Die Grenzstrecke der Salzach zwischen der Saalachmündung und der Mündung in den Inn befindet sich in einem Eintiefungsprozess. Diese Tiefenerosion, die infolge von Regulierungsmaßnahmen Ende des 19. Jahrhunderts bewusst initiiert worden war, führt nun zu einem Einschneiden der Flusssohle in den kiesigen Untergrund, welches nun das Ausmaß von bis zu 4 m im Bereich unterhalb der Saalachmündung erreicht hat. Eine Verlangsamung dieser Eintiefungstendenz zeichnet sich nicht ab.
Es ist ganz im Gegenteil durch die besonderen Gegebenheiten des Flussuntergrundes (siehe Projekt Sanierung Salzach Unterlauf) eine massive Beschleunigung der Eintiefung zu beobachten, wie vor allem jüngste Sohlaufnahmen nach dem 100-jährlichen Hochwasser 2002 an der Salzach belegen. Alle in der Wasserwirtschaftlichen Rahmenuntersuchung Salzach entwickelten Lösungsvarianten zum Stoppen des Eintiefungsprozesses der Unteren Salzach enthalten als Bauelemente sogenannte Sohlrollierungsstreifen (sohlgleiche Bauwerke aus groben Steinen zur Stabilisierung der Flusssohle mit etwa doppeltem Gefälle gegenüber den ungesicherten Zwischenstrecken) im Kombination mit einer uferparallelen Sohlaufweitung der Salzach. Die Rollierungsstreifen weisen Längen von 0,8 bis 3 km auf.
Der physikalische Modellversuch diente der Erarbeitung von Leitlinien zur Dimensionierung und praktischen Umsetzung von Rollierungsstreifen zur Absicherung der wasserbaulichen und sohlmorphologischen Funktion.
Auftraggeber: Amt der Salzburger Landesregierung
Die Modelluntersuchungen sollen im wesentlichen Aussagen zu folgenden Fragestellungen liefern:
- Optimierung der Funktion und Ausbildung der Sohlrollierungsstreifen unter Einbeziehung der neuesten Forschungsergebnisse zum Thema flächige Stabilisierung von Gewässersohlen einschließlich Beachtung der praktischen Umsetzungsmöglichkeiten (Bauvorgang, vorhandenes Material zur Sohlstabilisierung).
- Stabilitätsnachweis der Baumaßnahmen inklusive Anschlüsse im Ober- und Unterwasser.
- Untersuchung der Auswirkungen auf die Flussmorphologie (Selbstentwicklung des Flusses im Anschluss an die Rollierungsstreifen, Beeinflussung von alternierenden Bänken, Verlegungsrisiko von Ausleitungsstellen ins Nebengewässer im Bereich der Rollierungsstreifen).
Bei einer angenommenen Schichtdicke von 0,5 m und Sohlbreiten zwischen 100 und 170 m ergibt sich ein Materialbedarf je Kilometer Rollierungsstreifen zwischen 50.000 und 85.000 m³. An derart große Materialmengen für die Sohlrollierung dürfen keine zu großen Ansprüche bezüglich Kornzusammensetzung gestellt werden (zum Beispiel Einkornmaterial), da sie sonst nur sehr schwer und sehr teuer erhältlich sind. In dem Modellversuch war daher auch festzustellen, welche Bandbreite an Kornzusammensetzungen für das Sohlrollierungsmaterial zulässig ist. Weiters war zu untersuchen, ob eine Ausführung für die Sohlsicherung möglich ist, die den Materialbedarf beziehungsweise -anspruch senkt (alternative Sohlsicherungsmöglichkeiten auf Basis selbstätiger Abpflasterung, offene Deckwerke, Auflösung der Rollierungsstreifen in Schwellenabfolge, aufgelöste und flache Rampen).
Die Modelluntersuchungen gliederten sich in zwei Teilbereiche. Zum einen wurden anhand eines Schnittmodells Leitlinien zur Dimensionierung der flächigen Sohlsicherung erarbeitet und der Stabilitätsnachweis erbracht, zum anderen wurden in einem Vollmodell die Ausbildung der Anschlussstrecken stromauf und stromab an einen Rollierungsstreifen sowie die generellen Auswirkungen der Maßnahmen auf die Flussmorphologie untersucht werden. Das Schnittmodell wurde in einer neigbaren Glasrinne mit einer Breite von 54 cm durchgeführt. Die Fläche des Vollmodells betrug 5 x 40 m. Sowohl Schnitt- als auch Vollmodell wurden im Modellmaßstab 1 zu 50 ausgeführt.
