Bau- und Funktionsweise von Talsperren
In Deutschland gibt es 74 Gewichtsstaumauern, aber jeweils nur eine Bogenstaumauer (Ofenwaldsperre, 27,50 Meter Höhe), eine Bogengewichtsmauer (Okertalsperre, 75 Meter Höhe), eine Gewölbereihenmauer (Linachtalsperre, 34 Meter Höhe) und eine Pfeilerstaumauer (Oleftalsperre, 59 Meter Höhe). Hauptgrund dafür ist, dass beispielsweise Bogenmauern besondere Geländebedingungen (steile Hänge mit hoher Tragfähigkeit) erfordern, die zwar im Alpenraum sehr häufig, in den deutschen Mittelgebirgen hingegen kaum zu finden sind.
Eine typische Gewichtsstaumauer ist die 40 Meter hohe Staumauer der Möhnetalsperre. Ihr Querschnitt ist fast dreiecksförmig, sodass die horizontal wirkende Kraft des Wassers optimal mithilfe des Eigengewichts der Staumauer in den Felsuntergrund abgeleitet werden kann. Der bogenförmige Grundriss der Mauer gleicht zusätzlich temperaturbedingte Dehnungen durch Bewegung aus.
So funktioniert eine Talsperre
Im Gegensatz zu Staumauern sind Staudämme aus Felsbruchmaterial oder Erdbaumaterial geschüttete Absperrbauwerke, die in der Regel aus den stützenden Teilen und einem dichtenden Teil bestehen. Diese Dichtung wird entweder auf der wasserseitigen Böschung oder im Damminneren angeordnet. Dämme aus einheitlichem Material, das zugleich dichtet und stützt, werden im Allgemeinen nur für kleine Stauhöhen oder Deiche gebaut.
Die 1935 in Betrieb genommene Sorpetalsperre des Ruhrverbands war eine der ersten Talsperren mit einer Innendichtung aus Beton. Mit 69 Metern Dammhöhe war sie damals die höchste Talsperre Deutschlands. Einer der ersten Staudämme mit einer Oberflächendichtung ist der 58 Meter hohe Damm der Hennetalsperre, die 1955 in Betrieb ging. Diese Bauweise wurde in Deutschland an 50 Talsperren verwendet.
Grundablässe & Betriebsauslässe
Das in Talsperren gespeicherte Wasser wird zu unterschiedlichen Zwecken verwendet – beispielsweise zur Sicherung einer bestimmten Wasserführung im darunterliegenden Gewässer oder auch zur Erzeugung von Energie. Deshalb besitzen Talsperren in der Regel mehrere verschließbare Ab- oder Auslässe. Unabdingbar notwendig für den Betrieb einer Talsperre sind die so genannten Grundablässe, die direkt in den Unterlauf der Talsperre führen. Dieser Unterlauf, also das unterhalb des Absperrbauwerks weiterfließende Gewässer, darf nie vollständig trocken fallen, da sonst Tiere und Pflanzen dort nicht überleben könnten. Darüber hinaus kann die Talsperre über die Grundablässe ganz oder teilweise entleert werden, wenn etwa Reparaturen vorgenommen werden müssen.
Die Grundablässe großer Talsperren besitzen zwei Verschlüsse. Einer davon, das so genannte Regelorgan, dient der Steuerung der Abgabe. Hier kann die Wassermenge, die durch die Leitung fließen soll, exakt eingestellt werden. Der zweite Verschluss dient der zusätzlichen Sicherheit. Er kann geschlossen werden, wenn das Regelorgan repariert werden muss oder Probleme an diesem auftreten. Ein typisches Regelorgan ist ein Ringventil, typische Verschlussorgane sind Keilflachschieber, Klappen und Kugelhahn.
Zusätzlich zu den Grundablässen können Talsperren auch über so genannte Betriebsauslässe verfügen, die den weiterführenden Aufgaben einer Talsperre dienen. Hierzu gehören beispielsweise Leitungen, die das Talsperrenwasser zur Energieerzeugung in ein Wasserkraftwerk befördern, oder auch Trinkwasserleitungen von der Talsperre zum Trinkwasserwerk.
