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Hydraulik  /  Wasserbau
Version  4.2

Als einfaches Hilfsmittel für den Ingenieur umfasst es unter anderem
folgende Berechnungsteile: 

- Geschlossene Profile
- Vereinigungsbauwerk
- offene Gerinne
- vollkommene Überfälle
- unvollkommene Überfälle
- Tosbecken
- Ausflüsse aus Seitenöffnungen
- Ausflüsse unter Schütz
- Wasserspiegelberechnungen
- Streichwehre

Erweiterung  Hydraulik II
- Sammelrinne
- Regenüberlauf Typ a (Streichwehr mit niedriger Wehschwelle)
- Regenüberlauf Typ b (Streichwehr mit hochgezogener Wehrschwelle)
- Regenüberlauf Typ c (Leaping weir)
hydr000[1]
Das Programm Hydraulik ist ein Programm zur Berechnung von allgemeinen Problemen im wasserbaulichen Bereich.
Geschlossene Profile

Kreis- oder Ei-Profile können nach Strickler  oder Prandtl-Colebrook berechnet werden. Zudem ist ein horizontaler Sohleneinbau beim Kreisprofil möglich.

Geschlossene Rechteck- und Torbogenprofile werden nach Strickler  berechnet.

Neben der Angabe nach welcher Berechnungsmethode und mit welchem Profil gerechnet werden soll, werden die Angaben Gefälle, Widerstandsbeiwert und Abflussmenge benötigt. Beim Kreisprofil wird der Durchmesser, beim Eiprofil die Breite und beim Rechteck-/Torbogen-Kanal die Breite und die Gesamthöhe verlangt.
Der Einfluss nach Thormann kann berücksichtigt werden.
Das Programm warnt , wenn die Bussinesq-Zahl grösser als 6 wird. Zudem wird bei der Resultat-Ausgabe auf dem Drucker zusätzlich neben der Bussinesq-Zahl die totale Gemischmenge QG , der Luftanteil QL im Gemisch, die Gemischgeschwindigkeit vG sowie die Luftkonzentration C in % ausgegeben.

Das Programm ermittelt :
- Abflusszustand (strömend oder schiessend)
- Normalabflusstiefe sowie kritische Abflusstiefe
- Energiehöhe sowie kritische Energiehöhe
- Normalabfluss-Geschwindigkeit sowie kritische Geschwindigkeit
- Menge, Geschwindigkeit, Tiefe und benetzte Fläche bei voller,
  maximaler und 85%-iger Füllung
- Wasserspiegelbreite, benetzte Fläche, benetzter Umfang, Schwerpunkt
  ab Wsp, Wasserdruck, Froud-Zahl, Füllungsgrad, Füllhöhe in % usw...
- ggf. Lufteintrag ( Boussinesq-Zahl, QG , QL , vG , Luftkonzentration )

hydr002[1]
Vereinigungsbauwerk

Das Ziel, den ankommenden Zufluss unter minimalem Energieverlust in einen Vereinigungskanal abzuleiten, wird mit diesem Programmteil erreicht.
Dazu wird neben den Abflusstiefen, den Geschwindigkeiten sowie anderen Werten auch die Wasserspiegeldifferrenz sowie die notwendigen Sohlenabstürze berechnet.

Neben den entsprechenden Zuflüssen, Rohrdurchmessern, Gefällen und Rauhigkeiten sind folgende Eingaben erforderlich :
- Winkel zwischen dem ankommenden und abgehenden Hauptsammelkanal
- Winkel zwischen dem abgehenden Hauptsammelkanal und dem Seitenkanal
- Trockenwetterabfluss
- Länge des Hauptsammelkanals im Schacht

Die Berechnung erfolgt gemäss SIA-Empfehlung. Es wurde die bekannte Abflussformel von Strickler  verwendet. Der Einfluss nach Thormann  wird automatisch berücksichtigt.

Die Berechnung der Wasserspiegeldifferenz erfolgt nach Favre.
Die Berechnung der Sohlenabsturzhöhe erfolgt nach Kropf  oder nach Hager .

Wassersprünge im Vereinigungsbauwerk werden nicht unterstützt.
hydr003[1]
offene Gerinne

Die Anflussmengen oder die Abflusstiefen lassen sich von Profilen wie Rechteck, Trapez (mit unterschiedlichen Wandneigungen) und U-Profil berechnen.

Neben der Angabe mit welchem Profil (Rechteck, Trapez, U-Profil) gerechnet werden soll, werden die Angaben Gefälle, Widerstandsbeiwert und Abflussmenge oder Abflusstiefe benötigt.
Die gesuchte Grösse (Abflussmenge oder Abflusstiefe) kann gewählt werden.