Schnittmodell
Im Schnittmodell wurden folgende Varianten untersucht:
Einlagige Rollierung (Steingröße 3 – 22 kg) auf vorhandenem Sohlmaterial mit einem Gefälle von 1,5 ‰ – Sie wurde als problematisch hinsichtlich der Sicherheit der Stabilisierungswirkung und der Überlastbarkeit angesehen und müsste aus größeren Steinen und zweilagig ausgeführt werden.
Deckschichtvergröberung – Die Widerstandfähigkeit der Sohle konnte mit entsprechender Vergröberung der obersten Schichte des Sohlmaterials soweit vergrößert werden, dass sie eine bis zum Bemessungsabfluss stabile Deckschicht bildete. Sie zeigte einen langsam ablaufenden Zerstörungsprozess bei Überlast, erfordert jedoch einen sehr hohen Materialbedarf.
Offenes Deckwerk mit einer Belegungsdichte von 40 % und einem Gefälle von 1,5 ‰ – Das offene Deckwerk hat den Vorteil, dass ein Teil der Sohle unbedeckt bleibt und daher der Materialbedarf geringer ist, die notwendige gleichmäßige Verteilung der Steine auf der Sohle verursacht jedoch einen größeren Aufwand bei der Ausführung der Methode.
Bild links: Rollierung
Bild Mitte: Deckschichtvergröberung
Bild rechts: offenes Deckwerk
Schwellenstrecke zu Beginn (oben) und nach Bemessungsabfluss (unten)
Überströmte Schwellen
Flache aufgelöste Rampe mit einem Gefälle von 10 ‰ – Die Rampe bestand aus Querriegeln im Abstand von 10 bis 15 m, die aus Steinen zwischen 2,5 und 5 t geschlichtet wurden. Die Becken zwischen den Riegeln wurden mit Steinen zwischen 300 und 600 kg belegt. Da der Materialbedarf und damit die flächig gesicherte Fläche durch das größere Gefälle erheblich verringert werden konnte, wurde diese Sicherungsmethode auch im Vollmodell in einer geraden Strecke unter 3-dimensionalen Strömungsbedingungen untersucht.
Aufgelöste Rampe
Vollmodell
Die im Vollmodell untersuchte Riegelrampe mit einem Gefälle von 10 ‰ hatte eine Höhe von 1,5 m und eine Sohlbreite von 85 m. Die Steine der Riegel und Becken wurden analog zu den im Schnittmodell optimierten Steingrößen ausgewählt und auf einer entsprechenden Filterschicht gebettet. An den Rampenfuß anschließend war ein Nachbettschutz aus einer 1-lagigen, dichten Rollierung aus Beckensteinen angeordnet. Die Länge des Nachbettschutzes entsprach der Rampenlänge. Die Belegungsdichte der Steinauflage reduzierte sich gegen Ende des Nachbettschutzes auf null. Zusätzlich wurden die Ufer durch eine 3 m-breite Steinvorschüttung gegen Unterkolkung geschützt. An der Rampenkrone war wegen der ins Oberwasser reichenden beschleunigten Strömung eine keilförmige Steinvorschüttung bis in etwa 2 m Tiefe unter der Oberwassersohle erforderlich. Die dieser Art gestaltete Riegelrampe erwies sich bis zum Bemessungshochwasser als stabil.
Riegelrampe im Vollmodell (Blick von oben)
Eine ebenfalls untersuchte Riegelrampe mit unterbrochenen Riegeln zwecks Erzeugung einer mäandrierenden Strömung auf der Rampe bei Niederwasserabfluss brachte nicht den gewünschten Erfolg.
Riegelrampe mit unterbrochenen Riegeln zur Initiierung einer pendelnden Strömung auf der Rampe
Die aus den Versuchen gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur für den Zustand der Salzach, sondern auch allgemein von Bedeutung und können auf andere, sich im Erosionszustand befindliche Gewässer im alpinen und voralpinen Raum übertragen werden, um sowohl die wasserwirtschaftliche als auch die ökologische Funktion im Sinne der EU-Wasser-Rahmenrichtlinie zu erreichen und nachhaltig zu sichern.