Ingenieure von Transport Scotland haben das Potenzial von Wasserstandsüberwachungssystemen untersucht, um Risiken zu mindern, wenn die Verkehrsinfrastruktur mit fließendem Wasser interagiert. Der Versuch wurde an einer Brücke über Vales Burn in der Nähe von Hawick in Schottland durchgeführt, und die Überwachungsausrüstung wurde von OTT HydroMet bereitgestellt. Wendy Strain von OTT sagt: „Das System war so eingestellt, dass es Alarme bei voreingestellten Wasserständen auslöst, was das Timing und die Effizienz von Standortinspektionen verbesserte.“
Der Klimawandel erhöht die Häufigkeit und Schwere extremer Wetterereignisse wie Stürme und Überschwemmungen. Dies stellt eine wachsende Bedrohung für Strukturen dar, die in Zeiten mit hohem Wasserdurchfluss anfällig für Kolk sein könnten. Der Versuch wurde daher eingerichtet, um festzustellen, ob der Zugang zu entfernten Wasserstandsmessungen den Schutz kritischer Verkehrsinfrastruktur verbessern könnte.
Hintergrund
Die Stabilität und Unversehrtheit von Bauwerken wie Brücken, Durchlässen und Mauern kann durch „Brückenkolk“ beeinträchtigt werden, der durch schnell fließendes Wasser verursacht wird, das Material von den Fundamenten von Brückenwiderlagern oder Pfeilern entfernt.
Es gibt drei Hauptarten von Durchfall. Lokale Kolkbildung wird durch den schnelleren Wasserfluss verursacht, der um Pfeiler und Widerlager herum auftritt. Einschnürungskolke entsteht durch Wasser, das durch eine enge Öffnung beschleunigt wird, und Degradationskolke kann ein Flussbett über einen längeren Zeitraum sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts eines Bauwerks absenken.
Die Auswirkungen von Brückenuntergang können verheerend sein. Während einer Überschwemmung im Jahr 1987 beispielsweise stürzte die Glanrhyd-Brücke in Carmarthenshire teilweise ein, wodurch ein Zug in den Fluss Towy stürzte und den Fahrer und drei der Passagiere tötete. Im Jahr 2009 wurde das Versagen des Malahide-Viadukts in Dublin, Irland, durch Fundamentdurchforstung verursacht. Zwei Nahverkehrszüge mit Hunderten von Fahrgästen waren nur Sekunden von der Katastrophe entfernt, als ein 20 Meter langer Abschnitt des Viadukts einstürzte, nachdem sie darüber gefahren waren. Niemand wurde getötet, aber es folgte ein Reisechaos.
Heutzutage führen Straßen- und Eisenbahnbehörden regelmäßige Inspektionen durch, um das Kolkrisiko einzuschätzen.
Brückenschlag in Schottland
Transport Scotland ist in vier operative Regionen aufgeteilt, und Jim Brown ist South East Unit Bridge Manager. Vor dieser Position verbrachte Jim 42 Jahre als Bauingenieur bei Network Rail, davon 13 Jahre als Leiter der geotechnischen Disziplin in Schottland – man kann also sagen, dass Jim ein oder zwei Dinge über Brückenkolkung weiß. „Das wichtigste Ziel ist die Früherkennung eines erhöhten Risikos“, erklärt Jim. „Sobald wir festgestellt haben, welche Strukturen bei Überschwemmungen anfälliger sind, können wir unterschiedliche Minderungsstufen implementieren.
