Damm - Dam

Lake Vyrnwy Dam, Wales , 1888 fertiggestellt
Karapuzha Dam , ein Erddamm im indischen Bundesstaat Kerala
Kleiner Damm in der Nähe von Groningen , Niederlande

Ein Damm ist eine Barriere, die den Fluss von Oberflächenwasser oder unterirdischen Bächen stoppt oder einschränkt . Reservoire durch Dämme erstellt nicht nur Unterdrückungs Überschwemmungen , sondern auch liefern Wasser für Aktivitäten wie Bewässerung , den menschlichen Verzehr , den industriellen Einsatz , Aquakultur und Schiffbarkeit . Wasserkraft wird oft in Verbindung mit Staudämmen zur Stromerzeugung genutzt. Ein Damm kann auch zum Sammeln oder Speichern von Wasser verwendet werden, das gleichmäßig auf die Standorte verteilt werden kann. Dämme dienen im Allgemeinen dem Hauptzweck, Wasser zurückzuhalten, während andere Strukturen wie Schleusen oder Deiche (auch als Deiche bekannt ) verwendet werden, um den Wasserfluss in bestimmte Landregionen zu steuern oder zu verhindern. Der früheste bekannte Staudamm ist der Jawa-Staudamm in Jordanien aus dem Jahr 3.000 v.

Das Wort Damm lässt sich bis ins Mittelenglische zurückverfolgen und davor aus dem Mittelniederländischen , wie es in den Namen vieler alter Städte wie Amsterdam und Rotterdam zu sehen ist .

Afsluitdijk mit dem Wattenmeer (ein Teil der Nordsee ) links und dem IJsselmeer rechts in den Niederlanden

Geschichte

Alte Dämme

Früher Dammbau fand in Mesopotamien und im Nahen Osten statt . Dämme wurden verwendet, um den Wasserstand zu kontrollieren, denn das Wetter in Mesopotamien beeinflusste die Flüsse Tigris und Euphrat .

Der früheste bekannte Staudamm ist der Jawa-Staudamm in Jordanien , 100 Kilometer (62 Meilen) nordöstlich der Hauptstadt Amman . Diese Gewichtsstaumauer bestand aus einer ursprünglich 9 Meter hohen und 1 Meter breiten Steinmauer, die von einem 50 Meter breiten Erdwall getragen wurde. Die Struktur wird auf 3000 v. Chr. datiert.

Der altägyptische Sadd-el-Kafara-Staudamm im Wadi Al-Garawi, etwa 25 km südlich von Kairo , war an seiner Basis 102 m lang und 87 m breit. Die Struktur wurde um 2800 oder 2600 vor Christus als gebaute Abzweigung Damm für den Hochwasserschutz, wurde aber von schweren regen während der Bauphase oder kurz danach zerstört. Während der zwölften Dynastie im 19. Jahrhundert v. Chr. gruben die Pharaonen Senosert III, Amenemhat III und Amenemhat IV einen 16 km langen Kanal, der die Fayum Depression mit dem Nil in Mittelägypten verband. Zwei von Ost nach West verlaufende Dämme namens Ha-Uar wurden gebaut, um das Wasser während der jährlichen Flut zurückzuhalten und es dann in die umliegenden Ländereien abzugeben. Der See Mer-wer oder Moerissee bedeckte 1.700 km 2 (660 Quadratmeilen) und ist heute als Birket Qarun bekannt.

Mitte bis Ende des dritten Jahrtausends v. Chr. wurde in Dholavira im heutigen Indien ein kompliziertes Wassermanagementsystem gebaut. Das System umfasste 16 Stauseen, Dämme und verschiedene Kanäle zum Sammeln und Speichern von Wasser.

Eines der technischen Wunder der Antike war der Große Staudamm von Marib im Jemen . Irgendwann zwischen 1750 und 1700 v die es durch massives Mauerwerk verbunden war. Reparaturen wurden zu verschiedenen Zeiten durchgeführt, vor allem um 750 v. Chr., und 250 Jahre später wurde die Höhe des Damms auf 7 m (23 ft) erhöht. Nach dem Ende des Königreichs Saba fiel der Damm unter die Kontrolle der Ḥimyarites (ca. 115 v. ein Absetzbecken und ein 1.000 m (3.300 ft) langer Kanal zu einem Verteilertank. Diese Arbeiten wurden erst 325 n. Chr. abgeschlossen, als der Damm die Bewässerung von 25.000 Acres (100 km 2 ) ermöglichte.

Eflatun Pınar ist ein hethitischer Staudamm und ein Quelltempel in der Nähe von Konya , Türkei. Es wird angenommen, dass es aus dem hethitischen Reich zwischen dem 15. und 13. Jahrhundert v. Chr. stammt.

Das Kallanai ist aus unbehauenem Stein gebaut, über 300 m (980 ft) lang, 4,5 m (15 ft) hoch und 20 m (66 ft) breit, über dem Hauptstrom des Kaveri- Flusses in Tamil Nadu , Südindien . Die Grundstruktur stammt aus dem 2. Jahrhundert n. Chr. und gilt als eine der ältesten noch genutzten Wasserumleitungs- oder Wasserregulierungsbauten. Der Damm diente dazu, das Wasser der Kaveri über die fruchtbare Deltaregion zur Bewässerung über Kanäle umzuleiten.

Du Jiang Yan ist das älteste erhaltene Bewässerungssystem in China, das einen Damm umfasste, der den Wasserfluss lenkte. Es wurde 251 v. Chr. fertiggestellt. Ein großer irdener Damm, der von Sunshu Ao , dem Premierminister von Chu (Bundesstaat), errichtet wurde , überflutete ein Tal in der heutigen nördlichen Provinz Anhui , das ein riesiges Bewässerungsreservoir mit einem Umfang von 100 km (62 Meilen) schuf heute noch präsent.

Römische Ingenieurskunst

Der römische Damm von Cornalvo in Spanien ist seit fast zwei Jahrtausenden in Betrieb.

Der römische Dammbau zeichnete sich durch "die Fähigkeit der Römer aus, den Ingenieurbau im großen Stil zu planen und zu organisieren". Roman Planer stellte das damals neuartige Konzept der großen Reservoir Dämme , die eine dauerhafte Sicherung könnte die Wasserversorgung für städtische Siedlungen über die Trockenzeit. Ihre bahnbrechende Verwendung von wasserdichtem hydraulischem Mörtel und insbesondere römischem Beton ermöglichte viel größere Dammbauwerke als zuvor gebaut, wie den Lake Homs Dam , möglicherweise die größte Wasserbarriere bis zu diesem Zeitpunkt, und den Harbaqa Dam , beide im römischen Syrien . Der höchste römische Damm war der Subiaco-Damm bei Rom ; seine Rekordhöhe von 50 m (160 ft) blieb bis zu seiner versehentlichen Zerstörung im Jahr 1305 unübertroffen.

Römische Ingenieure nutzten routinemäßig alte Standardkonstruktionen wie Staudämme und Mauerwerks-Gewichtsdämme. Abgesehen davon zeigten sie einen hohen Erfindungsreichtum und führten die meisten anderen bis dahin unbekannten grundlegenden Dammkonstruktionen ein. Dazu gehören Bogengewichts Dämme , Bogenstaumauern , Staudämmen und mehrere Bogen Staudämmen , von denen alle waren bekannt und beschäftigt nach dem 2. Jahrhundert AD (siehe Liste der römischen Dämme ). Römische Arbeiter waren auch die ersten, die Dammbrücken bauten, wie die Baldrianbrücke im Iran.

Überreste des Band-e Kaisar- Staudamms, erbaut von den Römern im 3. Jahrhundert n. Chr.

