Talsperren und Wasserkraft

Erschüttdämme - Homogenerdamm

                         -Zonendamm

Steinschüttdämme -Lehmkerndichtung

                               - Asphaltbetondichtung

 Lockerer Grund  - Steindämme ; Erddämme

Felsigergrund  + weites Tal  - Pfeilstaumauer , Gewichtsstaudamm , Steindamm, Erddamm

Felsigergrund* enges Tal - Bogenstaumauer

- Hochwasserschutz ( Kappung der Hochwasserspitze)

- Regelung des Wasserhaushalts (Reduktion von  Abflussschwankungen)

- Niedrichwasseranreicherungn der Flüsse (schiffahrt)

- Wasserkraft Nurtzung ( energieerzeugung)

-Trinkwasserversorgung

-Erholung , Freizeit

- Bewässerung  Landwirtschaftlicher Flächen

- Fischzucht

- Geschieberückhalt

- Veränderung der Fließverhältnisse

-Verringerung des Transportvermögens

-Festoffrückhalt

- Anlagerung von Schadstoffen

- Veränderung der  Grundwasserverhältnisse

- Beinflussung des klein Klimas

-Unterbrechung der ökologischen Durchlässigkeit

Veränderung Landschaftsbild / Überflutung großer Talgebiete

Veränderungen der Nutzungen in der Region

Umsiedlung von Talbewohnern

Initialbeben beim Ersteinstau (bei sehr großen Talsperren

Erddamm

Intern:  Geostatik , Technik, Geohydraulig

Extern : Meterologie , Hydrologie ,Seismologie, Massenbewegung im Stauraum ,

+ Mensch

Vorteile

-Verwendung von Locker- und Festgesteinen

-Verwendung von lokal vorhandenem Baumaterial

-wenig Fremdstoffe (Zement, Bitumen)

-Unempfindlichkeit gegenüber Erdbeben und Setzungen

-können auch bei schlechtem Untergrund eingesetzt werden

-einfache Anpassung an lokale geologische und topographische Gegebenheiten

-kann nachträglich relativ einfach und sicher erhöht werden

-geringe Kosten im Vergleich zu Betonbauwerken

-85% aller Sperrwerke sind Dämme (Erfahrung!)

-Ästhetik (passen besser ins Landschaftsbild; Begrünung auf der Außenseite ist möglich!)

-schleichendes Versagen! (Ankündigung durch Durchsickerung und Dammbewegungen, Katastrophenschutzmaßnahmen sind möglich!)

Nachteile

-Große Massen (viel Baumaterial)

-hohe Sorgfalt bei der Auswahl und Einbringung der Dammbaustoffe

-Erosionsempfindlichkeit bei Überströmung

-Aufwändige Überwachung

taudämme sind zu konstruieren und zu bemessen nach

-Art und Menge der verfügbaren Staudammbaustoffe

-Beschaffenheit des Untergrunds

-morphologischen Gegebenheiten

-Geschwindigkeiten von Wasserspiegelschwankungen

-klimatischen und seismischen Gegebenheiten

-boden- und felsmechanischen Kennwerten

-hydrodynamischen Erfordernissen

Verwendung von Locker- und Festgesteinen

-keine organischen Bestandteile

-witterungsbeständiges Material

-Böschungsneigungen = f(Baumaterial)

-hohe Scherfestigkeit

-hohe Verformbarkeit

-gute Verdichtbarkeit

-hohe Tragfähigkeit

-geringe Wasserdurchlässigkeit

-hohe Filterbeständigkeit

-geringe Frostveränderlichkeit

-gute Befahrbarkeit

Dichtungskörper

Bei den Dämmen mit Außendichtung wirkt der gesamte Dammkörper als Stützkörper. Bei Dämmen mit Innendichtung

wirkt nur der luftseitig liegende Teil des Dammes als Stützkörper

- Stahl- und Asphaltbeton oder aus bituminösen Stoffen.

