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Schiffahrtskanäle [1]

[631] Schiffahrtskanäle, künstliche, teils in das Terrain eingeschnittene, teils am Dämmen geführte Wasserwege ohne Gefälle, die dem Schiffsverkehr dienen und von natürlichen Wasserstraßen abzweigen oder verschiedene durch Wasserscheiden getrennte schiffbare Wasserläufe miteinander verbinden.

Die ersten Schiffahrtskanäle des Binnenlandes sind aus Kanälen hervorgegangen, die im Flachlande für Zwecke der Entwässerung und Bewässerung angelegt worden waren, und können zu den alterten, der Schiffahrt dienenden Kanälen, die schon im 13. Jahrhundert schiffbar gemachten Entwässerungskanäle in Holland, dann die ursprünglich der Bewässerung allein dienenden Kanäle Oberitaliens gerechnet werden. Unter den letzteren war der für die Schiffahrt bedeutendste der Naviglio grande, der den Tessin mit Mailand verbindet. In Deutschland kann der Stegnitzkanal, der Lübeck und Lauenburg, also die Ostsee mit der Elbe verbindet und 1390 gebaut wurde, als der erste Schiffahrtskanal bezeichnet werden. Der älteste französische Kanal ist der 1642 erbaute Kanal von Briare, der die Loire mit der Seine verbindet. Der Schiffahrt allein dienende Kanäle mit horizontalem Wasserspiegel kamen erst mit der Erfindung der Kammerschleuse (s.d.) zur Ausführung, nachdem mit den letzteren m, n, o ... in Fig. 1 die Möglichkeit gegeben war, größere Höhen zu überwinden und die einzelnen verschieden hoch liegenden Haltungen (s.d.) a, b, c ... in eine schiffbare Verbindung zueinander zu bringen.

Nach dem Zwecke kann man unterscheiden: 1. Seeschiffahrtskanäle; 2. Binnenschiffahrts- oder kurz Binnenkanäle [1], die auch zur Flößerei benutzbar sind; 3. Kanäle, die außer der Schiffahrt noch einer andern Haupt- oder Nebenausgabe dienen: Moorkanäle, Bewässerungskanäle, Zubringer u.s.w. Bezüglich der Terrainbeschaffenheit und der besonderen Lage unterscheidet man: 1. Kanäle in ganz ebener Gegend; 2. Seiten- oder Lateralkanäle, die in der Talsohle neben einem meist nicht schiffbaren Flusse führen; 3. Umgehungskanäle, das sind kurze Seitenkanäle zur Umgehung eines Schiffahrtshindernisses, z.B. einer Stromschnelle; 4. Scheitelkanäle; diese führen von einem Flußgebiete A zu einem andern B (Fig. 1), die Wasserscheide zwischen beiden mit einer höchstgelegenen Haltung, der sogenannten Scheitelhaltung a, übersetzend; die an- jeder Seite der letzteren, also an jeder Bergseite sich anschließenden, mit mehr oder minder vielen Schleusen versehenen Kanalteile b, c ... sowie b' c' ... heißen auch Schleusentreppen. Die Scheitelkanäle ermöglichen erst die Ausbreitung eines zusammenhängenden Wasserstraßennetzes über ganze Länder, ungeachtet der verschiedenen Höhenverhältnisse; die ersten derselben kamen in Frankreich zur Ausführung, so der Scheitelkanal Briare und der Kanal du Midi 1662–1684 von der Garonne (Toulouse) zum Mittelmeer [2].

Die Binnenschiffahrtskanäle pflegt man je nach ihrer Größe noch in drei Klassen einzuteilen: In die erste Klasse gehören die mit dem größten Wasserquerschnitte, für die größeren Flußschiffe schon benutzbar; in die zweite Klasse die mittelgroßen, für den durchgehenden Verkehr von einem Flusse zum andern tauglich; in die dritte Klasse die sogenannten Zweig-, Stich-, Neben- oder Sackkanäle, die nur dem Lokalverkehr dienen, und solche heißen in den Niederlanden insbesondere Grachten, in Hamburg Fleete. – Ein von Heubach [3] vorgeschlagenes Kanalsystem sei hier noch erwähnt. Dieses besitzt eine Aehnlichkeit mit der Schiffahrtseinrichtung auf Schwellung (s. Schiffahrt). Dabei würden nämlich die sonst üblichen Kammerschleusen gänzlich vermieden und die einzelnen Staustufen oder Haltungen nur durch schiffbare Stauschleusen oder Stautore getrennt. Sobald der Schleppzug, wofür dieses System namentlich vorteilhaft wäre, ein Stautor bei ausgeglichenem Wasserstande passiert hätte, würde dieses sofort geschlossen und das nächst vorangehende Stautor sogleich geöffnet werden. Dadurch entstände eine mäßige Strömung und ein Ausgleich mit der nächsten Haltung, während dessen der Schleppzug bei steigendem Wasserspiegel ununterbrochen weiter in die nächste und so auch in die noch folgenden Haltungen fährt. Der Zeitverlust, der bei gewöhnlichen Kanälen an den Kammerschleusen für Schleppzüge in erhöhtem Maße eintritt, könnte bei dem bemerkten neuen Kanalsystem entfallen; nur dürften bei diesem die Staustufen der Strömung wegen nicht hoch und auch nicht zu kurz sein. Ein Nachteil dieses Systems wäre der große Wasserverbrauch.

Der Bau der Schiffahrtskanäle ist überall dort am Platze, wo Massengüter, Natur- und Bodenprodukte, z.B. Kohle, Erze, Getreide, auf eine größere Distanz verfrachtet werden sollen, weil in diesem Falle die künstlichen Wasserstraßen die Massentransporte schon zu wesentlich niedrigeren Frachtsätzen als die Eisenbahnen zu befördern in der Lage sind. In der Verbilligung der Warentransporte liegt eben der große wirtschaftliche Wert der Wasserstraßen. Bei der Projektierung und Ausführung der Schiffahrtskanäle kommen in Betracht: die Trassierung, das Längenprofil,[631] das Querprofil, die Erdarbeiten und Kunstbauten, die Dichtung und Uferbefestigung, die Schleusungszeit, der Wasserverbrauch, die Anlagen zur Speisung, Entlastungsanlagen, Sicherheitstore, die Kanalhäfen und -mündungen, schließlich die Bau- und Unterhaltungskosten.

