Verfahren zum Schutz von Geländen vor Überschwemmungen

Abstract

 Das Verfahren zum Schutz von Geländen vor Überschwemmungen beinhaltet Erricten um das zu schützende Gelände (1) nach dem ununterbrochenen Umriß der Schutzbauwerke (2) mit Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8), die über den Umriß des Bauwerks (2) auf seinen gegenüberliegenden Seiten verteilt sind, Begrenzung des Wasserwechsels zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet (9) und dem Meer (10) bei der Wasserstandsteigung über einen Sollwert durch Schließen aller Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8) und Regelung des Wasserwechsels bei Gezeiten durch ein abwechselndes Schließen bzw. Öffnen der Wasserdurchlaßöffnungen in Abhängigkeit von Änderungen des Meersspiegels.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz von Geländen, insbesondere von Ortschaften, die sich auf Geländen befinden, die bei der Steigung des Meeresspiegels, der durch mehrere Faktoren wie z.B. Sturm, Steigung des Weltmeeresspiegels, Ebben usw, bewirkt werden können, überschwemmt werden.

[0002] Die Erfindung kann zum Schutz vor Überschwemmungen von sogenannten Wasserstädten, wie z.B. Hamburg und mehrere Städte in Norwegen und vorwiegend zum Schutz jener Städte verwendet werden, die auf Inselgeländen liegen, wie z.B. Venedig, Osaka u.a.m.

[0003] Zur Zeit bestehen die wichtigsten bekannten Verfahren zum Geländeschutz vor Überschwemmungen darin, daß man auf der Seite des offenen Wassers Schutzbauwerke mit Wasserdurchlaßöffnungen errichtet und einen Wasserwechsel zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet und dem Meer bei der Steigung des Wasserspiegels über einen Sollwert begrenzt, indem alle Wasserdurchlaßöffnungen zugemacht werden ("The Storm Surge Barriere in the Easten Scheldt", 1981; Consorzio Venezia Nuova, Progetto Preliminare di Massima delle opere alle Boche , vol.1, Concessionario del Ministero del Lavori Publici Magistrato alle Aqua die Venezia, Interventi per la Salvaguardia di Venezia, Legge 29, Nov.1984, n.798). Ein Sollwert des Wasserspiegels, bei dessen Erreichen Wasserdurchlaßöffnungen verschlossen werden, wählt man aufgrund der für ein Gelände wichtigsten Standpunkte (Hafen-, Stadt-, Ökologieanforderungen usw.) aus.

[0004] Die bekannten Verfahren zum Geländeschutz vor Überschwemmungen unterscheiden sich voneinander im wesentlichen nur durch die konstruktive Ausführung der Schutzbauwerke, die durch geographische , ökologische, geschichtliche und andere Geländebesonderheiten bedingt ist. Ein schutzbaulicher Komplex in der Ostscheldemündung wird in drei tiefen Mündungsdurchflüssen, in einem seichten Teil des Wassergebiets und auf überflutbaren Inseln errichtet. Längs der Komplexdurchführung werden auf überflutbaren Inseln Gelände zusätzlich angespült, auf seichten Abschnitten Deiche und in tiefen Durchflüssen Wasserdurchlaßbauwerke errichtet, in denen 62 Öffnungen mit Verschlüssen enthalten sind.

[0005] Das Verfahren zum Schutz der Stadt Venedig, die auf Inseln in einer Lagune liegt, sieht eine zeitweilige Trennung der Lagune vom Meer bei einer Steigung des Meeresspiegels über einen Sollwert vor, indem in Meerengen, die das Meer mit der Lagune verbinden, Schutzbauwerke errichtet werden, die aus wenig ausgedehnten festen und ausgedehnten beweglichen Teilen bestehen. Die beweglichen Teile der Bauwerke sind als Klappverschlüsse ausgeführt, mit deren Hilfe die Lagune vom Meer getrennt wird. Unter normalen Bedingungen werden durch geöffnete Verschlüsse Wasserdurchlaßöffnungen gebildet.

