Asphaltbetonoberflächendichtungen für Dämme, Speicherbecken und Kanäle - Langzeiterfahrungen, Ertüchtigungen und Anpassungen an den Stand der Technik
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2023)
Die Historie einer Abdichtung von Stauanlagen mit Asphaltbeton geht bis in die Anfänge des 20. Jahrhunderts zurück. So finden sich bereits um 1910 Hinweise zum 17 m hohen Central Damm in den USA, auf den 46 m hohen Mulungushi-Damm (Sambia, 1923), zur Hennetalsperre (Deutschland, 56 m, 1937), dem Becken Rudi Fiesso (Schweiz, 1939) sowie dem El-Ghrib- Damm (Algerien, 72 m, 1936).
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Die Historie einer Abdichtung von Stauanlagen mit Asphaltbeton geht bis in die Anfänge des 20. Jahrhunderts zurück. So finden sich bereits um 1910 Hinweise zum 17 m hohen Central Damm in den USA, auf den 46 m hohen Mulungushi-Damm (Sambia, 1923), zur Hennetalsperre (Deutschland, 56 m, 1937), dem Becken Rudi Fiesso (Schweiz, 1939) sowie dem El-Ghrib- Damm (Algerien, 72 m, 1936).
Leistungsfähigkeit von Talsperren zur Trinkwasserversorgung in Sachsen - Bestandsaufnahme und Perspektiven
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Im Freistaat Sachsen werden ca. 40 % des Rohwassers für die öffentliche Trinkwasserversorgung aus Talsperren bereitgestellt. Die Trockenperiode der Jahre 2018-2020 stellt nach den Hochwassern zwischen 2002 und 2013 eine erneute Zäsur im hydrologischen Geschehen dar. Zahlreiche Fließgewässer waren in den letzten 2 bis 3 Jahren zeitweilig teilweise oder vollständig trocken. Viele Talsperren erreichten so niedrige Stauspiegel wie seit Jahrzehnten nicht mehr (Bild 1). Beides hat in Teilen der Bevölkerung zu Verunsicherung und in der Fachwelt zu verschiedenen Fragen sowie Überlegungen geführt.
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Im Freistaat Sachsen werden ca. 40 % des Rohwassers für die öffentliche Trinkwasserversorgung aus Talsperren bereitgestellt. Die Trockenperiode der Jahre 2018-2020 stellt nach den Hochwassern zwischen 2002 und 2013 eine erneute Zäsur im hydrologischen Geschehen dar. Zahlreiche Fließgewässer waren in den letzten 2 bis 3 Jahren zeitweilig teilweise oder vollständig trocken. Viele Talsperren erreichten so niedrige Stauspiegel wie seit Jahrzehnten nicht mehr (Bild 1). Beides hat in Teilen der Bevölkerung zu Verunsicherung und in der Fachwelt zu verschiedenen Fragen sowie Überlegungen geführt.
Verbesserter Stabilitätsansatz bei Dämmen unter Einbeziehung der teilgesättigten Zone
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Staudämme oder Deiche als Anlagen des präventiven Hochwasserschutzes sind oft als gegliederte Erdbauwerke ausgeführt und im Gegensatz zu Ingenieurbauwerken nicht für begrenzte Nutzungsdauern ausgelegt. Sie müssen ihre Funktion daher für sehr lange Zeiträume erfüllen. Hydraulische Gradienten, hervorgerufen durch Einstau, Hochwasser oder Niederschlag, verursachen eine Durchsickerung, d. h. eine Teil- bis Vollsättigung des Porenraums. Evaporation und Drainage führen wiederum zur Entwässerung des Erdkörpers. Der Sättigungsgrad beeinflusst maßgeblich den Versagenswiderstand eines solchen Bauwerks.
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Staudämme oder Deiche als Anlagen des präventiven Hochwasserschutzes sind oft als gegliederte Erdbauwerke ausgeführt und im Gegensatz zu Ingenieurbauwerken nicht für begrenzte Nutzungsdauern ausgelegt. Sie müssen ihre Funktion daher für sehr lange Zeiträume erfüllen. Hydraulische Gradienten, hervorgerufen durch Einstau, Hochwasser oder Niederschlag, verursachen eine Durchsickerung, d. h. eine Teil- bis Vollsättigung des Porenraums. Evaporation und Drainage führen wiederum zur Entwässerung des Erdkörpers. Der Sättigungsgrad beeinflusst maßgeblich den Versagenswiderstand eines solchen Bauwerks.
Anpassung eines Betriebsplanes - Was, wenn die Widerstände sehr groß sind?
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Talsperren werden nach bestehenden Betriebs- und Bewirtschaftungsplänen betrieben. Im Rahmen der Evaluierung des Betriebsplanes der Talsperre Kelbra hat sich der Betreiber mit Anpassungen auf Grund von Veränderungen des Umwelt- und Wasserrechts sowie den vielfältigen Nutzungsanforderungen auseinanderzusetzen. Ein Prozess, in dem erhebliche Widerstände und Konflikte verschiedenster Protagonisten zu bearbeiten sind. Im Beitrag wird dargestellt, wie an diesen langwierigen Prozess herangegangen wird, um Akzeptanz auf vielen Ebenen zu schaffen.
