Permafrosttalsperre

Permafrosttalsperre
Sengbachtalsperre
Stausee Oberrabenstein bei Chemnitz

Eine Talsperre staut mit einem Absperrbauwerk in einem Tal ein Fließgewässer zu einem Stausee auf; dabei bilden die gegenüberliegenden Talflanken den seitlichen Halt der Talsperre und die Begrenzung des Stausees.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Technisch-fachlich

Die technisch-fachliche Definition ist: Eine Talsperre ist eine Anlage zum Stauen von fließendem Wasser (Stauanlage), die über den Querschnitt des Wasserlaufs hinaus die ganze Talbreite abschließt. Im Gegensatz dazu schließt ein Wehr nur den Querschnitt eines Wasserlaufs auf dessen Breite ab. Der Stauraum dient als Speicher (DIN 19700-11).

Juristisch

Die juristische Definition ist den Wassergesetzen der Länder zu entnehmen, z. B. dem §84 SächsWG: Danach ist eine Talsperre eine Stauanlage von mehr als 5 m Höhe (gemessen von der Bauwerkskrone bis zum tiefsten Geländepunkt im Speicher) und mehr als 100.000 m³ Inhalt des Speicherbeckens. (z. B. LWG NW § 105). Als Talsperren gelten Stauanlagen einschließlich ihrer Speicherbecken.

Funktion einer Talsperre

Der Speichersee der Schwarzenbachtalsperre (Nordschwarzwald)

Talsperren dienen folgenden Hauptzwecken:

Zusätzlich werden viele Stauseen und ihre näheren Umgebungen für Freizeit- und Sportaktivitäten und zur Erholung genutzt.

Klassifizierung der Absperrbauwerke

Man unterscheidet folgende Ausführungen der Absperrbauwerke:

Staudamm

Die Talsperre wird aus Gestein und Erde aufgeschüttet. Die Stabilität des Bauwerks ist durch das Eigengewicht und den flachen Böschungswinkel gegeben. Bei der Abdichtung wird zwischen einer Oberflächendichtung und einer Kerndichtung unterschieden.

Bei der Oberflächendichtung wird der Damm auf der Wasserseite zum Beispiel durch eine Lehm oder Tonschicht abgedichtet. Es gibt jedoch auch andere Ausführungen dieser Dichtungsart – wie etwa bituminöse Schichten. Der Nachteil bei dieser Ausführung ist, dass die Dichtung Witterungseinflüssen und Wellenschlag ausgesetzt ist, und daher eher einem Verschleiß unterliegt.

Bei der Kerndichtung befindet sich ein sogenannter Dichtriegel im Innern des Dammes. Der Nachteil dieser Ausführung ist, dass spätere Nachbesserungen oder Sanierungen erheblich erschwert sind. Darüber hinaus steht als Widerlager gegen die horizontal wirkenden Kräfte (der Wasserdruck versucht, den Damm wegzuschieben) nur der Dammschüttkörper hinter der Kerndichtung zur Verfügung, denn der Wasserdruck wirkt auf die Dichtung. Damit kommen Dämme mit Oberflächendichtung mit weniger Dammschüttmaterial aus.

Der Überlauf (Hochwasserentlastungsanlage) wird bei Erddämmen meist gemauert oder betoniert ausgeführt und möglichst auf gewachsenen Boden oder besser sogar auf Fels gegründet.

Diese Sperren werden oft, aber nicht ausschließlich, für kleine Becken an kleinen Flüssen verwendet. Eine weitere Einsatzmöglichkeit sind auch große Talquerschnitte mit schwierigem Baugrund. Wenn aufgrund der Baugrundverhältnisse wie beispielsweise eine geringe Druckfestigkeit des anstehenden Bodens nur geringe Bodenpressungen möglich sind, ist die Dammkonstruktion wegen ihrer großen Aufstandsfläche eine der besten Lösungen für eine Talsperre.

Beispiele:

Gewichtsstaumauer

Diese Mauern werden im Kern aus Mauerwerk oder Beton hergestellt. Die Oberfläche wird abgedichtet und die Mauerkrone befestigt. Diese Talsperrenart hält dem Druck der Wassermassen allein auf Grund ihres Gewichtes stand.

Beispiele:

Bogenstaumauer oder Gewölbestaumauer

Bei sehr hohen und nicht sehr breiten Tälern wendet man die Bogenstaumauern vorrangig an. Die Mauer ist nicht eben, sondern bildet einen gegen die Wasserseite vertikal und horizontal gespannten Bogen. Der durch das Wasser erzeugte Druck auf die Mauer wird über den Bogen auf die seitlich im Berg gelegenen Fundamente abgeleitet. Bei dieser Mauerform ist die Bindung an den Fels besonders wichtig. Bogenstaumauern werden beispielsweise bei Stauseen in der Schweiz und in Österreich am häufigsten angewendet.