I. Die Trassierung des Kanals auf einem Talboden von geringem Gefälle ist in der Regel sehr einfach. Die Linie ist dann in der Talrichtung nur so zu führen, daß der Kanal möglichst im Gelände zu liegen kommt, günstige Kreuzungen mit Verkehrswegen und Wasserläufen erzielt werden und keine Schwierigkeiten mit bestehenden Bauobjekten entstehen. Für die Wahl der Kanaltrasse ist im Flachlande auch die Kenntnis der Grundwasserverhältnisse wichtig. Gegen das Hochwasser der Flüsse ist der Kanalkörper entweder durch die Lage der Nivellette oder durch Hochwasserdämme vollkommen zu schützen. Für die Scheitelstrecke wie auch für den Auf- und Abstieg von derselben ist das für einen Kanal günstigste Terrain aufzusuchen, das die geringsten Bauschwierigkeiten und gute geologische Verhältnisse erwarten läßt. Kanaltunnels (s.d.) sind tunlichst zu vermeiden. Die Scheitelhaltung der Kanäle ist stets so zu wählen, daß die Wasserversorgung des Kanals aus dem Hauptspeisegraben (s.d.) unmittelbar erfolgen kann. Auf die Zahl der Kammerschleusen (s.d.) und der damit in Verbindung stehenden Länge der Haltungen ist besonders Rücksicht zu nehmen und ist das Gefälle der Schleusen unter Bedachtnahme auf die Wasserversorgung so zu wählen, daß die einzelnen Haltungen möglichst lang werden, weil zu kurze Haltungen eine stete Quelle großer Behinderungen und Erschwernisse (Wasserspiegelschwankungen, Zeitverlust u.s.w.) bei starkem Verkehr bilden. So sind beim Rhein-Marnekanal bei einer Länge von 314 km und 463 m Gesamtgefälle 177 Schleusen, beim Rhein-Weser-Hannoverkanal bei einer Länge von 311 km und 39,55 m Gesamtgefälle acht Schleusen und beim projektierten Donau-Oderkanal bei einer Länge von 280 km und 187 m Gesamtgefälle 29 Schleusen angeordnet.

Aus bauökonomischen Rücksichten ist unter Festhaltung möglichst günstiger Richtungsverhältnisse bei der Ermittlung der Kanallinie auch auf den Ausgleich der Einschnitts- und Auftragsmässen Bedacht zu nehmen und soll man, wo dies tunlich erscheint, mit der Trasse in der Talsohle verbleiben.

Die Lage der Schleusen ist zumeist schon durch örtliche Verhältnisse gegeben. Immer soll aber aus betriebstechnischen Rücksichten an die Schleusen beiderseits eine gerade Kanalstrecke von etwa 150 m Länge anschließen. Zwischen den Geraden einer Kanallinie werden Verbindungskurven, in der Regel Kreisbögen eingeschaltet. Der Radius derselben soll bei Schiffslängen von 34,5 m, wie auf den französischen Kanälen, nicht unter 100 m angenommen werden; bei den neueren deutschen Kanälen, auf welchen Normalboote von 67 m Länge verkehren, ist als kleinster Radius 600 m vorgeschrieben.

II. Im Längenprofil des Schiffahrtskanals (Fig. 1) kommen die Höhenlagen, Gefälle und die Längen der Haltungen a, b, c ... sowie die Lage der Schleusen m, n, o ... zum Ausdruck. Kurze Haltungen werden ganz horizontal angelegt; die längeren können eine mäßige Neigung talabwärts erhalten, um die Speisung und Entleerung der unteren Strecken durch sanften kontinuierlichen Zufluß von oben zu bewirken; hierfür kommen Gefälle von 0,003 bis 0,08‰ ausgeführt vor. Die Höhenstufen oder Schleusengefälle trachtet man, wie früher erwähnt, möglichst groß zu wählen, um so die Verkehrsunterbrechungen und Zeitverluste, die an denselben entstehen, auf das kleinste Maß zu verringern. Das größte an Schiffahrtskanälen bisher ausgeführte Schleusengefälle beträgt rund 10 m, so an der Schleuse La Villette am Kanal St. Denis 9,92 m; es wird jedoch dieses Gefälle bereits als zu groß bezeichnet, und es ist angezeigt, bei Schleusen kein größeres Gefälle als höchstens 8 m anzuwenden.

III. a) Der Querschnitt der Schiffahrtskanäle soll zweckmäßig und billig herzustellen sein. Ueblich ist es meist, ihn in bestimmter, regelmäßiger Form wie in Fig. 2 zu gestalten. Für die Sohlenbreite ist die Größe der auf dem Kanal verkehrenden Boote, dann der Umstand, ob der Kanal ein- oder mehrschiffig ist, maßgebend. Bei den französischen zweischiffigen Kanälen, auf welchen Boote von 38,5 m Länge, 5 m Breite, 1,8 m Tiefgang und 300–400 t Tragfähigkeit verkehren, hat das Kanalprofil (Fig. 3 und 4) 10 m Sohlenbreite und 1¹/₂ füßige Seitenwände. Die neueren deutschen Kanäle, auf welchen Boote von 67 m Länge, 8,2 m Breite, 1,8 m Tiefgang und 600–700 t Tragfähigkeit verkehren, haben dagegen, wie in Fig. 5 (Querprofil des Dortmund-Emskanals) dargestellt erscheint, bei 2¹/₂ m Wassertiefe 16–18 m Sohlenbreite.[632] Der westliche Teil des geplanten Mittellandkanals, der Berlin-Stettinkanal und die in Aussicht genommenen österreichischen Kanäle werden bereits eine Wassertiefe von 3 m erhalten. Diese letztgenannten Kanäle sollen eine mehr schalenförmige Querschnittsform [5] besitzen, da auf Grund der am Oder-Spreekanal und am Dortmund-Emskanal gemachten Erfahrungen und der weiter von Engels in Dresden durchgeführten Versuche die horizontale Kanalsohle eine Vertiefung in der Mitte erleidet, während an den Seiten allmählich Erhöhungen durch loses Material stattfinden. Die Fig. 6 und 7 zeigen die an Seekanälen üblichen Querschnittsformen.