Im Iran wurden Brückendämme wie der Band-e Kaisar verwendet, um Wasserkraft durch Wasserräder bereitzustellen , die oft Wasserhebemechanismen antreiben. Eine der ersten war die von den Römern erbaute Staudammbrücke in Dezful , die 50 Ellen (ca. 23 m) Wasser zur Versorgung der Stadt fördern konnte . Auch Umleitungsdämme waren bekannt. Fräsen Dämme wurden eingeführt , die die muslimischen Ingenieure die gerufene Pul-i-Bulaiti . Die erste wurde in Shustar am Fluss Karun im Iran gebaut, und viele davon wurden später in anderen Teilen der islamischen Welt gebaut . Wasser wurde von der Rückseite des Damms durch ein großes Rohr geleitet, um ein Wasserrad und eine Wassermühle anzutreiben . Im 10. Jahrhundert beschrieb Al-Muqaddasi mehrere Dämme in Persien. Er berichtete, dass einer in Ahwaz mehr als 910 m lang war und dass viele Wasserräder das Wasser in Aquädukte beförderten, durch die es in die Stauseen der Stadt floss. Ein anderer, der Band-i-Amir-Staudamm, versorgte 300 Dörfer mit Bewässerung.

Mittelalter

In den Niederlanden , einem tief liegenden Land, wurden oft Dämme gebaut, um Flüsse zu blockieren, den Wasserstand zu regulieren und zu verhindern, dass das Meer in die Sumpfgebiete eindringt. Solche Dämme markierten oft den Anfang einer Stadt, weil es an einer solchen Stelle leicht war, den Fluss zu überqueren, und beeinflussten oft niederländische Ortsnamen. Die vorliegende niederländischen Hauptstadt, Amsterdam (alter Name Amstelredam ), mit einem Damm am Fluss begann Amstel im späten 12. Jahrhundert, und Rotterdam begann mit einem Damm am Fluss Rotte , einer kleinen Nebenfluss der Nieuwe Maas . Der zentrale Platz von Amsterdam, der den ursprünglichen Standort des 800 Jahre alten Staudamms bedeckt, trägt immer noch den Namen Dam Square oder einfach „der Dam“.

Industrielle Revolution

Eine Gravur der Schleusen des Rideau-Kanals in Bytown

Die Römer waren die ersten, die Bogendämme bauten , bei denen die Reaktionskräfte des Widerlagers das Bauwerk gegen den äußeren hydrostatischen Druck stabilisierten , aber erst im 19. Bogendämme skalieren.

Drei bahnbrechende Bogendämme wurden Anfang des 19. Jahrhunderts im britischen Empire gebaut . Henry Russel von den Royal Engineers beaufsichtigte 1804 den Bau des Mir Alam Damms , um die Stadt Hyderabad mit Wasser zu versorgen (er wird heute noch verwendet). Es hatte eine Höhe von 12 m (39 ft) und bestand aus 21 Bögen mit variabler Spannweite.

In den 1820er und 30er Jahren beaufsichtigte Oberstleutnant John By den Bau des Rideau-Kanals in Kanada in der Nähe des heutigen Ottawa und baute eine Reihe von gekrümmten Mauerwerksdämmen als Teil des Wasserstraßensystems. Insbesondere der von John Redpath erbaute Jones Falls Dam wurde 1832 als größter Staudamm Nordamerikas und ein Wunderwerk der Ingenieurskunst fertiggestellt. Um das Wasser während des Baus unter Kontrolle zu halten , wurden im Damm zwei Schleusen , künstliche Kanäle zur Wasserführung, offen gehalten. Der erste befand sich in der Nähe der Basis des Damms auf seiner Ostseite. Eine zweite Schleuse wurde an der Westseite des Damms, etwa 6,1 m über dem Sockel, angebracht. Für den Wechsel von der unteren zur oberen Schleuse wurde der Abfluss des Sandsees abgesperrt.

Mauerwerk Bogenwand, Parramatta , New South Wales , der erste in Australien gebaute Staudamm?

Hunts Creek in der Nähe der Stadt Parramatta , Australien , wurde in den 1850er Jahren aufgestaut, um den Wasserbedarf der wachsenden Bevölkerung der Stadt zu decken. Die Mauer des Mauerbogens wurde von Lieutenant Percy Simpson entworfen, der von den Fortschritten in der Dammbautechnik der Royal Engineers in Indien beeinflusst wurde . Der Damm kostete 17.000 £ und wurde 1856 als erster technischer Damm in Australien und als zweiter Bogendamm der Welt nach mathematischen Spezifikationen fertiggestellt.

Der erste solcher Staudamm wurde zwei Jahre zuvor in Frankreich eröffnet . Es war der erste französische Bogenstaudamm des Industriezeitalters und wurde von François Zola in der Gemeinde Aix-en-Provence gebaut , um die Wasserversorgung zu verbessern, nachdem der Cholera-Ausbruch 1832 das Gebiet verwüstet hatte. Nach der königlichen Genehmigung im Jahr 1844 wurde der Damm im folgenden Jahrzehnt gebaut. Seine Konstruktion erfolgte auf Basis der mathematischen Ergebnisse der wissenschaftlichen Spannungsanalyse.

Der 75-Meilen-Staudamm in der Nähe von Warwick , Australien, war möglicherweise der erste Betonbogendamm der Welt. Entworfen von Henry Charles Stanley im Jahr 1880 mit einem Überlauf und einem speziellen Wasserauslass, wurde es schließlich auf 10 m (33 ft) erhöht.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden bedeutende Fortschritte in der wissenschaftlichen Theorie des Mauerwerksdesigns erzielt. Dadurch wurde der Dammbau von einer auf empirischer Methodik basierenden Kunst zu einem Beruf, der auf einem rigoros angewandten wissenschaftlich-theoretischen Rahmen basiert. Dieser neue Schwerpunkt konzentrierte sich auf die Ingenieurfakultäten der Universitäten in Frankreich und im Vereinigten Königreich. William John Macquorn Rankine von der University of Glasgow leistete in seiner 1857 erschienenen Arbeit On the Stability of Loose Earth Pionierarbeit beim theoretischen Verständnis von Dammstrukturen . Die Rankine-Theorie lieferte ein gutes Verständnis der Prinzipien hinter dem Dammdesign. In Frankreich erläuterte J. Augustin Tortene de Sazilly die Mechanik vertikal verkleideter Mauerwerksstaumauern, und Zolas Damm war der erste, der nach diesen Prinzipien gebaut wurde.

Moderne Ära

Die Ära des großen Dammes wurde mit dem Bau der initiierten Assuan Low Dam im Jahr 1902, eine Schwerkraft in Ägypten Mauerwerk buttress Damm am Nil . Nach ihrer Invasion und Besetzung Ägyptens im Jahr 1882 begannen die Briten 1898 mit dem Bau. Das Projekt wurde von Sir William Willcocks entworfen und umfasste mehrere bedeutende Ingenieure der Zeit, darunter Sir Benjamin Baker und Sir John Aird , deren Firma John Aird & Co. , war der Hauptauftragnehmer. Kapital und Finanzierung wurden von Ernest Cassel bereitgestellt . Als es zwischen 1899 und 1902 ursprünglich gebaut wurde, war noch nie etwas von diesem Ausmaß versucht worden; Nach seiner Fertigstellung war es der größte Mauerwerksdamm der Welt.

