Kanalströmungen

Kanalströmungen bezeichnen die Strömung in offenen Wasserkanälen wie Bewässerungs- oder Entwässerungskanälen, aber auch in Verkehrs- oder Druckkanälen. Im Gegensatz zu geschlossenen Rohren besitzt das Wasser eine freie Oberfläche, wodurch der Druckzustand nicht direkt bekannt ist, sondern durch das Gefälle, die Geometrie und die Rauhigkeit bestimmt wird. Die Strömung kann laminar oder turbulent sein, ist in der Praxis jedoch meist turbulent; je nach Durchflussmenge, Tiefe und Kanalbauteil kann auch ruhige Strömung auftreten. Eine zentrale Unterscheidung ist die Gleichmaßstreuung: gleichmäßige (uniforme) Strömung, bei der Querschnitt, Tiefe und Geschwindigkeit konstant sind, sowie allmählich veränderte Strömung, in der Tiefe und Geschwindigkeit entlang des Kanals variieren.

Gängige Gleichungen in der offenen Kanalströmung beruhen auf Kontinuität und Impulserhaltung. Für viele praxisnahe Fälle wird die Manning-Gleichung verwendet: v = (1/n) R^(2/3) S^(1/2), mit Q = v A; hier ist n der Rauhigkeitskoeffizient, R der hydraulische Radius (A durch die benetzte Fläche P), und S die Gefällstelle des Kanals. Die Strömung wird oft durch die Froude-Zahl Fr = v / sqrt(g h) charakterisiert, wobei Fr < 1 subkritisch und Fr > 1 superkritisch bedeutet; zwischen beiden Zuständen kann es zu hydraulischen Sprüngen kommen.

Betriebs- und Entwurfspraxis: Planung von Bewässerungs- und Entwässerungskanälen, Regulierung durch Schleusen, Wehr- und Drosselbauwerke; Bemessung von Abfluss, Durchflussmessung und Überwachung der Sedimentation. Umweltrelevanz umfasst Wasserqualität und Erosionsschutz.