[0006] Die bekannten Verfahren sind beim Überschwemmungsschutz von Geländen ausreichend wirksam, ihre Anwendung verschlechtert aber den ökologischen Zustand eines geschützten Geländes, weil dabei ein natürlicher Wasserwechsel zwischen dem abgegrenzten Wassergebiet und dem Meer gestört und dadurch eine Selbstreinigung des geschützten Geländes verhindert wird, die unter natürlichen Bedingungen bei bedeutender Steigung des Wasserspiegels im Laufe der Überschwemmung stattfindet. Es ist bekannt, daß prektisch auf jedem Gelände, das einem Meereseinfluß unterliegt, sowie um dieses Gelände herum Bereiche einer beschleunigten und einer verlangsamten Wasserströmung existieren. In Bereichen einer verlangsamten Wasserströmung, die nachstehend als Stauungsbereiche bezeichnet werden, findet eine Anhäufung von Verschmutzungen in der Art von Industrie- und Haushaltsabfällen statt. Eine Störung des Wasserwechsels und eine dadurch bewirkte Unterbrechung der Selbstreinigung eines Geländes trägt einer Anhäufung von Verschmutzungen in diesen Stauungsbereichen bei.

[0007] Beim Schutz der Städte, die wie Venedig auf Inseln in einer Lagune liegen, wird außerdem bei einer zeitweiligen Trennung eine natürliche Wechselwirkung von Meer und Lagune gestört. Dies übt einen negativen Einfluß auf die Ökologie der Lagune, die zusammen mit der Stadt ein einmaliges und einzigartiges Ökosystem darstellt. Dabei werden in der Flutphase Verschmutzungen vom geschützten Inselgelände in die Lagune verdrängt und in der Ebbephase werden sie wieder in die Stadt mitgenommen. Dies trägt ebenfalls der Anhäufung von Verschmutzungen in Stauungsbereichen bei.

[0008] Bekannt ist ein Verfahren zur Erzeugung einer gerichteten Meereswasserströmung in einem Meerbusen zur Reinigung von Bereichen, die auf den Stromungswege liegen (JP-A-60-52244). Nach diesem Verfahren werden zwei Deiche mit Wasserdurchlaßöffnungen errichtet, mit deren Hilfe der Meerbusen abgeriegelt wird. Der eine Deich läßt Meereswasser in den Meerbusen und der andere umgekehrt aus Meerbusen ins Meer durch. Damit ein einseitiger Durchlaß sichergestellt wird, sind Durchlaßöffnungen mit Rückschlagklappen versehen, die durch die Flutenergie geöffnet werden. Eine bei dieser technischen Lösung erzeugte Wasserströmung ist aber eine um den Umfang eines Meerbusens konstant eingestellte, sie kann für keine Regelung eines Wasserwechsels in inneren Bereichen mit der vorgegebenen Ausdehnung und folglich für keine Reinigung der Stauungsbereiche des geschützten Geländes eingesetzt werden.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz von Geländen vor Überschwemmungen zu entwickeln, worin Schutzbauwerke so errichtet und ein Wasserwechsel zwischen dem Meer und dem geschützten Gelände so geführt werden, daß innerhalb eines abgeriegelten Wassergebiets Wasserströmungen mit einer beliebigen erforderlichen Richtung erzeugt, mit ihrer Hilfe Stauungsbereiche gereinigt und dadurch der Reinheitsgrad des ganzen geschützten Geländes gesteigert werden können.

