Vorwort des Herausgebers VI
Vorwort des Autors VII
1. Einleitung 1
2. Definition und Aufgaben von Talsperren 2
3. Einteilung der Talsperren 4
3.1 Allgemeines 4
3.2 Staudämme 4
3.2.1 Steindämme 6
3.2.2 Erddämme 9
3.3 Staumauern 10
4. Zur historischen Entwicklung von Talsperrenbauten 19
4.1 Altertum und Mittelalter (von H. KLEINSORGE T) 19
4.2 Neuzeit seit 1800 33
5. Untersuchungsstadien bei Talsperren 40
5.1 Projekt-Findung 40
5.2 Vorstudie 42
5.3 Durchführbarkeitsstudie 43
5.4 Hauptprojekt 43
5.5 Erstellung der Ausschreibungsunterlagen 44
5.6 Bauausführung 44
5.7 Maschinen-Installation 45
5.8 Betriebsphase 45
6. Voruntersuchungen 46
6.1 Umfang und Methoden 46
6.1.1 Geologische Kartierung 46
6.1.2 Aufschlußmethoden 47
6.1.2.1 Direkte Verfahren 47
6.1.2.1.1 Schürfe und Schurfschlitze 47
6.1.2.1.2 Sondierungen 47
6.1.2.1.3 Bohrungen 49
6.1.2.1.4 Stollen und Schächte 53
6.1.2.2 Indirekte Verfahren 55
6.1.2.2.1 Oberflächengeophysik 55
6.1.2.2.2 Bohrlochmessungen 58
6.2 Untersuchungen im Bereich des Sperrbeckens und des Einzugsgebietes 62
6.2.1 Hydrologische und hydrogeologische Untersuchungen 62
6.2.2 Untersuchungen zur Standsicherheit der Talhänge im Becken 64
6.2.3 Untersuchungen zur Sedimentation im Becken 65
6.2.4 Untersuchungen für Nebenbauwerke im Beckenbereich 65
6.3 Untersuchungen im Bereich der Sperrenstelle 66
6.3.1 Allgemeines 66
6.3.2 Untersuchungen zur Durchlässigkeit des Untergrundes 67
6.3.3 Untersuchungen zur Standsicherheit 69
6.3.4 Modell-Untersuchungen der Sicherströmung und Standsicherheit 70
6.3.5 Baustofluntersuchungen 74
7. Bedeutung von Erdheben für Talsperren 75
7.1 Allgemeines 75
7.2 Allgemeine Prinzipien für den Talsperrenbau 78
7.2.1 Seismische Voruntersuchungen 79
7.3 Erdbebenberechnung für Staubauwerke 80
7.3.1 Grundlagen 80
7.3.2 Berechnungsverfahren 81
7.4 Bedeutung der Erdheben für Absperrbauwerke 83
7.4.1 Staumauern 83
7.4.2 Erd- und Steinschüttdämme 83
7.5 Auswirkungen eines Erdhebens 87
7.6 Induzierte Seismizität 88
7.6.1 Erklärung 88
7.6.2 Beispiel Kremasta-Talsperre 91
8. Bedeutung spezieller geologischer Verhältnisse für Talsperren 95
8.1 Einfluß lithologischer und tektonischer Verhältnisse auf die
Sperrenstelle 95
8.2 Bedeutung der geologischen Verhältnisse für die Beckendichtigkeit 102
8.2.1 Nicht verbarstete Gesteine 102
8.2.2 Verkarstete Gesteine 108
8.3 Talsperren in unterschiedlichen lithologischen Verhältnissen 109
8.3.1 Festgesteine 109
8.3.1.1 Allgemeines 109
8.3.1.2 Magmatische Gesteine 110
8.3.1.2.1 Allgemeines 110
8.3.1.2.2 Beispiele 112
8.3.1.3 Sedimentgesteine 120
8.3.1.3.1 Beispiele 120
8.3.1.4 Verkarstete Gesteine 136
8.3.1.4.1 Merkmale 136
8.3.1.4.2 Beispiele 138
8.3.1.5 Metamorphe Gesteine 151
8.3.1.5.1 Merkmale 151
8.3.1.5.2 Beispiele 152
8.3.1.6 Wechselfeste Gesteine (veränderlich-feste Gesteine) 154
8.3.1.6.1 Merkmale 154
8.3.1.6.2 Beispiele 156
