Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen

M. Aufleger

doi:10.1007/s00506-018-0495-3

Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen

Aufleger, M. 2018-06-04 00:00:00 Originalarbeit Österr Wasser- und Abfallw 2018 · 70:377–387 https://doi.org/10.1007/s00506-018-0495-3 M. Auﬂeger Online publiziert: 4. Juni 2018 © Der/die Autor(en) 2018 Zusammenfassung Talsperren sind 1 Die Sicherheit von Talsperren Die Anforderungen der Gesellschaft elementar für das Funktionieren wich- an die Sicherheit von Talsperren sind tiger Infrastrukturen. Die Überwachung Talsperren sind von elementarer Bedeu- naturgemäß sehr hoch. Das Risiko des vonTalsperrenist vongroßer Bedeu- tung für unsere Gesellschaft. In ihren Versagens wesentlicher Anlagenteile tung für die Sicherheit der unterhalb Stauräumen kann das aus dem natür- vonTalsperrenmuss so klein gehalten liegenden Siedlungsräume. Es ist not- lichen Einzugsgebiet und aus Überlei- werden, dass zu keiner Zeit die Sied- wendig, die hierfür erforderlichen Pro- tungen stammende Wasser zwischen- lungsräume unterhalb der Absperrbau- zesse in transparenter und nachhaltiger gespeichert werden. Talsperren dienen werke in der Gesellschaft subjektiv mit Weise zu organisieren. Jede einzelne dem Hochwasserschutz, der Bereitstel- einer erhöhten Gefährdung verbunden Talsperre ist ab dem Zeitpunkt ih- lung von Brauch- und Trinkwasser, der werden. Für dieses Gefühl wiederum rer Erstellung in zuverlässiger Form Bewässerung und zur Erzeugung von sind unter anderem die Anzahl und der zu überwachen und regelmäßig dem erneuerbarer Energie aus Wasserkraft. Umfang der tatsächlich passierten Ver- aktuellen Stand der Technik anzupas- Die Absperrbauwerke der Talsperren sagensfälle, aber auch deren mediale sen. Im Gegensatz zu vielen anderen stauen das Wasser mitunter sehr weit Aufbereitung von großer Bedeutung. Infrastrukturen können Talsperren in über das Niveau des natürlichen Ge- Erheblichen Einﬂuss auf die Wahrneh- der Regel nicht mehr abgebaut bzw. wässers. mung der potenziellen Gefährdung zurückgebaut werden. Die Talsperren- Talsperren bestehen unter ande- durch Talsperren hat insbesondere überwachung ist daher eine Aufgabe, rem aus dem Stauraum, einer Hoch- auch der Umgang des Betreibers und eine Herausforderung, aber auch eine wasserentlastungsanlage und einem der zuständigen Behörden mit diesem Chance für Generationen. Ingenieu- oder auch mehreren Absperrbauwer- Thema. Während noch vor einigen Jah- re und Ingenieurinnen mit fundierten ken. Absperrbauwerke sind entweder ren ein Verschweigen bzw. ein Ignorie- Kenntnissen in der Talsperrentechnik Staumauern (aus Beton) oder Stau- ren des verbleibenden Versagensrisikos werden hierfür gebraucht. dämme (überwiegend oder vollständig in manchen Regionen Realität war, er- aus Erdbaustoffen). Absperrbauwerke höht eine transparente und realistische Dam safety—a task for von Talsperren gehören zu den größten Bewertung der Talsperrensicherheit das generations Bauwerken weltweit. Große Talsperren tatsächliche Sicherheitsniveau und am besitzen aufgrund der mitunter sehr Ende auch das Vertrauen der moder- Abstract Dams are critical for the func- großen und hoch über dem natürlichen nen Gesellschaft in die Infrastruktur. tioning of important infrastructures. Talboden gespeicherten Wassermassen Die Menschen können durchaus da- The surveillance ofdams isofgreat ein bedeutendes Gefahrenpotenzial. mit umgehen, dass Brückenbauwerke, importance for the safety of the areas Talsperren werden zwar häuﬁg un- Verkehrssysteme, Industrieanlagen und downstream. It is necessary to organize ter der Vorgabe einer Lebenszeit oder auch Talsperren grundsätzlich mit ei- the necessary processes in a transpar- einer theoretischen Betriebsdauer (z. B. nem Versagensrisiko versehen sind. ent and sustainable way. Each dam 50 Jahre) geplant und gebaut. Die Er- Wichtig sind Transparenz und Infor- has to be reliably surveyed from the fahrungen der letzten 100 Jahre zeigen mation. Die fortschreitende Digitali- time of its construction. It has to be jedoch eindrucksvoll, dass Talsperren sierung bietet hier grundsätzlich große regularly adapted to the current state in der Regel weit über diese ursprüng- Möglichkeiten. Die Notwendigkeit des of the art. In contrast to many other in- lichen Annahmen hinaus Bestandteil Schutzes kritischer Infrastrukturen auf- frastructures, typically dams cannot be der Infrastruktur und der Landschaft grund diffuser Bedrohungslagen durch removed again. Therefore, dam surveil- bleiben. Dies hängt mit dem unmit- den weltweiten Terrorismus muss in lance has to be considered as a task, telbaren Nutzen der Anlage, aber auch diesem Zusammenhang jedoch auch a challenge and a chance for genera- sehr stark mit den durch einen Auf- Beachtung ﬁnden. tions. Engineers with sound knowledge stau verbundenen hydraulischen und Das tatsächlich vorhandene Sicher- in the dam technology are needed for morphologischen Prozessen (insbeson- heitsniveau einer Talsperre ist schwierig this purpose. dere den Verlandungen im Stauraum) zu bestimmen. Es ist nicht möglich, die zusammen. Der Rückbau von Talsper- Versagenswahrscheinlichkeit einer Tal- ren ist meist keine ernsthafte Option. sperre bzw. des Absperrbauwerks im Der Betrieb der Talsperren und ins- Sinne eines Zahlenwerts verlässlich zu besondere auch die Überwachung der ermitteln. Für die tatsächliche Sicher- Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Auﬂeger () zughörigen Absperrbauwerke sind da- heit einer Talsperre sind verschiedenste Arbeitsbereich Wasserbau, Institut für her Aufgaben für Generationen. Hierfür Aspekte von großer Bedeutung. Sechs Infrastruktur, Universität Innsbruck, werden ständig fachkundige Ingenieu- besonders wichtige Themen sind (vgl. Technikerstraße 13, 6020 Innsbruck, rinnen und Ingenieure benötigt! auch Abb. 1): Österreich markus.auﬂeger@uibk.ac.at Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 377 Originalarbeit Abb. 1 Wichtige Aspekte der Sicherheit von Talsperren (Überblick) � Die grundsätzliche Dimensionierung � Die Talsperrenüberwachung als zen- türlich überschreiten kann, obliegt des Absperrbauwerks einschließlich trales und unersetzliches Element demBauherrn bzw. seinemPlaner. Je des Dichtungssystems unter beson- der Sicherheitsphilosophie ein- größer der Freibord ist, umso höher derer Beachtung seiner systembe- schließlich der daraus resultierenden ist die systemimmanente Sicherheit dingten Reserven und der Sicherheit Anpassungs- und Sanierungsmaß- des Bauwerks auch in Situationen, gegenüber inneren Erosionsvorgän- nahmen. welche über die allgemeinen Be- gen (bei Staudämmen). messungsannahmen hinausgehen � Die Kenntnis der tatsächlichen Un- Angesichts der Erheblichkeit des Ein- (Abb. 2). Ebenso lassen sich Ände- tergrundverhältnisse und die Di- griffes beim Bau von Talsperren und rungen der hydrologischen Grund- mensionierung sowie die Ausfüh- der aufgrund der üblicherweise feh- lagen (z. B. der Bemessungshoch- rung der Untergrundabdichtung. lenden Option desRückbauszwingend wasserabﬂüsse) bei ausreichenden � Die Leistungsfähigkeit, Ausführung, absehbaren Notwendigkeit späterer An- Freibordreserven in der Regel gut Verklausungssicherheit und der bau- passungen liegt es in der Verantwortung aufnehmen. liche Zustand der Hochwasserent- der Planer und Betreiber, die Talsperren �Die Breite der Krone des Absperrbau- lastungsanlage unter besonderer Be- und ihre Absperrbauwerke von Anfang werks geht natürlich unmittelbar in achtung der Zuverlässigkeit des Öff- an mit ausreichenden „zusätzlichen“ Si- die erforderliche Kubatur und den nens etwaig vorhandener Verschlüs- cherheiten zu versehen. Hierbei spielen Raumbedarf ein. Bemessungsregeln se. der Freibord und die Breite der Krone konzentrieren sich oft auf eine aus- � Der Freibord als Maß zwischen dem des Absperrbauwerks jeweils eine ganz reichende und sichere Befahrbarkeit höchsten Stauziel und der Krone des besondere Rolle: des Bauwerks. Mit Blick auf später Absperrbauwerks unter Beachtung �Der Freibord wird üblicherweise un- erforderliche – zum Zeitpunkt des der Lage der Oberkante des Dich- ter Beachtung der möglichen Wind- Baus jedoch noch nicht bekannte tungssystems. wellenwirkungen bemessen. Je nach – Anpassungsmaßnahmen an dem � Ein betriebssicherer Grundablass, Lastfall und regionaler bzw. natio- Absperrbauwerk der Talsperre ist der langfristig in der Lage bleibt, naler Handhabung wird dann gege- eine über das unmittelbar erforder- den Wasserspiegel im Stauraum in benenfalls noch ein Sicherheitszu- liche Maß hinausgehende Kronen- vergleichsweise kurzer Zeit deutlich schlag addiert. Die Wahl des tatsäch- breite sehr günstig (Abb. 2). Breite abzusenken. lichen Freibordmaßes, welches die Kronen erlauben zu gegebener Zeit rechnerisch erforderliche Größe na- die Durchführung von Baumaßnah- 378 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit Abb. 2 Freibord und Kronenbreite men (z. B. nachträglicher Einbau ei- ne explizite Regelungen und direkte ren und Ingenieurinnen zur Anzahl ner Dichtwand (Lang und Overhoff technische Vorgaben für den Bau und der Talsperren, ist in den einzelnen 2016), nachträglicher Einbau einer Betrieb von Talsperren. Ländern und Regionen, aber auch bei Oberﬂächendichtung, Injektionen Was jedoch immer verbleibt, das ist den verschiedenen Betreibern in ho- im Untergrund, Erhöhung des Ab- die Verantwortung derjenigen, welche hem Maße unterschiedlich. Aufgrund sperrbauwerks) und verbessern auch die Talsperren errichten bzw. betrei- des dem wirtschaftlichen Leben imma- die systemimmanente Sicherheit in ben. Diese direkte und unmittelbare nenten Strebens nach immer weiteren Situationen, welche über die Bemes- Verantwortung ist in hohem Maße rele- Kostenreduzierungen zeigt sich vieler- sung hinausgehen. vant. Es ist wichtig, dass beim Verkauf orts insbesondere bei den privatwirt- und bei der Übergabe von Stauanlagen schaftlich organisierten Betreibern eine 2 Die Überwachung von Talsperren dieser Aspekt den wirtschaftlich Verant- deutlich erkennbare Verschlechterung wortlichen sehr deutlich kommuniziert dieses Betreuungsverhältnisses. In Zei- 2.1 Grundlagen wird. Auch eine scheinbar „nachrangi- ten schwieriger Randbedingungen, wie ge“ Talsperre, welche im Rahmen eines zum Beispiel aufgrund des wirtschaft- Talsperren müssen überwacht werden. Deals zwischen Großunternehmen als lichen Drucks infolge sehr niedriger Der Umfang der Mitwirkung staatlicher Bestandteil eines Kraftwerkssystems Energiepreise, verstärken sich diese Institutionen in der Talsperrenüberwa- in ein neues organisatorisches Um- Tendenzen. Damit einhergehend ist chung