Abfluss und Gerinnehydraulik

Abfluss und Gerinnehydraulik beschreiben, wie sich Wasser in offenen Gerinnen bewegt und wie seine Abflussmenge mit Tiefe, Gefälle und Rauheit zusammenhängt und in der Praxis gemessen wird.

Definition

Abfluss ist der Wasserfluss in einem offenen Gerinne, und Gerinnehydraulik ist die Theorie, die die Tiefe, Geschwindigkeit und Abflussmenge dieses Flusses mit der Gerinnegeometrie, dem Gefälle und der Rauheit unter einer freien Wasseroberfläche in Beziehung setzt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Prinzipien des offenen Gerinneabflusses, des gleichförmigen und des allmählich veränderlichen Abflusses, Widerstandsgleichungen, die die Geschwindigkeit mit den Gerinneeigenschaften in Beziehung setzen, sowie die Messung des Abflusses mittels Flügelmessung und Abflusskurven. Es befasst sich mit dem Abfluss im Gerinne selbst, während Sediment und Gerinneform in einem separaten Thema behandelt werden.

Core questions

• Wie hängt die Abflussmenge mit der Gerinnetiefe, dem Gefälle und der Rauheit zusammen?
• Was unterscheidet gleichförmigen, allmählich veränderlichen und schnell veränderlichen Abfluss?
• Wie wird der Abfluss im Feld gemessen?
• Wie wandelt eine Abflusskurve den Wasserstand in Abfluss um?

Key concepts

• Abfluss in offenen Gerinnen
• Gleichförmiger und allmählich veränderlicher Abfluss
• Manning-Gleichung und Rauheit
• Hydraulischer Radius und Querschnitt
• Abflussmessung
• Abflusskurve

Key theories

Widerstandsgleichungen für offene Gerinne

Empirische Widerstandsgesetze wie die Manning-Gleichung setzen die mittlere Fließgeschwindigkeit in Beziehung zum Gerinnegefälle, dem hydraulischen Radius und einem Rauheitskoeffizienten und stellen die Standardmethode zur Berechnung des Abflusses in offenen Gerinnen dar.

Abflusskurve

Da eine kontinuierliche direkte Messung des Abflusses unpraktisch ist, wird der Abfluss über eine Abflusskurve, die durch periodische Flügelmessungen kalibriert wird, mit einem leicht aufzuzeichnenden Wasserstand in Beziehung gesetzt, was die Grundlage der Abflussmessung bildet.

Clinical relevance

Die Gerinnehydraulik ist die Grundlage für die Planung von Gerinnen, Durchlässen und Hochwasserableitungsbauwerken, den Betrieb von Abflussmessnetzen, die Daten für nahezu die gesamte Oberflächenwasserhydrologie liefern, und die Ausbreitung von Hochwasserwellen in Flusssystemen.

History

Die Hydraulik offener Gerinne entwickelte sich durch Widerstandsformeln des 18. und 19. Jahrhunderts (Chezy, Manning) und wurde in Chows Text von 1959 zusammengefasst. Die systematische Abflussmessung mit Flügelmessgeräten und Abflusskurven, kodifiziert von Behörden wie dem USGS, machte kontinuierliche Abflussaufzeichnungen zum Rückgrat der Hydrologie.

Key figures

• Ven Te Chow
• Robert Manning

Seminal works

• chow1959
• dingman2015
• rantz1982

Frequently asked questions

Wie wird der Abfluss eines Flusses kontinuierlich gemessen?

Der Abfluss wird nur periodisch direkt gemessen, indem die Geschwindigkeit über den Gerinnequerschnitt gemessen wird; diese Messungen kalibrieren eine Abflusskurve, sodass der kontinuierlich aufgezeichnete Wasserstand zwischen den direkten Messungen in Abfluss umgerechnet werden kann.

Wofür wird die Manning-Gleichung verwendet?

Sie schätzt die mittlere Geschwindigkeit und damit den Abfluss eines offenen Gerinnes aus dem Gerinnegefälle, dem hydraulischen Radius und einem Rauheitskoeffizienten und wird häufig bei der Gerinneplanung, Hochwasserkartierung und Abflussberechnung eingesetzt.