8.3.2 Lockergesteine 167
8.3.2.1 Merkmale 167
8.3.2.2 Beispiele 168
9. Zur Gründung von Absperrbauwerken 176
9.1 Allgemeines 176
9.1.1 Kräfte im Untergrund von Talsperren 176
9.2 Gründungsprobleme bei verschiedenen Bauwerkstypen 178
9.2.1 Dämme 178
9.2.1.1 Gründung auf Fels oder dichtem Horizont 179
9.2.1.2 Gründung auf Lockergestein bei tiefliegendem, erreichbarem
Fels oder dichtem Horizont 179
9.2.1.3 Gründung auf Lockergestein bei tiefliegendem, nicht
erreichbarem Fels oder dichtem Horizont 180
9.2.2 Staumauern 180
9.2.2.1 Allgemeines 180
9.2.2.2 Schwergewichtsmauern
9.2.2.3 Bogenstaumauern 187
9.2.2.4 Pfeilerstaumauern 189
9.2.2.5 Engfestigung des Gebirges durch Bauarbeiten 190
9.2.2.6 Verbesserung des Untergrundes 191
9.3 Abdichtung des Untergrundes 192
9.3.1 Allgemeines
9.3.2 Voruntersuchungen
9.3.2.1 Abdichtungsmöglichkeiten 208
9.3.2.2 Weitere Voruntersuchungen vor Beginn der Verpreßarbeiten 210
9.3.3 Vertikale Abdichtungen 211
9.3.3.1 Injektionsmethoden 211
9.3.3.1.1 Packer-Injektion 211
9.3.3.1.2 Zirkulierende Injektionen 212
9.3.3.1.3 Lanzen-lnjektionen 213
9.3.3.1.4 Manschettenrohr-Injektion 214
9.3.3.2 Injektionsmittel 215
9.3.3.2.1 Suspensionen 215
9.3.3.2.2 Injektionsflüssigkeiten 218
9.3.3.2.2.1 Chemikal-Injektionen 218
9.3.3.2.2.2 Emulsionen 219
9.3.3.2.2.3 Kunststoffe 220
9.3.4 Durchführung der Injektionen 220
9.35 Anordnung und Tiefe des Dichtungsschleiers 226
9.3.6 Dichtungswände 234
9.3.6.1 Dichtungsschmalwand 234
9.3.6.2 Spundwand 237
9.3.6.3 Schlitzwand 238
9.3.6.4 Bohrpfahlwand 241
9.3.7 Druckluftgründung 242
9.3.8 Dichtungswände in offener Baugrube und im bergmännischen Verfahren 244
9.3.9 Horizontale Abdichtungsmaßnahmen 245
9.3.9.1 Bindige Erdstoffe 246
9.3.9.2 Asphaltbeton 247
9.3.9.3 Geotextilien 248
9.4 Errichtung von Nebenbauwerken 249
9.4.1 Stollen 249
9.4.2 Kraftwerke 255
9.4.2.1 Offene Kraftwerke 255
9.4.2.2 Kavernen 257
9.4.2.2.1 Bedeutung der Gebirgsverhältnisse 257
9.4.2.2.2 Beispiel Kaverne Waldeck II 257
9.4.3 Hochwasserentlastungsanlagen (HWE) 262
9.4.3.1 Allgemeines 262
9.4.3.2 Konstruktive Gestaltung der Hochwasserentlastungsanlagen 264
9.4.3.3 Geologische Probleme 266
10.Maßnahmen im Beckenbereich 270
10.1 Hangstabilität 270
10.1.1 Bedeutung der Hangstabilität im Talsperrenbau 270
10.1.2 Hangbewegungen in unterschiedlichen geologischen Bereichen 275
10.1.3 Untersuchung und Beobachtung von rutschgefährdeten Gebieten 280
10.1.4 Ergebnisse der Untersuchungen zur Hangstabilität 283
10.1.5 Maßnahmen zur Hangstabilisierung 286
10.1.6 Berücksichtigung von Erdheben 291
10.2 Errichtung von Nebenbauwerken 291
10.2.1 Verkehrswege, Straßen, Eisenbahnen 291
10.2.2 Brückenbauten 292
10.2.3 Überleitungs- und Wasserstollen 292
10.2.4 Bedeutung der Erdheben für Nebenbauwerke 294
11 Bedeutung von Sedimentationsvorgängen bei Talsperren 295
11.1 Allgemeines 295