ist in den einzelnen Ländern sehr feld verschoben wird, ist und bleibt auch zu beobachten, dass immer mehr unterschiedlich geregelt. Ebenso vari- eine Stauanlage, welche ohne Unter- Aufgaben der Talsperrenbetreuung an ieren die Existenz und die Bedeutung brechung und ohne Abstriche nach Dritte vergeben werden. Grundsätzlich nationaler Regelwerke und nationaler den allgemein anerkannten Regeln der kann eine Veränderung der personellen technischer Empfehlungen in hohem Technik zu überwachen ist. Es hängt Situation an einer Talsperre durchaus Maße. Die Bandbreite reicht hier über nuninhohem Maße vonder Struktur auch sehr positive Entwicklungen mit die individuelle und sehr „persönliche“ der unmittelbaren Anlagenbetreuung sich bringen. So erkennen Menschen, Einbindung eines Expertengremiums in ab, wie gut diese Übergänge, aber auch welche die Anlage bisher nicht kann- Österreich („Staubeckenkommission“), andere Wechsel in der Organisations- ten, möglicherweise mit neuer Auf- über ein vergleichsweise umfassendes form vonstatten gehen. merksamkeit und anderem fachlichen nationales Regelwerk für Stauanlagen Das Betreuungsverhältnis, d. h. das Hintergrund andere Zusammenhänge in Deutschland (DIN 19700, weitere Verhältnis der Anzahl der zuständi- als jene, welche seit sehr langer Zeit für technische Merkblätter (u. a. DWA)) bis gen und fachkundigen Technikern die lokale Betreuung und Überwachung hin zu einer Vielzahl von Ländern oh- und Technikerinnen bzw. Ingenieu- verantwortlich zeichnen. Nichtsdesto- Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 379 Originalarbeit Tab. 1 Die technische Betreuung von Talsperren im Wirkungskreis des Betreibers – Anforderungen (Allgemeine Darstellung wichtiger Grundsätze ohne Bezug auf nationale Regelwerke und Empfehlungen) Aufgabe Personenkreis Verfügbarkeit Betreuungsintensität Betreuungsverhältnis Anmerkung Lokale Betreuung der Technisch ausgebildete Räumlich und Täglich bis wöchentlich Typischerweise eine bis meh- Typischerweise Ange- Anlage, Bauwerks- Personen mit detaillier- zeitlich hohe Ver- rere Personen je Talsperre, stellte bzw. Angehörige überwachung ten Kenntnissen der fügbarkeit, kurze Sicherstellung einer aus- des Betreibers Talsperre Wege, Bereit- reichenden Betreuung aller schaftsdienst Talsperren in besonderen Si- tuationen (z. B. großräumiges Hochwasserereignis) Technische Ver- Fachkundige(r) Talsper- Gute Verfügbar- Nach Erfordernis, mindes- Typischerweise eine bis meh- Typischerweise Ange- antwortung für die reningenieur(in) keit, angemessene tens wenige bis mehrere rere Talsperren je Person, stellte bzw. Angehörige Talsperre Weglängen, Bereit- Male jährlich Sicherstellung einer aus- des Betreibers, bei klei- schaftsdienst reichenden Betreuung aller neren Anlagen ggfs. Talsperren in besonderen Si- langfristig an Dritte tuationen (z. B. großräumiges ausgelagert Hochwasserereignis) Technische Überprü- Experten und Expertin- Im Rahmen der Im Zuge der in größeren – Externe Fachleute bzw. fungen der Talsper- nen aus den relevanten Aufträge des zeitlichen Abständen (meh- Fachbüros im Auftrag ren Fachbereichen (u. a. Betreibers rere Jahre) erforderlichen des Betreibers Wasserbau, Statik, technischen Überprüfungen Geotechnik, Stahlwas- serbau) trotz ist die lokale Expertise und die detaillierte Kenntnis der speziﬁschen Talsperre unabdingbare Voraussetzung für eine gute und zuverlässige tech- nische Betreuung einschließlich der Bauwerksüberwachung. Aus Sicht des Verfassers sind bei der Organisation der Überwachung von Talsperren folgende Grundsätze hinsichtlich der erforderli- chen Personalressourcen aus Sicht des Betreibers einzuhalten (siehe Tab. 1). Bei bestehenden Anlagen gilt es nun, sich insbesondere im Zuge der Talsperrenüberwachung immer wie- der – und auch immer wieder „von Neuem“ (!) – mit allen sicherheitsrele- vanten Anlagenteilen zu beschäftigen. Die Überwachung des Zustandes des Absperrbauwerks und aller anderen si- cherheitsrelevanten Anlagenteile spielt hier eine herausragende Rolle. Von Zeit zu Zeit sind aber auch die anderen Aspekte der Talsperrensicherheit ein- schließlich der ursprünglichen Dimen- sionierung (u. a. Hydrologie, Hydrau- lik der Hochwasserentlastungsanlage, Lastannahmen, Konstruktionsprinzip, Tragsicherheitsnachweise – siehe auch Kap. 1.) einer grundlegenden Über- prüfung zu unterziehen. Nur so kann die Sicherheit von Talsperren über vie- le Jahrzehnte bzw. über Jahrhunderte Abb. 3 Darstellung der Aktivitäten bei der Talsperrenüberwachung während der Le- (!) in die Hände der nachkommenden benszeit einer Talsperre (Abb. aus dem ICOLD Bulletin 158; ICOLD 2014) Generationen gelegt werden. Es ist daher zwingend notwendig, die Überwachung von Talsperren auf unterschiedlichen zeitlichen und fach- lichen Ebenen durchzuführen. Eine Qualitätssicherung dieser Arbeiten ist dringend anzuraten. Verantwortlich für 380 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit trotz etwaiger staatlicher Mitwirkung die grundsätzliche Verantwortung deutlich sichtbar bei den Betreibern verbleibt. Diese sind dafür zustän- dig, dass ihre Anlagen den allgemein anerkannten Regeln der Technik ent- sprechen. Als „anerkannte Regel der Technik“ wird eine Festlegung ver- standen, die von einer Mehrheit re- präsentativer Fachleute als Wieder- gabe des Stands der Technik ange- sehen wird (siehe auch Europäische Norm EN 45020). � Selbstverständlich liegt es auch in der Verantwortung des Betreibers bzw. des Unternehmens oder der In- stitution, welche die Planung und den Bau der Talsperre initiiert und realisiert, dass die Planung, das De- sign, die Dimensionierung, aber auch der Bau und die Bauausfüh- rung den hohen Ansprüchen genü- gen, welche sich aus der Bedeutung der Talsperren ableiten lassen. Hier- bei sollte bereits dem potenziellen Gefährdungspotenzial (auch im Sin- ne einer langfristigen Prognose der räumlichen Entwicklung) und der gleichsam unbegrenzten Standzeit dieser Anlagen Rechnung getragen werden. �Die Talsperrenüberwachung beginnt bereits in der Bauphase und dau- ert im Sinne einer generationsüber- greifenden Aufgabe unbegrenzt an. Abb. 4 DieÜberwachungvonTalsperren(allgemeineDarstellungohnedirektenBezug Nur im Falle eines Rückbaus einer auf nationale Regelwerke) Talsperre würde sie entfallen. Das alle Maßnahmen der Talsperrenüber- 2.2 Konzept zur grundlegende und kontinuierlich wachung ist – weitgehend unabhän- Talsperrenüberwachung umzusetzende „Basismodul“ der Tal- gig von den nationalen Regelwerken sperrenüberwachung umfasst drei und Empfehlungen – der Betreiber. Im Im Sinne einer allgemeinen Darstel- wesentliche Aktivitäten (siehe auch Rahmen der Gremienarbeit der Inter- lung, welche sich in wichtigen Aspekten Abb. 4, grau hinterlegter Bereich): national Commission on Large Dams auf Vorgaben in verschiedenen interna- –Die Visuelle Kontrolle ist ein zen- (ICOLD) wurden allgemeine Empfeh- tionalen, nationalen und regionalen Re- trales und unersetzliches Element lungen zur Überwachung von Talsper- gelwerken bzw. Empfehlungen bezieht, der Bauwerksüberwachung an ren erarbeitet (ICOLD 2009, 2014). Hier wird nachfolgend ein grundlegendes kleinen und großen Talsperren. Sie wird die Überwachung von Talsperren Konzept für die Qualitätssicherung und ermöglicht eine umfassende qua- auf verschiedenen Niveaus, d. h. mit die Überwachung von Talsperren skiz- litative Beurteilung des Bauwerks- unterschiedlicher fachlicher Tiefe und ziert (Abb. 4): zustandes und dessen unmittel- in variierenden zeitlichen Intervallen, � Die Eigenverantwortung des Betrei- barer Umgebung. Es ist zwingend beschrieben (Abb. 3). In dieser Emp- bers muss der Kern der Talsperren- erforderlich, dass die visuelle Kon- fehlung werden für die unterschiedli- überwachung sein. Die Rolle und trolle von geschultem Personal chen Ebenen bzw. Niveaus (vgl. „Level“ die Intensität der Mitwirkung der durchgeführt wird, welches mit (engl.) in Abb. 3) der Talsperrenüberwa- Aufsichtsbehörde hängen in hohem der Anlage gut vertraut ist (sie- chung Größenordnungen der zeitlichen Maße von den nationalen und regio- he auch Tab. 1). Im Rahmen von Abfolge vorgeschlagen. Diese sollen un- nalen Festlegungen bzw. der jeweils visuellen Kontrollen wird erfah- ter anderem die Größe und das Gefähr- gelebten Praxis ab. Ebenso sollten rungsgemäß der größte Teil der dungspotenzial der jeweiligen Talsperre die Größe bzw. die Gefährdungs- Mängel und Schäden an einer Tal- berücksichtigen. potenziale der Talsperren Einﬂuss sperre erkannt. Visuelle Kontrollen auf den Umfang der Mitwirkung der sollten unter Beachtung der Grö- Aufsichtsbehörde an der Talsperren- ße und des Gefährdungspotenzials überwachung haben. Aus Sicht des einer Talsperre im zeitlichen Ab- Autors ist es jedoch zwingend, dass stand von einem Tag bis sehr weni- Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 381 Originalarbeit genWochendurchgeführt werden. Anpassung und Sanierung der Anla- der Wasserspiegelabsenkung in Not- Technische Empfehlungen (z. B. ge ergeben. Typischerweise werden situationen, über die Entleerung im DWA 2011) geben in exemplari- diese im Rahmen dieser Überprü- Rahmen von Sanierungen, der Abga- scher Weise Hinweise zum Um- fungen festgestellt und im Anschluss be von Restwasser, der Mitwirkung bei fang und Vorgehen der visuellen innerhalb eines angemessenen Zeit- der Hochwasserabfuhr bis hin zum Se- Kontrolle. raumes umgesetzt. Dieser Prozess dimentmanagement reichen. Weltweit – Neben der Messung des Zu- und ist von wesentlicher Bedeutung, um gesehen variiert die Handhabung der Abﬂusses sowie einer zwingenden die Sicherheit der Talsperre über Ge- Bemessungsansätze für Grundabläs- Möglichkeit der Bestimmung des nerationen hinweg unter Beachtung se sehr stark. In vielen Ländern sind Wasserstands im Stauraum werden der jeweils gültigen gesellschaftli- Grundablässe unabdingbarer Bestand- weitere Messungen am Bauwerk chen Sicherheitsansprüche bzw. dem teil der Sicherheitsphilosophie. Es gibt durchgeführt. Diese variieren hin- jeweils gültigen Stand der Technik weltweit jedoch sehr viele Talsperren, sichtlich ihrer Art und Weise und entsprechend zu gewährleisten. welche über keinen Grundablass ver- ihres Umfangs in erheblichem Ma- � Zu jeder Zeit muss eine Gefährdung fügen. Bei anderen Anlagen existieren ße. Ziel der Messungen ist es, den der Standsicherheit des Absperrbau- zwar Grundablässe, jedoch sind diese Zustand des Absperrbauwerks und werks oder anderer sicherheitsrele- aufgrund fehlender Instandhaltung und anderer wichtiger Anlagenteile zu vanter Anlagenteile erkannt werden Sedimentablagerungen oft nicht mehr erfassen. Neben Deformations- können. Auch dies liegt