Der Hoover-Staudamm ist ein massiver Betonbogen -Schwerkraftdamm , der zwischen 1931 und 1936 während der Weltwirtschaftskrise im Black Canyon des Colorado River an der Grenze zwischen den US-Bundesstaaten Arizona und Nevada gebaut wurde . Im Jahr 1928 genehmigte der Kongress das Projekt zum Bau eines Damms, der Überschwemmungen kontrollieren, Bewässerungswasser bereitstellen und Wasserkraft erzeugen sollte . Der Zuschlag für den Bau des Damms wurde von einem Konsortium namens Six Companies, Inc. abgegeben. Eine so große Betonstruktur war noch nie zuvor gebaut worden, und einige der Techniken waren unbewiesen. Auch das heiße Sommerwetter und der Mangel an Einrichtungen in der Nähe des Standorts bereiteten Schwierigkeiten. Dennoch übergab Six Companies den Damm am 1. März 1936 mehr als zwei Jahre früher als geplant an die Bundesregierung.

Bis 1997 gab es weltweit schätzungsweise 800.000 Dämme, davon etwa 40.000 über 15 m hoch. Im Jahr 2014 veröffentlichten Wissenschaftler der Universität Oxford eine Studie zu den Kosten großer Staudämme – basierend auf dem größten vorhandenen Datensatz –, die erhebliche Kostenüberschreitungen für die meisten Staudämme dokumentiert und hinterfragt, ob die Vorteile normalerweise die Kosten für solche Staudämme ausgleichen.

Arten von Dämmen

Dämme können durch menschliches Handeln, natürliche Ursachen oder sogar durch Eingriffe von Wildtieren wie Bibern gebildet werden . Künstliche Staudämme werden typischerweise nach ihrer Größe (Höhe), ihrem Verwendungszweck oder ihrer Struktur klassifiziert.

Nach Struktur

Basierend auf der Struktur und dem verwendeten Material werden Dämme in leicht zu erstellende ohne Materialien, Bogenschwerkraftdämme , Staudämme oder Mauerwerksdämme mit mehreren Untertypen eingeteilt.

Bogendämme

Im Bogendamm wird die Stabilität durch eine Kombination von Bogen- und Schwerkraftwirkung erreicht. Wenn die stromaufwärts liegende Wand vertikal ist, muss das gesamte Gewicht des Damms durch die Schwerkraft auf das Fundament getragen werden, während die Verteilung des normalen hydrostatischen Drucks zwischen vertikaler Auskragung und Bogenwirkung von der Steifigkeit des Damms in vertikaler und horizontaler Richtung abhängt . Wenn die stromaufwärts gelegene Seite geneigt ist, ist die Verteilung komplizierter. Die normale Gewichtskomponente des Bogenrings kann durch die Bogenwirkung aufgenommen werden, während der normale hydrostatische Druck wie oben beschrieben verteilt wird. Bei dieser Art von Damm sind feste und zuverlässige Abstützungen an den Widerlagern (entweder Strebepfeiler oder Canyon- Seitenwand) wichtiger. Der begehrteste Ort für eine Bogenstaumauer ist eine schmale Schlucht mit steilen Seitenwänden aus Tongestein. Die Sicherheit einer Bogenstaumauer hängt von der Festigkeit der Seitenwandwiderlager ab, daher sollte nicht nur der Bogen gut an den Seitenwänden sitzen, sondern auch die Beschaffenheit des Gesteins sorgfältig geprüft werden.

Der Daniel-Johnson Dam , Quebec , ist ein Staudamm mit mehreren Bögen.

Zwei Arten von Einbogendämmen sind im Einsatz, nämlich der Konstantwinkel- und der Konstantradiusdamm. Der Typ mit konstantem Radius verwendet in allen Höhenlagen des Damms den gleichen Seitenradius, was bedeutet, dass der von der Dammwand eingeschlossene Zentriwinkel kleiner wird, wenn der Kanal zum Boden des Damms hin schmaler wird. Jones Falls Dam in Kanada ist ein Staudamm mit konstantem Radius. Bei einem Staudamm mit konstantem Winkel, auch bekannt als Staudamm mit variablem Radius, wird dieser geneigte Winkel konstant gehalten und die Variation des Abstands zwischen den Widerlagern auf verschiedenen Ebenen wird durch Variieren der Radien berücksichtigt. Dämme mit konstantem Radius sind viel seltener als Dämme mit konstantem Winkel. Der Parker Dam am Colorado River ist ein Bogenstaudamm mit konstantem Winkel.

Ein ähnlicher Typ ist der Doppelkrümmungs- oder dünnschalige Damm. Wildhorse Dam in der Nähe von Mountain City, Nevada , in den Vereinigten Staaten ist ein Beispiel für diesen Typ. Diese Bauweise minimiert den für den Bau erforderlichen Betonbedarf, überträgt jedoch große Lasten auf das Fundament und die Widerlager. Das Erscheinungsbild ähnelt einem einbogenigen Damm, jedoch mit einer deutlichen vertikalen Krümmung, die ihm das vage Aussehen einer konkaven Linse bei Betrachtung von stromabwärts verleiht.

Der Mehrbogendamm besteht aus einer Reihe von Einbogenstaudämmen mit Betonpfeilern als tragende Widerlager, wie zum Beispiel der Daniel-Johnson-Staudamm , Québec, Kanada. Der Mehrbogendamm erfordert nicht so viele Strebepfeiler wie der hohle Schwerkrafttyp, erfordert jedoch ein gutes Felsfundament, da die Strebepfeiler schwer sind.

Schwerkraftdämme

Der Grand Coulee Dam ist ein Beispiel für eine massive Gewichtsstaumauer.

Bei einem Gewichtsdamm ist die Kraft, die den Damm gegen den Druck des Wassers an seinem Platz hält, die Schwerkraft der Erde, die die Masse des Damms nach unten zieht. Das Wasser drückt seitlich (stromabwärts) auf den Damm und neigt dazu, den Damm umzustürzen, indem es sich um seine Fußspitze dreht (ein Punkt an der unteren stromabwärtigen Seite des Damms). Das Gewicht des Damms wirkt dieser Kraft entgegen und neigt dazu, den Damm in die andere Richtung um seine Zehe zu drehen. Der Designer stellt sicher, dass der Damm schwer genug ist, damit das Gewicht des Damms diesen Wettbewerb gewinnt. Das ist technisch immer dann der Fall, wenn die Resultierende aus Schwerkraft auf den Damm und Wasserdruck auf den Damm in einer Linie wirkt, die stromaufwärts des Dammfußes verläuft. Der Konstrukteur versucht, den Damm so zu formen, dass, wenn man den Teil des Damms über einer bestimmten Höhe selbst als einen ganzen Damm betrachten würde, dieser Damm auch durch die Schwerkraft an Ort und Stelle gehalten würde, dh es gibt keine Spannung in der stromaufwärts gelegenen Wand des Damms, der die Spitze des Damms festhält. Der Designer tut dies, weil es normalerweise praktischer ist, einen Damm aus im Wesentlichen nur aufgestapeltem Material zu erstellen, als das Material gegen vertikale Spannung zusammenkleben zu lassen. Die Form, die Spannungen in der stromaufwärtigen Fläche verhindert, eliminiert auch eine ausgleichende Druckspannung in der stromabwärtigen Fläche und sorgt für zusätzliche Wirtschaftlichkeit.

Für diesen Dammtyp ist ein dichtes Fundament mit hoher Tragfähigkeit unabdingbar. Durchlässige Fundamente erzeugen mit größerer Wahrscheinlichkeit Auftriebsdrücke unter dem Damm. Auftriebsdrücke sind hydrostatische Drücke, die dadurch verursacht werden, dass der Wasserdruck des Reservoirs gegen den Boden des Damms drückt. Werden ausreichend große Auftriebsdrücke erzeugt, besteht die Gefahr der Destabilisierung der Betongewichtsmauer.

