Table Of ContentGRUNDRISS
DER
FLUSSMORPHOLOGIE
UND DES
FLUSSBAUES
VON
FRIEDRICH SCHAFFERNAK
MIT 129 TEXTABBILDUNGEN
WIEN
SPRING ER-VERLAG
1950
ISBN-13: 978-3-211-80168-0 e-ISBN-13: 978-3-7091-7761-7
DOl: 10.1007/978-3-7091-7761-7
AIle Rechte, insbesondere das der Ubersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1950 by Springer-Verlag in Vienna
Vorwort.
Die schweren Fehler, die man in der erst en Etappe der FluBregu
lierungsaktionen gemacht hat, als man im Durchstich das aJleinige Heil
mittel erblickte, sind he ute durch nachtragliche Gegenll1aBnahll1en zum
groBten Teile behoben. Trotz aller basen Folgeerscheinungen werden
jedoch bei dies en Nachregulierungen nicht ill1ll1er die mit graBen Opfern
erkauften Erfahrungen im FIllBbaue in fachlich einwandfreier Weise in
Anwendung gebracht. In noch viel stiirkerem MaBe sind aber die folgen
Oichweren Eingriffe in das naturliche Regime der FluB:systeme zu be
achten, welche durch die in Ausfuhrung begriffene systematische
Wasserkraftnutzung eingeleitet werden. Es besteht die Gefahr, wenn
nicht die fachlich verantwortlichen staatlichen Organe rechtzeitig ein
greifen, daB eine Wiederholung von Fehlschlagen sich einstellen wurde,
wie sie die einstige naturwidrige Bauweise verursacht hat. Aus allen
diesen Grunden ist es daher notwendig, den FluBbau nicht nur von der
rein praktischen Seite zu behandeln, sondern soweit als maglich durch
fluBmorphologische Erwiigungen und darauf basierende Projektierungs
grundsiitze zu sWtzen.
Diese Erwagungen haben die Veranlassung gegeben, die grundsatz
lichen Fragen del' FluBmorphologie zusammenfassend yor dem eigent
lichen FluBbau zu behandeln. In beiden Teilen des Buches, in der FluB
morphologie und im FluBbau, ist eine knappe, aber iibersichtliche Dar
stellungsweise angestrebt worden, um den jiingeren Ingenieurgenerationen,
und an diese richtet sich diese Veraffentlichung in en;ter Linie, die
"Empfindlichkeit" einet> FIllBorganisllllls und damit die GroBe der Ver
antwortung, die ein FluBbauingenieur bei :;einen Arbeiten zu tmgen hat,
in moglichst eindringlicher Weise vor Augen zu flihren.
Bei der Herstellung der Abbildungen haben mir meine ehemaligen
Assistenten Dr. techno Raimund Geilhofer und Dipl.-Ing. Erwin
Kandelsberger wert volle Hilfe geleistet. Die Korrektur der Druck
bogen besorgte in freundschaftlichster Weise Oberbaurat Dipl.-Ing.
Hugo Rainer. Ihnen allen danke ich herzlich. Der Verlag hat trotz der
noch immer bestehenden ungunstigen Nachkriegsverhiiltnisse der Aus
stat tung des Buches die gewohnte Aufmerksamkeit gewidmet, was mit
Anerkennung hervorgehoben werden solI.
Graz-Eggenberg, im Februar 1950.
F. Schaffernak.
Inhaltsverzeichnis.
Erster Teil.
Flllilmorpbologie.
