Bauweise & Funktionsweise von Talsperren

Talsperren werden durch Staumauern oder Staudämme eingestaut. Staumauern sind massive Absperrbauwerke aus Mauerwerk oder Beton, die nach der Art ihres Tragverhaltens in Gewichtsstaumauern, Bogenstaumauern und Sonderbauformen unterschieden werden. In Deutschland gibt es 74 Gewichtsstaumauern, aber jeweils nur eine Bogenstaumauer (Ofenwaldsperre, 27,50 Meter Höhe), eine Bogengewichtsmauer (Okertalsperre, 75 Meter Höhe), eine Gewölbereihenmauer (Linachtalsperre, 34 Meter Höhe) und eine Pfeilerstaumauer (Oleftalsperre, 59 Meter Höhe). Hauptgrund dafür ist, dass beispielsweise Bogenmauern besondere Geländebedingungen (steile Hänge mit hoher Tragfähigkeit) erfordern, die zwar im Alpenraum sehr häufig, in den deutschen Mittelgebirgen hingegen kaum zu finden sind.

Eine typische Gewichtsstaumauer ist die 40 Meter hohe Staumauer der Möhnetalsperre. Ihr Querschnitt ist fast dreiecksförmig, so dass die horizontal wirkende Kraft des Wassers optimal mit Hilfe des Eigengewichts der Staumauer in den Felsuntergrund abgeleitet werden kann. Der bogenförmige Grundriss der Mauer gleicht zusätzlich temperaturbedingte Dehnungen durch Bewegung aus.

Im Gegensatz zu Staumauern sind Staudämme aus Felsbruchmaterial oder Erdbaumaterial geschüttete Absperrbauwerke, die in der Regel aus den stützenden Teilen und einem dichtenden Teil bestehen. Diese Dichtung wird entweder auf der wasserseitigen Böschung oder im Damminneren angeordnet. Dämme aus einheitlichem Material, das zugleich dichtet und stützt, werden im Allgemeinen nur für kleine Stauhöhen oder Deiche gebaut.

Die 1935 in Betrieb genommene Sorpetalsperre des Ruhrverbands war eine der ersten Talsperren mit einer Innendichtung aus Beton. Mit 69 Metern Dammhöhe war sie damals die höchste Talsperre Deutschlands. Einer der ersten Staudämme mit einer Oberflächendichtung ist der 58 Meter hohe Damm der Hennetalsperre, die 1955 in Betrieb ging. Diese Bauweise wurde in Deutschland an 50 Talsperren verwendet.

Grundablässe & Betriebsauslässe

Das in Talsperren gespeicherte Wasser wird zu unterschiedlichen Zwecken verwendet – beispielsweise zur Sicherung einer bestimmten Wasserführung im darunterliegenden Gewässer oder auch zur Erzeugung von Energie. Deshalb besitzen Talsperren in der Regel mehrere verschließbare Ab- oder Auslässe. Unabdingbar notwendig für den Betrieb einer Talsperre sind die so genannten Grundablässe, die direkt in den Unterlauf der Talsperre führen. Dieser Unterlauf, also das unterhalb des Absperrbauwerks weiterfließende Gewässer, darf nie vollständig trocken fallen, da sonst Tiere und Pflanzen dort nicht überleben könnten. Darüber hinaus kann die Talsperre über die Grundablässe ganz oder teilweise entleert werden, wenn etwa Reparaturen vorgenommen werden müssen.

Die Grundablässe großer Talsperren besitzen zwei Verschlüsse. Einer davon, das so genannte Regelorgan, dient der Steuerung der Abgabe. Hier kann die Wassermenge, die durch die Leitung fließen soll, exakt eingestellt werden. Der zweite Verschluss dient der zusätzlichen Sicherheit. Er kann geschlossen werden, wenn das Regelorgan repariert werden muss oder Probleme an diesem auftreten. Ein typisches Regelorgan ist ein Ringventil, typische Verschlussorgane sind Keilflachschieber, Klappen und Kugelhahn.

Zusätzlich zu den Grundablässen können Talsperren auch über so genannte Betriebsauslässe verfügen, die den weiterführenden Aufgaben einer Talsperre dienen. Hierzu gehören beispielsweise Leitungen, die das Talsperrenwasser zur Energieerzeugung in ein Wasserkraftwerk befördern, oder auch Trinkwasserleitungen von der Talsperre zum Trinkwasserwerk.

Hochwasserentlastung

Die Hauptaufgabe einer Talsperre besteht darin, Wasser zu speichern. Bei Hochwasser kann es aber vorkommen, dass der Talsperrenraum nicht ausreicht und der Talsperre mehr Wasser zufließt, als sie halten kann. Vor allem Staudämme dürfen jedoch auf keinen Fall überflutet werden, denn das über den Damm abfließende Wasser würde den Damm auswaschen und binnen kurzer Zeit zerstören. Aber auch Staumauern sollten nicht außerplanmäßig überströmt werden. Deshalb muss jede Talsperre eine Hochwasserentlastung besitzen, um überschüssiges Wasser sicher abführen zu können.

Bei Staumauern werden hierzu Öffnungen in der Mauer vorgesehen, durch die das Wasser ablaufen kann. Die Maueroberfläche ist so befestigt, dass sie auch ein längeres Überströmen aushalten kann. Am Fuß der Staumauer fängt ein Wasserbecken das abströmende Hochwasser auf und leitet es schadlos in den Unterlauf ab. Um Staudämme unter allen Umständen vor Überströmung zu schützen, wird hier die Hochwasserentlastung meist seitlich am Hang angeordnet. Ein Einlaufgerinne nimmt das überschüssige Wasser auf und führt es durch ein Abflussgerinne zum Dammfuß. Auch hier befindet sich ein Wasserbecken, das dem Wasser die Energie nimmt und es ableitet.

Eine Besonderheit weist die Biggetalsperre auf: Hier ragt ein 50 Meter Hochwasserentlastungsturm vor dem Damm aus dem Wasser. Er leitet im Bedarfsfall das überschüssige Wasser in einen unterirdischen Stollen und von dort in den Unterlauf der Talsperre.

Hochwasserentlastung
Hochwasserentlastung