An einem geeigneten Standort kann sich eine Gewichtsstaumauer als bessere Alternative zu anderen Staudammtypen erweisen. Auf einem soliden Fundament errichtet, stellt die Gewichtsstaumauer wohl das am besten entwickelte Beispiel für den Staudammbau dar. Da die Angst vor Hochwasser in vielen Regionen ein starker Motivator ist, werden in manchen Fällen Gewichtsstaumauern gebaut, wo eine Bogenstaumauer wirtschaftlicher gewesen wäre.

Schwerkraftstaumauern werden als "massiv" oder "hohl" klassifiziert und bestehen im Allgemeinen entweder aus Beton oder Mauerwerk. Die massive Form ist die am weitesten verbreitete von beiden, obwohl der hohle Damm häufig kostengünstiger zu bauen ist. Grand Coulee Dam ist eine massive Gewichtsstaumauer und Braddock Locks & Dam ist eine hohle Gewichtsstaumauer.

Bogenstaumauern

Der Hoover-Staudamm ist ein Beispiel für eine Bogen-Schwerkraftstaumauer.

Eine Gewichtsstaumauer kann mit einer Bogenstaumauer zu einer Bogenstaumauer kombiniert werden für Gebiete mit großen Wassermengen, aber weniger Material zur Verfügung für eine reine Gewichtsstaumauer. Die Kompression des Damms nach innen durch das Wasser reduziert die seitliche (horizontale) Kraft, die auf den Damm einwirkt. Dadurch wird die vom Damm benötigte Schwerkraft verringert, dh der Damm muss nicht so massiv sein. Das ermöglicht dünnere Dämme und spart Ressourcen.

Staustufen

Ein Staudamm ist eine besondere Art von Damm, der aus einer Reihe von großen Toren besteht, die geöffnet oder geschlossen werden können, um die Wassermenge zu kontrollieren, die den Damm passiert. Die Tore befinden sich zwischen flankierenden Pfeilern, die für die Unterstützung der Wasserlast verantwortlich sind und werden oft verwendet, um den Wasserfluss für Bewässerungssysteme zu kontrollieren und zu stabilisieren. Ein Beispiel für diese Art von Staudamm ist der inzwischen stillgelegte Red Bluff Diversion Dam am Sacramento River in der Nähe von Red Bluff, Kalifornien .

Staustufen, die an den Mündungen von Flüssen oder Lagunen gebaut werden, um Gezeiteneinbrüche zu verhindern oder den Gezeitenstrom zur Gezeitenkraft zu nutzen, werden als Gezeitensperren bezeichnet .

Staudämme

Dammdämme bestehen aus verdichteter Erde und sind von zwei Haupttypen: "Rock-fill" und "Erd-fill". Wie Betongewichtsdämme sind Staudämme auf ihr Gewicht angewiesen, um die Kraft des Wassers zurückzuhalten.

Steinschüttdammdämme

Rock -fill Dämme sind Dämme aus verdichtetem Frei Trockenlegung granularer Erde mit einer undurchlässigen Zone. Die verwendete Erde enthält oft einen hohen Anteil an großen Partikeln, daher der Begriff "Rock-fill". Die undurchlässige Zone kann sich auf der stromaufwärts gelegenen Seite befinden und aus Mauerwerk , Beton , Kunststoffmembran, Stahlspundwänden, Holz oder anderem Material bestehen. Die undurchlässige Zone kann sich auch innerhalb der Böschung befinden, in diesem Fall wird sie als "Kern" bezeichnet. In den Fällen, in denen Ton als undurchlässiges Material verwendet wird, wird der Damm als "Verbund"-Damm bezeichnet. Um eine innere Erosion von Ton in die Gesteinsschüttung durch Sickerkräfte zu verhindern, wird der Kern mit einem Filter abgetrennt. Filter sind speziell sortierte Böden, die die Migration feinkörniger Bodenpartikel verhindern. Wenn geeignetes Baumaterial zur Verfügung steht, wird der Transport minimiert, was zu Kosteneinsparungen beim Bau führt. Steinschüttdämme sind resistent gegen Schäden durch Erdbeben . Eine unzureichende Qualitätskontrolle während des Baus kann jedoch zu einer schlechten Verdichtung und zu Sand in der Böschung führen, der bei einem Erdbeben zur Verflüssigung des Gesteins führen kann . Das Verflüssigungspotential kann reduziert werden, indem eine Sättigung des anfälligen Materials verhindert wird und während des Baus eine ausreichende Verdichtung bereitgestellt wird. Ein Beispiel für einen Steinschüttdamm ist der New Melones Dam in Kalifornien oder der Fierza Dam in Albanien .

Ein immer beliebter werdender Kern ist Asphaltbeton . Die meisten dieser Dämme werden mit Gestein und/oder Kies als Primärschüttung gebaut. Seit der Fertigstellung des ersten Staudamms im Jahr 1962 wurden mittlerweile weltweit fast 100 Dämme dieser Bauart gebaut. Alle bisher gebauten Asphalt-Beton-Kerndämme weisen eine hervorragende Leistungsbilanz auf. Die Art des Asphalts verwendet wird , ein viskoelastisches - Kunststoffmaterial , das auf der Böschung als Ganze auferlegt auf die Bewegungen und Verformungen einstellen kann, und bis zur Abwicklung des Fundaments. Die flexiblen Eigenschaften des Asphalts machen solche Dämme besonders für Erdbebengebiete geeignet .

Für das Wasserkraftwerk Moglicë in Albanien baute der norwegische Energieversorger Statkraft einen Asphalt-Kern-Felsschüttdamm. Der 320 m lange, 150 m hohe und 460 m breite Damm soll nach seiner Fertigstellung 2018 der weltweit höchste seiner Art sein.

Steinschüttdämme mit Betonvorsatz

Ein Beton-Fels-Füll-Damm (CFRD) ist ein Stein-Füll-Damm mit Betonplatten an seiner stromaufwärts gelegenen Seite. Diese Konstruktion stellt die Betonplatte als undurchlässige Wand zur Verfügung, um ein Auslaufen zu verhindern, und auch eine Struktur ohne Rücksicht auf den Auftriebsdruck. Darüber hinaus ist das CFRD-Design flexibel für die Topographie, schneller zu bauen und kostengünstiger als erdgefüllte Dämme. Das CFRD-Konzept entstand während des kalifornischen Goldrausches in den 1860er Jahren, als Bergleute Steinschüttungsdämme für den Schleusenbetrieb bauten . Das Holz wurde später durch Beton ersetzt, als der Entwurf auf Bewässerungs- und Energiesysteme angewendet wurde. Als die CFRD-Konstruktionen in den 1960er Jahren an Höhe wuchsen, wurde die Füllung verdichtet und die horizontalen und vertikalen Fugen der Platte durch verbesserte vertikale Fugen ersetzt. In den letzten Jahrzehnten ist Design populär geworden.

Der höchste CFRD der Welt ist der 233 m hohe Shuibuya-Staudamm in China , der 2008 fertiggestellt wurde.

Erdverfüllte Dämme

Erdschüttdämme, auch Erddämme, Erdwalzdämme oder einfach Erddämme genannt, werden als einfacher Damm aus gut verdichtetem Erdreich errichtet. Ein homogener Erdwalzdamm besteht vollständig aus einem Materialtyp, kann jedoch eine Drainageschicht zum Auffangen von Sickerwasser enthalten. Ein in Zonen unterteilter Erddamm weist verschiedene Teile oder Zonen aus unähnlichem Material auf, typischerweise eine Hülle aus lokal reichlich vorhandenem Material mit einem wasserdichten Tonkern . Moderne Erddämme mit Zoneneinteilung verwenden Filter- und Entwässerungszonen, um Sickerwasser zu sammeln und zu entfernen und die Integrität der stromabwärts gelegenen Mantelzone zu bewahren. Eine veraltete Methode des Baus eines in Zonen aufgeteilten Erddamms verwendete eine hydraulische Füllung , um einen wasserdichten Kern zu erzeugen. Rollbodendämme können auch eine wasserdichte Verkleidung oder einen wasserdichten Kern nach Art eines Steinschüttdamms verwenden. Der Damm mit gefrorenem Kern ist ein temporärer Erddamm, der gelegentlich in hohen Breiten verwendet wird, indem ein Kühlmittel durch Rohre im Inneren des Damms zirkuliert wird, um einen wasserdichten Permafrostbereich darin aufrechtzuerhalten .

