Lokalisierung

Das Bauwerk zur Sillwelle befindet sich an der Einmündung des Flusses Sill in den Inn (im Bild unterhalb des Buchstabens "s" des Schriftzugs "Innsbruck").

Anmerkungen

• Der Inn fließt vom Oberland, von Westen kommend, ins Bild nach rechts Richtung Unterland.
• Das Einzugsgebiet der Sill umfasst die Täler beidseitig des Wipptals, also entlang der Brennerautobahn, bis zur Staatsgrenze und Wasserscheide am Brennerpass.

Durchfluss Sill

Anmerkungen:

• Eine relevante Kenngröße, das langjährige Tagesmittel, ist in der Grafik als feine graue Linie eingetragen und zeigt einen relativ geglätteten Verlauf.
• Über die orographisch rechte Surframpe strömen etwa 50 % der gesamten Durchflussmenge.
• Gut erkennbar sind die markant niedrigen mittleren Durchflussmengen während der Winterzeit von Dezember bis Mitte April. Während der anschließenden Schneeschmelze und der Niederschlagsperioden im Sommer verfünffachen sich die Durchflussmengen, um dann ab Ende Juli bis zum Winter hin stetig abzufallen.
• Eine weitere relevante Kenngröße, die Signifikanz der Abweichung vom Tagesmittel, lässt sich durch Interpretation eruieren: Die schwarze, etwas dickere Linie stellt das bis 20.11.2013 aufgezeichnete Tagesmittel im Jahr 2013 dar. Es zeigen sich nahezu durchgehend Variationen in einem Band von etwa ±25 % gegenüber dem langjährigen Tagesmittel des jeweiligen Tages.
• Es genügt für die Konzeption der Welle somit nicht, sich auf das langjährige Tagesmittel einiger „idealer“ Monate zu beziehen. Vielmehr muss eine möglichst große Bandbreite toleriert werden.
• Gegenüber den Gewässern von Almbach, Englischem Garten und Flößerlände ist der überaus stark schwankende Durchfluss ein zentrales zu berücksichtigendes Merkmal.
• Die Darstellung des niedrigsten und des höchsten Tagesmittels, also die obere und untere Begrenzung des grauen Bandes, ist von geringer Relevanz, da sich deren Häufigkeit nicht ablesen lässt. Dennoch gilt es, die baulichen Komponenten auf mögliche Hochwasserereignisse abgestimmt zu konzipieren.

Bird's view

Der Flusslauf der Sill teilt sich an der Mündung in den Inn in zwei Kanäle. Links sind die Rampe, der Absturz, das Nachbecken und im Anschluss daran die Trennschwelle zum Inn erkennbar.

Anmerkungen

• Das Potenzial für eine außergewöhnlich gute Surfwelle wird hier deutlich erkennbar; dieses Potenzial lässt sich, lieber Leser, auch intuitiv gut nachvollziehen.
• Am Absturz sind links und rechts zwei Betonelemente erkennbar, welche die über die Rampe schießenden Wassermassen zur Absturzkante hin einschnüren und so zur erhofften Wellenbildung hätten beitragen sollen.
• Diese durchaus tonnenschweren Elemente wurden, soweit bekannt, im Jahr 2011 im Rahmen eines Optimierungsversuchs eingesetzt, jedoch ohne Erfolg.
• Ein Hochwasser riss diese Elemente, soweit bekannt, später weg; sie fanden sich anschließend im Nachbecken wieder.

Übersicht über das Bauwerk an der Sillmündung mit Fischtreppe (links) und Surframpe (rechts), beide in den Inn mündend

Etwa die Hälfte der Wassermenge der (hier Niedrigwasser führenden) Sill fliessen in die linke als Natursteinrampe ausgebildete Fischtreppe in den Inn, während die andere Hälfte im rechten Kanal zur Surframpe geleitet wird.

