Die Edertalsperre Mit Staumauer
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Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik Leiter: Prof. Dr.-Ing. habil. Boris Lehmann Die Edertalsperre mit Staumauer - Exkursionsbericht - Kurs „Wasserbau II“ – Wintersemester 2014/2015 Die Staumauer am Edersee (eigene Aufnahme) Bearbeitung: Daniel Luley Sina Reder Piet Jochem Sarah Thorbrügge Firas El Hamed Darmstadt, den 20.02.2015 Der vorliegende Exkursionsbericht wurde im Rahmen des Kurses „Wasserbau II“ im Wintersemester 2014/2015 selbstständig durch die Studierenden verfasst. Ziel des Berichtes ist es, einen guten Überblick über das besichtigte Exkursionsziel zu vermit- teln und dabei die besichtigte Anlage und deren Komponenten und Funktionen zu do- kumentieren und zu erläutern. Die dazu verwendeten Fotos, Abbildungen, Zeichnungen und Skizzen wurden von den Autoren selber erstellt oder unter Angabe der Quellen aus der Fachliteratur, dem Inter- net oder anderen öffentlichen Medien entnommen. Technische Universität Darmstadt Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut für Wasserwirtschaft und Wasserbau Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik Franziska-Braun-Str. 7, Gebäude L5/01 64287 Darmstadt Telefon: +49(0)6151/16-4067 Telefax: +49(0)6151/16-3223 www.wasserbau.tu-darmstadt.de Die Edertalsperre mit Staumauer i Inhalt 1. Einleitung und Hintergründe .................................................................................... 1 2. Grundlagen .............................................................................................................. 3 2.1. Grundlegende Funktionsweise und Komponenten von Talsperren ................. 3 2.2. Betrieb von Talsperren ..................................................................................... 6 2.3. Bemessung ...................................................................................................... 6 3. Dokumentation ...................................................................................................... 10 3.1 Komponenten und Funktionsmerkmale .............................................................. 10 3.2 Erläuterung des Funktionsablaufes und Betrieb ................................................. 15 4. Erfahrungen ........................................................................................................... 18 5. Conclusio ............................................................................................................... 20 Literaturverzeichnis ....................................................................................................... 21 Stand: 19.02.2015 www.wasserbau.tu-darmstadt.de Die Edertalsperre mit Staumauer 1 1. Einleitung und Hintergründe Im Rahmen der Veranstaltung „Wasserbau II – Verkehrswasserbau, Gewässerentwick- lung und Ökohydraulik“ wurde am 30.01.2015 eine Exkursion zur Talsperre am Eder- see durchgeführt. Der Edersee liegt im nordhessischen Landkreis Waldeck-Frankenberg, etwa 35 km von Kassel entfernt. Er befindet sich inmitten des Naturparks Kellerwald-Edersee und ge- hört zu den größten Stauseen Deutschlands. Neben der Eder wird der See auch von vielen kleinen Bächen gespeist und im Osten durch eine Staumauer begrenzt. Von dort fließt die Eder weiter bis in die Fulda, welche zusammen mit der Werra zur Weser wird. Die Weser ist ein wichtiger Wasserlieferant des Mittellandkanals, einer Verkehrswas- serstraße, die den Westen und Osten Deutschlands auf der Höhe von Hannover ver- bindet. Edersee Staumauer Abbildung 1-1: Edersee und Staumauer von oben1 Der 1906 erbaute Mittellandkanal entzog der Weser viel Wasser, wodurch diese be- sonders in den trockenen Sommermonaten nicht mehr schiffbar war.2 Daher wurde im 1 Quelle: Google Earth, abgerufen am 31.01.2015 2 100jahre-edersee.de, aufgerufen am 31.01.2015 Stand: 19.02.2015 www.wasserbau.tu-darmstadt.de Die Edertalsperre mit Staumauer 2 Jahr 1908 begonnen die Talsperre im Edertal, umgeben von zwei Gebirgszügen, zu bauen. Für den 1914 fertiggestellten Bau mussten etwa 900 Menschen aus, den im Tal lie- genden Dörfern umgesiedelt werden. Die Talsperre sorgte nicht nur für eine Unterstüt- zung der Schifffahrt durch Zuschusswasser der Weser und des Mittellandkanals, son- dern verringerte auch die Hochwassergefahr der Eder, Fulda und Weser im Winter. Um den steigenden Energiebedarf der Bevölkerung zu decken, wurde das Speicher- kraftwerk Hemfurth I gebaut, wodurch sich die Wasserkraft in elektrische Energie um- wandeln ließ. Weitere Nutzungsgruppen, wie Tourismus, Fischerei und Naturschutz, sind in den Jah- ren dazu gekommen. Gerade der Tourismus ist für die Region heute ein wichtiger wirt- schaftlicher Faktor geworden. Die Edertalsperre ist, neben der Diemeltalsperre in Nordhessen, die einzige von der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes betriebene Talsperre. Stand: 19.02.2015 www.wasserbau.tu-darmstadt.de Die Edertalsperre mit Staumauer 3 2. Grundlagen Das nachfolgende Kapitel stellt die grundlegende Funktionsweise von Talsperren vor. Dies beinhaltet eine Beschreibung der einzelnen Komponenten sowie deren Funktion. Anschließend wird der Betrieb der Anlage beschrieben und auf die verschiedenen Auf- gaben des Betriebs eingegangen. Am Schluss wird eine Übersicht der wichtigsten Be- messungsgrößen gegeben. 