Tarbela Dam ist ein großer Damm am Indus in Pakistan , etwa 50 km (31 Meilen) nordwestlich von Islamabad . Seine Höhe von 485 ft (148 m) über dem Flussbett und 95 Quadratmeilen (250 km 2 ) Stausee machen ihn zum größten mit Erde gefüllten Damm der Welt. Das Hauptelement des Projekts ist eine 2.700 m lange Böschung mit einer maximalen Höhe von 142 m. Der Damm verbrauchte ungefähr 200 Millionen Kubikyards (152,8 Millionen Kubikmeter) Füllung, was ihn zu einem der größten von Menschenhand geschaffenen Bauwerke der Welt macht.

Da Lehmdämme aus lokalen Materialien gebaut werden können, können sie in Regionen kostengünstig sein, in denen die Kosten für die Herstellung oder den Transport von Beton unerschwinglich wären.

Festkammdämme

Ein Festkammdamm ist eine Betonbarriere über einem Fluss. Festkammdämme sollen die Tiefe im Kanal für die Navigation beibehalten. Sie stellen Gefahren für Bootsfahrer dar, die über sie hinwegfahren können, da sie vom Wasser aus schwer zu erkennen sind und induzierte Strömungen erzeugen, denen man nur schwer entkommen kann.

Nach Größe

Sowohl weltweit als auch innerhalb einzelner Länder, wie beispielsweise in den Vereinigten Staaten, gibt es Unterschiede in der Kategorisierung von Staudämmen unterschiedlicher Größe. Die Größe des Damms beeinflusst die Bau-, Reparatur- und Entfernungskosten und beeinflusst die potenzielle Reichweite und das Ausmaß von Umweltstörungen der Dämme.

Große Dämme

Die International Commission on Large Dams (ICOLD) definiert einen „großen Damm“ als „ein Damm mit einer Höhe von 15 m (49 ft) oder mehr vom untersten Fundament bis zur Kuppe oder ein Damm zwischen 5 m (16 ft) Meter und 15 Metern mehr als 3 Millionen Kubikmeter  beschlagnahmt ". "Major Dams" sind über 150 m (490 ft) hoch. Der Bericht der World Commission on Dams umfasst in der Kategorie „groß“ auch Dämme mit einer Höhe von 5 bis 15 m (16 und 49 ft) und einem Fassungsvermögen von mehr als 3 Millionen Kubikmetern (2.400  acre⋅ft ). Wasserkraftstaudämme können entweder als „high-head“ (höher als 30 m) oder „low-head“ (weniger als 30 m hoch) klassifiziert werden.

Ab 2021 enthält das World Register of Dams von ICOLD 58.700 große Staudammaufzeichnungen. Der höchste Staudamm der Welt ist der 305 m hohe Jinping-I-Staudamm in China .

Kleine Dämme

Wie bei großen Staudämmen haben auch kleine Staudämme mehrere Verwendungszwecke, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf die Wasserkraftproduktion , den Hochwasserschutz und die Wasserspeicherung. Kleine Dämme können in landwirtschaftlichen Betrieben besonders nützlich sein, um Abfluss für eine spätere Verwendung aufzufangen, zum Beispiel während der Trockenzeit. Kleine Staudämme haben das Potenzial, Vorteile zu generieren, ohne auch Menschen zu vertreiben, und kleine, dezentrale Wasserkraftwerke können die ländliche Entwicklung in Entwicklungsländern unterstützen. Allein in den Vereinigten Staaten gibt es ungefähr 2.000.000 oder mehr "kleine" Dämme, die nicht im Nationalen Inventar der Dämme des Army Corps of Engineers enthalten sind . Aufzeichnungen über kleine Staudämme werden von staatlichen Regulierungsbehörden geführt, und daher sind die Informationen über kleine Staudämme verstreut und in der geografischen Abdeckung uneinheitlich.

Länder weltweit betrachten Kleinwasserkraftwerke (KWK) als wichtig für ihre Energiestrategien, und das Interesse an Wasserkraftwerken ist deutlich gestiegen. Couto und Olden (2018) führten eine globale Studie durch und fanden 82.891 Kleinwasserkraftwerke (KWKs) in Betrieb oder im Bau. Technische Definitionen von SHPs, wie ihre maximale Erzeugungskapazität, Dammhöhe, Reservoirfläche usw., variieren je nach Land.

Nicht-gerichtliche Dämme

Ein Staudamm ist nicht-juristisch, wenn seine Größe (meist "klein") ausschließt, dass er bestimmten gesetzlichen Regelungen unterliegt. Die technischen Kriterien für die Kategorisierung eines Staudamms als „zuständig“ oder „nicht zuständig“ variieren je nach Standort. In den Vereinigten Staaten definiert jeder Staat, was ein nicht-gerichtlicher Damm ist. Im Bundesstaat Colorado ist ein nicht-gerichtlicher Damm definiert als ein Damm, der ein Reservoir mit einer Kapazität von 100 acre-Fuß oder weniger und einer Oberfläche von 20 acres oder weniger und einer Höhe bildet, die gemäß den Regeln 4.2.5.1 gemessen wird. und 4.2.19 von 10 Fuß oder weniger. Im Gegensatz dazu definiert der Bundesstaat New Mexico einen Jurisdiktionsdamm als 25 Fuß oder mehr hoch und staut mehr als 15 Acre-Füße oder einen Damm, der 50 Acre-Fuß oder mehr speichert und eine Höhe von 6 Fuß oder mehr hat (Abschnitt 72- 5-32 NMSA), was darauf hindeutet, dass Staudämme, die diese Anforderungen nicht erfüllen, nicht der Gerichtsbarkeit unterliegen. Die meisten Staudämme in den USA, 2,41 Millionen von insgesamt 2,5 Millionen Staudämmen, unterliegen weder der Zuständigkeit einer öffentlichen Behörde (dh sie sind nicht der Gerichtsbarkeit unterstellt) noch sind sie im National Inventory of Dams (NID) aufgeführt.

Risiken ungeregelter Kleinstaudämme

Kleine Staudämme bergen ähnliche Risiken wie große Staudämme. Das Fehlen einer Regulierung (im Gegensatz zu stärker regulierten großen Staudämmen) und eines Inventars von kleinen Staudämmen (dh solchen, die nicht der Gerichtsbarkeit unterliegen) kann jedoch zu erheblichen Risiken für Mensch und Ökosystem führen. Laut dem US National Park Service (NPS) bedeutet beispielsweise „Nicht-jurisdiktional“ eine Struktur, die nicht die Mindestkriterien erfüllt, wie sie in den Federal Guidelines for Dam Safety aufgeführt sind, um in Damm-Sicherheitsprogramme aufgenommen zu werden -Gerichtsstruktur erhält keine Gefahrenklassifizierung und wird für weitere Anforderungen oder Aktivitäten im Rahmen des NPS-Dammsicherheitsprogramms nicht berücksichtigt." Kleine Dämme können einzeln gefährlich sein (dh sie können ausfallen), aber auch kollektiv, da eine Ansammlung kleiner Dämme entlang eines Flusses oder innerhalb eines geografischen Gebiets die Risiken vervielfachen kann. Grahams Studie aus dem Jahr 1999 über das Versagen von Staudämmen in den USA mit Todesopfern in den Jahren 1960–1998 kam zu dem Schluss, dass das Versagen von Dämmen zwischen 6,1 und 15 m Höhe (typischer Höhenbereich kleinerer Dämme) 86 % der Todesfälle verursachte und das Versagen von Dämmen mit weniger als 6,1 m hoch verursachte 2% der Todesfälle. Staudämme außerhalb der Gerichtsbarkeit können Gefahren darstellen, da ihre Konstruktion, Konstruktion, Wartung und Überwachung nicht geregelt ist. Wissenschaftler haben festgestellt, dass mehr Forschung erforderlich ist, um die Umweltauswirkungen kleiner Staudämme besser zu verstehen (z. B. ihr Potenzial, den Fluss, die Temperatur, das Sediment sowie die Pflanzen- und Tiervielfalt eines Flusses zu verändern).