Seite
1. Vorgange bei der Umbildung der Erdoberflache (Geomorphologie)
und bei der Umbildung des FluJlbettes (FluJlmorphologie) . . . . . 3
1. GrundriJ3ausbildung des Flusses und Talweges ............. 4
2. FluJ3ausbildung im Querschnitt........................... 5
3. Langenprofil eines FlulHaufes.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
II. Storungsursachen des zeitlichen Gleichgewichtes und deren Aus-
wirkung................................................... 8
1. Wasserentzug und Wasserruckgabe.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. Wasserabgleichung.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3. Einengung des FlulHaufes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4. Kurzung des FluLllaufes......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5. Sinkstoffentzug ......................................... 10
6.-8. Anderung der FlieJ3richtung..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
III. Charakterisierung und l\Iessung der Feststoffe .......... . . . . .. 11
1. Schwebestoffe........................................... 11
2. Geschiebe .............................................. 13
3. Eis .................................................... 16
IV. Begriffsfestlegung fur die Geschiebebewegung................. 21
1. Schleppkraft............................................ 21
2. Geschiebetrieb und Geschiebemenge....................... 23
3. Geschiebefracht .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24
V. Methoden der morphologischen Untersuchungen............... 26
A. Graphisches Rechnen mit Geschiebefrachten............... 26
1. Wasserentzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
2. Einengung........................................... 28
B. Graphische Bestimmung der Umbildung der FluJ3sohle . . . .. 31
3. Kiirzung ............................................ 31
4. Geschiebeentzug...................................... 32
C. Wasserbauliche Modellversuche....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
1. Wasserbaul!~he Modellversuche bei fester Wan dung (hy
draulische Ahnlichkeit). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
a) Abbildungsregeln fur laminare Grundwasserbewegung. 37
b) Abbildungsregeln fUr die kontinuierliche turlmlente
Wasserbewegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
c) Abbildungsregeln fUr diskontinuierliche turbulente
Wasserbewegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
2. Wasserbauliche Modellversuche bei beweglicher Wan dung
(morphologische .Ahnlichkeit) .......................... 40
a) Wasserbauliche Modellversuche uber den Wirkungssinn 40
b) Wasserbauliche Extrapolationsversuche .............. 40
c) Wasserbauliche Modellversuche mit tatsachlicher hydrau
llscher morphologischer .Ahnlichkeit. . . . . . . . . . . . . . . . .. 41
VI. Der freie und der erzwungene FluBmaander in seiner GrundriB-,
Querschnitts- und Langenschnitts-Ausbildung. . . . . . . . . . . . . . . .. 42
VII. Verkleinerung des FluBbettmaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
VIII. Morphologische Wirkungen des Porenwassers . . . . . . . . . . . . . . . .. 51
A. Verhalten von rolligem MateriaL......... . . . . . . . . . . . . .. .. 51
1. Wirkung des ruhenden Porenwassers ... ; . . . . . . . . . . . . . .. 51
2. Wirkungen des bewegten Porenwassers . . . . . . . . . . . . . . . .. 53
a) Dichter Dammkorper auf durchlassigem Untergrund .. 53
b) Durchlassiger Dammkorper auf dichtem Untergrund .. 55
B. Verhalten von bindigem Material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57
IX. Der Klarvorgang (Sedimentation) ........................... 57
1. Bestimmung der Sinkgeschwindigkeit...................... 57
2. Ermittlung der GroBe des Klarbeckens.... . . . . . . . . . . . . . . .. 59
3. Ermitt.Iung der Klarwirkung eines Klarbeckens ............ 60
Zweiter Teil.
FluBbau.
A. Wildbachverbauung .......................................... . 68
1. Zweck und Ziele der Wildbachverbauung ................... . 68
II. DurchfUhrung der baulichen GegenmaBnahmen ............. . 69
1. Hangfestigungen im Erosionstrichter und an den Talhangen 69
a) Bauliche MaBnahmen gegen Gletschera.usbruche ........ . 70
b) Bauliche MaBnahmen gegen Lawinen ................. . 70
c) Bauliche MaBnahmen gegen Sickerwasser .............. . 70
d) Bauliche MaBnahmen bei Flachenabtrag durch Tagwasser. 70
2. Festigung der Gerinnesohle ............................. . 70
a) Austeilung der Staffelsperren ......................... . 73
b) Bautechnische Ausgestaltullg der Staffelsperren ........ . 74
3. Ufersicherung ......................................... . 78
4. Ruckhalt der bereits in die Gerillne gelangtell Schuttmaterialien 79
a) A usfUhrullg von Schottersperren ...................... . 80