zwingend funktionsfähig (Auﬂeger 2013). messungen werden insbesondere in der Eigenverantwortung des Be- Im Sinne der Notwendigkeit, Talsper- auch Messungen zur Beobach- treibers. Es muss gewährleistet sein, ren von einer Generation zur nächsten tung der Durchsickerung durch- dass in diesem Fall eine qualiﬁzierte zu übergeben, sind Grundablässe an geführt. Eine zentrale Bedeutung und möglichst rasche Information an Talsperren als in hohem Maße relevan- kommt der messtechnischen Be- die jeweils zuständige Behörde oder te Einrichtungen zu sehen. Sie kön- stimmung des Sickerwasserabﬂus- Institution (z. B. den Katastrophen- nen insbesondere in Notsituationen ses zu. Die Messungen werden schutz) ergeht. In vielen Ländern ist von größtem Nutzen sein und geben mit unterschiedlicher Häuﬁgkeit die Ausarbeitung von Bruchszenari- grundsätzlich eine große Flexibilität (z. B. permanent, täglich, wöchent- en und die Weitergabe entsprechen- in unterschiedlichsten Betriebsfällen. lich etc.) vorgenommen. Wichtige der Planunterlagen an die zuständi- Fallbeispiele ohne Grundablass können Messdaten (z. B. Wasserstand und gen öffentlichen Stellen inzwischen nicht als Begründung für den Verzicht Sickerwasserabﬂuss) sollten nach Realität oder zumindest in die Wege auf entsprechende Auslässe an neuen Möglichkeit automatisch erfasst geleitet worden. Die Durchführung Talsperren dienen. Dies gilt auch für und fernübertragen werden. von Evakuierungen und alle Maß- Anlagen im Ausland. Für den langfris- – In regelmäßigen Abständen (z. B. nahmen des Katastrophenschutzes tigen Betrieb von Grundablässen ist es 6 Monate, 12 Monate) ist eine Er- obliegen im Sinne der Mächtigkeit zwingend notwendig, mindestens zwei probung der Betriebseinrichtungen und Besonderheit dieser Aufgabe voneinander unabhängig bedienbare erforderlich. Hierbei sollten ins- nun nicht mehr dem Betreiber, wel- Verschlüsse anzuordnen (vgl. Abb. 5). besondere die sicherheitsrelevan- chem in aller Regel die Strukturen Diese Forderung ﬁndet sich auch in ten beweglichen Anlagenteile, d. h. und Kompetenzen hierfür fehlen. verschiedenen nationalen Regelwer- der Grundablass und etwaige Ver- Dies entbindet ihn allerdings in kei- ken (u. a. DIN 19700). Die Unabhän- schlüsse an der Hochwasserent- ner Weise von seiner Verantwortung. gigkeit der beiden Verschlüsse ist die lastungsanlage, auf ihre Einsatzbe- Voraussetzung für eine betriebssichere reitschaft und Funktionalität hin 3 Beiträge zu verschiedenen regelmäßige Erprobung des Grundab- überprüft werden. Aspekten der Sicherheit von lasses (Abb. 5). Das Risiko des Ver- Talsperren bleibs ungenutzter Stahlwasserbauteile Die Ergebnisse dieser Aktivitäten soll- bei vergleichsweise großen Druckhö- ten im Sinne des kontinuierlichen Ab- 3.1 Überblick hen(Fallbeispiel inAbb. 6) kann da- laufs des Basismoduls der Talsperren- mit so gut wie ausgeschlossen werden. überwachung in regelmäßigen Abstän- Nachfolgend werden verschiedene As- Die langfristige Betriebssicherheit von den zusammengefasst werden. Hierbei pekte der Sicherheit von Talsperren Grundablässen kann allerdings nur bei sind die Ergebnisse der visuellen Kon- im besonderen Kontext zu aktuellen einem von Anfang an nachhaltigen Se- trolle und die Daten der Bauwerksüber- Entwicklungen und Konzeptionen vor- dimentmanagement gewährleistet wer- wachung darzustellen und zu bewerten. gestellt und diskutiert. Von besonderer den. Auch dies ist eine Aufgabe, welche � IngrößerenZeitabständen (z.B.5 Jah- Bedeutung ist hierbei jeweils der Blick mit großer Weitsicht wahrgenommen re, 10 Jahre, 15 Jahre) ist eine einge- auf die „unbeschränkten“ Standzeiten werden muss. hende Überprüfung („Formal Inves- bzw. Lebensdauern der Talsperren und tigation“, „Vertiefte Überprüfung“) die generationsübergreifende Aufgabe 3.3 Bauwerksüberwachung mit der Talsperre durchzuführen. Es gilt der Talsperrenüberwachung. Generationen von Messsystemen hierbei, die Anlage ohne Vorbehalte und Messverfahren und frei von Vorprägungen auf ihre 3.2 Die Bedeutung von Grundablässen Sicherheit hin zu überprüfen (sie- für die Talsperrensicherheit In der Bauwerksüberwachung kommen he auch Abschn. 2.1.). Im Laufe der die unterschiedlichsten Verfahren und Zeit werden sich früher oder später Grundablässe besitzen unterschiedli- Messgeräte zum Einsatz. Die hierbei an jeder Talsperre Erfordernisse zur che Zielsetzungen. Diese können von verwendeten Technologien richten sich 382 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit Abb. 5 GrundablassmitzweiVerschlüssen → guteVoraussetzungfürdenErhaltderBetriebssicherheitüberGenerationen(hierBei- spiele der hohen Flexibilität bei der Grundablassüberprüfung bei Vorhandensein von zwei Verschlüssen) Abb. 6 Grundablass mit einem Verschluss → großes Risiko einer abnehmenden Betriebssicherheit und eines sich langsam entwi- ckelnden Sicherheitsproblems im Laufe der Betriebszeit (Fallbeispiel) zunächst nach dem Stand der entspre- integrierten Messgeräte erreicht wird. und der potenziellen Versagensform der chenden Messtechnik zum Zeitpunkt Diese Situation stellt die Verantwortli- inneren Erosion bedingen sie jedoch des Baus der Talsperre. Bei größeren chen vor nicht unerhebliche Probleme. oft einen bedeutsamen Aufwand in Anlagen wurden auch verschiedenste Es gilt zu entscheiden, ob ein Ersatz der Bauwerksüberwachung. Aus Sicht Messgeräte zum Beispiel zur Bestim- der Messgeräte technisch möglich und des Verfassers sind beim langfristigen mung von Verformungen, Drücken und sinnvoll ist, ob die erforderlichen Mess- Umgang mit Messgeräten in Staudäm- Temperaturen in das Bauwerk in ei- größen (Bauwerksreaktion) möglicher- men folgende Aspekte von besonderer ner Art und Weise integriert, welche weise über andere Verfahren in bes- Bedeutung: eine spätere Auswechslung oder eine serer Art und Weise ermittelt werden � Messgeräte, die im Inneren eines Reparatur ausschließt. Bezogen auf können oder ob der Wegfall der bishe- Staudammes installiert werden, kön- die „unbegrenzte Lebensdauer“ der rigen Informationen aus dem Bauwerk nen insbesondere im Bereich ei- Absperrbauwerke muss davon ausge- akzeptiert werden kann. nes natürlichen Kerns potenzielle gangen werden, dass diese Messgeräte Einen besonderen Stellenwert neh- Schwachstellen oder lokale Störun- im Laufe der Jahre oder Jahrzehnte in men hierbei die Messgeräte ein, welche gen verursachen. Grundsätzlich bie- ihrer Zuverlässigkeit und Funktionali- im Inneren von Staudämmen instal- ten Kabel und Schläuche, welche tät deutliche Einschränkungen erleiden liert werden. Staudämme unterschei- zu den einzelnen Messgebern füh- und defekt werden. Im Laufe dieser den sich von Staumauern insbeson- ren, günstige Randbedingungen für Zeit können jedoch möglicherweise dere durch ihre erheblich geringeren Sickerströmungen. Im Bereich von sehr wichtige und umfassende Daten Anforderungen an die Tragfähigkeit Messgeräten sind die Möglichkeiten über das Bauwerksverhalten gewonnen des Untergrundes und einer wesent- der Verdichtung sowie der Verdich- werden. Dennoch muss beachtet wer- lich größeren Flexibilität hinsichtlich tungskontrolle mitunter nicht uner- den, dass spätestens nach mehreren der Bauformen und Ausgestaltungen. heblich beeinträchtigt. Im Zuge der Jahrzehnten die Lebensdauer der meis- Hinsichtlich der geringen Widerstands- Planung der ersten Messausstattung ten innerhalb der Absperrbauwerke fähigkeit in Überströmungssituationen eines Staudamms sollten daher der Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 383 Originalarbeit Abb. 7 Mögliche Entwicklung der Porenwasserdrücke imKerneinesStaudammesund eine Auswahl anInterpretationsmöglichkei- ten (fiktives Fallbeispiel) Umfang, die Anzahl und insbesonde- anhand der anfänglichen Messwert- von Messgebern mittels Bohrungen re auch die Anordnung der Messlei- entwicklung (Auﬂeger 2007). in natürlichen Kernen und im Unter- tungen kritisch geprüft werden. Ins- � Porenwasserdruckmessungen kön- grund von Staudämmen besondere besondere in natürlichen Kernen ist nen Messdaten von besonderer Be- Sorgfalt geboten. Das Bohren mit daher grundsätzlich eine sehr deut- deutung beispielsweise über den Wasser oder Luft muss so weit wie liche Zurückhaltung hinsichtlich der Druckabbau in einem natürlichen möglich vermieden werden. Wenn es zu installierenden Messausstattung Kern liefern. Für die Interpretation keinen anderen Ausweg gibt, muss zu empfehlen. der Entwicklung der Messdaten ist es mit größter Sorgfalt und Überwa- � Der Einsatz von Messgeräten zur Er- allerdings umfassende Erfahrung er- chung durchgeführt werden, um das mittlung von Totalspannungen (Erd- forderlich. So können ausgeprägte Risiko von hydraulic fracturing oder druckgeber) sollte in jedem Einzelfall Messwertentwicklungen durchaus pneumatic fracturing durch die Be- grundsätzlich auf seine Sinnhaftig- unterschiedliche Ursachen haben. grenzung der Luft-und Wasserdrücke keit überprüft werden. Von beson- Fallweise ist ein nicht unerheblicher zu reduzieren (ICOLD 2014). Die je- derer Bedeutung sind hierbei die er- Interpretationsspielraum gegeben weils zulässigen Werte hängen von heblichen Unsicherheiten hinsicht- (Abb. 7). der Materialdichte, dem Porenwas- lich der Qualität der Messergebnisse � Die Nachrüstung von Messgeräten serdruck und der Tiefe des Bohrlochs bzw. das grundsätzliche Erforder- muss mit besonderer Sorgfalt geplant ab. Bei der Nachrüstung von Mess- nis der nachträglichen Bearbeitung bzw. in jedem Fall auf ihre Sinnhaf- geräten in sensitiven Bereichen von bzw. Kalibrierung der Rohmessdaten tigkeit überprüft werden. Insbeson- Absperrbauwerken (insbesondere dere ist beim nachträglichen Einbau bei Staudämmen mit natürlichen 384 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit Wirksamkeit bzw. „Eindringetiefe“ jedoch auf die freien Oberﬂächen der Bauwerke begrenzt. Andere mo- derne Messverfahren sind in der La- ge, entlang von sehr robusten und sehr langlebigen Glasfaserleitungen, welche ohne jede weitere Messge- räte in verschiedenen Bauwerksteile integriert werden können, wichtige Informationen über die Temperatur, über Sickerströmungen und auch in einzelnen Fällen über die Verfor- mungen in verteilter Form zu er- mitteln. Die eigentliche Messtechnik und damit jene Messkomponenten, welche einer relevanten Alterung, aber auch einer ständigen techni- schen Weiterentwicklung unterlie- gen, werden hierbei außerhalb des Bauwerkskörpers angeschlossen und sind somit jederzeit zugänglich und austauschbar. Solche Messverfahren (z. B. faseroptische Temperaturmes- sungen zur Leckageortung; Fry et al. 2007) bieten gegenüber klassischen Verfahren mitunter deutliche län- gerfristige