Bei der Wahl der Wassertiefen für die Kanäle ist auch noch in Rücksicht zu ziehen, daß der normale Wasserstand im Kanal oft örtlichen Senkungen und Hebungen unterworfen ist, die eine Folge der Tätigkeit der Schleusen, des oft ungenügenden Zuflusses des Speisewassers, weiter des Windes oder der raschen Fortbewegung der Schiffe ist. Zur Verringerung des Schiffswiderstandes bezw. zur Erleichterung des Schiffszuges (s. Kanalschiffahrt) ist es wünschenswert, daß das Verhältnis n der Fläche des eingetauchten Schiffsquerschnitts zur benetzten Fläche des Kanalquerschnitts nicht kleiner als 4 werde. Für Hauptkanäle mit großem Verkehr wird sogar n = 5, für Seekanäle n = 6 empfohlen [4]. Eine Vergrößerung der Wassertiefe über das normale Maß findet statt in Scheitelstrecken, die zur Aufspeicherung von Wasser dienen, dann in Dammstrecken, um Schüttungsmaterial zu ersparen.

b) In Krümmungen ist eine Erweiterung des für gerade Strecken normierten Querprofils nötig, und zwar im allgemeinen um das Doppelte der Pfeilhöhe eines Bogens der Kanalachse, wozu die Sehne gleich der größten Schiffslänge ist. Zu den Bezeichnungen der Fig. 8, wo b und f Schiffsbreite und -länge sind, erhält man für die Kanalbreite B' in der Tiefe des Schiffsbodens aus den rechtwinkligen Dreiecken O 1 2 und O 3 4 den Ausdruck

und die Erbreiterung ∆ ist = B' – 2b – δ. Bei Kanalbauten, z.B. an Hafeneinfahrten, kann der Krümmungsmittelpunkt O bis an das Schiff, nach O' rücken, wobei dann in die Formel R = 0 setzen ist. In Frankreich gilt hierfür die empirische Formel B' = 10 + 380/R. Sonstige Verbreiterungen des Kanals kommen vor: behufs allfällig notwendiger größerer Materialgewinnung, wegen zu lockeren Bodens, wegen Gewinnung größerer Kanalspiegelfläche in kurzen Haltungen, insbesondere durch Einbeziehung von Terrainmulden oder Seitengräben, behufs Herstellung von Vorhäfen und Warteplätzen an Schleusen und von Kanalhäfen und Schiffswendeplätzen.

c) Verengungen des normalen Querprofils auf die Durchfahrtsweite für nur ein Schiff finden an besonders schwierigen und kostspieligen Baustellen, wie in tiefen Einschnitten und Tunnels (Fig. 9), dann bei Kunstbauten, wie auf Aquädukten (Brückenkanälen) und unter Ueberbrückungen statt, doch wird bei neueren Kanälen auch an solchen Stellen das Kanalprofil unverändert durchgeführt.

d) Für das Fortschreiten der Zugkraft (s. Kanalschiffahrt) auf dem Kanalufer ist der Leinpfad, Treidel- oder Treppelweg l (Fig. 2) nötig; bei kleineren älteren Kanälen ist dieser in[633] der Regel nur an einem Ufer angebracht, bei neueren, größeren, mit lebhaftem Verkehr aber auf beiden Seiten. Gewöhnlich erhalten die Leinpfade eine Breite von 3–4 m, die geringste Breite des Treidelwegs beträgt 2 m. Eine Querneigung des Leinpfades von 1 : 10 (s. Fig. 2, links) ist vorteilhaft. Der Weg soll besteint sein und etwa 1 bis höchstens 3¹/₂ m hoch über dem Wasserniveau zu liegen kommen. An Kanälen mit elektrischem Betrieb liegt der. Leinpfad am bellen 3 m über dem Kanalwasserspiegel, weil dann der Treidelarm der elektrischen Lokomotive verkürzt werden kann.

IV. Die Erdarbeiten lind im allgemeinen nach den Regeln des Erdbaues [6] herzustellen; es erfordert jedoch die Schüttung der Kanaldämme besondere Sorgfalt. Für die Herstellung dieser Dämme soll in erster Linie nur geeignetes Material zur Verwendung gelangen, und sind Holz, Steine und Froststücke sowie Materialien mit Beimengungen, welche die Gleichheit des Schüttungskörpers beeinträchtigen, bei Zutritt von Wasser sich aufblähen (z.B. Mergel) und dadurch leicht Anlaß zu Rutschungen geben, von der Verwendung für Kanaldämme tunlichst auszuschließen. Die Schüttung solcher Dämme soll ferner in nahezu horizontalen Lagen von 25 bis höchstens 50 cm Höhe erfolgen, wobei die einzelnen Lagen durch gutes Stampfen oder mit Erdwalzen zu dichten sind. Wo es angeht, ist der Boden durch Bagger zu lösen. Besondere Schwierigkeiten bereitet unter Umständen die Kanalherstellung im Moorgrunde [7].

In Einschnitten werden in der Regel an der Außenseite des Leinpfades Gräben angeordnet, welche in den Kanal entwässern; ebenso sollen auch am Fuße der Kanaldämme solche Gräben angelegt werden, welche das Sicker- und Tagwasser den natürlichen Wasserläufen zuführen (s. Fig. 5).

Zu den hauptsächlichsten Kunstbauten zählen die Kammerschleusen und Schiffshebewerke (s.d.), die Brücken über den Kanal für Straßen, Wege und Eisenbahnen, die für Talübersetzungen erforderlichen Aquädukte (Brückenkanäle), dann die verschiedenen Objekte für die unter dem Kanal zu führenden Wasserläufe wie Durchlässe und Düker (s.d.) (Siphon) und die Unterfahrten für die Verkehrswege.

Für alle über den Kanal führenden Brücken hat man eine solche lichte Höhe zu wählen, daß der Schifffahrtsverkehr nicht behindert wird. Bei neueren Kanälen beträgt dieselbe 4–4¹/₂ m: An älteren Kanälen hat man unter den Brücken das Kanalprofil (s. Fig. 10) zur Verminderung der Baukosten etwas verengt. Auf Grund der bisherigen Erfahrungen hat es sich jedoch aus betriebstechnischen Rücksichten als vorteilhafter erwiesen, das Kanalprofil auch unter den Brücken möglichst unverändert durchzuführen; ferner sollen auch Mittelpfeiler bei Ueberbrückungen vermieden werden, so daß für die Kanalschiffahrt das Kanalprofil ungeschmälert zur Verfügung steht (s. Fig. 11). Dreh- und Hubbrücken finden in offenen Kanalstrecken nur seiten Anwendung, dagegen ist man oft gezwungen, bei Hafenanlagen oder in verbauten Gebieten derartige Brücken mit Rücksicht auf die örtlichen Verhältnisse auszuführen [10].