b) Geschiebeablagerullgsplatze (Kiesfange) ................ . 82
5. Gerinlleherstellullg am Schuttkegel ...................... . 82
B. FluBregulierung (-Regelung) .................................. . 82
1. Vorbereitellde Arbeitell fUr FluBregulierullgell ............... . 84
1. Geodatische Aufllahmell ................................ . 84
2. Hydrologische Aufllahmen .............................. . 85
a) Hydrographische Aufnahmell .................... '" .. . 86
b) FluBmorphologische Aufnahmen ...... '" .... '" ...... . 86
3. Wirtschaftliche Vorerhebungen .......................... . 86
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
II. Entwurf von FluBregulierungen... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
1. LinienfUhrung (Trasse) ................................ " 87
a) LinienfUhrung des Mittelwasserbettes .................. 88
b) LinienfUhrung des Niederwasserbettes . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89
c) LinienfUhrung der Hochwasserdamme . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89
2. Ermittlung der Regelquerprofile (Normalprofile) . . . . . . . . . .. 90
3. Bausysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91
a) Geschlossene Bauweise ............................... 92
b) Offene Bauweise ................................... " 94
c) Verbundbauweise .................................... 95
d) Durchlassige Bauweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96
III. Einzelheiten uber Baustoffe, Baumittel und Bauformen. . . . . .. 96
1. Baustoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97
2. Baumittel.............................................. 98
a) Flechtzaun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
b) Packwerk ..................... , ................... " 98
c) Sinkwalzen und Drahtschotterkorper.. . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
d) Steinkasten.......................................... 99
e) Sinkstucke ........................................ " 99
f) Sinkbaume.......................................... 99
g) Gehangebauten und Pfahlwerksbauten .... . . . . . . . . . . . .. 99
3. Bauformen ............................................. 100
a) Bauten am festen Ufer (Uferschutzbauten) ...... : ...... 100
b) Bauten auf Schotterbanken (Steindeponien) ............ 102
c) Bauten im freien Wasser (Leitwerke, Buhnen, Hakenwerke,
durchlassige Bauten) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 102
d) Bauten auf festem Lande (Hochwasserdamme) ......... 107
IV. Besondere BauausfUhrungen und Bauarbeiten.. . . . . . . . . . . . . .. 109
1. Durchstiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 109
2. Sohlschwellen (Grundschwellen) .......................... III
3. Einmundung von Nebenflussen .......................... Il2
4. Felssprengungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 114
5. Baggerung ............................................. 115
6. Ausfiihrung von FluBbauten mit Rucksicht auf das Land.
schaftsbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 115
Erster Teil.
Flu6morphologie.
Schaffernak, FluBmorphologie.
Flu6morphologie.
Mit M orphologie bezeichnet man im allgemeinen die Lehre von
den OberfHichenformen. Bandelt es sich urn die ErdoberfHiche,
wird diese Lehre Geomorphologie genannU Beschrankt man sich
nur auf die Umgestaltung des Flu13bettes, dann spricht man von
Flu{Jmorphologte. Wahrend bei der Geomorphologie geologische
Zeit en in Betracht kommen, spielen bei der Flu13morphologie schon
ktirzere Zeitabschnitte eine Rolle.
I. Vorgange bei der Umbildung der Erdober
flache (Geomorphologie) und bei der Umbildung
des FluBbettes (FluBmorphologie).
'fekt.onische v.organge (Verwerfung,
mechanisch Uberschiebung, vulkanische Wir
f durch { kungen),
j
Zertriimmerung G let scher (A usho bel ung) ,
1. A uflockerung
Eiswirkung (Spaltenfrost).
der festen
Erdrinde infolge Gehaltes der Kied. erschlags
I chemisch 1w asser an 0 und co.
durch oder chemischer Umwandlungs
Lasung produkte der Pflanzen (z. B.
Ruminsaure).
2. Umlagerung
Eis (glaciale U mlagerung: Moranen),
des ge {
Wind (aolischc Umlagerung: LoB, Dijnen, Versteppung),
lockerten
Wasser (fluviatile Umlagerung: Aufschiittung von Tal·
Materials
boden, Umbildung der FluBlaufc).
durch
Maanderausbildung,
im GrundriB {
M aanclerwanderung (Sei tensch urf),
3. Umbildung I Erosion (Tiefenschurf),
im Querschnitt {
der FluB Denudation (BloBlegung),
Hiufe
Eintiefung,
im Langenprofil { Rebung,
Zeitliches Gleichgewicht.
Nur die Vorgange bei der Umbildung von FJnf3Hiufen sind
Gegenstand des im folgenden behandelten Lehrgegelbtandes FluD-
1 Davis, W. "VI.: Die erklarencle Beschreibung der Lanclformen.
Leipzig, 1928. - H ettner, H.: Die Oberflachenformen cles Festlancles.
Leipzig, 1928. - M achatschek, F.: Geomorphologie. Leipzig, 1934.