Messoptionen und weisen meist eine sehr große Datendichte auf. 3.4 Bruchszenarien und Vorwarnzeiten an Staudämmen – Sicherheit für Generationen Die Sicherheit der Talsperren ist ele- mentar. Mithilfe von Flutwellenberech- nungen werden die Auswirkungen des Versagens von Absperrbauwerken in hypothetischer Form ermittelt. Diese Untersuchungen sind Grundlage für vorbereitende Maßnahmen des Kata- strophenschutzes. In diesen Szenarien wird davon ausgegangen, dass das Ver- sagen der Staumauer oder des Stau- damms bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium erkannt wird. Die vorhandenen Methoden der Bauwerks- überwachung sind hierfür jedoch nur bedingt geeignet. Es liegt im Kern der Aufgabenstellung und der Sicherheits- anforderung unserer Gesellschaft, dass zu jedem Zeitpunkt ab der Fertigstel- Abb. 8 Fallbeispiel: Trockene Bresche mit anschließenden Staudammbruch, Darstel- lung einer Talsperre sichergestellt wer- lung der erheblichen Schwankungsbreite der situativen Vorwarnzeiten in Abhängigkeit den muss, dass ein Versagen der Stau- vom Umfang der Bauwerksmessungen anlage zu einem möglichst frühen Zeit- punkt erkannt werden muss. Ebenso ist Kernen) sollten Techniken mit deut- rungslos funktionieren (z. B. Laser- sicherzustellen, dass schadhafte Ein- lich geringerem Risiko (u. a. Schne- scan, Fotogrammetrie) besitzen ein wirkungen auf Talsperren durch Dritte cken und sonic drilling)in Erwägung sehr großes Potenzial und eröffnen so rechtzeitig erkannt werden können, gezogen werden. neue Einblicke auf die Anlage bzw. dass Gegenmaßnahmen möglich sind. � Messmethoden und Messgeräte wer- auf einzelne Anlagenteile (z. B. Ver- In den Modellvorstellungen wird bei den ständig weiterentwickelt. Mo- formungsmessung, Rissdetektion, Staudammbrüchen als mögliche Vor- derne Messverfahren, welche berüh- optische Kontrollen). Sie sind in ihrer warnzeit die Zeitdauer angegeben, wel- Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 385 Originalarbeit der Fernübertragung von Messda- ten, kann nicht davon ausgegangen werden, dass eine Vorwarnung der Bevölkerung unter diesen Umstän- den möglich ist. Das Entstehen der Bresche könnte außerhalb der visu- ellen Kontrollen nur durch zufällig Beobachtungen anderer Personen erkannt werden. � Falls der Beckenwasserstand auto- matisch an eine zentrale Leitstelle übergeben wird oder beispielsweise über eine Alarmwertvorgabe mit ei- nem Bereitschaftsdienst verbunden ist, kann das sich abzeichnende Ver- sagen erkannt werden, sobald es zu einem erkennbaren und ungewöhn- lichen Absinken des Wasserstandes im Staubecken kommt. Dies ist je- doch erst in einem sehr weit fortge- schrittenen Stadium der Breschen- bildung der Fall. � Bei Staudämmen, welche über eine Abb. 9 Fallbeispiel: Trockene Bresche mit anschließenden Staudammbruch – Dar- gut funktionierende Sickerwasser- stellung der deutlich längeren situativen Vorwarnzeit bei Einsatz eines kabelbasierten abﬂussmessung verfügen, wird die Dammbruchwarnsystems beginnende Einströmung in die Bre- sche nach dem Auffüllen der entspre- che zwischen dem Beginn der Bildung den ab. Im Zuge großer Hochwasserer- chenden Drainage- und Sickerzonen einerBresche im Dammkörperund eignisse ist die allgemeine und auch bzw. -leitungen zu einer signiﬁkan- dem Auftreten kritischer hydraulischer die anlagenspeziﬁsche Aufmerksamkeit ten Erhöhung der Messwerte führen. Zustände im betrachten Bereich im Un- deutlich erhöht. In diesen Fällen wird Hierdurch kann das sich abzeichnen- terwasser verstreicht. Hierbei wird im- ein Überströmen der Dammkrone sehr de Problem an der Dammkrone mög- plizit davon ausgegangen, dass die Bre- frühzeitig erkannt werden. Bei anderen licherweise noch vor dem Absinken schenbildung unmittelbar erkannt wird Schadensursachen – insbesondere bei des Wasserspiegels im Staubecken und die Alarmmeldung unverzüglich sehr raschen Schadensentwicklungen erkannt werden. erfolgt. Brüche von Dammbauwerken unter „Schönwetterverhältnissen“ – ist können durch unterschiedliche Prozes- davon auszugehen, dass eine Schadens- Ein unmittelbares Erkennen der Scha- se ausgelöst werden. Analysiert man entwicklung nur durch fernübertragene densprozesse an der Dammkrone ist historische Dammbrüche, so ist die Messsignale oder zufällige Beobachtun- jedenfalls mit den aufgezeigten mess- häuﬁgste Ursache das Überströmen, gen vor dem Eintreffen einer Flutwelle technischen Ausstattungen nicht mög- gefolgt von innerer Erosion. Weitere im Unterwasser erkannt werden kann. lich. Ursachen können im Untergrund oder Solche Situationen sind beispiels- Die Dammkrone eignet sich als in- auch im Aufbau des Dammkörpers lie- weise bei Prozessen der inneren Erosion tegraler Indikator für den Zustand des gen. Gemeinsam ist den verschiedenen (insbesondere bei fehlenden Sickerwas- Absperrbauwerks in Extremsituationen. Versagensprozessen, dass es fast immer serabﬂussmessungen) oder aber auch Sobald ein signiﬁkanter Schaden an früher oder später zu einer Situation bei trockenen Breschen im Bereich der Dammkrone feststellbar ist, besteht kommt, in welcher die Dammkrone der Dammkrone vorstellbar. Unter tro- jedenfalls größte Gefahr für das Versa- überströmt wird (Lopez und Auﬂeger ckener Bresche wird eine Schadeinwir- gen des Bauwerkes (Auﬂeger und Lopez 2017). Hieran schließt sich bei üblichen kung verstanden, welche eine massive 2016). Durch ein kabelbasiertes System Dammkonstruktionen unvermeidbar Veränderung der Dammkrone verur- besteht die Möglichkeit, strukturelle die Bildung einer Bresche mit einem sacht. Sobald die Unterkante dieser Veränderungen der Dammkrone und progressiven Anstieg der Flutwelle an. Bresche unter dem Wasserstand im sehr deutliche Deformationen bereits Diese kann die Größenordnung natür- Staubecken liegt, beginnt eine Durch- in einem frühen Stadium zu erkennen. licher Hochwasserereignisse um Grö- strömung dieses Bereiches und in der Hierzu muss ein geeignetes Messver- ßenordnungen übertreffen und kata- Folge eine progressive Vergrößerung fahren verwendet werden, welches in strophale Auswirkungen haben. der Schadstelle. Je nach Umfang der der Lage ist, zu jeder Zeit eine Ver- Tatsächlich hängt die Wahrschein- messtechnischen Ausstattung des Stau- letzung oder aber auch eine größere lichkeit, dass das beginnende Versagen dammes variieren nun die „situativen Deformation im Bereich des Kabels zu eines Staudammes bereits zu einem Vorwarnzeiten“ in erheblichem Maße erkennen. Diese Information und ge- sehr frühen Zeitpunkt erkannt wird, (Abb. 8). gebenenfalls auch der Ort einer Schad- insbesondere von der Art und dem Um- � Bei Anlagen ohne weitergehende stelle ist dann an das Leitsystem bzw. an fang der vorhandenen Messeinrichtung messtechnische Ausstattung, d. h. die zuständigen Personenkreise direkt sowie den grundsätzlichen Umstän- insbesondere ohne die Möglichkeit weiterzuleiten. Durch die Integration 386 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit eines solchen Dammbruchwarnsys- durchführt. Ein Ausfall dieses Systems notwendigen grundsätzlichen Über- tems wäre es möglich, die tatsächliche resultiert in einer Warnmeldung. prüfungen der Talsperren erhebliche Vorwarnzeit, d. h. die Zeitdifferenz zwi- Verantwortung tragen. Diese Aufgaben schen dem zuverlässigen Erkennen des 4 Die Menschen an der Talsperre müssen von einer Generation an die Problems an der Anlage und dem Ein- nachfolgende weitergegeben werden. treffen der Flutwelle im Bereich der Die Sicherheit einer jeden einzelnen Die Talsperren von heute werden dann kritischen Infrastrukturen, wirksam zu Talsperre muss ab dem Zeitpunkt des noch sehr lange sehr sicher stehen! reduzieren (Abb. 9). Baubeginns zu jeder Zeit in einem dem Funding Open access funding provided Der Einsatz kabelbasierter Systeme Gefährdungspotenzial der Anlage ent- by University of Innsbruck and Medical ist u. a. aus verschiedenen Anwendun- sprechenden sehr hohen Maße gewähr- University of Innsbruck. gen verteilter faseroptischer Messun- leistet sein. Bedingt durch das immer gen gut bekannt (z. B. Goltz et al. 2009), höher werdende Alter der Talsperren welche jedoch grundsätzlich der „nor- verändern sich die bei der Überwa- Open Access Dieser Artikel wird unter malen“ Bauwerksüberwachung, insbe- chung der Anlagen angewandten Ver- der Creative Commons Namensnen- sondere dem Erkennen von Durchsi- fahren und Vorgehensweisen. Der Da- nung 4.0 International Lizenz (http:// ckerungen, aber auch in besonderen tenumfang wird zumindest an den grö- creativecommons.org/licenses/by/4. Fällen der verteilten Deformationsmes- ßeren Talsperren immer höher werden. 0/deed.de) veröffentlicht, welche die sung dienen (Höpffner et al. 2012). Ein Die Digitalisierung und das Einbin- Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Dammbruchwarnsystem besteht aus den aller verfügbaren Informationen Verbreitung und Wiedergabe in jeg- einem geeigneten Kabel, welches im in übergeordnete Datenmanagement- lichem Medium und Format erlaubt, Bereich der Dammkrone in Längsrich- Systeme wird erhebliche Vorteile schaf- sofern Sie den/die ursprünglichen Au- tung innerhalb des Dammbauwerkes fen. Unersetzbar werden jedoch die tor(en) und die Quelle ordnungsgemäß installiert wird (Abb. 8), und aus einem Personen sein, welche sowohl bei den nennen, einen Link zur Creative Com- an einer günstigen und sicheren Positi- ständigen visuellen Kontrollen, bei der mons Lizenz beifügen und angeben, ob on angeordneten sehr robusten Mess- Bewertung der gesammelten Bauwerks- Änderungen vorgenommen wurden. system, welches ständige Messungen daten aber auch bei den immer wieder Literatur Auﬂeger, M. (2007): Der gute alte Erddruckge- Fry, J.-J., Blais, J.-P., Perzlmaier, S., Auﬂeger, M., Fachzeitschrift für Wasser und Umwelttechnik ber. In: Wasserbau an der TU München. Beiträge Goltz, M. (2007): Introduction to the Detection 2012/09, S. 35–41. zum wasserbaulichen Symposium anlässlich of Internal Erosion. In: Assessment of the Risk International Commission on Large Dams des Abschieds von Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. of Internal Erosion of Water Retaining Structu- (ICOLD) (2009): Bulletin 138 General approach Theodor Strobl am 16. März 2007. München: res: Dams, Dykes and Levees. Intermediate Re- to Dam Surveillance—Basic elements in a “dam Technische Universität München (= Berichte des port of the European Working Group of ICOLD. safety” process. Paris. Lehrstuhls und der Versuchsanstalt für Wasser- München: Technische Universität München (= International Commission on Large Dams bau und Wasserwirtschaft, 110), S. 11–17. Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt (ICOLD) (2014): Bulletin 158 Dam Surveillance Auﬂeger, M. (2013): Mach’s mit! – Oder besser für Wasserbau und Wasserwirtschaft, 114), ISBN Guide (Preprint). Paris. ohne? – Grundablässe im internationalen Ver- 978-3-940476-04-3, S. 132–143. Lang, M., Overhoff, G. (2016): Das neue Dich- gleich. 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Publisher: Springer Journals