[0010] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Verfahren zum Schutz von Geländen vor Überschwemmungen, wonach Schutzbauwerke mit Wasserdurchlaßöffnungen errichtet und ein Wasserwechsel zwischen einem abgeriegelten Wassergebiet und dem Meer für die Dauer der Wasserspiegelsteigung über einen Sollwert durch Verschließen aller Wasserdurchlaßöffnungen begrenzt werden, erfindungsgemäß ein Schutzbauwerk um das zu schützende nach einem ununterbrochenen Umriß errichtet, Wasserdurchlaßöffnungen auf dem Umriß des Bauwerks auf seinen gegenüberliegenden Seiten verteilt und bei Gezeiten eine zusätzliche Regelung eines Wasserwechsels durch Zustandsänderungen der geschlossenen bzw. geöffneten Wasserdurchlaßöffnungen in Abhängigkeit von Gezeitenphasen erzielt werden.

[0011] Ein ununterbrochen umlaufender Verlauf der Schutzbauwerke und eine Regelung eines Wasserwechsels über Wasserdurchlaßöffnungen zwischen dem Meer und dem abgeriegelten Wassergebiet bei Gezeiten ermöglichen Änderungen der Wasserströmungen innerhalb dieses Wassergebiets, Erzeugung von Wasserströmungen in der erforderlichen Richtung und Spülung der Stauungsbereiche mit Hilfe der erzeugten Wasserströmungen. Falls Städte zu schützen sind, die auf Inseln in einer Lagune wie z.B. Venedig liegen, stören die unmittelbar um ein Inselgelände herum errichteten Bauwerke, d.h. eine Trennung vom Meer nur eines Inselgeländes, praktisch keinen natürlichen Lagunenkontakt mit dem Meer und stellen eine Lagunenspülung bei Gezeiten sicher. Dies übt auf ökologische Zustände in der Lagune und auf ein Aufrechterhalten des gesamten Ökosystems einen positiven Einfluß aus. Eine Zustandsänderung der geschlossenen und geöffneten Wasserdurchlaßöffnungen, die auf die besagte Art und Weise über den Umriß verteilt sind, in Abhängigkeit von einer Gezeitenphase, stellt die Erzeugung einer gerichteten Wasserströmung praktisch in jeden Bereich eines abgeriegelten Wassergebiets sicher. Die Anzahl der Wasserdurchlaßöffnungen im Umriß der Bauwerke, ihre Anordnung und Abmessungen werden aufgrund der konkreten geologischen und geographischen Bedingungen eines Geländes, Meeresströmungen und anderen Faktoren mit Hilfe von bekannten Verfahren einer mathematischen bzw. physikalischen Simulation ermittelt. Dabei ist die Bedingung einer Näherung zu einem natürlichen Wasserwechsel zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet und dem Meer bei geöffneten Wasserdurchlaßöffnungen einzuhalten. Betriebszustände und Reihenfolge beim Öffnen und Schließen der Wasserdurchlaßöffnungen hängen von geographischen Besonderheiten eines geschützten Geländes, z.B. von der Lage der Stauungsbereiche, Änderungen des Wasserspiegels im Meer, Überschwemmungszuständen usw. ab und werden ebenfalls mit Hilfe von bekannten Verfahren einer mathematischen bzw. physikalischen Simulation ermittelt.

[0012] Es ist zweckmäßig, in verschiedenen Gezeitenphasen verschiedene Strömungsrichtungen innerhalb eines abgeriegelten Wassergebiets zu erzeugen.

[0013] Bei dieser Strömungsregelung innerhalb eines abgeriegelten Wassergebiets werden Verschmutzungen nach außen auf dem kürzesten Weg abgeleitet, ohne sie dabei über das geschützte Gelände wiederholt mitgerissen werden, wie es beim bekannten Verfahren zum Schutz von Venedig der Fall ist; dadurch werden ökologische Zustände auf dem abgeriegelten Gelände verbessert.

[0014] Damit diese Bedingung erfüllt wird, ist eine Variante möglich, wonach man bei Ebbe und bei Flut Wasserdurchlaßöffnungen öffnet bzw. schließt, die sich auf gegenüberliegenden Seiten eines Umrisses der Schutzbauwerke befinden.

