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Innovative Modellkonzepte zur Wasserbewirtschaftung im norddeutschen Tiefland

Veranlassung Vor dem Hintergrund verschiedener WSV-Anfragen zur Beratung in wasserwirtschaftlichen Fragestellungen in Tieflandregionen mit Bundeswasserstraßen (Eider, NOK, obere Havel) versucht die BfG seit einigen Jahren über Vorstudien/Einzelprojekte das erforderliche Wissen für die WSV-Auftragsbearbeitung scheibchenweise zu generieren und Schritt für Schritt Verständnislücken für die modelltechnische Abbildung des Wasser- und Bodenhaushalts zu schließen. So ist ein Strauß an Erkenntnissen und Modellen/Methoden entstanden bzw. noch am Entstehen. Die Bundeswasserstraßen im Norden Deutschlands (wie zum Beispiel der NOK und die nördlich angrenzende Eider) stehen vor dem Hintergrund des Klimawandels und des gesellschaftlichen Wandels vor großen zukünftigen Herausforderungen. Der steigende Meeresspiegelanstieg reduziert die Möglichkeiten zur Ableitung von Wasser aus dem Einzugsgebiet im Freigefälle. Eine veränderte Niederschlagsverteilung über das Jahr mit ausgeprägteren Feucht- und Trockenzeiten erfordert eine angepasste Bewirtschaftung (in Form von Be- und Entwässerung) und Moorböden verlangen aus Sicht des Klimaschutzes nach einer anderen Form der Kultivierung. Eine veränderte Wasserbewirtschaftung des Einzugsgebietes, die diese Aspekte mit einbezieht, Ersatzbauten für marode wasserbauliche Anlagen, Neubauten von Pumpwerken, eine Veränderung der Vorflut - all dies sind Optionen, die durchdacht, modelliert und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bewertet werden müssen. Dies sind die gegenwärtigen Fragestellungen der WSV für die nachfolgend näher charakterisierten Gebiete, zu deren Beantwortung die BfG im Rahmen ihrer Beratungsaufträge Fachbeiträge liefern muss. Voraussetzung dafür ist in einem ersten Schritt, den Wasserhaushalt und die Wasserbewirtschaftung modelltechnisch ausreichend detailliert und belastbar abzubilden. Nord-Ostsee-Kanal (NOK) Der NOK verbindet als BWaStr. auf einer Länge von ca. 100 km die Nordsee über die Unterelbe bei Brunsbüttel mit der Ostsee in der Kieler Förde. Neben seiner Hauptfunktion als Schifffahrtsstraße dient er auch zur Entwässerung des umgebenden Einzugsgebietes. Mit einem Einzugsgebiet von ca. 1530 km² ist der NOK der größte künstliche Vorfluter Schleswig-Holsteins. Eider Das ca. 2000 km² große Einzugsgebiet der Eider befindet sich im norddeutschen Tiefland nördlich des NOK und ist hydrologisch und wasserwirtschaftlich dominiert durch die Gezeiten der Nordsee und anthropogenen Steuerungen eines komplexen Entwässerungssystems bestehend aus Längs- und Quergräben, Wehren, Sielen und Schöpfwerken. Obere Havel Das obere Havelgebiet (Einzugsgebietsfläche bis zur Schleuse Spandau 3500 km²) ist ebenfalls eine Tieflandregion im Nordosten Deutschlands. Im Unterschied zum Eider- und NOK-Gebiet gibt es hier eine Vielzahl an durchflossenen Seen und die Havel selbst weitet sich an vielen Stellen seenartig auf. Damit kommt der Gewässerverdunstung ebenso wie der Interaktion zwischen Grundwasser- und Oberflächengewässer eine besonders große Bedeutung zu.

Fische wandern im Modell

Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.