Beim Rechteck wird die Sohlenbreite, beim Trapez die Sohlenbreite sowie die beiden Wandneigungen und beim U-Profil die Breite verlangt.

Die Berechnung erfolgt gemäss der Abflussformel von Strickler.

Neben dem Abflusszustand, der Energiehöhe, der Geschwindigkeit und der Froude-Zahl werden alle kritischen Werte ( hk , Hk , vk ) ausgegeben.
hydr004[1]
vollkommene Überfälle

Dieser Abflussvorgang liegt vor, wenn Wasser über die Oberkante eines Staubauwerkes überläuft. Beim vollkommenen Überfall wird der Abfluss nicht vom Unterwasser her beeinflusst. Die Abflusshöhe hinter dem Überfall liegt so tief, dass er den Abfluss nicht beeinträchtigt.

Nach der Gestaltung der Wehrkrone werden unterschieden :

- ausgerundetet (rundkronige) Wehre, wie zum Beispiel
  Stauwehre und Hochwasserüberfälle
- scharfkantige Wehre, zum Beispiel Messwehre zum Messen des Abflusses Q
- breitkronige Wehre, zum Beispiel als Grundwehre und
  Sohlenschwellen in Flüssen oder als überströmte Bauwerksteile

Es sind folgende Eingaben erforderlich :
- Überfallbreite b
- Beiwert
- Anlaufgeschwindigkeit vo
- Abflussmenge Q

Der aufrufbare Hilfetext gibt einen Überblick über die Überfallbeiwerte.
Die Berechnung erfolgt nach der Formel von Poleni.

Auf Grund der notwendigen Angaben wird der Absturz berechnet und die Ergebnisse wie Überfallhöhe ho im ungestörten Bereich, die Energiehöhe H und die Höhe hk über der Wehrkrone  (Rechteckprofil) ermittelt.
hydr005[1]
unvollkommene Überfälle

Beim unvollkommenen Überfall handelt es sich nicht um einen Bauwerkstyp, sondern um einen hydraulischen Zustand am Überfallbauwerk. Der Abflusszustand eines unvollkommenen Überfalls liegt dann vor, wenn der Abfluss über den Überfall durch einen entsprechend hohen Wasserstand hu des Unterwassers über der Wehrkrone beeinflusst wird.
Es sind folgende Eingaben erforderlich :
- Wehrkronenform
- Überfallbreite
- untere Abflusstiefe
- Anlaufgeschwindigkeit
- Abflussmenge

Bei der Berechnung nach Jakoby  (Wasserkraft und Wasserwirtschaft) sind die Angaben des Beiwertes  sowie die Wehrhöhe w nicht erforderlich. Demzufolge sind diese Eingaben inaktiv.
Bei der Berechnung nach Poleni  ist zusätzlich der Beiwert und ggf. die Wehrhöhe erforderlich. Die Wehrhöhe ist nur beim Normalprofil, d.h. beim Typ Wehrkrone OW lotrecht, notwendig.

Automatischer Vorgabewert bei der Berechnungsmethode nach Poleni gemäss momentan gesetztem Wehrkronen-Typ.

Der aufrufbare Hilfetext gibt einen Überblick über die Überfallbeiwerte.
Es stehen zwei verschiedene Berechnungsmethoden zur Auswahl.
- Berechnung nach Jakoby
- Berechnung nach Poleni  mit zusätzlichem Abminderungskoeffizienten c
Auf Grund der notwendigen Angaben wird der Absturz berechnet und die Ergebnisse wie Überfallhöhe ho im ungestörten Bereich, die Energiehöhe H und die Höhe hk über der Wehrkrone  (Rechteckprofil) ermittelt.
hydr007[1]
Tosbecken

Tosbecken sind in der Regel betonierte Becken, die unmittelbar an einen Überfall, eine Schussrinne oder ein anderes Bauwerk anschliessen und in denen bei jedem Abfluss, auch beim grössten, der Wechselsprung und damit der Abbau überschüssiger hydraulischer Energie sicher stattfinden soll.

Neben der Wehrbreite, der unteren Abflusstiefe, der Absturzhöhe, dem Überfallbeiwert und der Anlaufgeschwindigkeit ist die Abflussmenge notwendig.

Neben der Form des Überfallrückens wird die Tosbeckenlänge, die Wassertiefen sowie die Geschwindigkeit berrechnet. Auf Grund der Gegebenheiten wird zudem die allenfalls notwendige Gegenschwelle automatisch ermittelt.