Anmerkungen:

• Obwohl ein Einlaufbauwerk an der Surframpe de facto nahezu vorhanden wäre, wurde kein Wehrbalken zum temporären Abriegeln des Wasserflusses vorgesehen.
• Ebenso kann die Aufteilung der Durchflussmenge zwischen den beiden Rampen nicht gesteuert werden, jedenfalls nicht ohne Bagger.
• Bei Hochwasser ist der mittige Kanalteiler mitunter vollständig überflutet. Die zerstörerische Energie von mitgerissenem Geröll in Kühlschrankgröße sowie von Treibgut aller Art und jeden Ausmaßes ist nicht zu unterschätzen.
• Aufnahmedatum: 25. März 2011. Der Fluss führt zu dieser Zeit wenig Wasser. Die Periode der starken Schneeschmelze in höheren Lagen beginnt in der Regel im April und reicht bis in den Sommer hinein.

Links die stufenförmig ausgebildete Fischtreppe aus Natursteinblöcken, rechts die plan in Beton gefasste Surframpe mit Absturzkante

Anmerkungen:

• Aufnahmedatum: 27. Juni 2012. Die Sill führt zu diesem Zeitpunkt gut Wasser; die Periode der Schneeschmelze in höheren Lagen ist noch voll im Gange.

Prinzip Surfwellenrampe

Entlang einer glatten Rampe mit einem Höhenunterschied von z = 1,60 bis 2,10 m beschleunigt das Wasser und schießt anschließend nahezu horizontal über eine Absturzkante in die Wassermassen des Nachbeckens.

Da die Wassermassen dort wesentlich langsamer fließen, können die schießenden Wassermassen bei geeigneter Konstellation auf von diesem Nachbecken gespeiste Walzensysteme auflaufen und sich dadurch in der Höhe aufbauen. Auf diese Weise kann eine surfbare Welle entstehen.

Anmerkungen:

• „Schießendes“ Wasser fließt gleich schnell wie oder schneller als die Geschwindigkeit, mit der sich Wellen auf ihm ausbreiten. Wirft man einen Stein in ein solches Wasser, breiten sich die Wellen nur flussabwärts aus. In Luft würde dies einer Überschallströmung entsprechen. Am Übergang zu „fließendem“ Wasser läuft das noch schießende Wasser auf Rotorensysteme auf und bildet dadurch eine Welle. Anschließend wird im Weißwasser bis hin zur laminaren Beruhigung weitere kinetische Energie abgebaut.
• Beachten Sie die in der Grafik angegebene Rotationsrichtung der Walze im Nachbecken: Die Walze dreht im Uhrzeigersinn. Vergleichen Sie dies mit der Angabe im nächsten Schaubild.

Prinzip der Surframpe mit zwei Absturzkanten

Durch die S-förmige Stufe ergeben sich zwei Absturzkanten. Der Pegelstand im Nachbecken sollte laut Berechnungen und Modellversuch bestimmen, an welcher der beiden Kanten sich eine Surfwelle ausformt.

Anmerkungen:

• Die Sillwelle hätte sich bei genau zwei Pegelständen, jeweils innerhalb eines Toleranzbereichs, bilden sollen. Dies tritt jedoch nicht ein.
• Der Pegelstand im Nachbecken hängt nicht nur von der Zuflussmenge über die Sillrampe ab, sondern zusätzlich auch vom Pegelstand des Inns, da Nachbecken und Inn über weite Bereiche ihrer jeweiligen Pegelstände miteinander gekoppelt sind.
• Diese Kopplung der Pegelstände von Sill und Inn im Nachbecken schränkt den Arbeitsbereich jedes Wellenbauwerks stark ein und sollte durch geeignete Maßnahmen vermieden werden, etwa durch eine Erhöhung der Gegenschwelle.