Fischwanderung ohne Grenzen Zur Durchgängigkeit an Wasserstraßen: Fischen die Reise erleichtern - Fische auf Wanderschaft: Wasserstraßen verbinden

Die frei fließenden und staugeregelten Flüsse unter den Bundeswasserstraßen sind für die Fische wichtige Verbindungsgewässer zwischen den Habitaten im Meer und an den Flussoberläufen. Fische, die große Distanzen zurücklegen, orientieren sich an der Hauptströmung und werden deshalb an Staustufen entweder zum Kraftwerk oder zum Wehr geleitet. Dort gibt es keine Möglichkeit mehr, aufwärts zu wandern, wenn nicht in der Nähe der Wehr- oder Kraftwerksabströmung eine funktionierende Fischaufstiegsanlage vorhanden ist. Da Schiffsschleusen keine kontinuierliche Leitströmung erzeugen, werden sie von den Fischarten, die der Hauptströmung folgend lange Distanzen zurücklegen, nicht gefunden. Arten, die auf ihrer Wanderung nicht der Hauptströmung folgen, können auf- oder abwandern, wenn sie eine offene Schleusenkammer vorfinden. Flussabwärts: Fische vor Kraftwerken schützen und vorbeileiten: An Staustufen ohne Wasserkraftanlagen ist die abwärts gerichtete Wanderung über ein Wehr hinweg in der Regel unproblematisch. Voraussetzung: Das Wehr ist in Betrieb, die Fallhöhe beträgt nicht mehr als 13 Meter und im Tosbecken ist eine Wassertiefe von mindestens 0,90 Metern vorhanden. Dagegen können bei Abwanderung durch eine Kraftwerksturbine leichte bis tödliche Verletzungen auftreten. Diese turbinenbedingte Mortalität ist von der Fischart und der Körperlänge der Tiere sowie von Turbinentyp und -größe, der Fallhöhe und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Um hier einen gefahrlosen Fischabstieg zu gewährleisten, sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen nach Wasserhaushaltsgesetz verpflichtet, die Wasserkraftanlagen mit geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation (z. B. mit Feinrechen und einem Bypass am Kraftwerk vorbei ins Unterwasser) aus- bzw. nachzurüsten. Flussaufwärts: Hier helfen nur Fischaufstiege: Verschiedene Untersuchungen der Durchgängigkeit an Rhein, Mosel, Main, Neckar, Weser, Elbe und Donau haben gezeigt, dass zwar ein großer Teil der Staustufen mit Fischaufstiegsanlagen ausgestattet ist, diese für die aufstiegswilligen Fische jedoch schwer zu finden oder zu passieren sind. Im Mai 2009 stimmten die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS heute: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, BMVI) folgendes Rahmenkonzept für die erforderlichen Arbeiten ab: - Aufstellung fachlicher Grundlagen, insbesondere zu fischökologischen Dringlichkeiten - Fachliche Beratung der WSV sowie Schulungen - Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Erstellung eines technischen Regelwerks, und - Standardisierung der Anforderungen und Ausführung von Fischaufstiegs-, Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. (Text gekürzt)

Digitale Bundeswasserstraßenkarte 1: 1.000.000 (DBWK1000), PDF-Datei

Die Übersichtskarte Bundeswasserstraßenkarte DBWK1000 enthaelt Bundeswasserstraßen, den Sitz der Ober-, Mittel- und Unterbehörden, Wasserstraßen-Klassifizierung, Angaben über Kilometrierung, freie oder staugeregelte Flußstrecken, Schleusen, Schiffshebewerke, Sperrwerke, Orte, sonstige Gewässer und Grenzen. Abgabe WSVintern als PDF-Datei. Dieser Datensatz ist im Internet frei zugänglich. Download unter: https://gdws.wsv.bund.de/DE/service/karten/01_karten/karten-node.html

Digitale Bundeswasserstraßenkarte 1: 1.000.000 (DBWK1000), PDF-Datei

Die Übersichtskarte Bundeswasserstraßenkarte DBWK1000 enthaelt Bundeswasserstraßen, den Sitz der Ober-, Mittel- und Unterbehörden, Wasserstraßen-Klassifizierung, Angaben über Kilometrierung, freie oder staugeregelte Flußstrecken, Schleusen, Schiffshebewerke, Sperrwerke, Orte, sonstige Gewässer und Grenzen. Abgabe WSVintern als PDF-Datei. Dieser Datensatz ist im Internet frei zugänglich. Download unter: https://gdws.wsv.bund.de/DE/service/karten/01_karten/karten-node.html

