Neuer Ansatz zum Risikomanagement für Talsperren-Einzugsgebiete – Teil 2
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (7/2016)
Trinkwasser-Talsperren sind möglichen unmittelbaren Beeinträchtigungen der Wasserbeschaffenheit besonders ausgesetzt, da gefährdende Stoffe und Mikroorganismen oft rasch und weitgehend ungefiltert in den Talsperrenkörper gelangen können. Dem systematischen Umgang mit Risiken im Einzugsgebiet kommt daher eine wesentliche Rolle bei der Gewährleistung der Versorgungssicherheit zu. Im ersten Teil des Beitrags (erschienen in Ausgabe 5/2016 der „DVGW energie | wasser-praxis“) wurde ein neuer methodischer Ansatz zur standortbezogenen Risikoabschätzung für Einzugsgebiete von Trinkwassertalsperren unter Einsatz eines Geografischen Informationssystems vorgestellt. Der vorliegende Teil 2 berichtet über die Ergebnisse eines ersten Praxistests der Methodik.

Talsperre Zapotillo in Mexiko – eine 130 m hohe Staumauer aus Walzbeton auf stark verformbarem Fels
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Am Río Verde, in der Nähe von Guadalajara, Mexiko, wird zurzeit die etwa 130 m hohe Staumauer El Zapotillo aus Walzbeton gebaut. Die im Grundriss leicht gekrümmte Schwergewichtsmauer steht auf stark verformbaren Tuffen, die in horizontaler Wechsellagerung mit Ignimbriten an der Sperrenstelle anstehen. Unterhalb der Talsohle befinden sich zwei stärker durchlässige Ignimbrit-Schichten, in denen das Grundwasser artesisch ansteht. Der Entwurf der Mauer musste diesen schwierigen Randbedingungen Rechnung tragen. Für den Standsicherheitsnachweis stellte insbesondere die hohe Verformbarkeit der Tuffschichten eine große Herausforderung dar. Das Injektions- und Dränagekonzept wurde maßgeblich durch die beiden artesischen Aquifere geprägt und erschwert. Der Nachweis der Standsicherheit wurde mit Hilfe von 3-D-FE-Berechnungen mit Programmsystemen von WBI geführt. Bau, Einstau und Betrieb der Mauer werden mit einem extensiven Monitoring-Programm und im Sinne der in der Geotechnik üblichen Beobachtungsmethode fachtechnisch begleitet.

Sicherheit und Unterhalt als Hauptelemente für nachhaltige Stauanlagen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Sicherheit ist die Basis aller Bauwerke. Eine nachhaltige Stauanlage muss vor allem sicher sein, eine lange Lebensdauer aufweisen und Alterungsprozesse müssen verzögert werden. Faktoren, wie Umwelt, Verlandung des Stauraums etc., sind ebenfalls wichtig, aber von zweitrangiger Bedeutung. Heute basiert die Talsperrensicherheit auf folgenden Elementen: strukturelle Sicherheit; Sicherheitsüberwachung; Betriebssicherheit und Unterhalt sowie Notfallplanung. Für die strukturelle Langzeitsicherheit sind heute Hochwasser und Erdbeben die maßgebenden Einwirkungen.

Erdbebensicherheit von Stauanlagen – Umgang mit neuen Erkenntnissen zur Erdbebengefährdung
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
DIN 19 700 regelt den Nachweis der Erdbebensicherheit von Stauanlagen in Deutschland. Darin ist das zu berücksichtigende Niveau der seismischen Gefährdung festgelegt. Aber – im Vergleich zum Hochbau – fehlen genaue Beschleunigungswerte mit dem Hinweis auf das Erfordernis der Anfertigung standortspezifischer seismologischer Gutachten. Aktuelle Weiterentwicklungen im Bereich der Methodik der seismischen Gefährdungsanalyse können zu einer Änderung der Bewertung der seismischen Gefährdung führen. Damit ist beim Erdbebennachweis bestehender Anlagen umzugehen.

Normen, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit – Ingenieurmäßige Beurteilung im Talsperrenbau
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Normen allein können nicht die ingenieurmäßige Beurteilung im Talsperrenbau ersetzen. Auch Rechenprogramme liefern nur Ergebnisse, die von der Qualität der Eingabedaten und des Programmes abhängen. Weiterhin steht das angestrebte Sicherheitsniveau in unmittelbarem Zusammenhang mit wirtschaftlichen Anforderungen und Möglichkeiten. In diesem Spannungsfeld liegt die ingenieurmäßige Beurteilung von Planung, Bauausführung und Überwachung von Talsperren. In dem Beitrag werden Beispiele aufgezeigt, bei denen dieses „Engineering Judgment“ (nach Ralf B. Peck) fehlte. Engineering Judgment bedarf der Kenntnis von Theorie, Berechnung, Konstruktion und vor allem auch der praktischen Erfahrung. Schon in den 80er-Jahren des letzten Jahrhunderts hat der weltweit geschätzte Praktiker und Professor für Geotechnik Peck die Frage gestellt: „Where has all the Judgment gone?“ Engineering Judgment bedingt Theorie und Praxis: Das Wappen des weltweit berühmten Massachusetts Institute of Technology (MIT) beinhaltet die Intelligenz des Geistes und der Hände („mens et manus“) – der Ingenieur sollte beides vereinen.