Copyright: Copyright © 2018 by The Author(s)
Subject: Engineering; Engineering, general; Water Industry/Water Technologies; Chemistry/Food Science, general; Waste Water Technology / Water Pollution Control / Water Management / Aquatic Pollution; Waste Management/Waste Technology
ISSN: 0945-358X
eISSN: 1613-7566
DOI: 10.1007/s00506-018-0495-3
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Abstract

Originalarbeit Österr Wasser- und Abfallw 2018 · 70:377–387 https://doi.org/10.1007/s00506-018-0495-3 M. Auﬂeger Online publiziert: 4. Juni 2018 © Der/die Autor(en) 2018 Zusammenfassung Talsperren sind 1 Die Sicherheit von Talsperren Die Anforderungen der Gesellschaft elementar für das Funktionieren wich- an die Sicherheit von Talsperren sind tiger Infrastrukturen. Die Überwachung Talsperren sind von elementarer Bedeu- naturgemäß sehr hoch. Das Risiko des vonTalsperrenist vongroßer Bedeu- tung für unsere Gesellschaft. In ihren Versagens wesentlicher Anlagenteile tung für die Sicherheit der unterhalb Stauräumen kann das aus dem natür- vonTalsperrenmuss so klein gehalten liegenden Siedlungsräume. Es ist not- lichen Einzugsgebiet und aus Überlei- werden, dass zu keiner Zeit die Sied- wendig, die hierfür erforderlichen Pro- tungen stammende Wasser zwischen- lungsräume unterhalb der Absperrbau- zesse in transparenter und nachhaltiger gespeichert werden. Talsperren dienen werke in der Gesellschaft subjektiv mit Weise zu organisieren. Jede einzelne dem Hochwasserschutz, der Bereitstel- einer erhöhten Gefährdung verbunden Talsperre ist ab dem Zeitpunkt ih- lung von Brauch- und Trinkwasser, der werden. Für dieses Gefühl wiederum rer Erstellung in zuverlässiger Form Bewässerung und zur Erzeugung von sind unter anderem die Anzahl und der zu überwachen und regelmäßig dem erneuerbarer Energie aus Wasserkraft. Umfang der tatsächlich passierten Ver- aktuellen Stand der Technik anzupas- Die Absperrbauwerke der Talsperren sagensfälle, aber auch deren mediale sen. Im Gegensatz zu vielen anderen stauen das Wasser mitunter sehr weit Aufbereitung von großer Bedeutung. Infrastrukturen können Talsperren in über das Niveau des natürlichen Ge- Erheblichen Einﬂuss auf die Wahrneh- der Regel nicht mehr abgebaut bzw. wässers. mung der potenziellen Gefährdung zurückgebaut werden. Die Talsperren- Talsperren bestehen unter ande- durch Talsperren hat insbesondere überwachung ist daher eine Aufgabe, rem aus dem Stauraum, einer Hoch- auch der Umgang des Betreibers und eine Herausforderung, aber auch eine wasserentlastungsanlage und einem der zuständigen Behörden mit diesem Chance für Generationen. Ingenieu- oder auch mehreren Absperrbauwer- Thema. Während noch vor einigen Jah- re und Ingenieurinnen mit fundierten ken. Absperrbauwerke sind entweder ren ein Verschweigen bzw. ein Ignorie- Kenntnissen in der Talsperrentechnik Staumauern (aus Beton) oder Stau- ren des verbleibenden Versagensrisikos werden hierfür gebraucht. dämme (überwiegend oder vollständig in manchen Regionen Realität war, er- aus Erdbaustoffen). Absperrbauwerke höht eine transparente und realistische Dam safety—a task for von Talsperren gehören zu den größten Bewertung der Talsperrensicherheit das generations Bauwerken weltweit. Große Talsperren tatsächliche Sicherheitsniveau und am besitzen aufgrund der mitunter sehr Ende auch das Vertrauen der moder- Abstract Dams are critical for the func- großen und hoch über dem natürlichen nen Gesellschaft in die Infrastruktur. tioning of important infrastructures. Talboden gespeicherten Wassermassen Die Menschen können durchaus da- The surveillance ofdams isofgreat ein bedeutendes Gefahrenpotenzial. mit umgehen, dass Brückenbauwerke, importance for the safety of the areas Talsperren werden zwar häuﬁg un- Verkehrssysteme, Industrieanlagen und downstream. It is necessary to organize ter der Vorgabe einer Lebenszeit oder auch Talsperren grundsätzlich mit ei- the necessary processes in a transpar- einer theoretischen Betriebsdauer (z. B. nem Versagensrisiko versehen sind. ent and sustainable way. Each dam 50 Jahre) geplant und gebaut. Die Er- Wichtig sind Transparenz und Infor- has to be reliably surveyed from the fahrungen der letzten 100 Jahre zeigen mation. Die fortschreitende Digitali- time of its construction. It has to be jedoch eindrucksvoll, dass Talsperren sierung bietet hier grundsätzlich große regularly adapted to the current state in der Regel weit über diese ursprüng- Möglichkeiten. Die Notwendigkeit des of the art. In contrast to many other in- lichen Annahmen hinaus Bestandteil Schutzes kritischer Infrastrukturen auf- frastructures, typically dams cannot be der Infrastruktur und der Landschaft grund diffuser Bedrohungslagen durch removed again. Therefore, dam surveil- bleiben. Dies hängt mit dem unmit- den weltweiten Terrorismus muss in lance has to be considered as a task, telbaren Nutzen der Anlage, aber auch diesem Zusammenhang jedoch auch a challenge and a chance for genera- sehr stark mit den durch einen Auf- Beachtung ﬁnden. tions. Engineers with sound knowledge stau verbundenen hydraulischen und Das tatsächlich vorhandene Sicher- in the dam technology are needed for morphologischen Prozessen (insbeson- heitsniveau einer Talsperre ist schwierig this purpose. dere den Verlandungen im Stauraum) zu bestimmen. Es ist nicht möglich, die zusammen. Der Rückbau von Talsper- Versagenswahrscheinlichkeit einer Tal- ren ist meist keine ernsthafte Option. sperre bzw. des Absperrbauwerks im Der Betrieb der Talsperren und ins- Sinne eines Zahlenwerts verlässlich zu besondere auch die Überwachung der ermitteln. Für die tatsächliche Sicher- Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Auﬂeger () zughörigen Absperrbauwerke sind da- heit einer Talsperre sind verschiedenste Arbeitsbereich Wasserbau, Institut für her Aufgaben für Generationen. Hierfür Aspekte von großer Bedeutung. Sechs Infrastruktur, Universität Innsbruck, werden ständig fachkundige Ingenieu- besonders wichtige Themen sind (vgl. Technikerstraße 13, 6020 Innsbruck, rinnen und Ingenieure benötigt! auch Abb. 1): Österreich markus.auﬂeger@uibk.ac.at Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 377 Originalarbeit Abb. 1 Wichtige Aspekte der Sicherheit von Talsperren (Überblick) � Die grundsätzliche Dimensionierung � Die Talsperrenüberwachung als zen- türlich überschreiten kann, obliegt des Absperrbauwerks einschließlich trales und unersetzliches Element demBauherrn bzw. seinemPlaner. Je des Dichtungssystems unter beson- der Sicherheitsphilosophie ein- größer der Freibord ist, umso höher derer Beachtung seiner systembe- schließlich der daraus resultierenden ist die systemimmanente Sicherheit dingten Reserven und der Sicherheit Anpassungs- und Sanierungsmaß- des Bauwerks auch in Situationen, gegenüber inneren Erosionsvorgän- nahmen. welche über die allgemeinen Be- gen (bei Staudämmen). messungsannahmen hinausgehen � Die Kenntnis der tatsächlichen Un- Angesichts der Erheblichkeit des Ein- (Abb. 2). Ebenso lassen sich Ände- tergrundverhältnisse und die Di- griffes beim Bau von Talsperren und rungen der hydrologischen Grund- mensionierung sowie die Ausfüh- der aufgrund der üblicherweise feh- lagen (z. B. der Bemessungshoch- rung der Untergrundabdichtung. lenden Option desRückbauszwingend wasserabﬂüsse) bei ausreichenden � Die Leistungsfähigkeit, Ausführung, absehbaren Notwendigkeit späterer An- Freibordreserven in der Regel gut Verklausungssicherheit und der bau- passungen liegt es in der Verantwortung aufnehmen. liche Zustand der Hochwasserent- der Planer und Betreiber, die Talsperren �Die Breite der Krone des Absperrbau- lastungsanlage unter besonderer Be- und ihre Absperrbauwerke von Anfang werks geht natürlich unmittelbar in achtung der Zuverlässigkeit des Öff- an mit ausreichenden „zusätzlichen“ Si- die erforderliche Kubatur und den nens etwaig vorhandener Verschlüs- cherheiten zu versehen. Hierbei spielen Raumbedarf ein. Bemessungsregeln se. der Freibord und die Breite der Krone konzentrieren sich oft auf eine aus- � Der Freibord als Maß zwischen dem des Absperrbauwerks jeweils eine ganz reichende und sichere Befahrbarkeit höchsten Stauziel und der Krone des besondere Rolle: des Bauwerks. Mit Blick auf später Absperrbauwerks unter Beachtung �Der Freibord wird üblicherweise un- erforderliche – zum Zeitpunkt des der Lage der Oberkante des Dich- ter Beachtung der möglichen Wind- Baus jedoch noch nicht bekannte tungssystems. wellenwirkungen bemessen. Je nach – Anpassungsmaßnahmen an dem � Ein betriebssicherer Grundablass, Lastfall und regionaler bzw. natio- Absperrbauwerk der Talsperre ist der langfristig in der Lage bleibt, naler Handhabung wird dann gege- eine über das unmittelbar erforder- den Wasserspiegel im Stauraum in benenfalls noch ein Sicherheitszu- liche Maß hinausgehende Kronen- vergleichsweise kurzer Zeit deutlich schlag addiert. Die Wahl des tatsäch- breite sehr günstig (Abb. 2). Breite abzusenken. lichen Freibordmaßes, welches die Kronen erlauben zu gegebener Zeit rechnerisch erforderliche Größe na- die Durchführung von Baumaßnah- 378 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit Abb. 2 Freibord und Kronenbreite men (z. B. nachträglicher Einbau ei- ne explizite Regelungen und direkte ren und Ingenieurinnen zur Anzahl ner Dichtwand (Lang und Overhoff technische Vorgaben für den Bau und der Talsperren, ist in den einzelnen 2016), nachträglicher Einbau einer Betrieb von Talsperren. Ländern und Regionen, aber auch bei Oberﬂächendichtung, Injektionen Was jedoch immer verbleibt, das ist den verschiedenen Betreibern in ho- im Untergrund, Erhöhung des Ab- die Verantwortung derjenigen, welche hem Maße unterschiedlich. Aufgrund sperrbauwerks) und verbessern auch die Talsperren errichten bzw. betrei- des dem wirtschaftlichen Leben imma- die systemimmanente Sicherheit in ben. Diese direkte und unmittelbare nenten Strebens nach immer weiteren Situationen, welche über die Bemes- Verantwortung ist in hohem Maße rele- Kostenreduzierungen zeigt sich vieler- sung hinausgehen. vant. Es ist wichtig, dass beim Verkauf orts insbesondere bei den privatwirt- und bei der Übergabe von Stauanlagen schaftlich organisierten Betreibern eine 2 Die Überwachung von Talsperren dieser Aspekt den wirtschaftlich Verant- deutlich erkennbare Verschlechterung