[0015] Diese Handhabung von Wasserdurchlaßöffnungen läßt verschiedene Strömungswege innerhalb eines abgeriegelten Wassergebiets in verschiedenen Phasen einer Meeresspiegeländerung erzielen. Man öffnet z.B. bei einer Flut Öffnungen, die auf jener Seite des Bauwerksumrisses angeordnet sind, die von einem Stauungsbereich entfernt ist,und bei einer Ebbe öffnet man jene Öffnungen, die diesem Stauungsbereich benachbart liegen.

[0016] Es ist auch eine andere Regelung eines Wasserwechsels zwischen dem Meer und einem abgeriegelten Wassergebiet denkbar, wonach bei einer Flut alle Öffnungen und bei einer Ebbe nur Wasserdurchlaßöffnungen auf der einen Seite des Bauwerksumrisses geöffnet werden.

[0017] Die Wahl der Handhabungsvarianten in bezug auf Wasserdurchlaßöffnungen wird, wie vorstehend erwähnt, durch geologische, geografische und andere Bedingungen eines zu schützenden Geländes bestimmt.

[0018] Die besagten Vorteile sowie Besonderheiten der Erfindung werden nachstehend anhand einer ausführlichen Beschreibung ihrer besten Ausführungsvariante unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1

schematisch ein zu schützendes Gelände mit Schutzbauwerken und ein Schema zur Regelung des Wasserwechsels zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet und dem Meer und.

Fig.2

ein Inselgelände in einer Lagune mit Schutzbauwerken und ein Schema zur Regelung des Wasserwechsels.

[0019] Zum Geländeschutz vor Überschwemmungen errichtet man erfindungsgemäß um das zu schützende Gelände 1 (Fig.1) nach einem ununterbrochenen Umriß Schutzbauwerke 2 mit Wasserdurchlaßöffnungen 3, 4, 5, 6, 7, 8. Die Schutzbauwerke 2 sind als Deiche mit beweglichen Verschlüssen ausgeführt, die im geöffneten Zustand Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 bilden. Man kann dabei Verschlüsse jedes bekannten Typsverwenden die zur Abriegelung von Schleusen, Docken usw. diesen, z.B. Klappverschlüsse mit Horizontaldrehachse oder Flachschütze verwendet werden. Die Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 sind über den Umriß der Bauwerke 2 gleichmäßig verteilt. Eine Anzahl der Wasserdurchlaßöffnungen in Schutzbauwerken, ihre Anordnung und Abmessungen werden für jedes Gelände in Abhängigkeit von geografischen und geologischen Bedingungen, Meeresströmungen und anderen Faktoren mit Hilfe von bekannten Verfahren einer mathematischen bzw. physikalischen Simulation ermittelt, wobei man von der Bedingung einer Näherung zu einem natürlichen Wasserwechsel zwischen einem abgeriegelten Wassergebiet 9, das innerhalb des Umrisses der Bauwerke 2 entsteht, und dem Meer 10 bei geöffneten Wasserdurchlaßöffnungen auszugehen hat. Dabei sollen die Wasserdurchchlaßöffnungen über den Umriß der Bauwerke auf seinen gegenüberliegenden Seiten verteilt sein. Diese Anordnung der Wasserdurchlaßöffnungen läßt gerichtete Wasserströmungen im abgeriegelten Wassergebiet 9 erzielen. Wünschenswert ist eine Verteilung der besagten Wasserdurchlaßöffnungen über Sektoren, die zwischen gegenseitig senkrechten Ebenen verteilt werden, die über das Umrißzentrum verlaufen. Dabei wird eine Erzeugung von Strömungen sichergestellt, die praktisch auf jeden Bereich des Wassergebiets 9 gerichtet sind. Fig.2 zeigt schematisch ein Inselgelände 11, das in einer Lagune 12 liegt, mit den um das Gelände 11 errichteten Schutzbauwerken 13. Modelluntersuchungen haben gezeigt, daß für solch ein Gelände 11 in Bauwerken 13 neun Wasserdurchlaßöffnungen 14 bis 22 ausgeführt sein können, die über den Umriß der Bauwerke 13 so verteilt sind, wie es Fig.2 zeigt. Da in diesem Falle die Schutzbauwerke 13 unmittelbar um das Inselgelände 11 errichtet sind und keine Trennung der Lagune 12 vom Meer 10 bewirken, wird praktisch kein natürlicher Kontakt der Lagune 12 mit dem Meer 10 gestört und die Lagune 12 wird bei Gezeiten gespült All dies übt einen positiven Einfluß auf ökologische Zustände in der Lagune 12 und auf einem Aufrechterhalten des gesamten Ökosystems aus.