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Talsperren werden nach bestehenden Betriebs- und Bewirtschaftungsplänen betrieben. Im Rahmen der Evaluierung des Betriebsplanes der Talsperre Kelbra hat sich der Betreiber mit Anpassungen auf Grund von Veränderungen des Umwelt- und Wasserrechts sowie den vielfältigen Nutzungsanforderungen auseinanderzusetzen. Ein Prozess, in dem erhebliche Widerstände und Konflikte verschiedenster Protagonisten zu bearbeiten sind. Im Beitrag wird dargestellt, wie an diesen langwierigen Prozess herangegangen wird, um Akzeptanz auf vielen Ebenen zu schaffen.
Wellenauflauf und -umlenkung in der Freibordbemessung an Stauanlagen
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Die Freibordbemessung an Stauanlagen gewinnt in der Gegenwart und für die Zukunft, aufgrund von Klimaänderung, Gewährleistung des Hochwasserrückhalteraumes sowie Anpassung der Staulamelle, um nur einige Aspekte hervorzuheben, immer mehr an Bedeutung. Im Allgemeinen bestimmen der Windstau, ein zu wählender Sicherheitszuschlag, unter Beachtung regionaler Gegebenheiten auch der Eisstau und vor allem aber der Wellenauflauf maßgebend den erforderlichen Freibord. Mittels analytischer Berechnungsansätze können die genannten Einflussfaktoren i. d. R. mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden.
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Die Freibordbemessung an Stauanlagen gewinnt in der Gegenwart und für die Zukunft, aufgrund von Klimaänderung, Gewährleistung des Hochwasserrückhalteraumes sowie Anpassung der Staulamelle, um nur einige Aspekte hervorzuheben, immer mehr an Bedeutung. Im Allgemeinen bestimmen der Windstau, ein zu wählender Sicherheitszuschlag, unter Beachtung regionaler Gegebenheiten auch der Eisstau und vor allem aber der Wellenauflauf maßgebend den erforderlichen Freibord. Mittels analytischer Berechnungsansätze können die genannten Einflussfaktoren i. d. R. mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden.
Auswirkung der globalen Erwärmung auf ein Wasserkraftwerk im Himalaya
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In den letzten Jahren haben der Klimawandel und die globale Erwärmung Hochgebirgsregionen erheblich beeinträchtigt. In Pakistan haben in den letzten 50 Jahren die mittlere Jahrestemperatur und die Niederschläge zugenommen. Nach Berichten des Pakistan Meteorological Department ist die mittlere Jahrestemperat ur zwischen 1960 und 2007 im Durchschnitt um 0,6 °C und in den nördlichen Regionen um maximal 1 °C gestiegen. Der jüngste IPCC-Sonderbericht sagt für Nordpakistan im schlimmsten Fall einen Anstieg von 6 °C im nächsten Jahrhundert voraus.
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In den letzten Jahren haben der Klimawandel und die globale Erwärmung Hochgebirgsregionen erheblich beeinträchtigt. In Pakistan haben in den letzten 50 Jahren die mittlere Jahrestemperatur und die Niederschläge zugenommen. Nach Berichten des Pakistan Meteorological Department ist die mittlere Jahrestemperat ur zwischen 1960 und 2007 im Durchschnitt um 0,6 °C und in den nördlichen Regionen um maximal 1 °C gestiegen. Der jüngste IPCC-Sonderbericht sagt für Nordpakistan im schlimmsten Fall einen Anstieg von 6 °C im nächsten Jahrhundert voraus.
Innovative Lösung zur Herstellung der normgerechten Hochwassersicherheit für eine Stauanlage im Nebenschluss
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Die Talsperre Greiz-Dölau befindet sich südlich der ostthüringischen Kreisstadt Greiz in Grenzlage zum Freistaat Sachsen. Sie ist nach DIN 19 700-11:2004-07 in die Talsperrenklasse 2 eingeordnet. Die Stauanlage wurde in den 1950er-Jahren vom Weiße- Elster-Verband errichtet und war seinerzeit Bestandteil komplexer Wasserbaumaßnahmen an der Weißen Elster. Gegenwärtig wird die Stauanlage für die bedarfsweise Brauchwasserversorgung eines unmittelbar unterhalb der Talsperre gelegenen großen Chemiebetriebs sowie angelfischereilich genutzt.
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Die Talsperre Greiz-Dölau befindet sich südlich der ostthüringischen Kreisstadt Greiz in Grenzlage zum Freistaat Sachsen. Sie ist nach DIN 19 700-11:2004-07 in die Talsperrenklasse 2 eingeordnet. Die Stauanlage wurde in den 1950er-Jahren vom Weiße- Elster-Verband errichtet und war seinerzeit Bestandteil komplexer Wasserbaumaßnahmen an der Weißen Elster. Gegenwärtig wird die Stauanlage für die bedarfsweise Brauchwasserversorgung eines unmittelbar unterhalb der Talsperre gelegenen großen Chemiebetriebs sowie angelfischereilich genutzt.
