Schlauchwehre
» Eigenschaften & Anwendungsbereiche
Schlauchwehre weisen als variabler Wehrverschluss eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen Konstruktionen auf. Der einfache konstruktive Aufbau ohne bewegliche Teile (wie Drehgelenke) sowie eine unkomplizierte Form des Betonbauwerks gewährleisten einen geringen Wartungsaufwand. Auftretende Kräfte werden gleichmäßig in das Betonfundament eingeleitet, was die Bewehrungsplanung vereinfacht sowie Vorteile beim Aufbau auf einen bestehenden Wehrkörper bietet. Der Aufbau auf senkrechten, geneigten und gedrehten Wehrwangen und gebogenen oder gekrümmten Wehrkronen ist umsetzbar. Zudem weisen Schlauchwehre eine geringe Bauhöhe auf und lassen sich daher gut in die Landschaft einfügen. Eine einfache und schnelle Reparatur bzw. der Austausch der Schlauchmembran kann in wenigen Tagen bzw. Wochen erfolgen. Schlauchwehre sind kostengünstige, anpassungsfähige und betriebssichere Verschlussorgane und haben eine Vielzahl von Anwendungsbereichen.
Luftgefüllte Schlauchwehranlage am Lake Britton (USA)
Schlauchwehre sind vielseitig einsetzbar. Im Bereich der Wasserkraftnutzung stauen Schlauchwehre das Wasser für einen optimalen Einsatz von Turbinen zur Energiegewinnung. In Abstimmung mit der Turbinenauslastung ermöglichen Schlauchwehre die Einhaltung des Stauziels für ein großes Abflussspektrum. Darüber hinaus werden Schlauchwehre für Speichererweiterungen bestehender Wehranlagen verwendet. Auf diese Weise kann die Turbinenleistung schnell und kostengünstig gesteigert werden.
Im Bereich der Navigation (Schifffahrt) ist eine exakte Wasserstandsregelung von großer Bedeutung. Schlauchwehre gewährleisten die Einhaltung des Stauziels in einem kleinen Toleranzbereich. Hier hat sich die von Floecksmühle entwickelte, automatisierte Steuerung besonders gut bewährt.
Wassergefüllte Schlauchwehranlage an der Maas (Frankreich)
Entlastungsschlauchwehr
Beim Hochwasserschutz finden Schlauchwehre als Entlastungswehre ihre Anwendung, beispielsweise durch Integration in einen Deich. So ist kontrolliertes Fluten eines Polders oder Überflutungsbereichs möglich. Aufgrund der schnellen und einfachen Bedienbarkeit sowie der robusten Konstruktion werden Schlauchwehre auch im mobilen Hochwasserschutz eingesetzt. Im Bereich des Küstenschutzes finden Schlauchwehre Anwendung als Sturmflutsperrwehre.
In der Landwirtschaft werden Schlauchwehre zur Stauhaltung in Gebieten mit Feldbewässerung verwendet. Weiteres Anwendungsgebiet ist die Wasserspeicherung zur Entnahme für eine direkte Irrigation der Pflanzen.
Besonders in Ländern mit langen Trockenphasen kann eine Speichererweiterung zu einer durchgehenden Wasserversorgung beitragen, welches durch den Einsatz von Schlauchwehren ökonomisch realisiert werden kann.
Auch die Trennung von Salz- und Süßwasser in Küstenbereichen kann durch Schlauchwehre realisiert werden. Die verwendete Schlauchmembran ist für Süßwasser ebenso wie für Salz- und Brackwasser geeignet. Mit dem richtigen Design ist auch ein Einstau von Unterwasser her möglich. Daher haben sich Schlauchwehre auch als Barriere gegen die Versalzung von landwirtschaftlich genutzten Küstenregionen bewährt.
Schlauchwehre können in Abwassersystemen zur Wasserregulierung, Abwasserrückhaltung und zum Spülen der Kanalisation eingesetzt werden.
