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    公开号:WO1989012143A1
    申请号:PCT/EP1989/000632
    申请日:1989-06-06
    公开日:1989-12-14
    发明作者:Ernst H. Doerpinghaus
    申请人:Doerpinghaus Ernst H；
    IPC主号:E02B7-00
    专利说明:
    [0001] Strömungshindernis für offene Gewässer, insbesondere Sturmflutsperre
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Strömungshindernis für offene Gewässer, insbe¬ sondere eine Sturmflutsperre für Flußmündungen.
    [0003] Der Aufstau des in eine Flußmündung unter Tide- und Windeinfluß eindrin¬ genden Wassers ist am weiten Ende der Mündung gering und verstärkt sich in dem Maße, wie die in die Mündung eindringenden Wassermassen gezwun¬ gen werden, sich landeinwärts mit immer kleiner werdenden Querschnitten zu begnügen.
    [0004] Nach der Flutkatastrophe 1962 wurden zahlreiche Nebenflußmündungen an der Unterelbe durch Deiche mit Schleusen verschlossen sowie sonstige Deichverkürzungen vorgenommen, so daß die von der Deutschen Bucht bei Nordwest -Sturm eindringenden Wassermassen landeinwärts zusätzlich vermin¬ derte Querschnitte antreffen. Dies, wie auch der Wegfall von Überflu¬ tungs-Vorländern (durch Deicherhöhungen) hat zu verstärkten Stαu-Ef- fekten geführt, die die Schutzwirkung der nach 1962 ergriffenen Maßnahmen teilweise in Frage stellen. Wollte man den Stau-Effekt in Elb- und Neben¬ fluß-Mündungen mindern, müßte ein ideales Sperrwerk etwa auf der Linie Cuxhaven - Dithmarschen angeordnet werden. Ein Sperrwerk, das dort den Hochwasserpegel seeseitig um nur wenige Zentimeter erhöhen würde, könnte im Raum Hamburg zu einer Pegelabsenkung von Dezimetern unter dem sonst zu erwartenden Höchststand führen. Die Anwendung eines konventionellen Sperrwerks etwa von der Art, wie es beim Delta-Verk in Holland praktiziert ist - kommt im Falle der Eibmündung nicht in Frage. Einerseits wegen des aufrecht zu erhaltenden Schiffsver¬ kehrs, andererseits wegen der nicht übersehbaren Folgen, die durch ver¬ änderte Strömungs-Verhältnisse und Sedimentführung eintreten könnten . Ein konventionelles Sperrwerk aus großen, massiven und praktisch unveränder¬ lichen Bauwerken, die allenfalls mit beweglichen Schleusen oder Toren begrenzter Dimensionen versehen sind, sind bekanntermaßen schwierig und kostspielig .
    [0005] Der Erf indung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weniger aufwendiges Strö¬ mungshindernis zu schaffen, das insbesondere für die Errichtung eines Sturmflutsperrwerks in Flußmündungen geeignet ist und den Schiffsverkehr nicht behindert . Es soll unter Normalbedingungen praktisch überhaupt nicht bemerkbar sein, wodurch insbesondere auch Verschleißerscheinungen ver¬ mindert werden, und dann aktiviert werden können, wenn die Wetterlage dies gebietet .
    [0006] Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Strömungshindernis eine Vielzahl von flexibel am Boden verankerten Widerstandskörpern umfaßt, die mit Auftriebskörpern versehen sind . Die Auftriebskörper sind zweckmä¬ ßigerweise Behälter aus flexiblem Werkstoff und zumindest teilweise mit Gas gefüllt bzw. füllbar. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung besitzt jeder Widerstandskörper nur eine Verankerung und hat er insgesamt - d . h . von seinem oberflächennahen Ende bis zu dem unbeweglich am Grund ange¬ ordneten Verankerungsteil und in der Ebene der Strömungs- und Vertikal - richtung - eine Länge, die vielfach (vorzugsweise mindestens etwa fünffach ) größer als seine Abmessung quer dazu ist. Vorzugsweise sind sie schiauchförmig mit an einem Ende angeordneter Verankerungseinrichtung . Zwischen dem hauptsächlich den Strömungswiderstαnd erzeugenden Teil und dem festen Verαnkerungspunkt am Grund des Gewässers kann ein gewisser Abstand bestehen, der durch ein Zugorgan wie eine Kette oder ein Seil oder ein relativ dünner zugfester Schlauch überbrückt ist, der keinen wesentlichen Strömungswiderstand bietet . Dieses Zugorgan ist zweckmäßi¬ gerweise so kurz wie möglich, nämlich nur so lang, wie es der Zweck der Flexibilität der Verαnkerungsverbindung verlangt . Jedoch kann es auch eine gewisse Länge aufweisen, wenn man wünscht, daß zur Verhinderung zu starker Sedimentation ein kräftiger bodennαher Strom verbleibt. In jedem Fall soll der Abstand zwischen dem hauptsächlich den Strömungswiderstαnd erzeugenden Teil und dem festen Verαnkerungspunkt vielfach kleiner sein (vorzugsweise weniger als ein Fünftel) als die Gesamtlänge des Widerstαnds- körpers.