Wellenbildung bei geringer Durchflussmenge

Anmerkungen:

• Das Wasser schießt über die obere der beiden Kanten. Statt dem S-förmigen Verlauf der Stufe hinab zur unteren Kante bündig zu folgen, was einem niedrigen Wasserstand im Nachbecken entsprechen würde, löst der Wasserstrom bereits an der oberen Kante ab. Dies ist an der weißlichen Verfärbung im Bild zu erkennen. Der Wasserstrom prallt somit wasserfallartig und parabelförmig in das Nachbecken beziehungsweise davor auf die untere Kante.
  Gegenüber den aus dem Modellversuch gewonnenen Daten erreichen die Wassermassen die Kanten zu schnell. Bei geeigneter Konzeption variabler struktureller Elemente ließe sich diese unerwartete kinetische Zusatzenergie zur Perfektionierung der Welle nutzen.
• Im Versuchsmodell im Maßstab 1:25 folgten die Wassermassen der S-förmigen Stufe, um anschließend weitgehend horizontal in das Nachbecken einzuschießen.
• Gut zu erkennen ist die Signifikanz von Lufteinschlüssen im Bereich der ausbleibenden Surfwellenbildung. Lufteinschlüsse verändern die physikalischen Eigenschaften des Mediums, etwa Masse und Viskosität. Die Bandbreite erstreckt sich dabei zwischen „reinem Wasser“ und „Schaum“.
• Diese Parameter lassen sich weder im Modell noch in dieser Komplexität numerisch sinnvoll simulieren.
• Weitere Parameter, die aus einem Versuchsmodell mit Wasser als Flüssigkeit nicht unmittelbar in die Natur übertragen werden können, betreffen Effekte von Viskosität, Reibung an der Rampensohle und Oberflächenspannung.
• Somit ist Erbauern vergleichbarer Anlagen anzuraten, sich nicht primär auf Modellversuche und Simulationen zu verlassen.

Wellenbildung bei erheblicher Durchflussmenge

Anmerkungen:

• Die über die Flussbreite unterschiedliche Durchflussmenge ergab sich aus einer temporär in das Einlaufbauwerk hineinreichenden Konstruktion. Oben im Bild, vor der Rampe nahe dem Absturz, ist der Wasserstrom etwa 15 cm tief, unten im Bild etwa 30 cm.
• Gut zu erkennen sind im Bild zwei für die Wellenbildung ohne Spoiler relevante Konstellationen:
  
  • Oben im Bild ist die kinetische Energie der einschießenden Wassermengen zu gering, um gegen den hydrostatischen Druck im Nachbecken zu einer Welle aufzulaufen.
  • Unten hingegen ist die kinetische Energie der einschießenden Wassermassen zu groß. Das Geschehen im Nachbecken wird durch die einschießenden Wassermassen zunächst „weggeputzt“, statt an diesem zur erhofften surfbaren Welle aufzulaufen.
• Ebenfalls gut zu erkennen ist, dass das schießende Wasser keineswegs der S-förmigen Rampe folgt. Vielmehr löst es von dieser ab. Die untere Rampenstufe ist somit a priori unwirksam.

Andere Perspektive zum im vorhergehenden Bild dargestellten Beobachtungen.

Anmerkungen:

• Hier gut zu erkennen die von im Bild links in den Bereich der (hypothetischen) Surfwelle einlaufenden parasitären Kerhwassermengen.

Gegenwehr : Übergang des Nachbeckens in den Inn

Das Gegenwehr ist eine 1,5m hohe Schwelle aus Steinblöcken, unterbrochen durch einen 1m breiten Durchlass (für Wasserorganismen, sofern die das brauchen überhaupt). Der Pegel vom Inn bewegt sich ausserhalb der Niedrigwasserzeit (Winter) knapp an und meist über dem der Gegenschwelle. Damit beinflusst der Wasserpegel des Inns jenen des Nachbeckens.

Die Gegenschwelle ist eine etwa 1,5 m hohe Schwelle aus Steinblöcken, unterbrochen durch einen etwa 1 m breiten Durchlass für Wasserorganismen, sofern ein solcher Durchlass hierfür überhaupt erforderlich ist.

Der Pegel des Inns bewegt sich außerhalb der Niedrigwasserzeit im Winter knapp an der Höhe der Gegenschwelle und meist darüber. Damit beeinflusst der Wasserpegel des Inns den Wasserstand im Nachbecken.