[0020] Man kann Schutzbauwerke mit einem ununterbrochenen Umriß nicht nur auf Inselgeländen, sondern auch um Wasserstädte herum errichten. Dabei bildet Festland einen Teil der Schutzbauwerke und Durchflüsse bzw. Meerbusen, die dieses Gelände durchdringen, werden durch Deiche mit Wasserdurchlaßöffnungen abgeriegelt.

[0021] Unter normalen Bedingungen sind alle Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 (Fig.1) geöffnet und dabei wird ein praktisch natürlicher Wasserwechsel zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet 9 und dem Meer 10 sichergestellt. Wenn im abgeriegelten Wassergebiet 9 bzw. in Kanälen des Geländes 1 Stauungsbereiche 22 entstehen, führt man die Regelung des Wasserwechsels zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet 9 und dem Meer 10 bei Gezeiten durch. In verschiedenen Phasen einer Meeresspiegeländerung werden verschiedene Strömungswege innerhalb des abgeriegelten Wassergebiets 9 erzeugt. Zu diesem Zweck öffnet man bei der Flut die vom Stauungsbereich 23 entfernten Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 6 und schließt die Wasserdurchlaßöffnungen 7, 8, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Umrisses der Bauwerke 2 in der Nähe des Stauungsbereichs 23 befinden (Verschlußpositionen bei der Flut ist durch eine Vollinie gezeigt). Im Ergebnis dieser Verschlußeinstellung in den Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 wird eine Strömung erzeugt, die sich auf den Stauungsbereich. 23 des abgeriegelten Wassergebiets 9 richtet. Bei einer Ebbe schließt man die Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 6 und öffnet die ihnen gegenüberliegenden Öffnungen 7, 8 (Verschlußpositionen bei einer Ebbe ist durch eine Strichlinie gezeigt). Wasser mit gesammelten Verunreinigungen fließt auf dem kürzesten Wege aus dem abgeriegelten Wassergebiet 9 ab. Dabei werden bei einer Ebbe keine schmutzige Wasserströme durch das geschützte Gelände geleitet, was sich auf ökologische Zustände darin positiv auswirkt. Auf ähnliche Art und Weise reinigt man durch ein Öffnen bzw. Schließen anderer Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 auch andere Stauungsbereiche im Wassergebiet 9. Eine Regelung des Wasserwechsels zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet 9 und dem Meer 10 mit Hilfe der zu öffnenden bzw. zu schließenden Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 bewirkt, daß im Wassergebiet 9 gezielte Wasserströmungen erzeugt werden, die zur Spülung der Stauungsbereiche 23 erforderlich sind. Betriebszustände und Reihenfolge bei Betätigung der Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 hängen von geografischen Besonderheiten eines geschützten Geländes 1, Meersstandschwankungen, Überschwemmungsdauer und-stärke ab und werden nach bekannten Verfahren aufgrund einer mathematischen bzw. physikalischen Simulation ermittelt. Bei einer Steigung des Wasserspiegels über einen Sollwert schließt man alle Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 und begrenzt dadurch den Wasserwechsel zwischen dem abgeriegelten Wassergebiet 9 und dem Meer 10, womit das Gelände 1 vor einer Überschwemmung geschützt ist. Einen Wasserstand, bei dessen Erreichen Wasserdurchlaßöffnungen 3 bis 8 geschlossen werden, wird wie bei bekannten Verfahren, aufgrund von für das entsprechende Gelände wichtigsten Hafen-, Stadt-, Ökologiefaktoren bzw. anderen Standpunkten festgelegt. Fig.2 zeigt ein Schema zum Wasserwechselregelung, die man beim Schutz eines Inselgeländes 11 in einer Lagune 12 anwenden kann. Gemäß diesem Schema sind bei der Flut alle Wasserdurchlaßöffnungen 14 bis 22 geöffnet. Meerwasser fließt in das abgeriegelte Wassergebiet 9 und verdrängt daraus verschmutztes Wasser in die Lagune 12. Bei der Ebbe schließt man die Öffnungen 16, 17, 18, 19, 20, 21 (Verschlußpositionen bei der Ebbe sind durch eine Strichlinie gezeigt). Dabei nehmen Geschwindigkeiten der Wasserströmungen innerhalb des abgeriegelten Wassergebiets 9 zu und es findet ein intensiveres Wasserabfließen aus dem abgeriegelten Wassergebiet 9 und aus Kanälen am Gelände 1 statt. Eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des abgeriegelten Wassergebiets 9 stellt eine Spülung der Stauungsbereiche sicher. Schmutzwasser entströmt der Lagune 12 längs des Umrisses der Bauwerke 13 ins Meer 10, wobei es praktisch in kein abgeriegeltes Wassergebiet 9 gelangt.