Aquädukte werden sowohl mit steinernem [8] wie eisernem Ueberbau ausgeführt und wird für beide Bauweisen die rechteckige Querschnittsform gewählt. So haben die französischen einschiffigen Aquädukte am Marne-Saônekanal 6,7 m Breite und 2,2 m Tiefe, die zweischiffigen Aquädukte am Dortmund-Emskanal 18 m Breite und 2,5 m Tiefe. Bei den größeren Brückenkanälen am Donau-Oderkanal werden zwei eiserne und nebeneinander liegende Tröge von je 10 m Breite zur Ausführung gelangen, bei den Brückenkanälen am Rhein-Weser-Hannoverkanal ist bereits eine Breite von 24 m in Aussicht genommen.

Düker (Fig. 12) kommen überall dort in Anwendung, wo der Kanal im Gelände eingeschnitten ist und die Kanalsohle so tief unter der Sohle des den, Kanal kreuzenden Wasserlaufs liegt, daß ein. Durchlaß (s. Fig. 13) nicht mehr möglich ist. Die maximale Geschwindigkeit[634] soll im Düker 2 m pro Sekunde und der größte Stau vor dem Düker 0,30–0,45 m nicht übersteigen. Letzterer ist ohne Rücksichtnahme auf die Geschwindigkeit des ankommenden und abfließenden Wassers h = 2 v²/2 g + Rohrwiderstandshöhe zu rechnen, wobei h die Höhe des Aufstaues und v die maximale Geschwindigkeit im Düker ist [8]. Für die Querschnitte der Durchlässe und Düker werden verschiedene Formen gewählt, und zwar für kleinere Objekte aus Beton oder Eisen die Kreisform, für kleinere gemauerte Durchlässe auch oft die rechteckige Form mit Halbkreisgewölbe, für größere Durchlässe und Düker der linsenförmige Querschnitt. Bei der Konstruktion der Düker ist auch auf den Innendruck Rücksicht zu nehmen. In neuerer Zeit werden Düker und Durchlässe auch in Eisenbeton ausgeführt. Sowohl bei Durchlässen wie bei Dükern können im Bedarfsfalle auch Ablässe zur Regulierung des Kanalwasserstandes und zur Entleerung des Kanals angebracht werden (s. Fig. 13).

V. a) Um den Schiffahrtskanal möglichst wasserundurchlässig zu gestalten, werden einesteils schon beim Bau desselben, andernteils bei dessen Inbetriebsetzung und im Verlaufe des Betriebes Dichtungsarbeiten vorgenommen. Zumeist wird für Dichtungen toniges Material mit Erfolg verwendet; in Deutschland in Form von gut gestampftem Tonschlag (Lehmschlag). Die Stärke der Dichtungen wird in Einschnitten mit 30–50 cm, in Dämmen mit 50 cm bis 1,0 m angenommen. Die dichtende Tonschlagschichte wird zum Schütze gegen Beschädigungen noch mit einer 30–40 cm starken Lage von sandigem oder erdigem Material überdeckt (Fig. 14b). In Frankreich hat man vielfach wie in Fig. 3 die Kanäle mit einer ziemlich starken Schichte fetten Erdmaterials ausgekleidet, welche in Lagen von 10 cm aufgebracht, mit Kalkmilch getränkt und sorgfältig gestampft wird (corroi). An italienischen Kanälen wurden auch Dichtungen in Form von Mörtelpflaster ausgeführt.

Liegt der Kanal in wasserundurchlässigem Boden oder vollständig im Grundwasser, so kann jede Dichtung entfallen, da Wasserverluste nicht zu besorgen sind. Liegt dagegen der Kanal nur teilweise unter dem Grundwasserspiegel, so kann (s. Fig. 14a) die Dichtungsarbeit auf die Seiten des Kanalbettes beschränkt bleiben, soll jedoch möglichst bis zum wasserundurchlässigen Boden geführt werden. Soll ein Kanal gedichtet werden, der mit Wasser bereits gefüllt ist, so erfolgt die Dichtung meist durch Einschlämmen von Sand oder von tonigem Material [1], wie dies im größeren Maßstabe am Oder-Spreekanal geschehen ist. Die Art und Weise des Einschlämmens kann vom Floß aus durch die Fugen desselben oder durch Aufbringen des einzuschlämmenden Materials auf die Eisdecke erfolgen. Das Einschlämmen ist das einzige Mittel nachträglicher Dichtung bei gefülltem Kanäle, es kann aber nur als eine Beförderung der Selbstdichtung angesehen werden.

Als Ersatz für die tonige Dichtungsschichte kann auch Beton verwendet werden, mit Erfolg jedoch nur bei Einschnitten und bei solchen Dämmen, welche sich bereits vollständig gesetzt haben [11]. Die Dichtungsschichte soll wie bei Tonschlag mit einer erdigen oder sandigen Schutzschicht überdeckt werden (Fig. 4). In größerem Maßstabe wurde bei der Moldaukanalisierung und zwar am Lateralkanäle Wranan–Horcin Beton zur Dichtung des Kanalprofiles verwendet; die zwischen den einzelnen 10 qm großen und 20 cm starken Betonplatten belassenen Dilatationsfugen wurden durch Einlage von Teerpappe gedichtet [12].

Gemauerte Aquädukte werden durch einen Asphaltüberzug auf der abzudeckenden und durch einen Verputz gut abgeglichenen Mauerwerksfläche oder, wie z.B. beim Dortmund-Emskanal [8], durch Ueberdecken des Objektes mit 3 mm starken an den Rändern miteinander verlöteten Bleiplatten abgedichtet. Kleinere Objekte erhalten gewöhnlich nur eine Dichtungsschichte von Tonschlag.