Nach Gebrauch

Satteldamm

Ein Satteldamm ist ein Hilfsdamm, der so konstruiert ist, dass er das von einem primären Damm geschaffene Reservoir begrenzt, um entweder eine höhere Wasserhöhe und -speicherung zu ermöglichen oder die Ausdehnung eines Reservoirs für eine erhöhte Effizienz zu begrenzen. An einer niedrigen Stelle oder einem "Sattel" wird ein Hilfsdamm errichtet, durch den das Reservoir sonst entweichen würde. Gelegentlich wird ein Reservoir von einer ähnlichen Struktur namens Deich eingeschlossen , um eine Überschwemmung des nahe gelegenen Landes zu verhindern. Deiche werden häufig für die Rückgewinnung von Ackerland aus einem flachen See verwendet, ähnlich einem Deich , der eine Mauer oder ein Damm ist, der entlang eines Flusses oder Baches gebaut wird, um angrenzendes Land vor Überschwemmungen zu schützen.

Wehr

Ein Wehr (manchmal auch "Überlaufdamm" genannt) ist ein kleiner Damm, der oft in einem Flusskanal verwendet wird, um einen Stausee für Wasserentnahmezwecke zu schaffen und der auch zur Durchflussmessung oder -verzögerung verwendet werden kann.

Damm prüfen

Ein Rückstaudamm ist ein kleiner Damm zur Reduzierung der Fließgeschwindigkeit und zur Kontrolle der Bodenerosion . Umgekehrt ist ein Flügeldamm eine Struktur, die einen Wasserweg nur teilweise einschränkt und einen schnelleren Kanal schafft, der der Ansammlung von Sedimenten widersteht.

Trockendamm

Ein Trockendamm, auch Hochwasserschutzbau genannt, soll Überschwemmungen kontrollieren. Es hält normalerweise kein Wasser zurück und lässt den Kanal frei fließen, außer in Zeiten starker Strömung, die sonst zu Überschwemmungen flussabwärts führen würden.

Umleitungsdamm

Ein Umleitungsdamm dient dazu, den Fluss eines Flusses ganz oder teilweise von seinem natürlichen Lauf abzulenken. Das Wasser kann zur Bewässerung und/oder zur Erzeugung von Wasserkraft in einen Kanal oder Tunnel umgeleitet werden.

Unterirdischer Damm

Unterirdische Dämme werden verwendet, um Grundwasser aufzufangen und das gesamte oder das meiste davon unter der Oberfläche für eine längere Nutzung in einem begrenzten Bereich zu speichern. In einigen Fällen werden sie auch gebaut, um zu verhindern, dass Salzwasser in einen Süßwassergrundwasserleiter eindringt. Unterirdische Dämme werden typischerweise in Gebieten gebaut, in denen die Wasserressourcen minimal sind und effizient gespeichert werden müssen, wie in Wüsten und auf Inseln wie dem Fukuzato-Staudamm in Okinawa , Japan. Sie sind am häufigsten im Nordosten Afrikas und in den Trockengebieten Brasiliens verbreitet , werden aber auch im Südwesten der Vereinigten Staaten , Mexiko, Indien, Deutschland, Italien, Griechenland, Frankreich und Japan verwendet.

Es gibt zwei Arten von unterirdischen Staudämmen: "Unterirdische" und "Sandspeicher". Ein unterirdischer Damm wird über einen Grundwasserleiter oder eine Entwässerungsroute von einer undurchlässigen Schicht (z. B. festem Grundgestein) bis knapp unter die Oberfläche gebaut. Sie können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, darunter Ziegel, Steine, Beton, Stahl oder PVC. Nach dem Bau hebt das hinter dem Damm gespeicherte Wasser den Grundwasserspiegel an und wird dann mit Brunnen gefördert. Ein Sandspeicherdamm ist ein in Etappen über einen Bach oder Wadi gebautes Wehr . Es muss stark sein, denn Fluten werden über seinen Kamm spülen. Im Laufe der Zeit sammelt sich Sand in Schichten hinter dem Damm an, der hilft, Wasser zu speichern und vor allem die Verdunstung zu verhindern . Das gespeicherte Wasser kann mit einem Brunnen, durch den Dammkörper oder über ein Abflussrohr entnommen werden.

Tailings Damm

Ein Tailings-Damm ist typischerweise ein Erdaufschüttungsdamm, der verwendet wird, um Tailings zu speichern , die während des Bergbaubetriebs nach der Trennung der wertvollen Fraktion von der unwirtschaftlichen Fraktion eines Erzes anfallen . Herkömmliche Wasserrückhaltedämme können diesem Zweck dienen, aber aus Kostengründen ist ein Tailings Damm rentabler. Im Gegensatz zu Wasserrückhaltedämmen wird ein Tailings Damm während der gesamten Lebensdauer der jeweiligen Mine sukzessive errichtet. Typischerweise wird ein Basis- oder Starterdamm gebaut, und wenn er sich mit einer Mischung aus Tailings und Wasser füllt, wird er angehoben. Das Material, das verwendet wird, um den Damm aufzurichten, kann die Berge (je nach Größe) zusammen mit Erde umfassen.

Es gibt drei angehobene Tailings-Damm-Designs, die "Upstream", "Downstream" und "Centerline", die nach der Bewegung des Kamms während des Anhebens benannt sind. Das verwendete spezifische Design hängt von der Topographie , der Geologie, dem Klima, der Art der Berge und den Kosten ab. Ein stromaufwärts gelegener Tailings Damm besteht aus trapezförmigen Böschungen, die übereinander gebaut werden, aber spitz zu einem anderen, wodurch der Kamm weiter stromaufwärts bewegt wird. Dadurch entsteht eine relativ flache stromabwärtige Seite und eine gezackte stromaufwärtige Seite, die von der Tailings- Aufschlämmung in der Aufstauung getragen wird. Das Downstream-Design bezieht sich auf die sukzessive Anhebung der Böschung, die die Schüttung und den Kamm weiter stromabwärts positioniert. Ein mittig angeordneter Damm hat sequentielle Dammdämme, die direkt übereinander gebaut werden, während auf der stromabwärtigen Seite Füllmaterial zur Unterstützung angeordnet wird und Gülle die stromaufwärtige Seite unterstützt.

Da Tailings Dams oft giftige Chemikalien aus dem Abbauprozess speichern, haben sie eine undurchlässige Auskleidung, um ein Versickern zu verhindern. Der Wasser-/Schlammpegel im Tailings pond muss auch aus Stabilitäts- und Umweltgründen kontrolliert werden.

Nach Material

Stahldämme

Redridge Steel Dam , gebaut 1905, Michigan

Ein Stahldamm ist eine Art von Damm, mit der zu Beginn des 20. Als dauerhafte Bauwerke gedacht, waren Stahldämme ein (fehlgeschlagenes) Experiment, um festzustellen, ob eine Bautechnik gefunden werden könnte, die billiger als Mauerwerk, Beton oder Erdbau, aber stabiler als Holzkrippendämme ist.