wortlichen sehr deutlich kommuniziert dieses Betreuungsverhältnisses. In Zei- 2.1 Grundlagen wird. Auch eine scheinbar „nachrangi- ten schwieriger Randbedingungen, wie ge“ Talsperre, welche im Rahmen eines zum Beispiel aufgrund des wirtschaft- Talsperren müssen überwacht werden. Deals zwischen Großunternehmen als lichen Drucks infolge sehr niedriger Der Umfang der Mitwirkung staatlicher Bestandteil eines Kraftwerkssystems Energiepreise, verstärken sich diese Institutionen in der Talsperrenüberwa- in ein neues organisatorisches Um- Tendenzen. Damit einhergehend ist chung ist in den einzelnen Ländern sehr feld verschoben wird, ist und bleibt auch zu beobachten, dass immer mehr unterschiedlich geregelt. Ebenso vari- eine Stauanlage, welche ohne Unter- Aufgaben der Talsperrenbetreuung an ieren die Existenz und die Bedeutung brechung und ohne Abstriche nach Dritte vergeben werden. Grundsätzlich nationaler Regelwerke und nationaler den allgemein anerkannten Regeln der kann eine Veränderung der personellen technischer Empfehlungen in hohem Technik zu überwachen ist. Es hängt Situation an einer Talsperre durchaus Maße. Die Bandbreite reicht hier über nuninhohem Maße vonder Struktur auch sehr positive Entwicklungen mit die individuelle und sehr „persönliche“ der unmittelbaren Anlagenbetreuung sich bringen. So erkennen Menschen, Einbindung eines Expertengremiums in ab, wie gut diese Übergänge, aber auch welche die Anlage bisher nicht kann- Österreich („Staubeckenkommission“), andere Wechsel in der Organisations- ten, möglicherweise mit neuer Auf- über ein vergleichsweise umfassendes form vonstatten gehen. merksamkeit und anderem fachlichen nationales Regelwerk für Stauanlagen Das Betreuungsverhältnis, d. h. das Hintergrund andere Zusammenhänge in Deutschland (DIN 19700, weitere Verhältnis der Anzahl der zuständi- als jene, welche seit sehr langer Zeit für technische Merkblätter (u. a. DWA)) bis gen und fachkundigen Technikern die lokale Betreuung und Überwachung hin zu einer Vielzahl von Ländern oh- und Technikerinnen bzw. Ingenieu- verantwortlich zeichnen. Nichtsdesto- Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 379 Originalarbeit Tab. 1 Die technische Betreuung von Talsperren im Wirkungskreis des Betreibers – Anforderungen (Allgemeine Darstellung wichtiger Grundsätze ohne Bezug auf nationale Regelwerke und Empfehlungen) Aufgabe Personenkreis Verfügbarkeit Betreuungsintensität Betreuungsverhältnis Anmerkung Lokale Betreuung der Technisch ausgebildete Räumlich und Täglich bis wöchentlich Typischerweise eine bis meh- Typischerweise Ange- Anlage, Bauwerks- Personen mit detaillier- zeitlich hohe Ver- rere Personen je Talsperre, stellte bzw. Angehörige überwachung ten Kenntnissen der fügbarkeit, kurze Sicherstellung einer aus- des Betreibers Talsperre Wege, Bereit- reichenden Betreuung aller schaftsdienst Talsperren in besonderen Si- tuationen (z. B. großräumiges Hochwasserereignis) Technische Ver- Fachkundige(r) Talsper- Gute Verfügbar- Nach Erfordernis, mindes- Typischerweise eine bis meh- Typischerweise Ange- antwortung für die reningenieur(in) keit, angemessene tens wenige bis mehrere rere Talsperren je Person, stellte bzw. Angehörige Talsperre Weglängen, Bereit- Male jährlich Sicherstellung einer aus- des Betreibers, bei klei- schaftsdienst reichenden Betreuung aller neren Anlagen ggfs. Talsperren in besonderen Si- langfristig an Dritte tuationen (z. B. großräumiges ausgelagert Hochwasserereignis) Technische Überprü- Experten und Expertin- Im Rahmen der Im Zuge der in größeren – Externe Fachleute bzw. fungen der Talsper- nen aus den relevanten Aufträge des zeitlichen Abständen (meh- Fachbüros im Auftrag ren Fachbereichen (u. a. Betreibers rere Jahre) erforderlichen des Betreibers Wasserbau, Statik, technischen Überprüfungen Geotechnik, Stahlwas- serbau) trotz ist die lokale Expertise und die detaillierte Kenntnis der speziﬁschen Talsperre unabdingbare Voraussetzung für eine gute und zuverlässige tech- nische Betreuung einschließlich der Bauwerksüberwachung. Aus Sicht des Verfassers sind bei der Organisation der Überwachung von Talsperren folgende Grundsätze hinsichtlich der erforderli- chen Personalressourcen aus Sicht des Betreibers einzuhalten (siehe Tab. 1). Bei bestehenden Anlagen gilt es nun, sich insbesondere im Zuge der Talsperrenüberwachung immer wie- der – und auch immer wieder „von Neuem“ (!) – mit allen sicherheitsrele- vanten Anlagenteilen zu beschäftigen. Die Überwachung des Zustandes des Absperrbauwerks und aller anderen si- cherheitsrelevanten Anlagenteile spielt hier eine herausragende Rolle. Von Zeit zu Zeit sind aber auch die anderen Aspekte der Talsperrensicherheit ein- schließlich der ursprünglichen Dimen- sionierung (u. a. Hydrologie, Hydrau- lik der Hochwasserentlastungsanlage, Lastannahmen, Konstruktionsprinzip, Tragsicherheitsnachweise – siehe auch Kap. 1.) einer grundlegenden Über- prüfung zu unterziehen. Nur so kann die Sicherheit von Talsperren über vie- le Jahrzehnte bzw. über Jahrhunderte Abb. 3 Darstellung der Aktivitäten bei der Talsperrenüberwachung während der Le- (!) in die Hände der nachkommenden benszeit einer Talsperre (Abb. aus dem ICOLD Bulletin 158; ICOLD 2014) Generationen gelegt werden. Es ist daher zwingend notwendig, die Überwachung von Talsperren auf unterschiedlichen zeitlichen und fach- lichen Ebenen durchzuführen. Eine Qualitätssicherung dieser Arbeiten ist dringend anzuraten. Verantwortlich für 380 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit trotz etwaiger staatlicher Mitwirkung die grundsätzliche Verantwortung deutlich sichtbar bei den Betreibern verbleibt. Diese sind dafür zustän- dig, dass ihre Anlagen den allgemein anerkannten Regeln der Technik ent- sprechen. Als „anerkannte Regel der Technik“ wird eine Festlegung ver- standen, die von einer Mehrheit re- präsentativer Fachleute als Wieder- gabe des Stands der Technik ange- sehen wird (siehe auch Europäische Norm EN 45020). � Selbstverständlich liegt es auch in der Verantwortung des Betreibers bzw. des Unternehmens oder der In- stitution, welche die Planung und den Bau der Talsperre initiiert und realisiert, dass die Planung, das De- sign, die Dimensionierung, aber auch der Bau und die Bauausfüh- rung den hohen Ansprüchen genü- gen, welche sich aus der Bedeutung der Talsperren ableiten lassen. Hier- bei sollte bereits dem potenziellen Gefährdungspotenzial (auch im Sin- ne einer langfristigen Prognose der räumlichen Entwicklung) und der gleichsam unbegrenzten Standzeit dieser Anlagen Rechnung getragen werden. �Die Talsperrenüberwachung beginnt bereits in der Bauphase und dau- ert im Sinne einer generationsüber- greifenden Aufgabe unbegrenzt an. Abb. 4 DieÜberwachungvonTalsperren(allgemeineDarstellungohnedirektenBezug Nur im Falle eines Rückbaus einer auf nationale Regelwerke) Talsperre würde sie entfallen. Das alle Maßnahmen der Talsperrenüber- 2.2 Konzept zur grundlegende und kontinuierlich wachung ist – weitgehend unabhän- Talsperrenüberwachung umzusetzende „Basismodul“ der Tal- gig von den nationalen Regelwerken sperrenüberwachung umfasst drei und Empfehlungen – der Betreiber. Im Im Sinne einer allgemeinen Darstel- wesentliche Aktivitäten (siehe auch Rahmen der Gremienarbeit der Inter- lung, welche sich in wichtigen Aspekten Abb. 4, grau hinterlegter Bereich): national Commission on Large Dams auf Vorgaben in verschiedenen interna- –Die Visuelle Kontrolle ist ein zen- (ICOLD) wurden allgemeine Empfeh- tionalen, nationalen und regionalen Re- trales und unersetzliches Element lungen zur Überwachung von Talsper- gelwerken bzw. Empfehlungen bezieht, der Bauwerksüberwachung an ren erarbeitet (ICOLD 2009, 2014). Hier wird nachfolgend ein grundlegendes kleinen und großen Talsperren. Sie wird die Überwachung von Talsperren Konzept für die Qualitätssicherung und ermöglicht eine umfassende qua- auf verschiedenen Niveaus, d. h. mit die Überwachung von Talsperren skiz- litative Beurteilung des Bauwerks- unterschiedlicher fachlicher Tiefe und ziert (Abb. 4): zustandes und dessen unmittel- in variierenden zeitlichen Intervallen, � Die Eigenverantwortung des Betrei- barer Umgebung. Es ist zwingend beschrieben (Abb. 3). In dieser Emp- bers muss der Kern der Talsperren- erforderlich, dass die visuelle Kon- fehlung werden für die unterschiedli- überwachung sein. Die Rolle und trolle von geschultem Personal chen Ebenen bzw. Niveaus (vgl. „Level“ die Intensität der Mitwirkung der durchgeführt wird, welches mit (engl.) in Abb. 3) der Talsperrenüberwa- Aufsichtsbehörde hängen in hohem der Anlage gut vertraut ist (sie- chung Größenordnungen der zeitlichen Maße von den nationalen und regio- he auch Tab. 1). Im Rahmen von Abfolge vorgeschlagen. Diese sollen un- nalen Festlegungen bzw. der jeweils visuellen Kontrollen wird erfah- ter anderem die Größe und das Gefähr- gelebten Praxis ab. Ebenso sollten rungsgemäß der größte Teil der dungspotenzial der jeweiligen Talsperre die Größe bzw. die Gefährdungs- Mängel und Schäden an einer Tal- berücksichtigen. potenziale der Talsperren Einﬂuss sperre erkannt. Visuelle Kontrollen auf den Umfang der Mitwirkung der sollten unter Beachtung der Grö- Aufsichtsbehörde an der Talsperren- ße und des Gefährdungspotenzials überwachung haben. Aus Sicht des einer Talsperre im zeitlichen Ab- Autors ist es jedoch zwingend, dass stand von einem Tag bis sehr weni- Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 381 Originalarbeit genWochendurchgeführt werden. Anpassung und Sanierung der Anla- der Wasserspiegelabsenkung in Not- Technische Empfehlungen (z. B. ge ergeben. Typischerweise werden situationen, über die Entleerung im DWA 2011) geben in exemplari- diese im Rahmen dieser Überprü- Rahmen von Sanierungen, der Abga- scher Weise Hinweise zum Um- fungen festgestellt und im Anschluss be von Restwasser, der Mitwirkung bei fang und Vorgehen der visuellen innerhalb eines angemessenen Zeit- der Hochwasserabfuhr bis hin zum Se- Kontrolle. raumes umgesetzt. Dieser Prozess dimentmanagement reichen. Weltweit – Neben der Messung des Zu- und ist von wesentlicher Bedeutung, um gesehen variiert die Handhabung der Abﬂusses sowie einer zwingenden die Sicherheit der Talsperre über Ge- Bemessungsansätze für Grundabläs- Möglichkeit der Bestimmung des nerationen hinweg unter Beachtung se sehr stark. In vielen Ländern sind Wasserstands im Stauraum werden der jeweils gültigen gesellschaftli- Grundablässe unabdingbarer Bestand- weitere Messungen am Bauwerk chen Sicherheitsansprüche bzw. dem teil der Sicherheitsphilosophie. Es gibt durchgeführt. Diese variieren hin- jeweils gültigen Stand der Technik weltweit jedoch sehr viele Talsperren, sichtlich