Die Sicherheit von Stauanlagen bei zeitabhängigen und neuartigen Gefahren
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Große Stauanlagen sind während der langen Lebensdauer einer Vielzahl von Einwirkungen ausgesetzt, die deren Sicherheit beeinträchtigen können. Dazu gehören einerseits Einwirkungen aus der natürlichen Umwelt, wie Hochwasser, Erdbeben, Felsstürze und Erdrutsche sowie Sedimente im Stausee etc., und andererseits von Menschen verursachte Einwirkungen, wie z. B. Fehler bei der Bemessung, Qualitätsmängel bei der Bauausführung, mangelhafte Überwachung, fehlender Unterhalt, Fehlbedienung von Hochwasserschützen oder Grundablässen, fehlerhafte Instrumente etc. sowie Sabotage, Terrorismus und kriegerische Einwirkungen. Hinzu kommen projektspezifische Gefahren, die vom Talsperrentyp und der Anordnung der Anlagen abhängen oder durch chemische und physikalische Veränderungen der Eigenschaften der Baumaterialien verursacht werden.
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Große Stauanlagen sind während der langen Lebensdauer einer Vielzahl von Einwirkungen ausgesetzt, die deren Sicherheit beeinträchtigen können. Dazu gehören einerseits Einwirkungen aus der natürlichen Umwelt, wie Hochwasser, Erdbeben, Felsstürze und Erdrutsche sowie Sedimente im Stausee etc., und andererseits von Menschen verursachte Einwirkungen, wie z. B. Fehler bei der Bemessung, Qualitätsmängel bei der Bauausführung, mangelhafte Überwachung, fehlender Unterhalt, Fehlbedienung von Hochwasserschützen oder Grundablässen, fehlerhafte Instrumente etc. sowie Sabotage, Terrorismus und kriegerische Einwirkungen. Hinzu kommen projektspezifische Gefahren, die vom Talsperrentyp und der Anordnung der Anlagen abhängen oder durch chemische und physikalische Veränderungen der Eigenschaften der Baumaterialien verursacht werden.
Auswirkungen des Klimawandels auf Talsperren und mögliche Anpassungsstrategien
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Die Anpassung von Wasserinfrastrukturen an den Klimawandel ist notwendig, dies gilt auch für Talsperren. Obwohl zahlreiche Klimaprognosen vorliegen, ist es aber oft schwierig, konkrete Handlungsanweisungen für deren Management bzw. notwendige Investitionen abzuleiten.
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Die Anpassung von Wasserinfrastrukturen an den Klimawandel ist notwendig, dies gilt auch für Talsperren. Obwohl zahlreiche Klimaprognosen vorliegen, ist es aber oft schwierig, konkrete Handlungsanweisungen für deren Management bzw. notwendige Investitionen abzuleiten.
Herausforderungen im Einsatz des THW bei der Bewältigung der Hochwasserkatastrophe 2021
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Das Technische Hilfswerk (THW) ist die operativ taktische Organisation für den Zivilschutz des Bundes. Sie untersteht dem Bundeministerium des Innern und für Heimat (BMI). Seit ihrem Gründungsjahr im Jahr 1950 gewährleisten THW-Einsatzkräfte, dass Menschen in Not so schnell wie möglich Hilfe erhalten. Aktuell engagieren sich bundesweit mehr als 80 000 Männer und Frauen ehrenamtlich in 668 Ortsverbänden. Davon sind mehr als 12 000 Mädchen und Frauen. Hauptamtlich beschäftigt das THW rund 1 800 Mitarbeitende und es gibt zusätzlich bis zu 2 000 Bundesfreiwilligendienst-Plätze pro Jahr. Somit arbeiten 97 % der THW-Angehörigen als Ehrenamtler und engagieren sich in ihrer Freizeit, um Menschen in Not kompetent Hilfe leisten zu können.
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Das Technische Hilfswerk (THW) ist die operativ taktische Organisation für den Zivilschutz des Bundes. Sie untersteht dem Bundeministerium des Innern und für Heimat (BMI). Seit ihrem Gründungsjahr im Jahr 1950 gewährleisten THW-Einsatzkräfte, dass Menschen in Not so schnell wie möglich Hilfe erhalten. Aktuell engagieren sich bundesweit mehr als 80 000 Männer und Frauen ehrenamtlich in 668 Ortsverbänden. Davon sind mehr als 12 000 Mädchen und Frauen. Hauptamtlich beschäftigt das THW rund 1 800 Mitarbeitende und es gibt zusätzlich bis zu 2 000 Bundesfreiwilligendienst-Plätze pro Jahr. Somit arbeiten 97 % der THW-Angehörigen als Ehrenamtler und engagieren sich in ihrer Freizeit, um Menschen in Not kompetent Hilfe leisten zu können.
