussmessung ist ein MID Krohne Aquaflux F/6 DN 300 verbaut. Die Bedienung und Überwachung der Rinne erfolgen über ein Siemens SIMATIC HMI Kontrollpanel. Zudem ist ein Schienensystem mit mehreren Messwägen vorhanden, um präzise Messungen in der Rinne vor und hinter dem Wasserrad durchführen zu können.
- Länge: 20 m
- Breite: 1 m
- Höhe: 1m
- Zuleitung: DN 300
- Neigung: keine, horizontal
- Wehrklappe am Ende der Rinne zur Steuerung des Wasserstands
- MID: Krohne Aquaflux F/6 DN 300
- Kontrollpanel: Siemens SIMATIC HMI
- Schienensystem und Messwagen vorhanden
Einsatz in der Forschung, insbesondere für die Versuche
- Zuppinger Wasserrad konventionell (Leistungs- und Wirkungsgradermittlung)
- Zuppinger Wasserrad mit integrierter Fischaufstiegshilfe
Die Versuchsrinne hat eine Länge von 13 Metern, eine Breite und eine Höhe von jeweils 0,80 Metern. Das Wasser wird über eine Zuleitung mit dem Durchmesser DN 250 in einem eigenen Wasserkreislauf eingespeist, da es mit Seeding-Partikeln für PIV-Messungen dotiert wird. Der maximale Durchfluss beträgt 80 l/s. Die Rinne ist horizontal angelegt und verfügt am Ende über eine Wehrklappe zur Steuerung des Wasserstands. Zur Durchflussmessung wird ein MID vom Typ Krohne OPTIFLUX 2100 DN 250 verwendet. Das PIV-Messsystem zur Messung von Strömungsverhältnissen vor im und hinter dem Wasserrad befindet sich in einer Laserschutzeinhausung. Der Messstand ist mit zwei PC-Systemen ausgestattet, die zur Regelung und Messung der mechanischen Leistungsparameter des Wasserrads sowie zur Steuerung und Auswertung der PIV-Messungen dienen.
- Länge: 13 m
- Breite: 0,80 m
- Höhe: 0,80 m
- Zuleitung: DN 250
- Durchfluss: max. 80 l/s
- Eigener Wasserkreislauf, da das Wasser mit Seeding-Partikeln für die PIV-Messungen dotiert wird
- Neigung: keine
- Wehrklappe am Ende der Rinne zur Steuerung des Wasserstands
- MID: Krohne OPTIFLUX 2100 DN 250
- Das PIV-Messsystem befindet sich in einer Laserschutzeinhausung
- Der Messstand verfügt über zwei PC-Systeme zur Regelung und Messung der mechanischen Leistungsparameter des Wasserrads und zur Steuerung und Auswertung der PIV-Messsungen
Einsatz in der Forschung für die Versuche
- Zuppinger Wasserrad (Leistungs- und Wirkungsgradermittlung)
- Zuppinger Wasserrad (Strömungserfassung mit PIV-Messmethode)
Der Stream Table ist 3 Meter lang, 1,20 Meter breit und 0,15 Meter hoch. Die Zuleitung und der Durchfluss des Wassers hängen vom verwendeten Pumpensystem ab, das eine Kapazität von 6.000 bis 12.000 l/h bietet. Die Neigung des Stream Tables kann variabel eingestellt werden, um verschiedene Geländesituationen zu simulieren. Zur genauen Durchflussmessung werden ein bürkert TAU003 Schwebekörperdurchflussmesser mit einem Messbereich von 100 bis 1.000 l/h und/oder ein LZS-50 Schwebekörperdurchflussmesser mit einem Messbereich von 1.600 bis 16.000 l/h eingesetzt. Der Stream Table ist hauptsächlich für Versuche mit beweglicher Sohle konzipiert, um die Auswirkungen von Wasserströmungen auf die Sedimentbewegung zu untersuchen.
- Länge: 3 m
- Breite: 1,20 m
- Höhe: 0,15 m
- Zuleitung und Durchfluss abhängig von verwendetem Pumpensystem (6.000 bis 12.000 l/h)
- Neigung: variable einstellbar
- Schwebekörperdurchflussmesser: bürkert TAU003 (Messbereich 100 bis 1.000 l/h und/oder LZS-50 (Messbereich 1.600 bis 16.000 l/h)
Einsatz in der Forschung für die Versuche
- Visualisierung und Tests von Sedimentbewegung an Totholz und Buhnen