Außendichtung Asphaldbeton mehrere 4-10 cm dicke lagen

Innendichtung Beton ; alphalt  20-100cm dicke

 Aus natürlichen  Dichtungsmaterialien ( ton  , Lehm.. )

die   dicht errosionsfest und fervormbar sind

wenn genug material ist dann homogen , wenn nicht dann nur  Kern bzw  wasserseitig schrägliegender dichtungsteiil

begehbare Dämme mit Außendichtung: 1:n = 1:1,5

bei Begrünung: flacher als 1:n = 1:1,5 bis 1,75

Felsschüttdämme in trockenen Gebieten

können auch 1:n=1:1,3 oder steiler sein

Bei homogenen Dämmen besteht der ganze Dammkörper aus einem wenig

durchlässigen Schüttmaterial (kf 10-6m/s). Homogene Dämme werden überwiegend

für kleine Dammhöhen < 20m eingesetzt. Der luftseitige Dammfuß ist gegen

Wasseraustritt durch einen Dränagekeil oder eine Auflast zu sichern. Eine Alternative

stellt der Einsatz eines Kaminfilters dar

Zonendämme bestehen aus zwei oder mehreren Zonen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Der Dammkern im I

nneren übernimmt die Dichtungsfunktion.Das Kernmaterial sollte eine Durchlässigkeit von k

f< 10-7m/s besitzen. Aufgrund der unterschiedlichen Durchlässigkeiten zwischen Kern- und Stützkörpermaterial sind

Übergangszonen zur Erfüllung der Filterstabilität zu schaffen. Diese Übergangszonen

sollen außerdem Steifigkeitsunterschiede zwischen Kern (ES5 MPa) und Stützkörper(100 MPa) ausgleichen

Um Materialtransport und unterschiedliche Setzungen zwischen den Zonen eines

Zonendamms zu vermeiden

Staudämme übertragen den hydrostatischen Wasserdruck über ihr Korngerüst auf die

Bauwerkssohle. Erddämme übertragen die Kräfte und Drücke über Kohäsion und

Reibung während Steinschüttdämme die Kräfte und Drücke über die Reibung der

Steine untereinander auf die Gründungssohle übertragen.

 Bei gründung auf Fels

Vorteile:
 

Verbindung von Dichtungselement und Untergrundabdichtung

Beschleunigung des Bauablaufes durch Entkopplung von Untergrund Abdichtung und Dammschüttung

Sickerwasserableitung,

Zugänglichkeitzur Messtechnik,

Deformationsmessung

Nachteile :

Schädigung des Felsgefüges durch die Sprengarbeiten bei der Herstellung

Potentielle Schwachstelle für hohe Gradienten und Sickerwegverkürzungen

Spannungsumlagerungen im Nahbereich des Betonbauwerks

Potentielle Schwachstelle bei Sabotage oder Terrorakte

Einwirkungen auf Staudämme

-Eigenlast

-Verkehrs- und Auflasten

-Wasserdruck, Strömungsdruck und Auftrieb

-Erddruck aus Sedimenten

-Temperaturschwankungen

-Bauwerksschwingungen

-Eisdruck

-Wind

-Bau- und Reparaturlasten

-Erdbeben

tragsicherheitsnachweise für Staudamm und Untergrund

-Gebrauchstauglichkeit

-Hydraulische Sicherheit gegen

-hydraulischen Grundbruch

-Erosions- und Suffosionsbeständigkeit des Staudamms und Untergrunds

-Filterwirksamkeit

-Risssicherheit

Stauanlagen sind Einrichtungen zum Anheben des Wasserspiegels, oder dienen der Speicherung von Wasser. Nach DIN 19700 wird unterschieden zwischen Hochwasserrückhaltebecken Staustufen (Wehre) Pumpspeicherbecken Sedimentationsanlagen Talsperren

alsperren sind Stauanlagen, die (mind. 5 m) über den Querschnitt des gestauten Wasserlaufes hinaus den Talquerschnitt abriegeln (siehe DIN 4048‐1)