Digital terrain model of the watercourse estuary Elbe 2016 (DGM-W 2016) | model data

The digital terrain model of waterways for the estuary of river Elbe (DGM-W 2016) in high resolution based on airborne laser scanning and echo sounder data is produced and published by the German Federal Waterways and Shipping Administration (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes, WSV). The data includes the Outer Elbe and the tidally influenced side branches of the Elbe estuary upstream to the town Geesthacht. The data is available in a raster resolution of 1 meter. Coordinate reference system: EPSG 25852, ETRS89 / UTM Zone 32N Elevation reference system: DHHN92, NHN Survey methods: Airborne laser scanning (ALS) 02. - 04.2016 Multibeam echo sounder, single beam echo sounder 2015-2017 It is strongly recommended to use the data source map for quality assessment.

Bauwasserhaltung - Siel Altrinne (Polder Gundelau/Auterwörth)

ID: 5484 Allgemeine Informationen Kurzbeschreibung des Vorhabens: Die Bundesrepublik Deutschland und der Freistaat Bayern führen den Ausbau der Wasserstraße und die Verbesserung des Hochwasserschutzes an der Bundeswasserstraße Donau zwischen Straubing und Vilshofen durch. TdV zum Ausbau der Wasserstraße ist die Bundesrepublik Deutschland (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes), vertreten durch die WI-GES. TdV zur Verbesserung des Hochwasserschutzes ist der Freistaat Bayern (Wasserwirt-schaftsverwaltung), ebenfalls vertreten durch die WIGES. Für den Teilabschnitt 2 zwischen Deggendorf und Vilshofen (Donau-km 2282,5 bis 2249,9) hat die WIGES mit Datum vom 08.10.2018 die Durchführung eines gemeinsamen Planfeststellungs-verfahrens gemäß § 14 Abs. 1 Satz 3 Bundeswasserstraßengesetz (WaStrG) i. V. m. § 78 Abs. 2 Satz 1 Verwaltungsverfahrensgesetz (VwVfG) bei der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS) in Würzburg beantragt. Die Vorhaben wurden mit Planfeststellungsbeschluss der GDWS in Würzburg vom 22.04.2026 (3600P-143.3-Do/90) planfestgestellt. Teil der planfestgestellten Hochwasserschutzmaßnahmen im Polder Gundelau/Auterwörth ist der Neubau des Siels Altrinne. Ort des Vorhabens Verfahrenstyp und Daten Art des Zulassungsverfahrens: Beschränkte wasserrechtliche Erlaubnis gemäß §§ 19 Abs. 1, 10 Abs. 1 WHG i. V. m. Art. 15 Abs. 1, 2. Alt. BayWG Abschlussdatum: 28.05.2026 UVP-Kategorie: Wasserwirtschaftliche Vorhaben mit Benutzung oder Ausbau eines Gewässers Zuständige Behörde Verfahrensführende Behörde: Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt - Dienststelle Würzburg Wörthstraße 19 97082 Würzburg Deutschland Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Vorhabenträger Vorhabenträger Freistaat Bayern vertreten durch die WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH Blutenburgstraße 20 80636 München Deutschland Dokument Dokument Bekanntmachung vom 28.05.2026_Siel Altrinne.pdf Verfahrensinformationen Verlinkung auf die externe Vorhabendetailseite https://www.gdws.wsv.bund.de/SharedDocs/Planfeststellungsverfahren/DE/600_Donau…