    [0007] Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Widerstαnds- körper jeweils identisch mit dem Auftriebskörper. Jedoch soll nicht ausge¬ schlossen sein, daß ein Auftriebskörper mit zusätzlichen, den Strömungswi¬ derstαnd erhöhenden, nicht an der Erzeugung des Auftriebs beteiligten Flächenteilen verbunden ist oder daß mehrere Auftriebskörper mit flächigen Widerstαndsteilen zu einem Widerstαndskörper vereinigt sind.
    [0008] Die einzelnen Widerstαndskörper sind nach der Erfindung unabhängig von¬ einander beweglich und installierbar. Dies hat zur Folge, daß nicht mit unberechenbaren, von einem Teil des Sperrwerks auf andere Teile des Sperrwerks übertragenen Kräften gerechnet werden muß. Vielmehr kann jeder Widerstandskörper ohne Rücksicht auf die anderen bemessen, herge¬ stellt, installiert, gewartet und ggf. ausgewechselt werden. Die fabrikmäßige Herstellung ist vergleichsweise unαufwendig. Am Einsαtzort braucht nur die Verankerung hergestellt zu werden. Dies ist verhältnismä¬ ßig einfach und stellt keine Anforderungen an Präzision.
    [0009] Jeder einzelne Widerstαndskörper bietet der Strömung einen individuellen Widerstand entsprechend seiner angeströmten Querschnittsfläche und Ober- f lächenbeschαf fenheit . Die gesamte Sperre bietet der Strömung einen Wider¬ stand, der gleich der Summe der individuellen Widerstände plus der Ver- wirbelungswirkung zwischen den einzelnen Widerstαndskörpern ist. Die Er¬ findung verzichtet somit auf die Errichtung einer dichten Sperrwand und erreicht die gewünschte Pegelabsenkung durch die Summierung der Einzel¬ widerstände der Widerstαndskörper, die zwar jeweils für sich umströmbar sind; aber in ihrer Gesamtheit einen Strömungswiderstand bieten, dessen Größe durch Art, Anzahl und Dichte der Widerstandskörper weitgehend be¬ liebig bestimmt werden kann.
    [0010] Wesentliches Merkmal der erf indungsgemäßen Elemente ist ihre Flexibilität, die es ihnen gestattet, gegenüber den wechselnd einwirkenden Kräften, insbesondere Seegang, nachzugeben und dadurch der Entstehung von möglicherweise gefährlichen Krαftspitzen vorzubeugen . Dabei ist nicht nur die Flexibilität der Bodenverαnkerung, sondern insbesondere auch die Flexibilität der Widerstαndskörper in sich oder des sie bildenden Materials von Vorteil . Beispielsweise kann ein aufrecht angeordneter schlauchförmiger Widerslandskörper gegenüber einzelnen Wellen sich nachgiebig wie ein Schilfhalm verhalten, ohne seinen Widerstand gegenüber der Strömung einzubüßen . Ein wesenl icher Vorteil der Sperre besteht auch darin, daß das Versagen einzelner Elemente die Sperrwirkung insgesamt nicht in Frage stellt -
    [0011] Zwar ist die Sperrwirkung umso stärker, je dichter die Widerstαndskörper angeordnet sind . Jedoch ist es nicht erforderlich, sie in geschlossener, dichter Reihe anzuordnen . Da bei lockerer Anordnung ihre Einzelwirkung kaum abhängig von ihrer Nachbarschaft ist, kann man sie auch mit sehr großem gegenseit igen Abstand verlegen, beispielsweise verteilt über mehrere Kilometer eines Flußlaufs oder in weit voneinander entfernten Gruppen, um die Schiffart nicht zu behindern.