Holzdämme

Ein Holzkrippendamm in Michigan, 1978

Holzdämme wurden zu Beginn der industriellen Revolution und in Grenzgebieten aufgrund der Einfachheit und Geschwindigkeit des Baus weit verbreitet. Aufgrund ihrer relativ kurzen Lebensdauer und der begrenzten Bauhöhe in der Neuzeit selten gebaut, müssen Holzdämme, ähnlich wie bei einem Fass, ständig nass gehalten werden, um ihre Wasserrückhalteeigenschaften zu erhalten und den Verfall durch Fäulnis zu begrenzen. Holzdämme sind am wirtschaftlichsten zu bauen, wenn es viel Holz gibt, Zement teuer oder schwer zu transportieren ist und entweder ein Damm mit geringer Fallhöhe erforderlich ist oder die Langlebigkeit kein Problem darstellt. Holzdämme waren einst zahlreich, vor allem im nordamerikanischen Westen, aber die meisten sind versagt, wurden unter Erdwällen versteckt oder durch völlig neue Bauwerke ersetzt. Zwei gängige Variationen von Holzdämmen waren die "Krippe" und die "Planke".

Holzkrippendämme wurden nach Art eines Blockhauses aus schweren Balken oder zugerichteten Baumstämmen errichtet und das Innere mit Erde oder Schutt verfüllt. Die schwere Krippenstruktur stützte das Gesicht des Damms und das Gewicht des Wassers. Splash Dams waren Staudämme aus Holz, die im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert dazu dienten, Baumstämme flussabwärts zu treiben .

"Holzbohlendämme" waren elegantere Konstruktionen, bei denen eine Vielzahl von Konstruktionsmethoden mit schweren Hölzern verwendet wurden, um eine wasserspeichernde Anordnung von Bohlen zu unterstützen.

Andere Arten

Kofferdämme

Ein Kofferdamm beim Bau von Schleusen an der Montgomery Point Lock and Dam

Ein Kofferdamm ist eine normalerweise vorübergehende Barriere, die so konstruiert ist, dass sie Wasser aus einem normalerweise unter Wasser befindlichen Bereich abhält. Hergestellt üblicherweise aus Holz, Beton oder Stahlblech Bohlen werden cofferdams verwendet, damit Bau auf dem Fundament der permanenten Dämme, Brücken und ähnliche Strukturen. Wenn das Projekt abgeschlossen ist, wird der Kofferdamm normalerweise abgerissen oder entfernt, es sei denn, das Gebiet erfordert eine kontinuierliche Wartung. (Siehe auch Damm und Stützmauer .)

Häufige Anwendungen für Kofferdämme sind der Bau und die Reparatur von Offshore-Ölplattformen. In solchen Fällen wird der Kofferdamm aus Stahlblech gefertigt und unter Wasser verschweißt. Luft wird in den Raum gepumpt, verdrängt das Wasser und ermöglicht eine trockene Arbeitsumgebung unter der Oberfläche.

Natürliche Dämme

Dämme können auch durch geologische Naturkräfte entstehen. Lavadämme entstehen, wenn Lavaströme, oft basaltisch , den Weg eines Bach- oder Seeauslasses unterbrechen, wodurch ein natürlicher Aufstau entsteht. Ein Beispiel wären die Eruptionen des Vulkanfeldes Uinkaret vor etwa 1,8 Millionen bis 10.000 Jahren, die Lavadämme am Colorado River im Norden von Arizona in den Vereinigten Staaten schufen . Der größte solcher See wuchs vor dem Versagen seines Damms auf eine Länge von etwa 800 km (500 Meilen). Gletscheraktivitäten können auch natürliche Dämme bilden, wie zum Beispiel die Aufstauung des Clark Fork in Montana durch das kordillere Eisschild , das gegen Ende der letzten Eiszeit den 7.780 km 2 (3.000 Quadratmeilen) großen Gletschersee Missoula bildete . Moraine Ablagerungen hinterlassen von Gletschern können auch Flüsse Stauseen zu bilden, wie bei Flachkopfsee , auch in Montana (siehe Moraine-Stausee ).

Naturkatastrophen wie Erdbeben und Erdrutsche verursachen häufig Erdrutschdämme in Bergregionen mit instabiler lokaler Geologie. Historische Beispiele sind der Usoi-Staudamm in Tadschikistan , der den Murghab-Fluss blockiert , um den Sarez-See zu bilden . Mit 560 m Höhe ist er der höchste Damm der Welt, der sowohl natürliche als auch künstliche Dämme umfasst. Ein jüngeres Beispiel wäre die Schaffung seiner Attabad See durch einen Erdrutsch auf Pakistan ‚s Hunza - Fluss .

Natürliche Dämme stellen oft erhebliche Gefahren für menschliche Siedlungen und Infrastrukturen dar. Die resultierenden Seen oft bewohnte Gebiete überschwemmen, während ein katastrophales Versagen des Damms könnte noch mehr Schaden verursachen, wie das Scheitern der westliche Wyoming ‚s Erdrutsch Gros Ventre im Jahr 1927, die die Stadt vernichtet Kelly in dem Tod von sechs Menschen ergebenden .

Biberdämme

Biber bauen Dämme hauptsächlich aus Schlamm und Stöcken, um ein bestimmtes bewohnbares Gebiet zu überfluten. Durch die Überflutung eines Grundstücks können Biber unter oder nahe der Oberfläche navigieren und relativ gut versteckt oder vor Raubtieren geschützt bleiben. Das überflutete Gebiet ermöglicht auch Bibern vor allem im Winter Zugang zu Nahrung.

Bauelemente

Kraftwerk

Ab 2005 lieferte Wasserkraft, meist aus Staudämmen, etwa 19 % des weltweiten Stroms und über 63 % der erneuerbaren Energie . Ein Großteil davon wird durch große Staudämme erzeugt, obwohl China in großem Umfang Kleinwasserkraft nutzt und für etwa 50 % des weltweiten Verbrauchs dieser Art von Energie verantwortlich ist.

Die meiste Wasserkraft stammt aus der potentiellen Energie von aufgestautem Wasser, das eine Wasserturbine und einen Generator antreibt ; Um die Stromerzeugungskapazitäten eines Damms zu steigern, kann das Wasser vor der Turbine durch ein großes Rohr geleitet werden, das als Druckrohr bezeichnet wird . Eine Variante dieses einfachen Modells nutzt Pumpspeicherkraftwerke , um Strom für Zeiten mit hohem und niedrigem Bedarf zu erzeugen, indem Wasser zwischen Stauseen in unterschiedlichen Höhen bewegt wird . In Zeiten geringer Stromnachfrage wird überschüssige Erzeugungskapazität genutzt, um Wasser in das höher gelegene Reservoir zu pumpen. Bei höherem Bedarf wird das Wasser über eine Turbine in das Unterbecken zurückgeleitet. (Siehe zum Beispiel Kraftwerk Dinorwig .)