Bauwasserhaltung – Schöpfstelle Hunderdorf

ID: 5504 Allgemeine Informationen Kurzbeschreibung des Vorhabens: Die Bundesrepublik Deutschland und der Freistaat Bayern planen den Ausbau der Wasserstraße und die Verbesserung des Hochwasserschutzes an der Bundeswasserstraße Donau zwischen Straubing und Vilshofen. Für den Teilabschnitt 1: Straubing – Deggendorf (Donau-km 2321,7 bis 2282,5) hat Träger der Vorhaben die Durchführung eines gemeinsamen Planfeststellungsverfahrens gemäß § 14 Abs. 1 Satz 3 Bundeswasserstraßengesetz (WaStrG) i. V. m. § 78 Abs. 2 Satz 1 Verwaltungsverfahrensgesetz (VwVfG) bei der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt in Würzburg beantragt. Die Vorhaben wurden mit Planfeststellungsbeschluss vom 20.12.2019 planfestgestellt. Der Planfeststellungsbeschluss ist zwischenzeitlich in Bestandskraft erwachsen. Teil der planfestgestellten Hochwasserschutzmaßnahmen im Polder Sand/Entau ist der Neubau der Schöpfstelle Hunderdorf. Ort des Vorhabens Verfahrenstyp und Daten Art des Zulassungsverfahrens: Beschränkte wasserrechtliche Erlaubnis gemäß §§ 19 Abs. 1, 10 Abs. 1 WHG i. V. m. Art. 15 Abs. 1, 2. Alt. BayWG Abschlussdatum: 17.06.2026 UVP-Kategorie: Wasserwirtschaftliche Vorhaben mit Benutzung oder Ausbau eines Gewässers Zuständige Behörde Verfahrensführende Behörde: Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt - Dienststelle Würzburg Wörthstraße 19 97082 Würzburg Deutschland Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Vorhabenträger Vorhabenträger Freistaat Bayern vertreten durch die WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH Blutenburgstraße 20 80636 München Deutschland Dokument Dokument Bekanntmachung vom 17.06.2026 Verfahrensinformationen Verlinkung auf die externe Vorhabendetailseite https://www.gdws.wsv.bund.de/SharedDocs/Planfeststellungsverfahren/DE/600_Donau…

Bauwasserhaltung – Siel Asham

ID: 5506 Allgemeine Informationen Kurzbeschreibung des Vorhabens: Die Bundesrepublik Deutschland und der Freistaat Bayern planen den Ausbau der Wasserstraße und die Verbesserung des Hochwasserschutzes an der Bundeswasserstraße Donau zwischen Straubing und Vilshofen. Für den Teilabschnitt 1: Straubing – Deggendorf (Donau-km 2321,7 bis 2282,5) hat Träger der Vorhaben die Durchführung eines gemeinsamen Planfeststellungsverfahrens gemäß § 14 Abs. 1 Satz 3 Bundeswasserstraßengesetz (WaStrG) i. V. m. § 78 Abs. 2 Satz 1 Verwaltungsverfahrensgesetz (VwVfG) bei der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt in Würzburg beantragt. Die Vorhaben wurden mit Planfeststellungsbeschluss vom 20.12.2019 planfestgestellt. Der Planfeststellungsbeschluss ist zwischenzeitlich in Bestandskraft erwachsen. Teil der planfestgestellten Hochwasserschutzmaßnahmen im Polder Sand/Entau ist die Neuerrichtung des Siels Asham. Ort des Vorhabens Verfahrenstyp und Daten Art des Zulassungsverfahrens: Beschränkte wasserrechtliche Erlaubnis gemäß §§ 19 Abs. 1, 10 Abs. 1 WHG i. V. m. Art. 15 Abs. 1, 2. Alt. BayWG Abschlussdatum: 17.06.2026 UVP-Kategorie: Wasserwirtschaftliche Vorhaben mit Benutzung oder Ausbau eines Gewässers Zuständige Behörde Verfahrensführende Behörde: Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt - Dienststelle Würzburg Wörthstraße 19 97082 Würzburg Deutschland Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Vorhabenträger Vorhabenträger Freistaat Bayern vertreten durch die WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH Blutenburgstraße 20 80636 München Deutschland Dokument Dokument Bekanntmachung vom 17.06.2026 Verfahrensinformationen Verlinkung auf die externe Vorhabendetailseite https://www.gdws.wsv.bund.de/SharedDocs/Planfeststellungsverfahren/DE/600_Donau…

Geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren

In der Praxis hat sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) für geotechnische Verformungsnachweise durchgesetzt. Über den vorhandenen Kenntnisstand hinaus soll Wissen zum Nachweis von Standsicherheitsbetrachtungen unter Einsatz numerischer Methoden erworben werden. Ziel ist es, Grundlagen und Empfehlungen für eine durchgehende geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren zu geben. Aufgabenstellung und Ziel Bauvorhaben der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) werden zunehmend komplexer. Das liegt zum einen daran, dass sie fast alle in unmittelbarer Nähe von vorhandener, oftmals maroder Infrastruktur liegen und räumlich oft keine Ausweichmöglichkeiten bestehen (z. B. Wehre, Schleusen und Fischaufstiegsanlagen an Neckar, Mosel und Main, Schleuse Lüneburg). Zum anderen liegt es auch an erhöhten Anforderungen an das Bauvorhaben, die sich einerseits aus den Einwirkungen ergeben (z. B. Bemessungshochwasser) und die andererseits im Hinblick auf die Beeinflussung der Umwelt gestellt werden (z. B. Grundwasser). Die Komplexität von Geometrie und Belastungen, Baugrundeigenschaften und Grundwasserverhältnissen ist mit analytischen Modellen nur schwer zu erfassen. Mithilfe numerischer Verfahren können die vorhandene Altsubstanz im Baufeld, die Belastungsgeschichte des Baugrunds, die angrenzende Infrastruktur, die reellen Baugrundeigenschaften und insbesondere die nichtlinearen Zusammenhänge realitätsnäher abgebildet werden. In der Praxis hat sich hierfür die Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgesetzt. Derzeit werden mit der FEM Gebrauchstauglichkeits- bzw. Verformungsnachweise geführt oder Eingangswerte für die Bemessung mit analytischen Verfahren (z. B. Erddruck) ermittelt. Für eine durchgehende Bemessung von Bauwerken und Bauteilen mithilfe numerischer Verfahren fehlen in Deutschland erprobte Grundlagen und Regeln. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Beratungsleistungen der BAW gewinnbringend ergänzen. Die fachliche Zusammenarbeit mit der WSV in Projekten an den Bundeswasserstraßen wird damit qualitativ weiter verbessert. Mit der Einführung des neuen Eurocode DIN EN 1997-1 (EC7) ist mit einem zunehmenden Einsatz numerischer Verfahren in der geotechnischen Bemessung zu rechnen. Diese Thematik wird auch im „Arbeitskreis Baugruben“ und im „Arbeitsausschuss Ufereinfassungen“ ausführlich diskutiert. Für die Beurteilung der Standsicherheit, z. B. von bestehenden und neu zu planenden Bauwerken, wird ein vertieftes Verständnis numerischer Bemessungsverfahren bei der Beratung der WSV zwingend erforderlich sein. Untersuchungsmethoden Für im Wasserbau übliche geotechnische Bauwerkskonstruktionen sollen verschiedene Nachweisformate numerisch untersucht und Anwendungsgrenzen definiert werden. Die Nachweisführung soll entsprechend dem Teilsicherheitskonzept zusätzlich mit bewährten analytischen Berechnungsverfahren erfolgen, um einen Vergleich der Berechnungsergebnisse zu ermöglichen. Fragen zu Einfluss und Sensitivität von Baugrundkenngrößen und Grundwasserverhältnissen bei der durchgehenden Bemessung mit numerischen Verfahren stehen über die praktischen Fragestellungen hinaus im Fokus. Es ist geplant, die analytischen und numerischen Berechnungen an Bemessungsbeispielen bestehender Bauvorhaben bzw. Projekten durchzuführen. Reale Bemessungsbeispiele bestehender Vorhaben bieten den Vorteil, dass Messdaten von Verformungen vorliegen. Somit können die FEM-Berechnungen abglichen bzw. kalibriert werden. (Text gekürzt)

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