    [0012] Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung umfaßt die Anordnung Auf ¬ triebskörper, d ie im verankerten Zustand mit wenigstens einer Fülleitung verbunden bzw. verbindbar sind . Dies gibt die Möglichkeit , d ie mit Wasser mehr oder weniger gefül lten und auftriebslos am Grund liegenden Auftriebs- körper bei Bedarf mit Luft ganz oder teilweise zu füllen . Dadurch wird Auftrieb erzeugt und sie gelangen in eine angehobene, strömungshindernde Stellung . Ferner wird dadurch ihr praller, strömungshindernder Querschnitt gesichert und erhalten sie schließlich die gegenüber Seegang erforderliche Stabilität . Werden die Widerstands- und Auftriebskörper beispielsweise - wie erwähnt - von Schläuchen gebildet, die an einem Ende am Boden verankert sind, so liegen diese im inaktiven Zustand wirkungslos am' Grund; weder die Strömung noch die Schiffahrt werden behindert. Droht eine Sturmflut , so werden sie in einem solchen Maße mit Luft gefüllt, daß sie sich unter der Wirkung des Auftriebs aufrichten und vom Anker aus sich schräg nach oben in die Strömung stellen . Ein besonderer Vorteil ist es, daß die Akt ivierung nicht durch Sed imentat ion, die sich im inaktiven Zustand der Anlage ange.- sammelt haben mag, gefährdet wird . Ihre Länge und ihre Auftriebswirkuπg können so eingestellt werden, daß sie über die Wasseroberf läche
    [0013] ER hinausragen und in der Regel nicht überst römt werden . Ordnet man sie in einer oder mehreren Reihen dicht an, kann auf diese Weise eine mehr oder weniger dichte Sperrwand erzeugt werden . Eine andere Mögl ichkeit besteht darin, ihre Länge und den Auftrieb so zu bemessen, daß sie in der Regel überströmt werden .
    [0014] Es können mehrere Fülleitungen bez. Fülleitungsanschlüsse an jedem Wider ¬ standskörper vorgesehen sein, nämlich für die Füllung mit Wasser zum Zwecke der I nakt ivierung bzw. zur Füllung mit Luft zum Zwecke der Akt i ¬ vierung . Dabei kann der jeweils zu verdrängende Inhalt der Auftriebskör ¬ per durch ein Überdruckvent il oder die zweite Leitung ausgestoßen werden . Es ist auch möglich, lediglich eine Fülleitung bzw. einen Fülleitungsanschluß vorzusehen, wobei die Fülleitung je nach Lage des Falles mit Wasser oder Luft beschickt wird . Die Fülleit ung kann auch zum Absaugen von Wasser aus den Auft riebskörpern genutzt werden . Wenn beispielsweise d ie Auf - t riebskörper an dem verankerungsfernen Ende mit einem Überdruckvent il zur Ent leerung ihres Inhalts versehen sind, kann zur I nakt ivierung Wasser eingepreßt werden, wobei die oben und verankerungsfern sich sammelnde Luft durch das Überdruckvent il ausgestoßen wird . Zur Vorbereit ung einer Akt ivierung kann danach ein Teil des Wassers abgesaugt werden, bevor zur Akt ivierung wiederum Luft eingeblasen wird .
    [0015] Für d ie Verankerung und den Fülleitungsanschluß können unterschied l iche Organe verwendet werden; bei einer vorteilhaften Ausführung der Erf in ¬ dung dient jedoch der Fülleitungsanschluß zur Verankerung des Wider ¬ standskörpers. Die am Widerstandskörper vorgesehene Rohrkupplung und die zur Fülleitung führende Verbindung sind zu diesem Zweck zur Übertra¬ gung der Verankerungskräfte ausgebildet . Sie enthalten zweckmäßigerweise auch ein Gelenk, das die Einstellung des Auftriebskörpers in unterschied ¬ liche Bet riebsstellungen entsprechend den Auftriebs- und St römungsver ¬ hältnissen gestattet . Das freie Ende des Schlauches ist zweckmäßigerweise ebenfalls mit einer Kupplungshälfte versehen, die eine schwere und mit vollem Zug belastbare Öse trägt und vorzugsweise mit dem bereits ge¬ nannten Überdruckvent il verschlossen ist . Es versteht sich, daß d ie Fül lei ¬ tung bzw. die Ankerkupplung hinreichend am Boden verankert sein muß .