Auf die Ausführungen der Dichtungen im Kanalkörper ist große Sorgfalt zu verwenden, denn die Dichtungsarbeiten verfolgen nicht allein den Zweck, durch Hintanhaltung größerer Wasserverluste den Wasserbedarf des Kanals herabzumindern, sondern sie erhöhen und sichern auch die Standfestigkeit der aus durchlässigen Bodenarten geschütteten Kanaldämme und verhüten die Verwässerung und Versumpfung der anliegenden Ländereien. Die Dichtungen sollen,[635] wo die Notwendigkeit einer solchen in Frage steht, schon bei der ersten Ausführung des Kanals hergestellt werden, da die nachträglichen Dichtungen mit unverhältnismäßig hohen Kosten verbunden sind und eine fehlende oder mangelhafte Dichtung des wasserhaltenden Profils besonders in Dammstrecken eine Gefährdung des Kanalkörpers und der Umgebung zur Folge haben kann.

b) Die Kanalufer sind in der Nähe des Wasserspiegels gegen den Wellenschlag und gegen die durch den Schiffsverkehr hervorgerufenen Wasserbewegungen und Strömungen durch Befestigung der Böschungen zu sichern. Die schädlichen Angriffe des Wassers erstrecken sich bei Kanälen für die Binnenschiffahrt von ca. 60 cm unter bis 50 cm über den Wasserspiegel und genügt die Ausführung einer Befestigung des Ufers vollständig für diese Höhe. Maßgebend für die Art und Weise eines Uferschutzes sind die Herstellungs- und Unterhaltungskosten derselben, die Standfestigkeit und Frostbeständigkeit des Bodens.

Ein einfaches und schon an älteren Kanälen verwendetes Mittel der Uferbefestigung besteht in der Anordnung einer mit Rohr, Schilf oder dergleichen Wasserpflanzen befestigten und zumeist unter Wasser liegenden Berme, für welche eine Breite von 1–2 m üblich ist. Beim Elbe-Travekanal, wo ein derartiger Schutz mit Rohr (Reth) beinahe ausschließlich zur Anwendung gelangte, wurde die Berme mit Rücksicht auf den auf diesem Kanal Stattfindenden Dampferverkehr auf 5 m verbreitert [10]. Diese Art der Uferdeckung ist jedoch bisher zumeist nur auf die im Flachlande eingeschnittenen Kanalstrecken Norddeutschlands und Hollands beschränkt geblieben. Die normale Uferversicherung besteht darin, daß der von den Wasserbewegungen gefährdete Uferstreifen mit widerstandsfähigen Materialien gesichert wird. Auch für diese Art der Befestigung empfiehlt sich nach den bisherigen Erfahrungen die Anlage einer Unterwasserberme von wenigstens 1 m Breite. An französischen Kanälen findet man vielfach auch die in Fig. 15 dargestellte Uferbefestigung; dieselbe besteht aus in 0,8 m Abstand eingeschlagenen Pfählen mit einem darauf sich stützenden Polten, auf welchen sich ein aus Steinbrocken, Ziegel, Bruchstein oder Beton bestehender mehr oder weniger steiler Schutzkörper aufsetzt. Am Dortmund-Emskanal hat sich die in Fig. 16 gezeichnete Bruchsteinpackung auf einer Unterbettung, welche bei allfälligen Setzungen leicht Ausbesserungen gestattet, bestens bewährt. In neuerer Zeit wurden am Dortmund-Emskanal und am Teltowkanal (s. Fig. 17) Versuche mit Beton und Betoneisenplatten gemacht, welche aber heute ein abschließendes Urteil noch nicht zulassen. In Häfen wird in der Regel als Uferdeckung eine Pflasterung der etwas steiler als in der laufenden Strecke angelegten Uferböschungen ca. 1 : 1¹/₄ – wie in Fig. 18 – ausgeführt. Erwähnenswert wäre dann noch das System Villa für Uferdeckungen, das in Belgien, Frankreich und Italien mit Erfolg angewendet worden ist. Dieses System besteht aus Bändern von 2–10 m Breite, die aus einzelnen durchlochten Elementen aus gebrannter Erde oder Beton mauerartig zusammengesetzt und mittels galvanisiertem Eisen- oder Kupferdraht untereinander verbunden sind. Die Metalldrähte werden zur Verankerung der Uferversicherung alle 2 m in einem Bündel vereinigt und im Boden befestigt. Die Versenkung der einzelnen Bänder erfolgt bei Verkleidungen unter Wasser, wozu sich dieses System besonders eignet, von schwimmenden Gerüsten (Fig. 18a); vgl. a. [22].

VI. Unter Schleusen eines Schiffahrtskanals versteht man im allgemeinen sämtliche Bauanlagen, welche zur Trennung der benachbarten, verschieden hohen Haltungen bezw. zum Uebergang aus einer solchen in die andre dienen. Hierher gehören: 1. Der Klappstau, nur für kleine Gefälle von etwa 0,3 m brauchbar, an holländischen Moorkanälen vorkommend, ist dasselbe wie eine schiffbare Stauschleuse; 2. die Kammerschleuse; 3. vertikale Hebewerke; 4. geneigte Hebewerke [13]. Vgl. Kammerschleuse und Schiffshebewerke.

VII. Die Zeitdauer, welche für das Passieren einer Schleuse, d.i. für eine ganze Schleusung, erforderlich ist, hat auf die Leistungsfähigkeit des Kanals einen großen Einfluß; je kürzer jene Zeit, desto größer die Leistungsfähigkeit (s. Kanalschiffahrt V). Die Schleusungsdauer setzt sich bei den an Schiffahrtskanälen in Betracht kommenden Schleusen aus drei Teilen zusammen,[636] und zwar aus der Zeit 1. für das Einfahren der Boote in die Kammer, 2. für das Füllen, das Entleeren der letzteren und 3. für das Ausfahren aus der Kammer. – Den Zeitaufwand für das Ein- und Ausfahren samt dem Oeffnen und Schließen der Schleusentore sucht man durch entsprechend gestaltete Vorhäfen und Anlage von Leitwerken vor der Schleuse und durch Anbringen eines mechanischen Zuges zu verringern; dieser Zeitaufwand, 5–8 Minuten betragend, ist dann aber gewissermaßen konstant, einerlei ob das Schleusengefälle (die Höhenstufe) klein oder groß ist. – Für das Füllen oder Entleeren der Kammerschleuse ergibt sich der kleinste Zeitaufwand aus der Bedingung, daß die durchschnittliche noch zulässige Geschwindigkeit für das Heben oder Senken des Wasserspiegels bezw. Schiffes im Maximum etwa 3 cm pro Sekunde betragen darf, dies jedoch nur dann, wenn der Wassereintritt oder -austritt aus den beiderseitigen Umlaufskanälen durch gleichmäßig auf die ganze Kammerlänge verteilte Stichkanäle (s. Kammerschleuse) erfolgt. Für die nämliche Geschwindigkeit hat man bei vertikalen Hebewerken 3–10 cm; auf geneigten Ebenen aber wird die schräge Fortbewegung 0,6 m pro Sekunde kaum überschreiten können, auf jenen des Elbing-Oberländer Kanals beträgt dieselbe nur rund 0,3 m. Die Gesamtdauer des Durchschleusens beläuft sich z.B. an den neuen Kammerschleusen von 5,2 m Gefälle des Kanals du Centre auf 14 Minuten.