Beispiele:

Bogengewichtsmauer

Als Mischform zwischen reinen Bogenstaumauern und Gewichtsstaumauern: Ein Teil der Lasten wird über Bogenwirkung abgetragen, der Rest durch die Kragträgerwirkung der Mauer. Die notwendige Aufstandsfläche ist geringer als bei einer Gewichtsstaumauer. Die Vorteile sind gegenüber einer Gewichtsstaumauer eine geringere Masse und gegenüber einer Bogenstaumauer die geringere Belastung der Talflanken und geringere Wirkung des Schwindens des Betons.

Beispiele :

Pfeilerstaumauer

Eine Pfeilerstaumauer ist im Wesentlichen eine Betonstaumauer mit Pfeilern, die die Kräfte in den Untergrund ableiten, sowie mit materialsparenden Zwischenräumen.

Beispiele

Oftmals haben Talsperren eine Vorsperre, hinter der sich ein „Vorbecken“ befindet, um darin von den Zuflüssen mitgeführte Verunreinigungen zurückzuhalten – beispielsweise Baumstämme, Öl, Geröll und Sedimente –, was insbesondere bei Anlagen zur Trinkwasserversorgung von Bedeutung ist. Gegen einen über das Sollmaß hinaus gehenden Wasserpegel hilft ein Überlaufbauwerk beziehungsweise die Hochwasserentlastung.

Überwachung

Hinter Talsperren verbirgt sich eine große Gefahr in Form der aufgestauten Wassermengen. Um die Sicherheit zu erhöhen und damit Talsperren-Katastrophen zu vermeiden, werden ständig Messungen und Kontrollen durchgeführt. Dadurch sollen Veränderungen frühzeitig erkannt werden um gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen vornehmen zu können. Die Überwachung findet in Deutschland in Abstimmung mit der staatlichen Aufsichtsbehörde des jeweiligen Bundeslandes statt.

  • Hochwasserentlastung: Die Hochwasserentlastung dient dem kontrollierten Ableiten von Hochwässern für den Fall, dass der Speicher bereits voll ist und im Einzugsgebiet des Speichers sehr viel Regen fällt. Durch Öffnungen in der Staumauerkrone, über die eine Brücke führt, kann das Wasser im Hochwasserfall geordnet abfließen.
  • Grundablässe: Durch die Grundablässe kann der Speicher bei Gefahr rasch geleert werden.
  • Überwachung durch Begehung: Erfahrungsgemäß würden die meisten Veränderungen im Bereich von Talsperren und an den Talsperren selbst durch Beobachtung erkannt werden. Neben dem ständigen Fernüberwachen ist es sehr wichtig, die Talsperren und das umliegende Gelände regelmäßig vor Ort zu besichtigen. Das erfolgt in kurzen Abständen bei periodischen Begehungen.
  • Messtechnische Überwachung
    Mit einem umfangreichen Messsystem wird erfasst, wie die Talsperre auf die Wasserdruckbelastung und andere äußere Einflüsse reagiert.
    • Wetterstationen: Wetterstationen liefern Temperatur- und Niederschlagswerte. Sie werden gebraucht, um das Verhalten der Sperre beurteilen zu können. Die Wetterwerte werden aber auch benötigt, um den Speicherinhalt optimal zu nutzen.
    • Geodätische Messungen: Mindestens einmal jährlich werden geodätische Messungen durchgeführt. Das sind absolute Lage- und Höhenmessungen.
    • Wassermessungen: Das Messen der Sickerwässer ist bei Talsperren besonders wichtig. Vor allem der Untergrund von Sperren ist nie vollständig dicht. Sickerwässer im Untergrund gehören zum normalen Betrieb von Talsperren. Die Sickerwässer lassen Rückschlüsse auf Veränderungen im Sperrenkörper und im Sperrenuntergrund zu. Der Wasserdruck im Fundament von Sperren, der sogenannte Auftrieb, hat bei Beton-Gewichtsmauern besondere Bedeutung. Er wirkt aus dem Gebirgsfundament auf den Sperrenkörper. Durch ausreichendes Ableiten des Sickerwassers wird die Standsicherheit der Sperre gewährleistet. Der Druck auf die Sohle der Sperre wird ständig mit Piezometern oder Manometern gemessen.
    • Verformungsmessungen: Das Messen der Verformungen beruht auf dem physikalischen Prinzip, dass sich jedes Bauwerk verformt, wenn es belastet wird. Staumauern werden durch Wasserdruck und Temperaturschwankungen belastet. Die dadurch auftretenden Verformungen bei Talsperren sind jedoch so gering, dass sie mit freiem Auge nicht zu erkennen sind. Mit Hilfe verschiedener Spezialinstrumente werden alle Bewegungen registriert.
    • Extensometermessung: Bei der Extensometermessung wird die Längenänderung der Staumauer in verschiedene Richtungen der Staumauer registriert.
    • Lotmessung: Mit einem Lot im Innern der Staumauer wird gemessen, ob sich die Dammkrone horizontal verschiebt.
    • Inklinometermessung: Das Inklinometer misst mögliche Veränderungen des Neigungswinkels einer Staumauer.