    [0016] ERSATZBLATT Wenngleich der Hochwαsserschutz in Flußmündungen ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist, kann sie doch überall dort angewen¬ det werden, wo eine ständig oder fallweise auftretende Wasserströmung gedämpft werden soll . Beispielsweise können in der außerordentlich schwie¬ rigen Verschluß-Phase von Deichlücken die unter der Einwirkung der Gezeiten ein- und ausströmenden Wassermassen so gebremst werden, daß der Deichverschluß mit konventionellen Mitteln erfolgen kann. Ein anderes Beispiel ist der Erosionsschutz von Stränden und anderen Küsten. Allgemein gibt die Erfindung die Möglichkeit, strömende Gewässer jeder Art und die darin stattfindenden Sedimentations-Erscheinungen auf sanfte Weise etwa so zu leiten und zu beeinflussen, wie dies analog durch ein Schilf feld erfolgt .
    [0017] Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht . Es zeigen :
    [0018] Fig. 1 ein am Boden verankertes, teilweise mit Luft gefülltes Wider¬ standselement in aufrechter Stellung und
    [0019] Fig. 2 dieselbe Anordnung unter Auftriebs- und Strömungswirkung in geneigter Lage bzw. auftriebsfrei am Boden liegend gestrichelt .
    [0020] Am Boden 1 des Gewässers 2 mit Oberfläche 3 ist ein Betonαnker 4 vorge¬ sehen, an bzw. in welchem eine Fülleitung 5 befestigt ist, die jeweils an der Stelle eines Widerstandskörpers oder einer Gruppe von Widerstandskör¬ pern eine Kupplungshälfte 6 trägt, die über ein Gelenk 7 mit der die Füll¬ leitung bildenden Rohrleitung 5 verbunden ist . Sie führt zu einer am Ufer befindlichen Leitstation mit Pumpen und Steuerventilen bekannter Art . Es können mehrere Rohrleitungen 5 für unterschiedliche Gruppen von Wider¬ standskörpern vorgesehen sein.
    [0021] Mit der Kupplungshälfte 6 ist eine entsprechende Kupplungshälfte 8 ver¬ bunden, die am unteren Ende eines schlauchförmigen Auftriebs- und Wider¬ standskörpers 9 befestigt ist, dessen Länge im dargestellten Fall größer als die größte Wasserhöhe bemessen ist . Wenn Überflutung gewünscht ist, kann die Länge entsprechend geringer bemessen werden. Die Teile 5 bis 8 sind
    [0022] ERSATZBLATT so bemessen, daß sie die volle Zugbelastung im Sperrzustand übertragen können. Der Schlauch besteht aus geeignetem, flexiblem Polymermaterial, vorzugsweise mit Längs- und Querverstärkungen. Er kann beispielsweise im Wickelverfahren für jede gewünschte Druck- und Zugfestigkeit bis zu Durchmessern von einigen Metern und großen Längen, den Wassert iefen entsprechend, hergestellt werden. Bei Sperren beträchtlicher Größe liegt die Größenordnung des Schlαuchdurchmessers bei einem Meter.
    [0023] Das andere Ende des Schlauchs trägt an einer Kupplungshälfte 10, die der Kupplungshälfte 8 gleichen kann, über eine entsprechende zweite Kupp¬ lungshälfte 11 ein Überdruckventil 12 und eine Öse 13.
    [0024] Wenn der Schlauch 9 im wesentlichen nur mit Wasser gefüllt ist, legt er sich unter dem Einfluß seines Gewichts und des Gewichts seiner Armaturen auf den Grund 1, wie dies gestrichelt in Fig. 2 angedeutet ist. Wenn über die Rohrleitung 5 Luft eingeblasen wird, richtet sich der Schlauch auf und nimmt im strömungsfreien Zustand des Gewässers 2 die in Fig. 1 darge¬ stellte vertikale Stellung ein, wenn das Niveau 14 seiner verbleibenden Wasserfüllung hinreichend niedriger liegt als der Spiegel 3 des Gewässers 2. Wenn im Gewässer Strömung (Pfeil 15) auftritt, nimmt der Schlauch 9 die in Fig. 2 dargestellte Schräglage ein, in welcher sein Auftriebsmoment um das Gelenk 7 im Gleichgewicht steht mit dem gegensinnigen Moment, das von seinem -Wasserwiderstand herrührt. Dieser bildet eine Stauwirkung, die sich durch die Erniedrigung des Pegels von der Höhe 3 auf die Höhe 16 bemerk¬ bar macht .
    [0025] Die Stauwirkung der gesamten Sperre ist umso größer, je dichter die be¬ nachbarten Schläuche angeordnet sind. Jedoch kann es Gründe geben, die Schläuche nicht sehr dicht anzuordnen, beispielsweise zur Herabsetzung ihrer gegenseitigen Reibbeanspruchung oder um Schiffen die Möglichkeit zu geben, die Sperre zu durchfahren.