VIII. Der Wasserverbrauch [14] der Schiffahrtskanäle setzt sich zusammen: a) aus jener Wassermenge, welche für das Durchschleusen der Schiffe erforderlich ist, b) aus jener Wassermenge, welche die Verluste in der für die Wasserversorgung in Betracht kommenden Kanalstrecke infolge Verdunstung und Versickerung deckt, und c) aus jener Wassermenge, welche infolge der Undichtheiten bei den Schleusentoren und Schützen noch zugeführt werden muß.

a) Für den Bedarf an Schleusenwasser ist die Größe der Schleusenkammer und das Schleusengefälle sowie die Größe des Verkehrs maßgebend; je größer und höher die Schleusen und je lebhafter der Verkehr, desto mehr Wasser wird bei den Schleusungen gebraucht werden. Bei Ermittlung des Wasserverbrauchs kommt zunächst die Scheitelhaltung in Betracht, weil die an die Scheitelhaltung beiderseits sich anschließenden Schleußentreppen ihr Wasser aus derselben erhalten. Es bezeichnet V eine Füllung der Kammerschleuse, also V = b l h, wo b die mittlere Breite und l die Länge der Kammer zwischen den Toren, dann h das Schleusengefälle; ferner sei D das Deplacement des Schiffes. Ist bei der Bergfahrt ein Schiff bereits in die Schleuse eingefahren, so wird aus der oberen Haltung zuerst das Volumen V zum Heben des Schiffes eingelassen; fährt das Schiff dann aus der Kammer aus, so fließt noch die Wassermenge D von oben in die letztere; der Schleusenwasserverbrauch für eine einfache Bergfahrt ist sonach V + D. – Bei der Talfahrt wird durch das Einfahren des Schiffes in die mit V gefüllte Kammer die analoge Menge D' in die obere Haltung zurückgedrängt, der Schleusungswasserverbrauch ist hierbei demnach V – D'. Diese beiden Schiffe, das eine hinauf-, das andre herabfahrend, benötigen also bei einfacher Schleusung, d.i. bei je vorher leerer Kammer, zusammen die Summe 2 V + D – D'. Findet eine Kreuzung zweier solcher Schiffe an der Schleuse statt, so drängt das erstere Schiff nur noch das Quantum D' ins Oberwasser zurück und der summierte Wasserverbrauch für eine solche Kreuzung ist V + D – D'. Es erscheint sonach bei jeder Kreuzung gegenüber dem einfachen Durchschleusen zweier Schiffe eine Wasserersparnis um V. Fahren in einer Schiffahrtsperiode r Schiffe bergauf, s bergab und kommen hierbei an den Schleusen x Kreuzungen vor, so ist nach dem Obigen der gesamte Schleusenwasserverbrauch W = r (V + D) + s (V – D') – x V. Bedeutet n die Gesamtzahl der Schiffe = r + s und nimmt man angenähert D = D' oder r D = s D' an; setzt man ferner voraus, daß die halbe Anzahl der Schiffe an den Schleusen kreuzt (bei besonders dichtem Verkehr können bis zu 80% Schiffskreuzungen angenommen werden) (x = n/4), so wird W = ³/₄ n V, d.h. man hat durchschnittlich für jedes Schiff als Schleusenwasser ³/₄ einer Kammerfüllung nötig. Diese Wassermenge W genügt für die ganze Schleusentreppe, welche auf einer Berg- bezw. Talseite sich befindet, ohne Rücksicht auf die Anzahl der Kammerschleusen, da jede Schleusenentleerung die anstoßende untere Haltung speist. Da jedoch jedes Boot die beiden Schleusen der Scheitelhaltung passiert, so ist demnach der totale Schleusenwasserverbrauch aus der Scheitelstrecke gleich 2W, oder durchschnittlich pro Schiff 1,5 V. Dieser Verbrauch läßt sich im Bedarfsfalle durch Anordnung von Sparbecken (s.d.) noch praktisch zweckmäßig um 30 oder 50% verringern. Bei den Hebewerken (vertikalen oder auf geneigten Ebenen) ist ein eigentliches Schleusenwasser nicht nötig; was hier allfällig an Wasser gebraucht wird, dient nur als Ballast zur Erzielung eines Uebergewichtes und ist verhältnismäßig sehr gering.

Wenn ein größerer Teil des Verkehrs nicht die ganze Länge des Kanals durchfährt, so ist für die Wasserversorgung jene Kanalstrecke zugrunde zu legen, welche den meisten Verkehr hat; ebenso wären in dem Falle, wo unterhalb der Scheitelstrecke Schleusen mit größerem Gefälle vorkommen und für dieselben kein Zuschußwasser aus einer sekundären Wasserversorgung zur Verfügung steht, die größeren Gefälle an den unterhalb gelegenen Schleusen in Rechnung zu nehmen.

b) Der Wasserverlust infolge Versickerung ist in Kanalstrecken, in welchen der Wasserspiegel des Kanals nahe dem Grundwasserspiegel liegt, sehr klein. Sonst ist die Versickerung abhängig von der Bodenbeschaffenheit und der Güte der ausgeführten Kanaldichtungen. Insbesondere werden Kanäle, welche auf Dämmen oder auf Lehnen geführt werden, größere Versickerungsverluste erleiden als im Terrain eingeschnittene Kanäle. Wo auf die teilweise Speisung aus dem Grundwasser nicht gerechnet werden kann, wird der Wasserbedarf für Verdunstung und Versickerung auf Grund der bisherigen Erfahrungen pro Kilometer und Sekunde mit 16 l angenommen, was einem täglichen Höhenverlust des Kanalwasserstandes bei der üblichen Breite von 30–35 m der modernen Kanäle von 45 mm entspricht, wovon etwa 34 mm auf die Versickerung und 11 mm auf die Verdunstung entfallen. Bei älteren, schon genügend konsolidierten[637] und gedichteten Kanälen können jedoch infolge der dann geringeren Versickerungen diese Verluste mit 8 l angenommen werden.

c) Die Verluste infolge der Undichtheiten bei den Schleusentoren und Schützen werden erfahrungsgemäß für die beiden Schleusen der Scheitelstrecke für je 1 m Schleusengefälle und Sekunde mit 5 l angenommen.

