Schutz vor überflüssigem Wasser
Obwohl das Prinzip der Talsperren schon seit Jahrtausenden bekannt ist, wurden die ersten Talsperren in Deutschland erst Ende des 8. Jahrhunderts gebaut. Und auch das waren noch keine großen Bauwerke, sondern Aufstauungen kleinerer Bäche und Flüsse. So entstanden beispielsweise Fisch- oder Mühlenteiche.
Mitte des 16. Jahrhunderts begann der Bergbau in Harz und Erzgebirge, und Talsperren wurden gefragter. Mit der so gewonnenen Energie konnte Grubenwasser nach oben geholt und Erz bearbeitet werden.
Der Begriff Talsperre umfasst mehrere Anlagen des Baus, darunter das Absperrbauwerk, den Stauraum, die Entnahmebauwerke und die Hochwasserentlastungsanlage.
Als Absperrbauwerk fungieren eine Staumauer oder ein Staudamm, der Stauraum ist der Stausee, er wird auch Staubecken oder Speicherraum genannt. Ein Entnahmebauwerk ist der Ablass am Grund der Mauer oder des Damms, der mit einem Absperrschieber geschlossen werden kann. Hierüber kann der Stausee geleert werden.
Die Hochwasserentlastungslage ist eine Art Überlauf oder Bypass, über den Wasser schadlos abfließen kann, das das Speichervolumen des Stausees sprengen würde.
Ein Steinschüttdamm mit Asphaltbeton staut die Wupper zum See
Asphalt als Oberflächendichtung
Bei den frühen Talsperren in Deutschland wurden die Dämme meist aus Steinbruchmaterial aufgeschüttet, das aus dem späteren Stauraum für den See geschlagen worden war. Dicht gepackte Rasensoden dichteten den Damm ab. Staumauern, wie wir sie heute kennen, wurden hierzulande erst ab Ende des 19. Jahrhunderts gebaut, meist aus Bruchstein.
Die Mauern wurden nach dem sogenannten Intze-Prinzip konstruiert, das auf den Wasserbauingenieur Otto Intze zurückgeht. Intze hatte sogenannte Gewichtsstaumauern mit einem dreieckförmigen Querschnitt und einem bogenförmigen Grundriss entworfen.
Bereits wenige Jahrzehnte später erlaubte es der technische Fortschritt, dass die ersten Staumauern komplett aus Beton oder mit einer Betonkerndichtung entstanden. Als in den 1950er-Jahren der Asphalt aufkam, wurde diese Bitumenmischung bei einigen Staumauern als Oberflächendichtung verwendet.
Für welche Art von Absperrbauwerk sich die Konstrukteure einer Talsperre entscheiden, hängt nicht nur von den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen ab, sondern auch von den Bedingungen vor Ort: Wie groß ist der Taldurchschnitt? Wie stabil der Baugrund?
Die ursprünglichste Form, der Staudamm, wird vor allem an kleinen Flüssen errichtet. Er hat einen flachen Böschungswinkel und wird zusätzlich zu der Basis aus Gestein und Erde von einer Dichtung geschützt.
Diese kann als Oberflächendichtung oder als Kerndichtung angelegt sein. Die Oberflächendichtung wird auf der dem Wasser zugewandten Seite aufgebracht und kann aus Lehm, Ton oder Asphalt hergestellt werden. Da sie offen liegt, ist sie allerdings auch der Abnutzung preisgegeben.
Die Kerndichtung befindet sich wie ein schmaler Riegel im Inneren des Dammes. Sie kann – einmal angelegt – fast nicht nachgebessert werden, da sie dort nur schlecht erreichbar ist.
Der Lac des Dix in der Schweiz besitzt eine Gewichtsstaumauer
Eine Talsperre als Teil eines Kraftwerks
Die von Otto Intze entworfenen Gewichtsstaumauern funktionieren über genau das: ihr Gewicht. Bei Bogenstaumauern kommt noch ein wenig Physik hinzu. Sie haben die Form eines Bogens, wobei die Wölbung zum Wasser gewandt ist. So wird der Druck der Wassermassen abgeleitet auf die seitlichen Fundamente, die im Fels verankert sind.
Die Bogenstaumauer wird aufgrund ihrer Form auch als Gewölbestaumauer bezeichnet. Eine Mischform aus der Bogenstaumauer und der Gewichtsstaumauer – eine so genannte Bogengewichtsmauer – stellt beispielsweise der Hoover-Damm zwischen den US-Bundesstaaten Nevada und Arizona dar.
Eine materialsparende Bauweise stellen Pfeilermauern dar. Hier bilden Betonpfeiler mit dreieckigem Querschnitt und dazwischenliegende Mauerabschnitte die Staumauer. Da die Standfläche hier deutlich geringer ist als bei einer Gewichtsstaumauer und somit die Belastung an weniger Stellen konzentriert wird, muss der Baugrund besonders stabil und tragfähig sein.
Soll aus Wasser Energie gewonnen werden, kann eine Talsperre Teil eines Wasserkraftwerkes sein. Dann kommen Turbinen oder Wasserräder zum Einsatz, die die Bewegungsenergie des abfließenden Wassers in mechanische Energie umwandeln. Aus dieser wiederum wird mit Hilfe eines Generators elektrische Energie.
Derzeit gibt es laut Statistik der Internationalen Kommission für große Talsperren (ICOLD) weltweit rund 58.000 große Talsperren. Davon stehen etwa 300 in Deutschland und knapp 24.000 in China. Das nationale Talsperren-Komitee eines Landes ist dafür verantwortlich, dass die großen Talsperren eines Landes dem ICOLD gemeldet werden.
Eine Bogenstaumauer in den Alpen: die Vajont-Talsperre
(Erstveröffentlichung: 2019. Letzte Aktualisierung: 02.06.2020)
Quelle: WDR