Für den Überfall wird die Berechnungsformel von Poleni  verwendet.
Die Form des Überfallrückens wird nach der Formel des amerikanischen Corps of Engineers  (USCE) berrechnet.
Die Tosbeckenlänge ergibt sich aus dem Diagramm des amerikanischen Corps of Engineers  (USCE)
hydr008[1]
Ausflüsse aus Seitenöffnungen

Dieser Programmteil ermöglicht die Berechnung des freien, teilweise bedeckten und vollständig bedeckten Ausflusses aus einer Seitenöffnung. Die Öffnung kann dabei rechteckig, rund oder beliebig sein. Eine Wandneigung wird bei der rechteckigen und beliebigen Öffnung beim freien Ausfluss berücksichtigt.

Auf Grund der gewählten Querschnittsöffnung  werden alle notwendigen Angaben wie zum Beispiel Wandneigung, Durchmesser (Kreis), Öffnungsbreite / Öffnungshöhe (Rechteck), Ausflussfläche (beliebige Fläche), Beiwert der Öffnung und Anlaufgeschwindigkeit  eingegeben.
Zudem wird die obere Höhe ho  bis UK-Ausfluss bzw. bis Mitte Ausfluss verlangt. Sofern es sich bei der Ausflussart um einen bedeckten Ausfluss handelt, muss zusätzlich die Höhe ab dem Wasserspiegel hu bis UK Öffnung nach dem Ausfluss eingegeben werden.

Die Berechnung des freien und vollständig bedeckten Ausflusses erfolgt nach den bekannten Formeln.

Die theoretische Erfassung des teilweise rückgestauten Ausflusses aus Seitenöffnungen bereitet Schwierigkeiten. Der Gesamtausfluss ergibt sich zusammengesetzt  aus zwei Teilausflüssen Qo (freier Ausfluss) und Qu (Abfluss aus einer vollständig rückgestauten Öffnung).

Es wird die gesuchte Abflussmenge, die Ausflussgeschwindigkeit sowie die Ausflussfläche ausgegeben.
hydr009[1]
Ausflüsse unter Schütz

In diesem Teil wird der stationäre Ausfluss aus Schützöffnungen als ebener Fall behandelt.
Über die horizontal angenommene Sohle wird Wasser durch einen scharfkantigen Planschütz mit der Höhe a und der Schützbreite b bis auf die Höhe ho  angestaut.

Es wird zwischen zwei Formen unterschieden.
- Freier Ausfluss
- Bedeckter Ausfluss

Nach dem gewählten Abfluss-Typ (unten schiessend, unten strömend mit freiem Ausflussstrahl oder unten strömend mit bedecktem Ausflussstrahl) sind alle notwendigen Werte einzugeben.
Die untere Abflusstiefe ist nur bei strömendem und bedecktem Abfluss notwendig.

Auf Grund der bekannten Wasserspiegellage im Unterwasser (schiessend, strömend mit freiem Ausflussstrahl oder strömend mit bedecktem Ausflussstrahl) lässt sich die Abflussmenge bei einem teilweise gezogenen Schütz berechnen.
Zusätzlich wir die kleinste Wassertiefe nach dem Schütz bzw. die Wassertiefe beim Wassersprung ermittelt. Als weiteres werden die entsprechende(n) Geschwindigkeit(en) berechnet.

Bei einem strömenden Zustand und der Wahl "Ausflussstrahl bedeckt", erkennt das Programm automatisch, ob es sich wirklich um einen bedeckten Ausfluss handelt und gibt andernfalls eine entsprechende Warnmeldung aus.

Neben der errechneten Abflussmenge wird die kleinste Wassertiefe die Geschwindigkeit(en) sowie ggf. Distanz bis zum Wassersprung, die Wassersprunglänge und die Tiefe nach dem Wassersprung ausgegeben
hydr011[1]
Wasserspiegelberechnungen

Der Normalabflusszustand ändert sich mit einer Veränderung des Gefälles, der Rauhigkeit und der Querschnittsgeometrie. Verschiedene Gerinnezustände wie Gefällsknick, Rauhigkeitswechsel, seitliche Erweiterung, seitliche Verengung sowie Senk- und Staukurven werden in verschiedenen Profilen berücksichtigt.

Auf Grund der gewählten Gegebenheiten und des gewählten Profils sind die entsprechenden Eingaben wie Breiten oder Durchmesser, Wandneigungen, Gefälle, Rauhigkeiten und Abflussmenge notwendig.

Um die Übersicht und das einfache Handhaben zu gewährleisten, passt sich die Eingabemaske automatisch der definierten Gegebenheiten bzw. der Profilwahl an.
Bei den geschlossenen Profilen wie Kreis- und Ei-Profil lässt sich wie üblich der Einfluss von Thormann berücksichtigen.