1*
4 VO£gange bei der Umbildung der Erdoberflache.
morphologie. Bei diesen morphologischen Vorgangen wird das
gelockerte Bodenmaterial aus den oberen FlnBstrecken vom Nieder
schlagswasser zu Tal gefOrdert, durch Zerschlagen, Abrieb- und
Abschliff verkleinert und schlieJ31ich in die Weltmeere verfrachtet.
Damit setzt im gesamten FluJ31auf eine Sinkstottbewegung ein,
wobei die Schwebestotte tiber den gesamten FluBquerschnitt ver
teilt, schwebend mitgefiihrt werden, wahrend das Geschiebe auf
der FluBsohle gerollt, geschoben oder springend gefi:irdert wird.
AuBer Schwebestoffen und Geschiebe fiihren die Gewasser
zeit weise als dritten Feststott Eis in Form von Treibeis oder Eis
brei, die aus Randeis oder Grundeis stammen.
Bei FlieJ3geschwindigkeiten liber 4 m/sek wird tiberdies Luft,
bemerkbar durch die Gischtbildung, mitgefiihrt, wobei der An
teil der Luft bis 7.:U 80 v. H. des Lnft-Wasser-Gemisches ansteigen
kann.
I. GrundriBausbildung des Flusses und Talweges. Auf
einer glatten, geneigten Ebene flieJ3t das Wasser geradlinig in
Richtung des starksten Gefalles abo Durch Hindernisse wird der
Abb. 1. Maanderverschiebung des Mississippi
bei Vicksburg von 1882 bis 1895.
Wasserfaden abgelenkt. Er krtimmt sich und sucht dann wieder
die friihere Richtung anzunehmen.
Hat sich der Wasserfaden in den Talaufschiittungen ein Bett
gegraben, dann wird im Zuge dieser Abschwenkung das Ufer bezw.
der Hang angegriffen (Seitenschurf). Das abgetragene Material wird
yom Wasser fluBabwarts gefordert und unterhalb der Angriffstelle
teilweise abgelagert (Anlandung). Damit wird eine neuerliche Ver
schwenkung des Wasserfadens ausgelost. Es bildet sich der FlulJ
maander, der eine ununterbrochene Aufeinanderfolge vnn ge
kriimmten, aber niemals geradlinigen FluBstrecken aufweist.
Infolge des zunehmenden Seitenschurfes und der Anlandung
werden im Laufe der Zeit die Kriimmungen verstarkt (Langsver
schiebung des Maanders) (Abb. 1). Dies kann bis zum Abschneiden
einzelner Maanderschleifen fortschreiten (Abb. 2). Hiedurch wird
FluJ3ausbildung im Querschnitt. 5
neben der Uingsverschiebung des Maanders auch eine Querver
schiebung eintreten. SchlieBlich ftihrt dies zur FIuBzersplitterung
(FIuBau), we1che die Iandwirtschaftliche Benutzung des Talbodens
unterbindet.
Die Verbindungslinie der tiefsten Punkte des FluBschlauches
nennt man Talweg. GrundriB des Talweges und Stromstrich iiber
deck en sich. Der Talwegmiiander zeigt den gleichen Rhythmus
wie der FluBmaander, weist aber etwas starkere Krummungen auf.
Abb. 2. Selbsttatiges Abschneiden von
Maanderschleifen.
Auch in regulierten Flu13strecken ist ein Talwegmaander
festzustellen. In kunstlichen, schwach gekriimmten FIu13strecken
und besonders in kunstlich vollstandig gerade gestreckten Fliissen
tritt eine Langsverschiebung des Talweges ein, die mehr als
100 m pro Jahr betragen kann. (Naheres S. 42 u. f.)
2. FluBausbildung im Querschnitt. Der FluB grabt im erst en
Ausbildungsstadium eiIi. V-formiges Tal in seinen festen Unter
grund (Kerbtal), das sich allmahlich vertieft (Tiefenschurf) (Abb. 3).
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Abb. 3. Erstes Ausbildungs- Abb. 4. Zweites Ausbildungs
stadium - V-formiges Tal. stadium - Trogformiges Tal.
Gleichzeitig beginnt auch der Seitenschurf zu wirken. Es ent
steht in diesem zweiten Ausbilqungsstadium ein trogfOrmiges Tal,
in we1chem sich infolge der entstehenden Anlandungen der FluB
maander entwickelt (Abb. 4).