11.2 Abhängigkeit der Sedimentation von den geologisch-morphologischen und
klimatischen Verhältnissen im Einzugsgebiet 297
11.3 Feststofftransport 298
11.4 Sedimentation 300
11.5 Vorausberechnung der Stauraumverlandung 304
11.6 Maßnahmen zur Reduzierung der Sedimentationsrate 304
11.7 Maßnahmen zur Beseitigung der Sedimente in einer Talsperre 306
11.8 Beispiel für geologische Untersuchungen im Zusammenhang mit der
Sedimentation in Talsperren 306
11.8.1 Überblick 306
11.8.2 Erosionsverhältnisse im Einzugsbereich des Sperchiosbeckens 306
11.8.3 Geologische Untersuchungen zur Geschiebeführung 309
11.8.4 Folgerungen aus den Untersuchungen 309
12. Kontrollmaßnahmen bei der Errichtung und beim Einstau einer Talsperre 311
12.1 Allgemeines 311
12.2 Überprüfung der Deformation des Untergrundes und des Sperrenbauwerkes 31
12.3 Kontrolle der Durchsicherung 313
12.4 Beispiele 317
12.4.1 Frauenau-Talsperre 318
12.4.2 Randenigala-Staudamm (Sri Lanka) 321
12.5 Kontrollmaßnahmen im Beckenbereich 323
13.Versagen von Talsperren 324
13.1 Allgemeines 324
13.2 Statistische Auswertung der Versagensursachen 326
13.2.1 Schäden an Staumauern 328
13.2.2 Schäden an Dämmen 330
13.2.2.1 Arten von Schäden 331
13.2.2. 1.1 Oberflächenerosion - Hydraulisches Versagen 33 1
13.2.2.1.2 Innere Erosion - Sicherungsschäden 333
13.2.2.1.3 Statisches Versagen 336
13.3 Versagen des Untergrundes 337
13.3.1 Stabilität des Untergrundes 337
13.3.2 Durchlässigkeit des Untergrundes 341
13.4 Versagen des Sperrenbeckens 345
13.4.1 Hangstabilität 345
13.4.2 Durchlässigkeit des Beckens 350
14.Auswirkungen von Talsperren auf Wasserhaushalt, Wasserbeschaffenheit und
Umwelt 355
14.1 Allgemeines 355
14.2 Wasserhaushalt 355
14 3 Physikalische Verhältnisse im Sperrenbecken 358
14.3.1 Allgemeines 358
14.3.2 Physikalische Eigenschaften 358
14.3.2.1 Strahlungsklima 358
14.3.2.2 Temperatur 359
14.3.2.2.1 Wasserzufluß 360
14.3.2.2.2 Wasserentnahme 361
14.3.2.2.3 Wasserbewegung im Sperrenbecken 361
14.4 Chemische Prozesse beim Wasseraufstau 362
14.4.1 Allgemeines 362
14.4.2 Trophiestufen der Seen 362
14.4.3 Sauerstoffgehalt 363
14.4.4 Eutrophierung 365
14.4.5 Einfluß der Landwirtschaft 367
14.4.6 Beispiele 369
14.4.6.1 Wahnbachtalsperre 369
14.4.6.2 Talsperre Haltern 370
14.5 Sonstige Einflüsse von Stauanlagen auf die Umwelt 371
14.5.1 Einflüsse auf die Atmosphäre 371
14.5.2 Einflüsse auf das Ökosystem 372
14.5.3 Einflüsse auf den Menschen 373
15. Trinkwassertalsperren 375
15.1 Allgemeines 375
15.2 Geologische und bauliche Anforderungen an Trinkwassertalsperren 375
15.3 Schutzmaßnahmen für eine Trinkwassertalsperre 376
15.4 Besondere Anforderungen an das Einzugsgebiet 377
15.5 Anforderungen an Trinkwasser 381
16.Unterirdische Speicherung 382
16.1 Allgemeines 382
16.1.1 Definition 382
16.1.2 Geschichtliches 382
16.2 Hauptziele der Grundwasserspeicherung (-anreicherund) 383