Unterwasserabgabe nicht aus dem Grundablass – Motive und Folgen alternativer Ausleittiefen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
In der Regel wird der Unterlauf von Talsperren in Deutschland aus dem Grundablass gespeist. Es gibt jedoch Anlässe, die Speisung des Unterlaufes nicht über den Grundablass zu realisieren, sondern dafür Wasser aus höheren Bereichen des Wasserkörpers zu entnehmen. In diesem Beitrag werden Motive, Modellierungsergebnisse sowie zu erwartende Folgen vorgestellt und diskutiert. Die vorgestellten Beispiele zeigen, dass die Errichtung epilimnischer Abgabemöglichkeiten eine Einzelfallentscheidung unter Abwägung der zu ermittelnden Kosten-Nutzen-Faktoren ist.

Rappbodetalsperre: Instandsetzung der Grundablässe und Nutzung von Wasserkraft
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Für die mit 106 m höchste Talsperre Deutschlands, die Rappbodetalsperre, wird ein Gesamtkonzept zur Instandsetzung der Grundablässe aufgestellt. Die in der Mauer befindlichen Regulierverschlüsse werden durch Absperrverschlüsse ersetzt. Die Regulierverschlüsse werden an das Ende der verlängerten Grundablassleitungen in ein neues Schieberhaus verlegt und münden in eine Toskammer. Im Zusammenhang mit den Instandsetzungsmaßnahmen der Grundablässe wird eine Wasserkraftanlage zur Nutzung der Wasserabgabe aus einem Grundablass installiert.

Anwendung eines neuartigen Ansatzes für die Regelung des Talsperrensystems der Megastadt Lima (Peru)
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Die Megastadt Lima (Peru) mit 9,5 Mio. Einwohnern ist mit ca. 9 mm Jahresniederschlag nach Kairo die zweittrockenste Stadt der Welt. Die Trinkwasserversorgung erfolgt zu 79 % über die Abflüsse des Flusses Rimac und einem Talsperrensystem, bestehend aus 22 Speichern mit einer Gesamtkapazität von 332 Mio. m³. Daneben hat die mit dem System erzeugte Energie einen Anteil von 11 % an der landesweiten Stromproduktion und deckt den Wasserbedarf der regionalen Landwirtschaft sowie Industrie. Der Beitrag stellt an diesem Beispiel die Nutzung eines neuen, leicht zu implementierenden Ansatz zur Regelung der Wasserabgabe vor.

Indikatoren für den Betrieb von Talsperren unter Verwendung von Drought Indices
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Talsperren besitzen wasserwirtschaftliche Betriebspläne, die in Abhängigkeit verschiedener Systemzustände Handlungsanweisungen für deren Steuerung darstellen. Die zum Einsatz kommenden Systemzustände können als Indikatoren bezeichnen werden, mit deren Hilfe das Wassermanagement einer Talsperre beschrieben wird. Eine Herausforderung ist es, Indikatoren zum rechtzeitigen Erkennen von Trockensituationen zu finden. Für diesen Zweck wurden Drought Indices entwickelt, die vornehmlich in der Landwirtschaft oder zum Erkennen und Einleiten von Kontingentierungen verwendet werden. Ihr Einsatz im wasserwirtschaftlichen Betrieb von Talsperren wurde untersucht und bewertet. Es hat sich gezeigt, dass sie als transparente Werkzeuge benutzt werden können, um operationell Sondersituationen zu erkennen, diese zu kommunizieren und entsprechende Vorsorge einzuleiten.

Anwendung moderner Injektionstechnologien an Sperrenbaustellen im In- und Ausland
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2016)
Der Beitrag befasst sich in erster Linie mit der Anwendung moderner Bohr- und Injektionstechnik an Sperrenbauwerken in exponierten geographischen Lagen, unterschiedlichen Anforderungen an die Abdichtung und differenzierten vertraglichen Randbedingungen seitens der Bauherren. An vier ausgewählten Sperrenbauwerken in doch sehr unterschiedlichen Ländern, wie Österreich, Oman, Bosnien Herzegowina und Irland, wird die Bedeutung der Bohr- und Injektionstechnik für eine erfolgreiche Abdichtung dieser Bauwerke dargestellt. Dabei wird aufgezeigt, welche besonderen Herausforderungen aus der jeweiligen Abdichtungsaufgabe oder auch aus der Lage des Bauwerkes bestehen (vom Hochgebirge bis zu einer Wüstenbaustelle).

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