„Es wurde viel geforscht, um den Kolk überwachen zu können, aber das ist offensichtlich problematisch, weil potenzieller Kolk zu Zeiten auftritt, in denen es nicht möglich ist, das Flussbett zu sehen, und sicherlich nicht möglich ist, Taucher einzusetzen“, fügt Jim hinzu. „Aus diesem Grund ist die kontinuierliche Überwachung des Wasserstands nicht die perfekte Lösung, aber möglicherweise die beste und praktikabelste.“
Der Wasserstand wird bereits von den Inspektionsteams als Risikofaktor verwendet, wo der Hochwasserstand von 1 zu 200 durch eine feste Markierung auf Bauwerken angezeigt wird. Transport Scotland muss jedoch 700 Bauwerke überwachen, die über oder neben Wasser liegen, und Inspektionen vor Ort sind kostspielig. Sowohl finanziell als auch in Bezug auf Ressourcen. Das Inspektionssystem könnte daher effizienter sein, wenn es durch fernverfügbare Wasserstandsdaten informiert werden könnte, insbesondere wenn die Daten eine schnellere und effizientere Umsetzung von Minderungsmaßnahmen ermöglichen.
Wenn festgestellt wird, dass ein Bauwerk ein hohes Risiko darstellt, wird eine hydrologische Bewertung vorgenommen. Dies kann dazu führen, dass die Struktur selbst verstärkt werden muss, sowie Maßnahmen zum Schutz oder zur Auffüllung potenzieller Kolkzonen und/oder zur Änderung des Wasserflusses und zur Unterbrechung von Wirbeln. In extremen Fällen, wenn eine potenziell gefährdete Struktur Hochwasser ausgesetzt ist, kann es erforderlich sein, Autobahnen oder Eisenbahnlinien zu sperren, bis das Risikoniveau gesenkt werden kann.
Vales Burn-Prozess
Angesichts des Potenzials von Live-Wasserstandsdaten zur Information des Brückeninspektionsprozesses wurde OTT HydroMet aufgefordert, ein Überwachungssystem vorzuschlagen, das an einem Durchlass auf dem Vales Burn evaluiert werden könnte. „Unsere Lösung bestand aus einem Wasserstandslogger OTT ecoLog 1000 in einem Schwallrohr mit Mobilfunkverbindung zur Hydromet Cloud; eine webfähige Plattform zur Verarbeitung, Anzeige und Speicherung hydrometeorologischer Daten“, erklärt Wendy Strain. „Daten sollten routinemäßig alle 6 Stunden übertragen werden, aber es wurden zwei Alarmstufen festgelegt, um bei Bedarf SMS-Benachrichtigungen auszulösen.“
Das Überwachungssystem wurde im September 2021 installiert, und Jim Brown sagt: „Der Versuch ist ein großer Erfolg; Wir verwenden die Hochwasserwarnungen der Scottish Environmental Protection Agency (SEPA) zur Überwachung von Überschwemmungen, und unserer Erfahrung nach treten die höchsten Wasserstände im Allgemeinen etwa ein oder zwei Tage nach einem Sturm auf. Daher war eines der Hauptziele des Versuchs, dies zu bestimmen die beste Zeit, um Inspektionspersonal zu entsenden.
„Die Monitore gaben während der Studie zwar Alarme aus, aber diese waren, wenn die Werte die niedrigere Alarmstufe erreichten, und in diesen Fällen waren keine weiteren Eingriffe erforderlich. Mithilfe der Wasserstandsdaten können wir daher den Einsatz der Inspektionsteams optimieren und das Risiko mindern“, fügt Jim hinzu.
Zusammenfassung
Brückenkolk ist ein seit langem bestehendes Problem für die Verkehrsinfrastruktur, daher bietet der Einsatz von Fernwasserstandsmonitoren/-alarmen, auf die über PCs oder eine mobile App zugegriffen werden kann, Eisenbahn- und Autobahnbehörden die Möglichkeit, ihre Aktivitäten zur Kolkbewertung zu optimieren, Gegenmaßnahmen zu priorisieren und zu verbessern Widerstandskraft transportieren und Sicherheit schützen.
Über den Versuch nachdenkend, sagt Jim: „Dieses Projekt hat gezeigt, dass ein Netzwerk von Wasserstandsmonitoren Brückeningenieure über möglicherweise betroffene Strukturen informieren könnte. Ich verstehe, dass die Hydromet Cloud-Plattform in der Lage ist, sich mit einer nahezu unendlichen Anzahl von Wasserstandsmonitoren zu verbinden, sodass wir dies in Zukunft möglicherweise in größerem Umfang einführen können.“