Bei deutschen Talsperren findet einmal im Jahr eine Talsperrenschau statt. Die Aufsichtsbehörde besichtigt mit dem Betreiber den Staudamm mit den dazugehörenden Anlagen. Jährlich muss für jede Talsperre ein Sicherheitsbericht erstellt werden. Grundlage für den Bericht ist das vom DVWK (Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau) herausgegebene Merkblatt 231 „Leitfaden Sicherheitsbericht Talsperren“. In größeren Abständen (ca. alle 10 Jahre) müssen in Deutschland die Talsperren einer vertieften Überprüfung unterzogen werden.

Für jede Talsperre existiert ein „Talsperrenbuch“ mit folgenden Bestandteilen:

  • Angaben und Entscheidungen aus der Planungs- und Bauzeit
  • Zusammenstellung der Antrags und Genehmigungsunterlagen
  • Beschreibung der Gesamtanlage
  • Beschreibung der Einzelbauwerke
  • Betrieb und Unterhaltung
  • Zeichnerische Darstellung

Ökologische Risiken

Talsperrenbauten sind mit erheblichen ökologischen Veränderungen und Beeinträchtigungen von Natur und Landschaft verbunden. Das natürliche Fließgewässerregime wird in der Regel erheblich verändert.

Die Risiken wachsen mit der Größe der Talsperre. Mehrere Nationen und internationale Banken sind zu dem Schluss gekommen, dass die Langzeitfolgen von Großstaudämmen nicht vorhersehbar sind. Wo sie vorhersehbar waren, wurden Studien teilweise nicht veröffentlicht. Belegt ist dies in Deutschland durch die Nichtveröffentlichung von Gutachten für eine Hermes-Bürgschaft für den Ilisu-Staudamm.

Bei stark Geschiebe führenden Flüssen im Zulauf besteht die Gefahr der Versandung. Der Gezhouba-Staudamm hat durch diesen Effekt bereits nach sieben Jahren ein Drittel seiner Staukapazität eingebüßt.

Die USA haben erklärt, keine Großstaudämme mehr zu realisieren, da die ökologischen Schäden zu groß seien. Schon heute investiere man Milliarden Dollar, um die Auswirkungen der bestehenden Dammbauten zu lindern. China dagegen verwirklichte den Drei-Schluchten-Damm trotz der Warnungen vieler Wissenschaftler und Politiker vor den Folgen des Staudammbaus. Dort wurden die Hauptgegner - von Umsiedlung betroffene Bevölkerung, Umweltschützer, Politiker und das Militär - mit verschiedenen Mitteln politisch ruhiggestellt. Die Berichterstattung über die bereits eingetretenen Folgen wie Hangabgänge und Wasserverschmutzung wurde behindert.

In Hochgebirgen besteht insbesondere bei Speicherkraftwerken, die nicht durchgehend betrieben werden, die Gefahr einer sogenannten Schwallwasserbildung: Bei abgeschaltetem Kraftwerk ist das Unterwasser fast trocken, bei laufendem Betrieb sind im Fluss hochwasserähnliche Zustände. Neben den ökologischen Auswirkungen eines derartigen Betriebes ist es hier auch denkbar, dass Menschen durch den plötzlich einsetzenden Wasserschwall erheblich gefährdet werden.

Neben der Gefahr eines Dammbruchs wird in einigen Gebieten auch die Gefahr der Auslösung von Erdbeben („reservoir induced seismicity“) unterstellt.

Die größten Talsperren der Erde

Hier befindet sich eine Liste der größten Talsperren der Erde.

Die älteste Talsperre der Erde

Die älteste noch teilweise erhaltene Talsperre der Erde ist das Sadd-el-Kafara im Wadi el Garawi bei Kairo, Ägypten (verschiedenen Angaben zufolge zwischen 2950 und 2500 v. Chr. erbaut).

Nach Vogel befindet sich die älteste Talsperre der Welt aus dem 4. Jahrtausend v. Chr. in Jordanien, nämlich das Trinkwasserreservoir von Jawa (siehe Österreichische Wasserwirtschaft 7/8 1981). Damit identisch ist wahrscheinlich der von Herzog 1993 beschriebene Waja-Damm in Jordanien (4000 v. Chr.), ein Erd- und Steindamm. Auch eine weitere Quelle weist auf 5 Meter hohe Erddämme aus dem 4. Jahrtausend v. Chr. mit Stauwänden aus Trockenmauerwerk in Java in Nordjordanien hin, die zur Bewässerung und zur Wasserversorgung gebaut wurden.

Die ältesten Talsperren Deutschlands

Älteste Trinkwassertalsperre Deutschlands ist die Eschbachtalsperre in Remscheid (1891).

Siehe auch

Weblinks


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