IX. Die Anlagen für die Wasserversorgung der Kanäle sollen imstande sein, dem Kanäle auch zur Zeit des größten Wasserbedarfs und des größten Wassermangels in der Natur das erforderliche Speisewasser zuzuführen. Am einfachsten, jedoch nur bei Kanälen im Flachlande möglich, ist die Wasserversorgung aus dem Grundwasser. So erhält z.B. der durchwegs im Terrain eingeschnittene und unter Grundwasser liegende Teltowkanal sein ganzes Speisewasser aus dem Grundwasser selbst. Ebenso auch der Elbe-Travekanal. Sonst erfolgt in den meisten Fällen die Beschaffung des Speisewassers durch Entnahme aus natürlichen Gewässern und wird dasselbe dem Kanäle von der Entnahmestelle mit natürlichem Gefälle oder, wenn die Höhenlage des Kanals dies nicht gestattet, durch Pumpwerke (s. Wasserhebung) zugeführt.

Wo Wasser aus natürlichen Gewässern gar nicht oder nicht in genügender Menge beschafft werden kann, ist man gezwungen, die Niederschlagswässer und die während der Hochfluten sonst abfließenden überschüssigen Wassermengen in Stauweihern, Reservoiren u.s.w. aufzufangen und daselbst für die Kanalspeisung aufzuspeichern. Der Inhalt eines solchen Beckens hängt ab von der Menge des atmosphärischen Niederschlags des Einzugsgebiets und dem Wassererfordernis. Aus ökonomischen Gründen empfiehlt es sich, die Becken möglichst groß auszuführen. Erscheint ein Becken ungenügend, so sind für die Anlage von Stauweihern weitere geeignete Gebiete heranzuziehen. So hat z.B. der Kanal von Burgund sechs Stauweiher von zusammen 28000000 cbm Fassungsraum; für die Vogesenstrecke des Rhein-Marnekanals sind bei Gondrexange 6200000 cbm aufgespeichert. Für den Rhein-Weserkanal wie für den Donau-Oderkanal sind große Stauweiheranlagen, und zwar für letztere sieben Stauweiher von zusammen 27000000 cbm Fassungsraum in Aussicht genommen. Wenn tunlich, ist sowohl bei Entnahme aus Flüssen wie aus Stauweihern das Speisewasser mittels eines Hauptspeisegrabens (Zubringers) direkt in die Scheitelhaltung einzuleiten. Für die Deckung der Wasserverluste in den tieferen Haltungen erscheinen oft besondere Einleitungen, sogenannte sekundäre Speisegräben, ökonomisch. Bei Berechnung der Leistungsfähigkeit der Speisegräben ist auch auf die im Graben stattfindenden Wasserverluste Bedacht zu nehmen.

An den Mündungen der Speisegräben in den Kanal werden in der Regel Speiseschleusen eingebaut. Sie sperren den Graben teilweise mit Schützen ab, wenn seine Ergiebigkeit den Bedarf übersteigt. In der Nähe der Einlaßschleuse ist dann noch eine Ablaßschleuse in Verbindung mit einem Entlastungsgraben zur Aufnahme des Ueberschußwassers anzuordnen. Da die pro Sekunde der Scheitelhaltung zuzuführende Wassermenge entsprechend den täglichen Schwankungen im Schiffsverkehre veränderlich ist, empfiehlt es sich, in der Nähe der Scheitelhaltung ein Ausgleichreservoir anzulegen; manchmal kann auch die Scheitelstrecke selbst, wenn sie genügend lang ist, wie z.B. beim Donau-Oderkanal, durch Vergrößerung des Kanalquerschnitts (größere Breite und Tiefe) als Ausgleichreservoir dienen.

X. Entlastungsanlagen dienen zur Ableitung des überschüssigen Wassers bezw. zur Regulierung des Kanalwasserstandes und weiters im Bedarfsfalle zur Entleerung des Kanals. Diese Anlagen sind derart anzuordnen, daß das zur Ableitung gelangende Wasser sobald als möglich aus dem Kanal entfernt wird. Zur Ableitung des Ueberschußwassers dienen oft nur gewöhnliche Ueberfälle, deren Leistungsfähigkeit aber eine sehr geringe ist. Den gedachten Zweck erfüllen Grundablässe vollständiger.

Wo ein natürlicher Wasserlauf den Kanal kreuzt, können die Entlastungsanlagen leicht mit den Durchlässen oder Dükern in Verbindung gebracht werden. Beim Dortmund-Emskanal ist die Leistungsfähigkeit der Entlastungsvorrichtungen so bemessen, daß die Entleerung für das Kilometer nicht mehr als 3 Stunden in Anspruch nimmt und die Wassergeschwindigkeit dann 0,2 m im Kanal nicht übersteigt. So sind in der 67 km langen Scheitelhaltung dieses Kanals fünf Entlastungsanlagen mit zusammen 27 cbm pro Sekunde Leistungsfähigkeit vorgesehen.