ihrer Art und Weise und entsprechend zu gewährleisten. welche über keinen Grundablass ver- ihres Umfangs in erheblichem Ma- � Zu jeder Zeit muss eine Gefährdung fügen. Bei anderen Anlagen existieren ße. Ziel der Messungen ist es, den der Standsicherheit des Absperrbau- zwar Grundablässe, jedoch sind diese Zustand des Absperrbauwerks und werks oder anderer sicherheitsrele- aufgrund fehlender Instandhaltung und anderer wichtiger Anlagenteile zu vanter Anlagenteile erkannt werden Sedimentablagerungen oft nicht mehr erfassen. Neben Deformations- können. Auch dies liegt zwingend funktionsfähig (Auﬂeger 2013). messungen werden insbesondere in der Eigenverantwortung des Be- Im Sinne der Notwendigkeit, Talsper- auch Messungen zur Beobach- treibers. Es muss gewährleistet sein, ren von einer Generation zur nächsten tung der Durchsickerung durch- dass in diesem Fall eine qualiﬁzierte zu übergeben, sind Grundablässe an geführt. Eine zentrale Bedeutung und möglichst rasche Information an Talsperren als in hohem Maße relevan- kommt der messtechnischen Be- die jeweils zuständige Behörde oder te Einrichtungen zu sehen. Sie kön- stimmung des Sickerwasserabﬂus- Institution (z. B. den Katastrophen- nen insbesondere in Notsituationen ses zu. Die Messungen werden schutz) ergeht. In vielen Ländern ist von größtem Nutzen sein und geben mit unterschiedlicher Häuﬁgkeit die Ausarbeitung von Bruchszenari- grundsätzlich eine große Flexibilität (z. B. permanent, täglich, wöchent- en und die Weitergabe entsprechen- in unterschiedlichsten Betriebsfällen. lich etc.) vorgenommen. Wichtige der Planunterlagen an die zuständi- Fallbeispiele ohne Grundablass können Messdaten (z. B. Wasserstand und gen öffentlichen Stellen inzwischen nicht als Begründung für den Verzicht Sickerwasserabﬂuss) sollten nach Realität oder zumindest in die Wege auf entsprechende Auslässe an neuen Möglichkeit automatisch erfasst geleitet worden. Die Durchführung Talsperren dienen. Dies gilt auch für und fernübertragen werden. von Evakuierungen und alle Maß- Anlagen im Ausland. Für den langfris- – In regelmäßigen Abständen (z. B. nahmen des Katastrophenschutzes tigen Betrieb von Grundablässen ist es 6 Monate, 12 Monate) ist eine Er- obliegen im Sinne der Mächtigkeit zwingend notwendig, mindestens zwei probung der Betriebseinrichtungen und Besonderheit dieser Aufgabe voneinander unabhängig bedienbare erforderlich. Hierbei sollten ins- nun nicht mehr dem Betreiber, wel- Verschlüsse anzuordnen (vgl. Abb. 5). besondere die sicherheitsrelevan- chem in aller Regel die Strukturen Diese Forderung ﬁndet sich auch in ten beweglichen Anlagenteile, d. h. und Kompetenzen hierfür fehlen. verschiedenen nationalen Regelwer- der Grundablass und etwaige Ver- Dies entbindet ihn allerdings in kei- ken (u. a. DIN 19700). Die Unabhän- schlüsse an der Hochwasserent- ner Weise von seiner Verantwortung. gigkeit der beiden Verschlüsse ist die lastungsanlage, auf ihre Einsatzbe- Voraussetzung für eine betriebssichere reitschaft und Funktionalität hin 3 Beiträge zu verschiedenen regelmäßige Erprobung des Grundab- überprüft werden. Aspekten der Sicherheit von lasses (Abb. 5). Das Risiko des Ver- Talsperren bleibs ungenutzter Stahlwasserbauteile Die Ergebnisse dieser Aktivitäten soll- bei vergleichsweise großen Druckhö- ten im Sinne des kontinuierlichen Ab- 3.1 Überblick hen(Fallbeispiel inAbb. 6) kann da- laufs des Basismoduls der Talsperren- mit so gut wie ausgeschlossen werden. überwachung in regelmäßigen Abstän- Nachfolgend werden verschiedene As- Die langfristige Betriebssicherheit von den zusammengefasst werden. Hierbei pekte der Sicherheit von Talsperren Grundablässen kann allerdings nur bei sind die Ergebnisse der visuellen Kon- im besonderen Kontext zu aktuellen einem von Anfang an nachhaltigen Se- trolle und die Daten der Bauwerksüber- Entwicklungen und Konzeptionen vor- dimentmanagement gewährleistet wer- wachung darzustellen und zu bewerten. gestellt und diskutiert. Von besonderer den. Auch dies ist eine Aufgabe, welche � IngrößerenZeitabständen (z.B.5 Jah- Bedeutung ist hierbei jeweils der Blick mit großer Weitsicht wahrgenommen re, 10 Jahre, 15 Jahre) ist eine einge- auf die „unbeschränkten“ Standzeiten werden muss. hende Überprüfung („Formal Inves- bzw. Lebensdauern der Talsperren und tigation“, „Vertiefte Überprüfung“) die generationsübergreifende Aufgabe 3.3 Bauwerksüberwachung mit der Talsperre durchzuführen. Es gilt der Talsperrenüberwachung. Generationen von Messsystemen hierbei, die Anlage ohne Vorbehalte und Messverfahren und frei von Vorprägungen auf ihre 3.2 Die Bedeutung von Grundablässen Sicherheit hin zu überprüfen (sie- für die Talsperrensicherheit In der Bauwerksüberwachung kommen he auch Abschn. 2.1.). Im Laufe der die unterschiedlichsten Verfahren und Zeit werden sich früher oder später Grundablässe besitzen unterschiedli- Messgeräte zum Einsatz. Die hierbei an jeder Talsperre Erfordernisse zur che Zielsetzungen. Diese können von verwendeten Technologien richten sich 382 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit Abb. 5 GrundablassmitzweiVerschlüssen → guteVoraussetzungfürdenErhaltderBetriebssicherheitüberGenerationen(hierBei- spiele der hohen Flexibilität bei der Grundablassüberprüfung bei Vorhandensein von zwei Verschlüssen) Abb. 6 Grundablass mit einem Verschluss → großes Risiko einer abnehmenden Betriebssicherheit und eines sich langsam entwi- ckelnden Sicherheitsproblems im Laufe der Betriebszeit (Fallbeispiel) zunächst nach dem Stand der entspre- integrierten Messgeräte erreicht wird. und der potenziellen Versagensform der chenden Messtechnik zum Zeitpunkt Diese Situation stellt die Verantwortli- inneren Erosion bedingen sie jedoch des Baus der Talsperre. Bei größeren chen vor nicht unerhebliche Probleme. oft einen bedeutsamen Aufwand in Anlagen wurden auch verschiedenste Es gilt zu entscheiden, ob ein Ersatz der Bauwerksüberwachung. Aus Sicht Messgeräte zum Beispiel zur Bestim- der Messgeräte technisch möglich und des Verfassers sind beim langfristigen mung von Verformungen, Drücken und sinnvoll ist, ob die erforderlichen Mess- Umgang mit Messgeräten in Staudäm- Temperaturen in das Bauwerk in ei- größen (Bauwerksreaktion) möglicher- men folgende Aspekte von besonderer ner Art und Weise integriert, welche weise über andere Verfahren in bes- Bedeutung: eine spätere Auswechslung oder eine serer Art und Weise ermittelt werden � Messgeräte, die im Inneren eines Reparatur ausschließt. Bezogen auf können oder ob der Wegfall der bishe- Staudammes installiert werden, kön- die „unbegrenzte Lebensdauer“ der rigen Informationen aus dem Bauwerk nen insbesondere im Bereich ei- Absperrbauwerke muss davon ausge- akzeptiert werden kann. nes natürlichen Kerns potenzielle gangen werden, dass diese Messgeräte Einen besonderen Stellenwert neh- Schwachstellen oder lokale Störun- im Laufe der Jahre oder Jahrzehnte in men hierbei die Messgeräte ein, welche gen verursachen. Grundsätzlich bie- ihrer Zuverlässigkeit und Funktionali- im Inneren von Staudämmen instal- ten Kabel und Schläuche, welche tät deutliche Einschränkungen erleiden liert werden. Staudämme unterschei- zu den einzelnen Messgebern füh- und defekt werden. Im Laufe dieser den sich von Staumauern insbeson- ren, günstige Randbedingungen für Zeit können jedoch möglicherweise dere durch ihre erheblich geringeren Sickerströmungen. Im Bereich von sehr wichtige und umfassende Daten Anforderungen an die Tragfähigkeit Messgeräten sind die Möglichkeiten über das Bauwerksverhalten gewonnen des Untergrundes und einer wesent- der Verdichtung sowie der Verdich- werden. Dennoch muss beachtet wer- lich größeren Flexibilität hinsichtlich tungskontrolle mitunter nicht uner- den, dass spätestens nach mehreren der Bauformen und Ausgestaltungen. heblich beeinträchtigt. Im Zuge der Jahrzehnten die Lebensdauer der meis- Hinsichtlich der geringen Widerstands- Planung der ersten Messausstattung ten innerhalb der Absperrbauwerke fähigkeit in Überströmungssituationen eines Staudamms sollten daher der Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 383 Originalarbeit Abb. 7 Mögliche Entwicklung der Porenwasserdrücke imKerneinesStaudammesund eine Auswahl anInterpretationsmöglichkei- ten (fiktives Fallbeispiel) Umfang, die Anzahl und insbesonde- anhand der anfänglichen Messwert- von Messgebern mittels Bohrungen re auch die Anordnung der Messlei- entwicklung (Auﬂeger 2007). in natürlichen Kernen und im Unter- tungen kritisch geprüft werden. Ins- � Porenwasserdruckmessungen kön- grund von Staudämmen besondere besondere in natürlichen Kernen ist nen Messdaten von besonderer Be- Sorgfalt geboten. Das Bohren mit daher grundsätzlich eine sehr deut- deutung beispielsweise über den Wasser oder Luft muss so weit wie liche Zurückhaltung hinsichtlich der Druckabbau in einem natürlichen möglich vermieden werden. Wenn es zu installierenden Messausstattung Kern liefern. Für die Interpretation keinen anderen Ausweg gibt, muss zu empfehlen. der Entwicklung der Messdaten ist es mit größter Sorgfalt und Überwa- � Der Einsatz von Messgeräten zur Er- allerdings umfassende Erfahrung er- chung durchgeführt werden, um das mittlung von Totalspannungen (Erd- forderlich. So können ausgeprägte Risiko von hydraulic fracturing oder druckgeber) sollte in jedem Einzelfall Messwertentwicklungen durchaus pneumatic fracturing durch die Be- grundsätzlich auf seine Sinnhaftig- unterschiedliche Ursachen haben. grenzung der Luft-und Wasserdrücke keit überprüft werden. Von beson- Fallweise ist ein nicht unerheblicher zu reduzieren (ICOLD 2014). Die je- derer Bedeutung sind hierbei die er- Interpretationsspielraum gegeben weils zulässigen Werte hängen von heblichen Unsicherheiten hinsicht- (Abb. 7). der Materialdichte, dem Porenwas- lich der Qualität der Messergebnisse � Die Nachrüstung von Messgeräten serdruck und der Tiefe des Bohrlochs bzw. das grundsätzliche Erforder- muss mit besonderer Sorgfalt geplant ab. Bei der Nachrüstung von Mess- nis der nachträglichen Bearbeitung bzw. in jedem Fall auf ihre Sinnhaf- geräten in sensitiven Bereichen von bzw. Kalibrierung der Rohmessdaten tigkeit überprüft werden. Insbeson- Absperrbauwerken (insbesondere dere ist beim nachträglichen Einbau bei Staudämmen mit natürlichen 384 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit Wirksamkeit bzw. „Eindringetiefe“ jedoch auf die freien Oberﬂächen der Bauwerke begrenzt. Andere mo- derne Messverfahren sind in der La- ge, entlang von sehr robusten und sehr langlebigen Glasfaserleitungen, welche ohne jede weitere Messge- räte in verschiedenen Bauwerksteile integriert werden können, wichtige Informationen über die