In Mischsystemen muss bei starken Regenfällen ein Teil des Abwassers zurück gehalten werden, um die Kapazität der Kläranlage nicht zu überschreiten. Durch den Einbau eines Kanalschlauchwehres kann dann der vorhandene Abwasserkanal als Stauraum verwendet werden.
Anforderungen wie Betriebssicherheit, Einbaufähigkeit im Kanal, Unempfindlichkeit gegen Schmutz und Korrosion sowie Fernsteuerbarkeit werden von Schlauchwehren optimal erfüllt.
Aufgrund ihrer Flexibilität und der großen Funktionssicherheit können Schlauchwehre sehr vielseitig eingesetzt werden. Mögliche weitere Anwendungsbereiche sind Anlagen im Bereich des Wassersports, der ökologischen Gewässergestaltung, Kühlwasserentnahme und Stadtplanung. Schlauchwehre können auf Kundenwunsch für so gut wie jeden Anwendungsbereich angepasst werden.
Luftgefülltes Schlauchwehr zur Feldbewässerung
Schlauchwehrnutzung im Kanal
» Aufbau & Prinzip
Schlauchwehre sind hydrostatische Wehrkörper, bei denen eine Membran aus gewebebewehrtem Kautschuk mit Klemmschienen an einem Wehrkörper angeschraubt ist, so dass ein dichter Innenraum entsteht.
3D-Design eines wassergefüllten Schlauchwehrs
Das Füllmedium kann Wasser oder Luft sein. In beiden Fällen bildet sich an der Membran des Schlauchs ein Gleichgewicht zwischen den inneren Druckkräften und der äußeren Wasserauflast. Durch Variation des Füllvolumens kann die Höhe des Schlauchs bzw. der Stau- und Abflussquerschnitt verändert und damit den Erfordernissen der Stauhaltung angepasst werden.
3D-Design eines luftgefüllten Schlauchwehrs
Die Steuerung der Pumpen und Armaturen erfolgt von einem Betriebsraum aus. Die dazu erforderlichen Einrichtungen sind bei wassergefüllten Systemen im Schachtbauwerk unterflur und bei luftgefüllten Systemen in einem oberirdischen Betriebsraum angeordnet. Mithilfe der jeweiligen Reguliersysteme kann das Stauziel zuverlässig eingehalten werden. Die Aufstau- und Absenkgeschwindigkeiten sind einstellbar.
Das Füllmedium wird dem Schlauchwehr durch Rohrleitungen zugeführt, die mit dem Reguliersystem in Verbindung stehen. Bei steigendem Wasser im Staubereich wird der Schlauch bei Überschreitung des Stauzieles sukzessive entleert, bis er schließlich vollständig entleert die gesamte Wehröffnung freigibt. Umgekehrt wird der Schlauch bei fallendem Wasserstand wieder aufgerichtet und hält auf diese Weise den Oberwasserspiegel auf ein vorgegebenes Stauziel konstant.
Die Entscheidung über das jeweils geeignete Füllmedium richtet sich nach den Anforderungen des Projektes. Dabei müssen verschiedene Kriterien im Planungsstadium untersucht werden.