XI. Sicherheitstore haben den Zweck, die Haltung des Kanales in einzelne Strecken zu unterteilen, damit im Falle eines Dammbruches der Wasserverlust nur auf die betreffende Teilstrecke des Kanals beschränkt bleibt und weiters die schädliche Wirkung des ausströmenden Wassers tunlichst hintangehalten werden kann. Sicherheitstore finden nur in langen Haltungen Anwendung und sind besonders zweckmäßig vor und hinter längeren Dammstrecken. Als Sicherheitstore haben in französischen Kanälen selbsttätige Stemmtore (Fig. 19) Verwendung gefunden, welche sich schließen, sobald im Kanal eine ungewöhnliche Strömung eintritt. In der Regel werden aber die Sicherheitstore als Klapptore mit horizontaler Drehachse angewendet und finden sich Ausführungen dieser Art am Oder-Spreekanal vor. Am Dortmund-Emskanal [8] sind nach beiden Richtungen kehrende Sicherheitstore zur Ausführung gelangt. Ein solches Tor besteht aus einer segmentförmigen Abschlußblechwand, welche beiderseits auf wagerechten Achsen gelagert ist. In geöffnetem Zustande steht das Tor senkrecht über der Drehachse in einer solchen Höhe über dem Wasserspiegel des Kanals, daß die Schiffahrt nicht behindert wird. Die Bewegung des Tors erfolgt durch Winden (s. Fig. 20).

XII. Kanalhäfen sollen überall dort angelegt werden, wo Güter gelöscht und eingenommen werden können, und dabei ist auf gute Verbindungen mit Straßen und Eisenbahnen[638] Rücksicht zu nehmen. Als einfachste Hafenanlage ist die Verbreiterung des Kanals um eine Schiffsbreite anzusehen. Für größere Häfen, welche zwei und mehr Schiffe aufnehmen sollen, wird oft eine Trapez- oder Dreieckform wie in Fig. 21 gewählt; der Hafen kann dann gleichzeitig auch als Wendeplatz dienen. Kaimauern findet man an kleinen Kanalhäfen seiten, und die 1 : 1 bis 1 : 1¹/₂ geböschten Hafenufer sind gewöhnlich nur mit Bruchsteinen verkleidet. Das an den Kanal anschließende Hafengebiet liegt gewöhnlich nicht viel mehr als 1 m über dem Wasserspiegel des Kanals. Bei den neueren deutschen Kanälen werden die größeren Verkehrshäfen als Stichhäfen mit schräger Hafeneinfahrt aus dem Kanal ausgebildet. Diese Art der Häfen hat den Vorzug, daß die durchgehende Schiffahrt nicht behindert wird. Fig. 22 stellt einen solchen größeren Hafen am Teltowkanal dar, Wichtig ist noch, daß jeder größere Hafen zur Erleichterung des Warenumschlags entsprechend ausgerüstet werde.

XIII. Die Baukosten der Kanäle sind sehr verschieden, je nachdem die Terrainschwierigkeiten größer oder geringer sind und die Wasserbeschaffung sich mehr oder weniger leicht gestaltet. Beim Oder-Spreekanal z.B. beliefen sich die Gesamtbaukosten durchschnittlich auf 151000 ℳ. pro Kilometer [5], beim Merwedekanal mit sehr großem Querprofil auf 473000 ℳ. ([4], S. 411), beim alten Rhein-Marnekanal auf 191000 ℳ., beim Dortmund-Emskanal 316000 ℳ.

Bei französischen Kanälen, welche ein bedeutend kleineres Querprofil als die deutschen Kanäle haben, betrugen die Baukosten 132000 bis 297000 ℳ. pro Kilometer. Die neuen deutschen Kanäle sind veranschlagt, und zwar der Kanal vom Rhein nach Herne, dreischiffig mit Zugschleusen, mit 1360000 ℳ., der Kanal Bewergern-Hannover mit 490000 ℳ. pro Kilometer. Die Erhaltungskosten belaufen sich für große Kanäle auf jährlich 1200–1800 ℳ., für kleinere auf 800–1000 ℳ. pro Kilometer.

Literatur: [1] Handbuch der Ingenieurwissensch., 3. Teil, Bd. 5, Leipzig 1906. – [2] Reynaud, Les travaux publics de la France, Paris 1883. – [3] Dinglers Polyt. Journ. 1886, S. 278. – [4] Weber, Bau u.s.w. der Wasserstraßen, Wien 1895. – [5] Zentralblatt der Bauverwaltung 1905, Nr. 97. – [6] Handbuch der Ingenieurwissensch., 1. Teil, Bd. 2, Leipzig 1905. – [7] Zentralblatt der Bauverwaltung 1894, Artikel Dämme und Deiche im Moorboden. – [8] Der Bau des Dortmund-Emskanals, Sonderabdruck aus der Zeitschr. für Bauwesen 1901/02. – [9] Wortman, Die Sicherung der Kanalufer (VI. Internat. Binnenschiffahrtskongreß, Haag 1894). – [10] Zeitschr d. Ver. deutsch. Ing. 1900, Nr. 24, Artikel Der Elbe-Travekanal. – [11] Annales des ponts et des chaussées 1886, I, und 1898, II. – [12] Rubin, Der Bau des Lateralkanals bei Wranau, Zeitschr. d. Oesterr Arch.- u. Ing.-Ver. 1906, Nr. 13. – [13] Handbuch der Ingenieurwissensch., 3. Teil, Bd. 8, Leipzig 1904, Artikel Die Schiffsschleusen. – [14] Grohmann, Die Wasserversorgung des Donau-Oderkanals, Zeitschr. d. Oesterr. Arch.- u. Ing.-Ver. 1904, Nr. 7 u. 8. – [15] Mas, F B. de, Canaux, Paris 1904. – [16] Zeitschr. für Binnenschiffahrt 1898, 1901, 1903, Artikel Der Teltowkanal. – [17] Oppermann, Vorarbeiten für Schiffahrtskanäle, Leipzig 1905. – [18] Debauve, Des eaux comme moyen de transport, Paris 1878. – [19] Zentralblatt der Bauverwaltung 1883, S. 196. – [20] Geck, Projekt des Rhein-Weser-Elbekanals, Hannover 1896 u. 1898. – [21] Sartori, Projekt des Elbe-Kielkanals, Berlin 1898. – [22] Befestigung von Dämmen und Böschungen bei Wasserläufen durch das System Villa, Vortrag von A. Gasse, Brüssel.

Pachnik.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12.

Fig. 13.

Fig. 14a., Fig. 14b.

Fig. 15.

Fig. 16.

Fig. 17.

Fig. 18.

Fig. 18a.

Fig. 19.

Fig. 20.

Fig. 21.

Fig. 22.