    [0026] Soll die Sperre ganz oder teilweise außer Kraft gesetzt werden, wird durch Zufuhr von Wasser unter Druck durch die Rohrleitung 5 in den Schlauch die Auftriebsluft durch das Überdruckventil 12 herausgepreßt. Dadurch verschwindet der Auftrieb und der Schlauch legt sich, wie gestrichelt in Fig. 2 gezeigt, auf den Grund 1. Sein Strömungswiderstand ist damit minimal .
    [0027] Die Anordnung der Sperre im fließenden Gewässer unterliegt keiner Be¬ schränkung und richtet sich danach, in welcher Form und mit welcher Intensität die Strömung beeinflußt werden soll . Die einzelnen Schläuche sind deshalb erfindungsgemäß je nach Bedarf einzeln, in Gruppen, in Reihen neben- und hintereinander, parallel oder gestaffelt oder in jeder denkbaren Kombination anzuordnen, so daß Strömungen geleitet und geändert werden und mit den natürlichen Verhältnissen experimentiert werden kann, wie es kein bisher bekanntgewordenes Sperrmittel gestattet .
    [0028] Die Elemente der Sperre sind einzeln ohne großen technischen Aufwand verlegbar und lassen sich jederzeit in anderer Positionierung neu verlegen . Dies ist wegen der kaum berechenbaren Naturkräfte ein großer Vorteil. Dabei kann der Schlauch bei passender Länge samt Anker wieder verwandt werden, und es muß nur für Neuverlegung einer Fülleitung Sorge getragen werden.
    [0029] Falls die Anordnung der Sperre nicht ohnehin eine Schiffahrtsstraße frei¬ läßt, kann sie für die Durchfahrt abschnittsweise niedergelegt werden. Im Notfall kann die Sperre sogar antriebslos überfahren werden. Die Flexibili¬ tät der Schläuche in sich und in Ihrer Lage in der Strömung läßt Einwir¬ kungen negativer Art bei Eisgang unwahrscheinlich erscheinen.
    [0030] ERSATZBLATT
    权利要求:
    Claims Patentansprüche
    1 . St römungshindernis für offene Gewässer, insbesondere Sturmf lutsperre für Flußmündungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von beweglich am Boden (1 ) verankerten Widerstandskörpern (9) umfaßt , die Auftriebselemente aufweisen.
    2. Strömungshindernis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auft riebskörper (9) Behälter aus flexiblem Werkstoff und zumindest teilweise mit Gas gefüllt bzw. füllbar sind .
    3. St römungshindernis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß voneinander unabhängige Widerstαndskörper mit je einer Veranke¬ rung (8) eine vielfach größere Längserstreckung in der Ebene der Strömungs- und Vertikαlrichtung als quer dazu aufweisen.
    4. Strömungshindernis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (9) schlαuchförmig sind .
    5. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet , daß es Widerstandskörper (9) umfaßt , die im wesent lichen ausschließlich von einem Auftriebskörper gebildet sind .
    6. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet , daß die Widerstandskörper (9) unabhängig voneinander beweglich sind.
    7. Strömungshindernis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandskörper (9) unverbunden sind . - 0
    8. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß es Auftriebskörper (9) umfaßt, die im verankerten Zustand mit wenigstens einer Fülleitung (5) verbunden bzw. verbindbar sind.
    9. Strömungshindernis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper (9) ein oder mehrere Überdruckventile (12) aufweisen.
    10. Strömungshindernis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Überdruckventil (12) an dem der Verankerung (6) fernen Ende des Auftriebskörpers (9) angeordnet ist.
    11. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß es Widerstandskörper umfaßt, deren Länge und Auftrieb so bemessen ist, daß sie in der Regel nicht überströmt sind .
    12. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß es Widerstandskörper umfaßt, deren Länge und Auftrieb so bemessen sind, daß sie in der Regel überströmt sind .
    13. Strömungshindernis nach Anspruch 8 und ggf. einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß es Widerstandskör¬ per (9) umfaßt, die mit wenigstens einer Rohrkupplung (8) versehen sind, die zur Übertragung der Verankerungskräfte ausgebildet ist .
    14. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Widerstandskörper (9) in einer oder mehreren Reihen eng benachbart angeordnet sind.
    15. Strömungshindernis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Widerstandskörper (9) mit Abstand voneinander angeordnet sind .
    ERSATZBLATT
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    法律状态:
    1989-12-14| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BR SU US |
    1989-12-14| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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