| Luftgefüllte Schlauchwehre | Wassergefüllte Schlauchwehre |
|---|---|
| Betrieb | |
| Gleichmäßige Überströmung bei 95-100% der Schlauchhöhe | Gleichmäßiges Überströmen des Schlauchwehres in jedem Betriebszustand |
| Bildung einer V-förmigen Vertiefung unterhalb von 95% der Schlauchhöhe | |
| Wehrfelder können getrennt gesteuert werden | Wehrfelder können getrennt gesteuert werden |
| Kurze Stellzeiten möglich, Aufstau und Absenken je nach Größe in 5 - 30 Minuten | Stellzeiten zum Füllen und Entleeren je nach Größe in 1 bis 4 Stunden |
| Als Füllmedium wird Außenluft verwendet | Als Füllmedium wird in der Regel Flusswasser verwendet (eventuell Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserqualität notwendig) |
| Keine Eisbildung im Füllmedium im Winter | Konstruktive Maßnahmen gegen Eisbildung bei harten Winterbedingungen erforderlich |
| Berechnung des Abflusses im Bereich 95%-100% der max. Schlauchhöhe möglich | Berechnung des Abflusses und einer Restwassermenge aufgrund der Floecksmühle Schlauchhöhenerfassung, im Bereich 25-100% der max. Schlauchhöhe, möglich |
| Höhere Lebensdauer in warmen Regionen aufgrund geringerer Erwärmung der Schlauchmembran | |
| Geringerer Verlust des Füllmediums bei einer Verletzung der Schlauchmembran | |
| Bauwerksdimension | |
| Ablagebreite der entleerten Membran ca. 1,8 x Schlauchhöhe | Ablagebreite der entleerten Membran ca. 2,4 x Schlauchhöhe |
| Kleine Rohrleitungsdurchmesser | Größere Rohrleitungsdurchmesser |
| Kompakte Bauweise für das Reguliersystem und damit geringer Platzbedarf, insbesondere im teuren Unterflurbereich | Anordnung des Reguliersystems in Schächten in untermittelbarer Nähe zum Schlauchwehr |
| Reguliersystem muss nicht direkt am Schlauchwehr angeordnet sein | |
// Luftgefüllte Schlauchwehre
Bei diesem Wehrtyp wird der Schlauch mit Luft gefüllt. Der Staukörper wird allein durch den Luftdruck im Inneren aufrecht gehalten. Beim Aufrichten des Schlauchwehres fördert der im Betriebsraum am Ufer angeordnete Verdichter über eine Regulierrohrleitung Luft in den Innenraum des Schlauchwehres.
Der sich mit Luft füllende Innenraum des Schlauchwehres ist hermetisch dicht, auch im Bereich der Seitenwände. Somit staut sich bei zunehmender Füllung das Wasser vor dem Schlauchwehr auf.
Der Absenkvorgang erfolgt je nach Reguliersystem durch elektrisch oder pneumatisch betätigte Armaturen. Zusätzlich ist auch immer eine manuelle Betätigung der Ventile möglich. Die gesamte Steuerung kann bei kleinen Anlagen auch in einem wärmegedämmten und beheizten Schaltschrank untergebracht werden.
Funktionsprinzip eines luftgefüllten Schlauchwehres
Die Schlauchwehranlage verfügt insgesamt über mehrere Messwertgeber, die einen sicheren Betrieb, eine genaue Regelung und eine laufende Betriebsüberwachung der Anlage ermöglichen. Gemessen werden der Wasserstand im Stauraum und der Innendruck im Schlauchwehr. Zudem findet eine Überwachung des Schlauchwehrinnenraumes auf mögliches Kondensat oder eingedrungenes Fremdwasser statt. Die Innendruckmessung der Schlauchwehre erfolgt für die einzelnen Wehrfelder jeweils getrennt. Hierfür werden für jedes Wehrfeld getrennte Messrohrleitungen zum Betriebsraum geführt.
Luftgefüllte Schlauchwehranlage in Los Laureles (Honduras)
Luftgefüllte Wehre verhalten sich bis zu einer Absenkung des Wehrs auf ca. 95 % - 90 % der maximalen Schlauchhöhe ähnlich wie wassergefüllte Schlauchwehre. Bei weiterer Absenkung bildet sich an einer Stelle eine V-förmige Vertiefung, an der eine stärkere Überströmung des Wehres erfolgt. Die Überströmung erfolgt daher nicht so gleichmäßig wie bei wassergefüllten Wehren. Dies kann standortbedingt von Vorteil oder nachteilig sein. Durch die von Floecksmühle entwickelte Steuerung ist auch bei luftgefüllten Schlauchwehren eine genaue Einhaltung des Stauziels möglich.