Bestandteile: Absperrbauwerk Betriebseinrichtungen Speicherbecken (Hauptsperre) ggf. Vorsperren notwendige Nebenanlagen: Umleitungsstollen, Beileitungen, Geschiebesperren, entfernte Vorbecken, Messstellen, Betriebsgebäude

1. Hochwasserschutz – Abtrennen der Hochwasserspitze. Aufstauen der anfallenden Wassermenge im Hochwasserreservoir und gedrosselte Abgabe in den Vorfluter

2. Regelung des Wasserhaushaltes – Bereitstellung von Trink‐ und Brauchwasser – Reduktion von Abflussschwankungen (z.B. für Industrie)

3. Niedrigwasseranreicherung der Flüsse – Gewährleistung ausreichender Wasserstände in den Flüssen z.B. für die Schifffahrt (Stauhaltung)

4. Wasserkraftnutzung – Aufstau einer ausreichenden Wassermenge mit mehr oder weniger konstanter Fallhöhe. Umwandlung der potentiellen Energie in einem tiefergelegenen Krafthaus in kinetische Energie

sb

= Stauanlagen, die vor einer Talsperre liegen. Aufgaben einer Vorsperre: – Mitgeführtes Geschiebe vom Talsperrenraum fernhalten – Verlandung des Stauraumes verhindern – Geschiebe kann aus Vorsperre einfacher entfernt werden als aus Talsperre – Reaktionsraum für chemische und biologische Stoffumwandlungsprozesse bieten, insbesondere bei Anlagen zur Trinkwasserversorgung

3.3 Betriebsanlagen

– Entnahmeeinrichtung Trink‐ und Brauchwasserbereitstellung oder als Zulauf zum Wasserkraftwerk. z.B. Entnahmetürme in verschiedenen Tiefen

– Hochwasserentlastung Schadlose Abführung der Wassermengen die aufgrund der Vollfüllung des Speicherbeckens nicht mehr zurückgehalten werden können.

– Grundablass Gewährleistet eine kontrollierte und langfristige (vollständige) Entleerung des Staubeckens (z.B. für Sanierungsarbeiten) und kann im Hochwasserfall zusätzlich Wasser abführen

Parameter bei der Wahl der Absperrbauwerks – Verfügbare Baustoffe – Unnötige Transport‐ und Investitionskosten vermeiden – Auf regionale Baustoffe zurückgreifen – Talform – b / h < 5 Bogenstaumauer – b / h > 5 Gewichtsstaumauer, Pfeilerstaumauer, Dämme – Untergrund – Lockergestein unabhängig von Talform, Steinschütt‐ oder Erddamm – Fels abhängig von Talform

 mmer – Absperrbauwerk – Vorsperre –

Betriebsanlagen Entnahmebauwerk – Grundablass – Hochwasserentlastungsanlage –

Ergänzungsanlage Betriebswege – Einrichtungen zur Freizeit‐ gestaltung (Camping, etc.)

– Gleitsicherheit

– Kippen

– Einhaltung der zul. Druckspannungen in der Gründungsfuge

– Keine Zugspannungen in der Gründungsfuge

– Hydraulischer Grundbruch – Erosions‐ und Suffosionsbeständigkeit – Filterwirksamkeit – Risssicherheit

Gewichts Bogen + Pfeilerstaumauer

Vorteile

- Staumauern können bei extremen Hochwasserereignissen überströmt werden, ohne zu versagen (Vajont!)

- Die Hochwasserentlastung kann in die Staumauern integriert werden, es entfallen die Kosten für eine separate Anlage

- Entnahmeleitungen können problemlos durch die Staumauer geführt werden.

Nachteile

- hohe Anforderungen an den Bauuntergrund

- plötzliches Versagen

-Geologische verhältnisse

- Talform

Bei gleicher Bauhöhe 

höchster : gewichtsstaumauern 

Bogenstaumauern nur 50% von Pfeil / gewichtsstaumauern