[0022] Das besagte Schema zur Regelung des Wasserwechsels kann beim Absinken des Wasserstandes nach einer Überschwemmungsgefahr verwendet werden. Dabei öffnet man die Öffnungen 14, 15, 22 dann, wenn der Wasserstand in der Lagune 12 den Wasserstand im abgeriegelten Wassergebiet unterschritten hat.

[0023] Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz von Ortschaften, die auf einem Inselgelände 11 in einer Lagune 12 liegen, steigert zusätzlich eine Zuverlässigkeit des Schutzes dieser Ortschaften vor Überschwemmungen. Diese Steigerung der Zuverlässigkeit steht damit in Zusammenhang, daß Schutzbauwerke mit beweglichen Verschlüssen in der Lagune 11 angeordnet sind, worin diese Verschlüsse durch Wellen bedeutend weniger beansprucht werden, als es bei ihrer Anordnung auf der offenen Meeresseite der Fall wäre.

[0024] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Geländeschutz vor Überschwemmungen kann beim Schutz von den auf Inselgeländen in Lagunen liegenden Ortschaften, z.B. Venedig verwendet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Schutz von Geländen vor Überschwemmungen durch Errichten dar Schutzbauwerken (2) mit Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8) und Begrenzung eines Wasserwechsels zwischen einem abgeriegelten Wassergebiet (9) und dem Meer (10) bei einer Wasserstandsteigung über einen Sollwert durch Schließen aller Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8), dadurch gekennzeichnet, daß man die Schutzbauwerke (2) um das zu schützende Gelände (1) in einem ununterbrochenen Umriß errichtet, die Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8) über den Umriß des Bauwerks (2) auf seinen gegenüberliegenden Seiten verteilt und bei Gezeiten eine zusätzliche Regelung des Wasserwechsels durch abwechselndes Schließen bzw. Öffnen der Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8) in Abhängigkeit von der Phase der Meeresspiegeländerungen vornimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei verschiedenen Phasen der Meersspiegeländerungen verschiedene Strömungswege innerhalb des angeriegelten Wassergebietes (9) entstehen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Flut bzw. Ebbe die Wasserdurchlaßöffnungen (3 bis 8) geöffnet bzw. geschlossen werden, die sich auf den gegenüberliegenden Umrißseiten der Bauwerke (2) befinden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Flut alle Wasserdurchlaßöffnungen (14 bis 22) und bei Ebbe nur die Wasserdurchlaßöffnungen (14,15,22) geöffnet sind, die sich auf der einen Umrißseite der Bauwerke (2) befinden.

Zeichnung