16.3 Vor- und Nachteile der Untergrundspeicherung im Vergleich zur
Oberflächenspeicherung (Talsperren) 385
16.3.1 Vorteile 385
16.3.2 Nachteile 385
16.4 Anforderungen an den Untergrund 386
16.4.1 Untergrundspeicherung im Festgestein 386
16.4.2 Untergrundspeicherung im Lockergestein 386
16.4.2.1 Untergrundspeicher 386
16.4.2.2 Geologische und bodenphysikalische Voraussetzungen 387
16.4.2.2.1 Allgemeines 387
16.4.2.2.2 Bodentyp 388
16.4.2.2.3 Porenvolumen (vp) 389
16.4.2.2.4 Nutzbares Porenvolumen (Vpn) 389
16.4.2.2.5 Bodendurchlässigkeit 390
16.4.2.3 Weitere Einflußfaktoren 391
16.4.2.3.1 Atmosphärischer Druck 391
16.4.2.3.2 Temperatur 391
16.5 Geologische, geotechnische und hydrogeologische Vorarbeiten 391
16.6 Biologische und chemisch-physikalische Gesichtspunkte bei der
Grundwasseranreicherung 392
16.7 Beispiele 392
16.7.1 Grundwasseranreicherung im Rheintal 393
16.7.2 Künstliche Grundwasseranreicherung bzw. Speicherung in pleistozänen
Rinnenfüllungen des Rheintals 393
16.7.3 Untergrundspeicherung im Festgestein 395
17. Wehre 396
17.1 Allgemeines
17.2 Gestaltung und Aufgaben der Wehre 396
17.2.1 Grundsätzliches zur Gestaltung 396
17.2.1.1 Feste Wehre 396
17.2.1.2 Bewegliche Wehre 398
17.2 2 Aufgaben der Wehre 398
17.3 Einfluß der geologischen Verhältnisse 399
17.3.1 Anforderungen an den Baugrund 399
17.3.2 Anschluß an den Untergrund 400
17.4 Auswirkungen der Wehre 401
17.4.1 Einfluß auf die hydrologischen Verhältnisse 401
17.4.2 Geschiebe und Schwebstoffe 402
17.4.3 Chemismus 402
17.5 Saarausbau 403
17.5.1 Gesamtdarstellung 403
17.5.2 Dichtwand Wawern 404
18.Hochwasserrückhaltebecken (HWR) 407
18.1 Allgemeines 407
18.2 Ausbildung von Hochwasserrückhaltebecken 408
18.3 Hydrologie 408
18.3.1 Bemessungsgrundlagen 408
18.3.2 Rückhalteraum und Rückhaltevolumen 409
18.4 Einfluß der Geologie 409
18.5 Bauwerke 410
18.5.1 Absperrbauwerk 411
18.5.2 Nebenbauwerke 412
18.6 Beispiele
18.6.1 Paderborner Hochfläche 414
18.6.2 Nordwürttemberg 414
18.6.3 Hochwasserrückhaltebecken Salzderhelden 417
19.Pumpspeicherwerke (PSW) 418
19.1 Allgemeines
19.2 Aufbau und Speichergröße 418
19.3 Topographische Anforderungen 419
19.3.1 Oberbecken
19.3.2 Unterbecken 420
19.4 Bedeutung der geologischen Verhältnisse 420
19.4.1 Oberbecken
19.4.2 Druckstollen 422
19.4.3 Kraftwerk 422
19.4.4 Unterbecken 422
19.5 Beispiele 423
19.5.1 Pumpspeicherwerk Rönkhausen 423
19.5.2 Pumpspeicherwerk Waldeck 425
19.5.3 Pumpspeicherwerk Happurg 428
20. Klärteiche (Sedimentationsanlagen) 429
20.1 Allgemeines 429
20.2 Anforderungen an den Untergrund 429
20.2.1 Allgemeines 429
20.2.2 Sperrenstelle 429
20.2.3 Beckenbereich 430
20.3 Dammaufhau 432
20.4 Einspülung des Klärgutes und Ableitung des geklärten Wassers 434
20.5 Beispiele 435
20.5.1 Kalkindustrie 435
20.5.1.1 Rheinisch-Westfälische Kalkwerke Dornap, Werk Hönnetal 435
20.5.2 Flußspat 436
Literaturverzeichnis 439
Register 458