2.1. Grundlegende Funktionsweise und Komponenten von Talsper- ren Talsperren werden durch zwei Eigenschaften charakterisiert. Sie sperren das Tal ab und stellen dadurch eine Speicherwirkung her. Hier liegt auch die Unterscheidung zu Flusssperren und Wehren, welche nur als Absperrung fungieren, und keine größere Speicherwirkung ausüben.3 DIN 19700-11 teilt Talsperren in zwei Klassen ein. Talsper- renklasse 1 umfasst große Talsperren, bei denen die Höhe vom tiefsten Punkt des Absperrbauwerks bis zur Krone größer als 15 m ist, oder deren Speicherbecken einen Stauraum von mehr als eine Million m³ beträgt. Klasse 2 umfasst dann kleinere Tal- sperren, welche die Anforderungen für Klasse 1 nicht erfüllen.4 Die grundlegenden Funktionen einer Talsperre sind vielfältig. Meistens erfüllt sie nicht nur eine Funktion, sondern je nach Jahreszeit und Wasserstand, verschiedene Aufga- ben. Dazu zählen: Hochwasserschutz Rohwasser zur Trinkwassergewinnung Bewässerung Niedrigwasseraufhöhung für Trockenperioden Wasserkraft Bereitstellung von Kühlwasser für thermische Kraftwerke Zuschuss für künstliche und natürliche Schifffahrtswege Freizeit und Erholung Tourismus 3 Köngeter et al. 2013 4 DIN 19700-11 Stand: 19.02.2015 www.wasserbau.tu-darmstadt.de Die Edertalsperre mit Staumauer 4 Für Talsperren existiert eine Vielzahl von Bauwerkstypen, welche sich im Laufe der Zeit verändert und entwickelt haben. Eine Übersicht ist in Abbildung 2-1 dargestellt. Abbildung 2-1: Übersicht Stauanlagenbauweisen 5 Grundsätzlich lassen sich Staumauern und Staudämme unterscheiden. Dabei kommt es immer auf die (geologischen) Randbedingungen an, um entscheiden zu können welche Bauweise am sinnvollsten einzusetzen ist. So spielen der Talquerschnitt und die Bodenmechanik eine wichtige Rolle, da Staudämme, durch ihre große Aufstands- fläche im Vergleich zu Staumauern, eine eher kleine Kraft pro Fläche auf den Boden übertragen. Auch die erforderliche Größe der Hochwasserentlastungsanlage muss berücksichtigt werden. Bei Staumauern kann diese in das Bauwerk integriert werden, wohingegen bei Staudämmen ein gesondertes Bauwerk erforderlich wird. Staudämme lassen sich noch weiter unterteilen hinsichtlich der Lage der Abdichtung und deren Material sowie des Dammaufbaus. Da es sich bei der besichtigten Talsperre um eine Staumauer handelt, wird im Folgenden nicht weiter auf Staudämme eingegangen. Staumauern lassen sich in drei Grundtypen aufteilen. Die Gewichtsstaumauer, Bogen- staumauern und Pfeilerstaumauern. Dabei bilden die Gewichtsstaumauern die älteste 5 Köngeter et al. 2013, S. 4 Stand: 19.02.2015 www.wasserbau.tu-darmstadt.de Die Edertalsperre mit Staumauer 5 und einfachste Form der Staumauern. Bei diesen verläuft der Mauergrundriss meist relativ gerade, kann jedoch auch gekrümmt oder geknickt sein. Die Mauer an sich hat eine dreieckige Form, wobei jeder Abschnitt für sich standsicher ist. Man kann sich die Mauer daher als parallel aneinander gereihte dicke dreieckige Scheiben vorstellen. Die Gewichtsstaumauer ist auch für hohe Bauhöhen gut geeignet. Heutzutage werden Gewichtsstaumauern aus Massebeton hergestellt, jedoch fanden in der Vergangenheit auch andere Materialien wie Bruchsteine Verwendung. Da die Herstellung aus Beton nur abschnittsweise erfolgen kann, müssen die Blöcke im Nachgang hinreichend ab- gedichtet werden. Auch bei älteren Mauer spielt die Abdichtung eine wichtige Rolle, da diese früher oft nicht ausreichend gut vorgenommen werden konnte und nachgebes- sert werden muss. Durch die Entwicklung des Stahlbetons und noch vorhandenen Festigkeitsreserven bei Gewichtsstaumauern haben sich die aufgelösten Staumauern entwickelt, welche Mate- rial einsparen, indem eine Art Scheibe die Abstützung der Stauwand übernimmt und die Kraft abträgt. Dies ist beispielhaft in Abbildung 2-2 dargestellt. Der Vorteil welcher sich durch die Materialeinsparung ergibt, wird jedoch zu großen Teilen wieder durch das aufwendigere Verschalen aufgehoben. Abbildung 2-2: Aufgelöste Staumauer 6 Bogenstaumauern, welche die dritte Bauweise verkörpern, stellen besondere Anforde- rungen an das Tal, in dem sie errichtet werden sollen. Da die Kräfte über die Flanken in den Hang abgetragen werden müssen, muss dieser über entsprechende Eigen- schaften verfügen. Am besten geeignet sind diese Mauern für Täler mit breiten Sohlen und