Grundsätzlich können Schlauchwehre an Einbauorten eingesetzt werden, bei denen das Unterwasser zurückgestaut ist. Ohne Rückstau werden luftgefüllte Schlauchwehre mit nur einer oberwasserseitigen Befestigungsschiene am Wehrkörper befestigt. Falls der Unterwasserrückstau im nicht überströmten Zustand bis an das Schlauchwehr zurückreicht, muss unter Umständen eine zweite Befestigungsschiene vorgesehen werden.
Überströmtes luftgefülltes Schlauchwehr in Tolosa (Spanien)
// Wassergefüllte Schlauchwehre
Bei wassergefüllten Schlauchwehren wird der Wasserdruck im Schlauch nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren als Wassersäule in einem Steuerschacht erzeugt, der mit dem Schlauchinnern über eine Rohrleitung (Regulierrohrleitung) verbunden ist. Die Höhe der Wassersäule im Steuerschacht bestimmt den inneren Druck und damit die Höhe der aufgerichteten Schlauchmembran.
Funktionsprinzip eines wassergefüllten Schlauchwehres
Die Füllung des Steuerschachts - und damit des Schlauchinneren - erfolgt durch eine oder mehrere Füllpumpe(n). Das Füllwasser wird aus dem Versorgungsschacht entnommen, der in der Regel über eine oder mehrere Rohrleitungen mit dem Oberwasser verbunden ist. Die Schlauchmembran wird durch Füllen des Steuerschachtes aufgerichtet. Sobald der Druck im Schlauchinneren die Summe der äußeren Kräfte (Gewicht der Membran und der Wasserauflast) übersteigt, beginnt sich der Schlauch aufzurichten. Mit der aufgerichteten Schlauchmembran kann das Wasser im Stauraum gestaut werden.
Wassergefüllte Schlauchwehranlage mit drei Wehrfeldern an der Maas (Frankreich)
Wassergefüllte Schlauchwehre haben auch im teilgefüllten Zustand immer eine absolut waagerechte Wehrkrone. Die Überströmung ist daher sehr gleichmäßig.
Gemessen wird der Wasserstand im Stauraum sowie im Unterwasser und bei Bedarf die Schlauchhöhe. Somit besteht bei wassergefüllten Schlauchwehren die Möglichkeit einer Abflussberechnung in einem bestimmten Bereich. Auf diese Weise kann der Abfluss als Regelparameter in die Steuerung einbezogen werden.
// Kanalschlauchwehre
3D-Design eines Kanalschlauchwehres
Kanalschlauchwehre werden in Mischabwassersystemen eingebaut. In Mischsystemen werden Regenwasser und Schmutzwasser zusammen in einem Sammler zur Kläranlage geleitet. Da Sammler und Kläranlage jedoch nur für eine bestimmte Wassermenge ausgelegt werden können, muss bei starken Regenfällen ein Teil der Wassermenge zurück gehalten werden.
Die Installation von Kanalschlauchwehren erlaubt es, das vorhandene Kanalsystem als Zwischenspeicher zu nutzen. Der Abfluss über das Kanalschlauchwehr kann dann so reguliert werden, dass die Kapazität der nach- oder parallel geschalteten Kläranlagen nicht überschritten wird.
Kanalschlauchwehre werden in der Regel als luftgefüllte Wehre ausgelegt. Je nach Design ist es möglich, den gesamten Kanalquerschnitt mit dem Wehr abzusperren.
Kanalschlauchwehre bieten diverse Vorteile:
- Sie können mit geringem Aufwand in bestehende Kanalsysteme eingebaut werden.
- Die einfache Konstruktion der Kanalschlauchwehre erfordert einen minimalen Wartungsaufwand.
- Elektromechanische Komponenten können gut zugänglich in einem Betriebsraum installiert werden.
- Bestehende Kanalsysteme können zur Zwischenspeicherung von Abwässern genutzt werden.