Mittels der Taste "Einstellungen" lassen sich die Werte für Ausgangs-Sohlenkote, Schrittweite der Stationierung, Berechnung bis Stationierung und Abbruchkriterium definieren.

Das Programm ermittelt u.a. die Abflusstiefe bei jeder Stationierung und berücksichtigt automatisch einen allf. Wassersprung. Das Programm gibt bei ungenügender Dimensionierung beim Ei- bzw. Kreis-Profil eine entsprechende Warnmeldung aus.

Nach einer erfolgreichen Berechnungen können die Resultate am Bildschirm angesehen werden. Die Ausgabe lässt sich mittels vertikaler Bildlaufleiste scrollen.
hydr013[1]
Streichwehre

Streichwehre sind parallel oder nahezu parallel zur Fliessrichtung in Gerinnen angeordnete seitliche Überfälle. Sie werden zum Beispiel als Entnahme- oder Entlastungsbauwerke bei Bewässerungs-, Kraftwerkskanälen, zur Regenwasserableitung bei der Mischkanalisation und zur seitlichen Hochwasserableitung bei eingedeichten Flüssen verwendet.

Es werden folgende Eingaben erwartet :
Breite oben, Breite unten, Wehrhöhe, Beiwert, Zufluss oben, Abfluss unten sowie die untere Abflusstiefe.

Steigende Wasserspiegellage :
Wir wenden hier das bisher gebräuchlichste Berechnungsverfahren nach Poleni  an. Danach wird das Streichwehr wie ein normaler Überfall mit der mittleren Überfallhöhe hm berechnet. Es wird jedoch nur der strömende Normalabfluss ohne Fliesswechsel bis Fro < 0.75  bzw. der schiessende Normalabfluss ab Fro > 1.5 berücksichtigt.

Fallende Wasserspiegellage :
Der schiessende Normalabfluss kommt wegen seiner geringen Abflussleistung selten zur Anwendung. Der Überfall-Beiwert der Poleni - Formel wird in diesem Fall nach Stopsack  (1979) bzw. Subramanya  (1972) für Fro  > 1.5 entsprechend berechnet.

Neben der seitlichen Ausflussmenge wird die gesuchte Wehrlänge ausgegeben.
Zudem wird die Überfallhöhe h1 am Wehranfang bzw. h2 am Wehrende sowie die Geschwindigkeiten und Froud-Werte ausgegeben.
hydr015[1]
Sammelrinne

Zusatz in Hydraulik II

Sammelrinnen oder Sammelkanäle sammeln das seitlich zufliessende Wasser und leiten es in Längsrichtung weiter. Berücksichtigt wird hier das übliche Rechteckprofil.

Es werden lediglich folgende Definitionen benötigt: Rinnegefälle, Rauhigkeit, Rinnenbreite, Rinnenlänge, Zufluss und untere Abflusstiefe.

Die Reibungsverluste sind vernachlässigbar klein und werden nicht berücksichtigt.
Nach dem Impulssatz ergibt sich die höchste Aufstau-Wassertiefe ho.

Der Ausdruck enthält alle Eingaben sowie die entsprechenden Resultate
hydr020[1]
Regenüberlauf Typ a (Streichwehr mit niedriger Wehschwelle)

Zusatz in Hydraulik II

Hier handelt es sich um ein Streichwehr mit niedriger Wehrschwelle (ein- oder zweiseitig)
hydr021[1]
Regenüberlauf Typ b (Streichwehr mit hochgezogener Wehrschwelle)

Zusatz in Hydraulik II

Hier handelt es sich um ein Streichwehr mit hochgezogener Wehrschwelle (ein- oder zweiseitig)
hydr022[1]
Regenüberlauf Typ c (Leaping weir)

Zusatz in Hydraulik II

Beim Leapingwehr handelt es sich um einen Regenüberlauf mit Bodenöffnung
hydr023[1]
Verkaufspreise

- Hydraulik I   :  Fr. 3'250.-- (exkl. MWSt.)    Miete Fr.160.-- / Mt.
- Hydraulik II  :  Fr. 3'850.--
(exkl. MWSt.)    Miete Fr.190.-- / Mt.

(Die Mindest-Mietdauer beträgt 3 Monate. Beim Kauf werden 80% der bezahlten Mieten für dieses Programm auf 18 Monate zurück angerechnet.)

Lieferung ins Ausland :
zuzüglich Versandkosten, gegen Vorauszahlung  (Miete nicht möglich)
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