Temperatur, über Sickerströmungen und auch in einzelnen Fällen über die Verfor- mungen in verteilter Form zu er- mitteln. Die eigentliche Messtechnik und damit jene Messkomponenten, welche einer relevanten Alterung, aber auch einer ständigen techni- schen Weiterentwicklung unterlie- gen, werden hierbei außerhalb des Bauwerkskörpers angeschlossen und sind somit jederzeit zugänglich und austauschbar. Solche Messverfahren (z. B. faseroptische Temperaturmes- sungen zur Leckageortung; Fry et al. 2007) bieten gegenüber klassischen Verfahren mitunter deutliche län- gerfristige Messoptionen und weisen meist eine sehr große Datendichte auf. 3.4 Bruchszenarien und Vorwarnzeiten an Staudämmen – Sicherheit für Generationen Die Sicherheit der Talsperren ist ele- mentar. Mithilfe von Flutwellenberech- nungen werden die Auswirkungen des Versagens von Absperrbauwerken in hypothetischer Form ermittelt. Diese Untersuchungen sind Grundlage für vorbereitende Maßnahmen des Kata- strophenschutzes. In diesen Szenarien wird davon ausgegangen, dass das Ver- sagen der Staumauer oder des Stau- damms bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium erkannt wird. Die vorhandenen Methoden der Bauwerks- überwachung sind hierfür jedoch nur bedingt geeignet. Es liegt im Kern der Aufgabenstellung und der Sicherheits- anforderung unserer Gesellschaft, dass zu jedem Zeitpunkt ab der Fertigstel- Abb. 8 Fallbeispiel: Trockene Bresche mit anschließenden Staudammbruch, Darstel- lung einer Talsperre sichergestellt wer- lung der erheblichen Schwankungsbreite der situativen Vorwarnzeiten in Abhängigkeit den muss, dass ein Versagen der Stau- vom Umfang der Bauwerksmessungen anlage zu einem möglichst frühen Zeit- punkt erkannt werden muss. Ebenso ist Kernen) sollten Techniken mit deut- rungslos funktionieren (z. B. Laser- sicherzustellen, dass schadhafte Ein- lich geringerem Risiko (u. a. Schne- scan, Fotogrammetrie) besitzen ein wirkungen auf Talsperren durch Dritte cken und sonic drilling)in Erwägung sehr großes Potenzial und eröffnen so rechtzeitig erkannt werden können, gezogen werden. neue Einblicke auf die Anlage bzw. dass Gegenmaßnahmen möglich sind. � Messmethoden und Messgeräte wer- auf einzelne Anlagenteile (z. B. Ver- In den Modellvorstellungen wird bei den ständig weiterentwickelt. Mo- formungsmessung, Rissdetektion, Staudammbrüchen als mögliche Vor- derne Messverfahren, welche berüh- optische Kontrollen). Sie sind in ihrer warnzeit die Zeitdauer angegeben, wel- Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen 385 Originalarbeit der Fernübertragung von Messda- ten, kann nicht davon ausgegangen werden, dass eine Vorwarnung der Bevölkerung unter diesen Umstän- den möglich ist. Das Entstehen der Bresche könnte außerhalb der visu- ellen Kontrollen nur durch zufällig Beobachtungen anderer Personen erkannt werden. � Falls der Beckenwasserstand auto- matisch an eine zentrale Leitstelle übergeben wird oder beispielsweise über eine Alarmwertvorgabe mit ei- nem Bereitschaftsdienst verbunden ist, kann das sich abzeichnende Ver- sagen erkannt werden, sobald es zu einem erkennbaren und ungewöhn- lichen Absinken des Wasserstandes im Staubecken kommt. Dies ist je- doch erst in einem sehr weit fortge- schrittenen Stadium der Breschen- bildung der Fall. � Bei Staudämmen, welche über eine Abb. 9 Fallbeispiel: Trockene Bresche mit anschließenden Staudammbruch – Dar- gut funktionierende Sickerwasser- stellung der deutlich längeren situativen Vorwarnzeit bei Einsatz eines kabelbasierten abﬂussmessung verfügen, wird die Dammbruchwarnsystems beginnende Einströmung in die Bre- sche nach dem Auffüllen der entspre- che zwischen dem Beginn der Bildung den ab. Im Zuge großer Hochwasserer- chenden Drainage- und Sickerzonen einerBresche im Dammkörperund eignisse ist die allgemeine und auch bzw. -leitungen zu einer signiﬁkan- dem Auftreten kritischer hydraulischer die anlagenspeziﬁsche Aufmerksamkeit ten Erhöhung der Messwerte führen. Zustände im betrachten Bereich im Un- deutlich erhöht. In diesen Fällen wird Hierdurch kann das sich abzeichnen- terwasser verstreicht. Hierbei wird im- ein Überströmen der Dammkrone sehr de Problem an der Dammkrone mög- plizit davon ausgegangen, dass die Bre- frühzeitig erkannt werden. Bei anderen licherweise noch vor dem Absinken schenbildung unmittelbar erkannt wird Schadensursachen – insbesondere bei des Wasserspiegels im Staubecken und die Alarmmeldung unverzüglich sehr raschen Schadensentwicklungen erkannt werden. erfolgt. Brüche von Dammbauwerken unter „Schönwetterverhältnissen“ – ist können durch unterschiedliche Prozes- davon auszugehen, dass eine Schadens- Ein unmittelbares Erkennen der Scha- se ausgelöst werden. Analysiert man entwicklung nur durch fernübertragene densprozesse an der Dammkrone ist historische Dammbrüche, so ist die Messsignale oder zufällige Beobachtun- jedenfalls mit den aufgezeigten mess- häuﬁgste Ursache das Überströmen, gen vor dem Eintreffen einer Flutwelle technischen Ausstattungen nicht mög- gefolgt von innerer Erosion. Weitere im Unterwasser erkannt werden kann. lich. Ursachen können im Untergrund oder Solche Situationen sind beispiels- Die Dammkrone eignet sich als in- auch im Aufbau des Dammkörpers lie- weise bei Prozessen der inneren Erosion tegraler Indikator für den Zustand des gen. Gemeinsam ist den verschiedenen (insbesondere bei fehlenden Sickerwas- Absperrbauwerks in Extremsituationen. Versagensprozessen, dass es fast immer serabﬂussmessungen) oder aber auch Sobald ein signiﬁkanter Schaden an früher oder später zu einer Situation bei trockenen Breschen im Bereich der Dammkrone feststellbar ist, besteht kommt, in welcher die Dammkrone der Dammkrone vorstellbar. Unter tro- jedenfalls größte Gefahr für das Versa- überströmt wird (Lopez und Auﬂeger ckener Bresche wird eine Schadeinwir- gen des Bauwerkes (Auﬂeger und Lopez 2017). Hieran schließt sich bei üblichen kung verstanden, welche eine massive 2016). Durch ein kabelbasiertes System Dammkonstruktionen unvermeidbar Veränderung der Dammkrone verur- besteht die Möglichkeit, strukturelle die Bildung einer Bresche mit einem sacht. Sobald die Unterkante dieser Veränderungen der Dammkrone und progressiven Anstieg der Flutwelle an. Bresche unter dem Wasserstand im sehr deutliche Deformationen bereits Diese kann die Größenordnung natür- Staubecken liegt, beginnt eine Durch- in einem frühen Stadium zu erkennen. licher Hochwasserereignisse um Grö- strömung dieses Bereiches und in der Hierzu muss ein geeignetes Messver- ßenordnungen übertreffen und kata- Folge eine progressive Vergrößerung fahren verwendet werden, welches in strophale Auswirkungen haben. der Schadstelle. Je nach Umfang der der Lage ist, zu jeder Zeit eine Ver- Tatsächlich hängt die Wahrschein- messtechnischen Ausstattung des Stau- letzung oder aber auch eine größere lichkeit, dass das beginnende Versagen dammes variieren nun die „situativen Deformation im Bereich des Kabels zu eines Staudammes bereits zu einem Vorwarnzeiten“ in erheblichem Maße erkennen. Diese Information und ge- sehr frühen Zeitpunkt erkannt wird, (Abb. 8). gebenenfalls auch der Ort einer Schad- insbesondere von der Art und dem Um- � Bei Anlagen ohne weitergehende stelle ist dann an das Leitsystem bzw. an fang der vorhandenen Messeinrichtung messtechnische Ausstattung, d. h. die zuständigen Personenkreise direkt sowie den grundsätzlichen Umstän- insbesondere ohne die Möglichkeit weiterzuleiten. Durch die Integration 386 Talsperrensicherheit – eine Aufgabe für Generationen Originalarbeit eines solchen Dammbruchwarnsys- durchführt. Ein Ausfall dieses Systems notwendigen grundsätzlichen Über- tems wäre es möglich, die tatsächliche resultiert in einer Warnmeldung. prüfungen der Talsperren erhebliche Vorwarnzeit, d. h. die Zeitdifferenz zwi- Verantwortung tragen. Diese Aufgaben schen dem zuverlässigen Erkennen des 4 Die Menschen an der Talsperre müssen von einer Generation an die Problems an der Anlage und dem Ein- nachfolgende weitergegeben werden. treffen der Flutwelle im Bereich der Die Sicherheit einer jeden einzelnen Die Talsperren von heute werden dann kritischen Infrastrukturen, wirksam zu Talsperre muss ab dem Zeitpunkt des noch sehr lange sehr sicher stehen! reduzieren (Abb. 9). Baubeginns zu jeder Zeit in einem dem Funding Open access funding provided Der Einsatz kabelbasierter Systeme Gefährdungspotenzial der Anlage ent- by University of Innsbruck and Medical ist u. a. aus verschiedenen Anwendun- sprechenden sehr hohen Maße gewähr- University of Innsbruck. gen verteilter faseroptischer Messun- leistet sein. Bedingt durch das immer gen gut bekannt (z. B. Goltz et al. 2009), höher werdende Alter der Talsperren welche jedoch grundsätzlich der „nor- verändern sich die bei der Überwa- Open Access Dieser Artikel wird unter malen“ Bauwerksüberwachung, insbe- chung der Anlagen angewandten Ver- der Creative Commons Namensnen- sondere dem Erkennen von Durchsi- fahren und Vorgehensweisen. Der Da- nung 4.0 International Lizenz (http:// ckerungen, aber auch in besonderen tenumfang wird zumindest an den grö- creativecommons.org/licenses/by/4. Fällen der verteilten Deformationsmes- ßeren Talsperren immer höher werden. 0/deed.de) veröffentlicht, welche die sung dienen (Höpffner et al. 2012). Ein Die Digitalisierung und das Einbin- Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Dammbruchwarnsystem besteht aus den aller verfügbaren Informationen Verbreitung und Wiedergabe in jeg- einem geeigneten Kabel, welches im in übergeordnete Datenmanagement- lichem Medium und Format erlaubt, Bereich der Dammkrone in Längsrich- Systeme wird erhebliche Vorteile schaf- sofern Sie den/die ursprünglichen Au- tung innerhalb des Dammbauwerkes fen. Unersetzbar werden jedoch die tor(en) und die Quelle ordnungsgemäß installiert wird (Abb. 8), und aus einem Personen sein, welche sowohl bei den nennen, einen Link zur Creative Com- an einer günstigen und sicheren Positi- ständigen visuellen Kontrollen, bei der mons Lizenz beifügen und angeben, ob on angeordneten sehr robusten Mess- Bewertung der gesammelten Bauwerks- Änderungen vorgenommen wurden. system, welches ständige Messungen daten aber auch bei den immer wieder Literatur Auﬂeger, M. (2007): Der gute alte Erddruckge- Fry, J.-J., Blais, J.-P., Perzlmaier, S., Auﬂeger, M., Fachzeitschrift für Wasser und Umwelttechnik ber. In: Wasserbau an der TU München. Beiträge Goltz, M. (2007): Introduction to the Detection 2012/09, S. 35–41. zum wasserbaulichen Symposium anlässlich of Internal Erosion. 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Published: Jun 4, 2018

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