Hochwasserentlastung
Die Hauptaufgabe einer Talsperre besteht darin, Wasser zu speichern. Bei Hochwasser kann es aber vorkommen, dass der Talsperrenraum nicht ausreicht und der Talsperre mehr Wasser zufließt, als sie halten kann. Vor allem Staudämme dürfen jedoch auf keinen Fall überflutet werden, denn das über den Damm abfließende Wasser würde den Damm auswaschen und binnen kurzer Zeit zerstören. Aber auch Staumauern sollten nicht außerplanmäßig überströmt werden. Deshalb muss jede Talsperre eine Hochwasserentlastung besitzen, um überschüssiges Wasser sicher abführen zu können.
Bei Staumauern werden hierzu Öffnungen in der Mauer vorgesehen, durch die das Wasser ablaufen kann. Die Maueroberfläche ist so befestigt, dass sie auch ein längeres Überströmen aushalten kann. Am Fuß der Staumauer fängt ein Wasserbecken das abströmende Hochwasser auf und leitet es schadlos in den Unterlauf ab. Um Staudämme unter allen Umständen vor Überströmung zu schützen, wird hier die Hochwasserentlastung meist seitlich am Hang angeordnet. Ein Einlaufgerinne nimmt das überschüssige Wasser auf und führt es durch ein Abflussgerinne zum Dammfuß. Auch hier befindet sich ein Wasserbecken, das dem Wasser die Energie nimmt und es ableitet.
Eine Besonderheit weist die Biggetalsperre auf: Hier ragt ein 50 Meter Hochwasserentlastungsturm vor dem Damm aus dem Wasser. Er leitet im Bedarfsfall das überschüssige Wasser in einen unterirdischen Stollen und von dort in den Unterlauf der Talsperre.
So funktioniert Stauanlagenüberwachung
Stauanlagen werden von der Öffentlichkeit als technische Bauwerke in der Natur wahrgenommen. Häufig sieht man sie als Erholungs- und Freizeiteinrichtungen und ihre technische Bestimmung tritt in den Hintergrund. Dass Stauanlagen große Energien speichern und daher von ihnen potenzielle Gefahren ausgehen, ist im Bewusstsein der Öffentlichkeit oft nicht präsent. Staumauern und Staudämme gelten als sicher. Es ist wichtig, dass die konstruktive und betriebliche Sicherheit der Stauanlage zu jedem Zeitpunkt gewährleistet ist. Ein wesentlicher Aspekt der Sicherheit von Talsperren, Stauseen, Staustufen und auch Sedimentationsbecken ist die Stauanlagenüberwachung.
Aufgrund des erheblichen Gefährdungspotenzials sind Stauanlagen entsprechend der relevanten Gesetze und Vorschriften nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik zu erbauen, zu unterhalten und zu betreiben. Somit ist auch der Ruhrverband als Stauanlagenbetreiber von acht Talsperren mit einem Gesamtvolumen von 463 Millionen Kubikmetern, fünf Staustufen und etlichen Sedimentationsbecken dazu verpflichtet, regelmäßige Stauanlagenüberwachung durchzuführen.
Stauanlagenüberwachung erfolgt je nach Klasse in der Regel mithilfe von Sensoren, die verschiedene Parameter wie Wasserstand, Druck, Temperatur und Bewegung messen. Diese Sensoren sind meist in der Stauanlage installiert und senden kontinuierlich erfasste Daten an ein Datenbanksystem, mit dem unter Berücksichtigung von verschiedenen Wirkgrößen die Größe der erfassten Daten und somit die Anlagensicherheit beurteilt werden kann. An besonders sicherheitsrelevanten Messstellen gibt es bei der Überschreitung eines festgelegten Wertes eine Alarmierung zu jeder Tages- oder Nachtzeit an den Bereitschaftsdienst. Alle automatisch erhobenen Messwerte werden beim Import in die Datenbank mit den jeweiligen statischen oder dynamischen Meldewerten verglichen. Bei Über- oder Unterschreitung des entsprechenden Meldewerts wird eine E-Mail oder SMS an die Betriebsstellenleitung versandt. Bei Bedarf können entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten.
