Hochwasserentlastung

Eine Hochwasserentlastung ist eine Vorrichtung (Bypass) zum Schutz von Absperrbauwerken (z. B. Staumauern, Staudämme), um nicht speicherbares Wasser schadlos abzuführen.

Seitlicher Einlauf der Hochwasserentlastung der Vorsperre an der Großen Dhünntalsperre

Überfall mit Kaskade an der New-Croton-Talsperre

Hochwasserentlastungsturm mit Überfalltrichter (Skizze)

Links: Der Überfalltrichter am Turm der Hochwasserentlastung der Primstalsperre bei Nonnweiler

Überfalltrichter am Ladybower Reservoir bei Überlaufen …

… und im Normalzustand.

Die Hochwasserentlastung tritt in Funktion, wenn der Wasserpegel eines Absperrbauwerks das Stauziel – meistens bedingt durch verstärkte, außer der Reihe liegende Wassereinträge – überschreitet. Sie schützt den Staudamm bzw. die Staumauer vor außergewöhnlicher Belastung und soll das Überlaufen des Wassers über die Bauwerkskrone verhindern, da beides im schlimmsten Fall zum Versagen der Stauanlage führen könnte. Die Hochwasserentlastung muss für die größtmögliche Flut (Bemessungshochwasser) ausgelegt sein.

Die Hochwasserentlastung besteht aus einem Einlauf-, einem Fortleitungs- (auch Transport-) und einem Energieumwandlungsbauwerk. Zur Weiterleitung wird häufig eine Schussrinne benutzt, zur Energiewandlung meistens das Tosbecken des Hauptauslasses des Sperrwerkes.

Konstruktionsarten

Überfall

Bei einem Überfall wird das Wasser nach Erreichen des Stauziels kontrolliert über die Stauanlage oder seitlich davon abgeleitet. Bei Staudämmen wird der Überlauf meist als seitlicher Ablauf neben dem Sperrwerk ausgeführt und auf gewachsenen (also ungestörten) Boden gegründet. Dies geschieht vor allem deshalb, da ein über den Staudamm geführter Überlauf aufgrund der zu erwartenden Setzungen der Dammschüttung schwieriger, da beweglich, konstruiert werden muss. Nach dem Überlauf wird das überschüssige Wasser über ein Gerinne (häufig als Kaskade ausgeführt) seitlich der Stauanlage in den Abfluss der Stauanlage abgeleitet. Unten im Tal angekommen, durchströmt das Wasser in der Regel noch ein Tosbecken, wo die Bewegungsenergie des Wassers weitgehend umgewandelt wird: Dem Wasser wird die hohe Geschwindigkeit genommen, ehe es in das Fließgewässer des Unterwassers eintritt.

Bei Staumauern wird das Hochwasser häufiger als bei Staudämmen über das Sperrwerk abgelassen. Das überschüssige Wasser fließt bei dieser Art der Hochwasserentlastung an vordefinierten Stellen über die Mauerkrone, oder es sind in der Mauer Öffnungen vorgesehen. Auf der Luftseite der Mauer wird das Wasser dann heruntergeführt und gelangt im Bereich des Mauerfußes in das Tosbecken.

Der Überfall kann fest oder beweglich ausgeführt sein. So kann z. B. eine Wehrklappe, mit der die Höhe des im Gesamtstauraum gestauten Wassers geregelt wird, eingebaut sein.

Hochwasserentlastungsturm

Eine andere Konstruktionsart an Staudämmen ist der Hochwasserentlastungsturm. Dieser steht im Stauraum der Talsperre und hat häufig einen Überlauf in Form eines Überfalltrichters. Aus diesem Grund wird er auch als Kelch, Tulpe oder Trompete bezeichnet. im Englischen auch morning glory spillway genannt. Überschreitet der Wasserpegel der Stauanlage das Stauziel, strömt das überschüssige Wasser in den Überlauf ein. Durch den Turmschacht und ein anschließendes Rohr- bzw. Stollensystem wird das Wasser unter dem Staudamm hindurch zum Ablauf abgeleitet. Auf dem Rand der Überlauftulpe sind vielfach Strömungspfeiler angeordnet, die den Überlaufstrom lenken und als Strahlaufreißer wirken. Wie auch die getreppte Ausführung der Innenseite dient dies dem gezielten Eintrag von Luft in das abfließende Wasser. Damit kann der Kavitationserosion entgegengewirkt werden. Dem gleichen Zweck dient auch eine separate Belüftungsleitung, die am Turmschaft mitgeführt wird.

Aktive Hochwasserentlastung

Im Unterschied zum Überfall und zum Hochwasserentlastungsturm, bei denen das Hochwasser mit Hilfe der Hochwasserentlastung erst abgelassen werden kann, wenn das Stauziel überschritten wurde, gibt es auch Systeme, die man als „aktive“ Hochwasserentlastung bezeichnen kann. Bei der aktiven Hochwasserentlastung liegt das Einlaufbauwerk unterhalb der Wasserlinie des Stauziels und ist im Normalfall durch einen Sperrschieber verschlossen.

Diese Form der Hochwasserentlastung wird mitunter bei Staumauern angewandt, wobei das Einlaufbauwerk häufig in das Sperrwerk integriert ist. Bei drohendem Hochwasser wird der Verschluss geöffnet und das Wasser fließt durch Leitungen in der Staumauer zur Luftseite, wo es über eine Schussrinne einer anschließenden Schanze zugeleitet wird. Die Schanze wirft das Wasser in hohem Bogen in das Tosbecken, aus dem es in das natürliche Gewässer weiterfließt.

Das Einlaufbauwerk kann aber auch in eine der beiden die Stauanlage umschließenden Talflanken eingebaut sein. In diesem Fall fließt das Wasser nach dem Öffnen der Sperrschieber durch Stollen auf die andere Seite der Staumauer, wo es ebenso über eine Schussrinne und eine anschließende Schanze dem natürlichen Gewässer zugeleitet wird.

Weblinks

Commons: Hochwasserentlastung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• „sdteffen“ Wasserbau-Lexikon
• „Bauwerk“ Baulexikon online