Der natürliche Grundwasserfluss aus geneigten Böschungen

Grundwasser fließt aus geneigten Böschungen in Abhängigkeit von der Böschungsneigung.

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Band 2 der theoretischen Grundlagen der Grundwasserhydraulik beschreibt den instationären und den stationären Ausfluss von Grundwasser aus geneigten Böschungen. Dieser fließt unter Schwerkrafteinfluss in Abhängigkeit von der Böschungsneigung. Die Berechnungsgrundlagen schließen senkrechte und überstehende Böschungen ein.

Hierzu gab es bis heute keine auf physikalischen Annahmen beruhende, theoretischen Ansätze.

Es zeigt sich, dass aus geneigten Böschungen während der Grundwasserabsenkung nach dem Anschnitt zunächst deutlich mehr Grundwasser ausfließt als später im stationären Zustand.

Es zeigt sich, dass zwischen dem Ausfluss aus positiv geneigten Böschungen und negativ geneigten, d. h. überstehenden Böschungen unterschieden werden muss.

Grund für die Unterscheidung ist das vom Autor definierte 2. hydraulische Paradox:

„Für alle überstehende Böschungen mit einem Böschungswinkel von 90° oder mehr zeigt sich ein Gefälle von Eins.“

Grundlage dieses Paradoxons ist wiederum die Feststellung, dass bei Fließen ausschließlich unter Schwerkrafteinfluss die Durchlässigkeit bei einem Gefälle von Eins eine Grenzgeschwindigkeit ist.

Es lässt sich geometrisch herleiten, dass die maximale Neigung der Grundwasseroberfläche am Böschungsrand halb so groß ist wie die Böschungsneigung. Dieses ist die „1. Grundgleichung“ der Böschungshydraulik.

Die 1. Grundgleichung der Böschungshydraulik sagt auch aus, dass das Verhältnis von Ausflusshöhe zu Zuflusshöhe an Böschungen von Quadrat des Sinus der halben Böschungsneigung abhängt.

Die 2. Grundgleichung der Böschungshydraulik sagt aus, dass die Neigung der Grundwasseroberfläche an der Wasseraustrittsfläche am Böschungsrand während des gesamten Absenkungvorgangs hinter einer geneigten Böschung gleich bleibt. Das heißt, die Neigung der Grundwasseroberfläche ist im instationären Zustand die gleiche wie in stationären Zustand.

Es wird gezeigt, dass die Fließregeln für mit 180° überstehende Böschungen auf Dämme mit Sohldrainschicht auf der Luftseite angewendet werden können.