Staudamm im Querschnitt

Überläufe

Überlauf am Llyn Brianne Damm, Wales , kurz nach der Erstbefüllung

Ein Überlauf ist ein Abschnitt eines Damms, der dazu bestimmt ist, Wasser von der stromaufwärts gelegenen Seite eines Damms zur stromabwärts gelegenen Seite zu leiten. Viele Überlaufkanäle haben Schleusentore , die den Durchfluss durch den Überlaufkanal kontrollieren sollen. Es gibt verschiedene Arten von Überlauf. Ein "Dienstüberlauf" oder "Hauptüberlauf" passiert den normalen Durchfluss. Ein "Hilfsüberlauf" gibt eine Strömung frei, die die Kapazität des Versorgungsüberlaufs übersteigt. Ein „Notüberlauf“ ist für extreme Bedingungen ausgelegt, wie beispielsweise eine schwerwiegende Störung des Serviceüberlaufs. Ein „ Sicherungsstopfen- Überlauf“ ist eine niedrige Böschung, die im Falle eines großen Hochwassers überspült und weggespült werden soll. Die Elemente eines Sicherungssteckers sind unabhängige, freistehende Blöcke, die nebeneinander angeordnet sind und ohne Fernbedienung funktionieren. Sie ermöglichen eine Erhöhung des normalen Stausees, ohne die Sicherheit des Staudamms zu beeinträchtigen, da sie für außergewöhnliche Ereignisse schrittweise evakuiert werden können. Sie arbeiten zeitweise als feste Wehre, indem sie bei gewöhnlichen Hochwassern einen Überlauf ermöglichen.

Ein Überlauf kann durch den Wasserfluss allmählich erodiert werden, einschließlich Kavitation oder Turbulenzen des über den Überlauf fließenden Wassers, was zu seinem Versagen führt. Es war die unzureichende Konstruktion des Überlaufs und die Installation von Fischsieben, die 1889 zur Überflutung des South Fork Dam in Johnstown, Pennsylvania , führten, was zur Johnstown Flood (der "großen Flut von 1889") führte.

Erosionsraten werden oft überwacht, und das Risiko wird normalerweise minimiert, indem die stromabwärtige Seite des Überlaufs in eine Kurve geformt wird, die turbulente Strömung minimiert, wie beispielsweise eine Ogee- Kurve.

Damm-Erstellung

Gemeinsame Zwecke

Funktion Beispiel
Stromerzeugung Wasserkraft ist eine der wichtigsten Stromquellen der Welt. In vielen Ländern gibt es Flüsse mit ausreichendem Wasserdurchfluss, die zur Stromerzeugung aufgestaut werden können. Der Itaipu-Staudamm am Paraná-Fluss in Südamerika beispielsweise erzeugt 14 GW und lieferte 93 % des Energieverbrauchs von Paraguay und 20 % des Energieverbrauchs von Brasilien ( Stand 2005).
Wasserversorgung Viele urbane Gebiete der Welt werden mit Wasser aus Flüssen versorgt, die sich hinter niedrigen Dämmen oder Wehren stauen. Beispiele sind London mit Wasser aus der Themse und Chester mit Wasser aus dem Fluss Dee . Andere wichtige Quellen sind tiefe Hochland-Stauseen, die von hohen Dämmen in tiefen Tälern eingeschlossen sind, wie die Claerwen- Serie von Dämmen und Stauseen.
Wasserfluss / Bewässerung stabilisieren Dämme werden oft zur Kontrolle und Stabilisierung des Wasserflusses verwendet, oft für landwirtschaftliche Zwecke und Bewässerung . Andere wie der Staudamm Berg Strait können helfen, die Wasserstände von Binnenseen und -meeren, in diesem Fall des Aralsees, zu stabilisieren oder wiederherzustellen .
Hochwasserschutz Der Keenleyside Dam am Columbia River in Kanada kann 8,76 km 3 (2,10  cumi ) Hochwasser speichern  , und die Deltawerke schützen die Niederlande vor Küstenüberschwemmungen .
Landgewinnung Dämme ( in diesem Zusammenhang oft als Deiche oder Deiche bezeichnet ) werden verwendet, um das Eindringen von Wasser in ein Gebiet zu verhindern, das ansonsten überflutet wäre, um es für den menschlichen Gebrauch zu rekultivieren .
Wasserumleitung Ein normalerweise kleiner Damm, der verwendet wird, um Wasser für Bewässerung, Stromerzeugung oder andere Zwecke umzuleiten, der normalerweise keine andere Funktion hat. Gelegentlich werden sie verwendet, um Wasser in einen anderen Abfluss oder ein Reservoir umzuleiten, um dort den Durchfluss zu erhöhen und die Wassernutzung in diesem bestimmten Gebiet zu verbessern. Siehe: Umleitungsdamm .
Navigation Dämme schaffen tiefe Stauseen und können auch den Wasserfluss stromabwärts verändern. Dies kann sich im Gegenzug auf die stromaufwärts und stromabwärts gerichtete Schifffahrt auswirken, indem die Tiefe des Flusses verändert wird. Tieferes Wasser erhöht oder schafft Bewegungsfreiheit für Wasserfahrzeuge. Große Dämme können diesem Zweck dienen, am häufigsten werden jedoch Wehre und Schleusen verwendet.

Einige dieser Zwecke widersprechen sich, und der Dammbetreiber muss dynamische Kompromisse eingehen. Beispielsweise würden Stromerzeugung und Wasserversorgung den Stausee hoch halten, während Hochwasserschutz ihn niedrig halten würde. Bei vielen Staudämmen in Gebieten, in denen die Niederschläge in einem Jahreszyklus schwanken, wird auch das Reservoir jährlich schwanken, um diese unterschiedlichen Zwecke auszugleichen. Das Staudammmanagement wird für konkurrierende Akteure zu einer komplexen Aufgabe.

Standort

Die Entlastung des Takato Dam

Einer der besten Orte für den Bau eines Damms ist ein schmaler Teil eines tiefen Flusstals; die Talseiten können dann als natürliche Mauern wirken. Die Hauptfunktion des Dammbaus besteht darin, die Lücke in der natürlichen Reservoirlinie zu füllen, die der Bachkanal hinterlassen hat. Die Standorte sind in der Regel solche, bei denen die Lücke für die erforderliche Speicherkapazität ein Minimum wird. Die wirtschaftlichste Anordnung ist oft eine Verbundkonstruktion wie ein Mauerwerksdamm, der von Erdwällen flankiert wird. Die derzeitige Nutzung der zu überflutenden Flächen sollte entbehrlich sein.

Wichtige andere ingenieurtechnische und ingenieurgeologische Überlegungen beim Bau eines Damms sind:

  • Durchlässigkeit des umgebenden Gesteins oder Bodens
  • Erdbeben Fehler
  • Erdrutsche und Hangstabilität
  • Grundwasserspiegel
  • Spitzenhochwasserströme
  • Verschlammung des Reservoirs
  • Umweltauswirkungen auf Flussfischerei, Wälder und Wildtiere (siehe auch Fischtreppe )
  • Auswirkungen auf den menschlichen Lebensraum
  • Entschädigung für Landüberschwemmungen sowie Umsiedlungen
  • Entfernung von giftigen Materialien und Gebäuden aus dem geplanten Reservoirbereich

Folgenabschätzung

Die Auswirkungen werden auf verschiedene Weise bewertet: der Nutzen für die menschliche Gesellschaft, der sich aus dem Damm ergibt (Landwirtschaft, Wasser, Schadensverhütung und Energie), Schaden oder Nutzen für Natur und Wildtiere, Auswirkungen auf die Geologie eines Gebiets (ob die Änderung des Wasserflusses und die Stabilität erhöhen oder verringern) und die Beeinträchtigung des menschlichen Lebens (Umsiedlung, Verlust von archäologischen oder kulturellen Gegenständen unter Wasser).

Umweltbelastung

Holz- und Müllansammlung durch einen Damm

Hinter Dämmen gehaltene Stauseen beeinflussen viele ökologische Aspekte eines Flusses. Die Topographie und Dynamik von Flüssen hängt von einer Vielzahl von Abflüssen ab, während Flüsse unterhalb von Dämmen oft lange Zeiträume mit sehr stabilen Abflussbedingungen oder sägezahnförmigen Fließmustern aufweisen, die durch Freisetzungen gefolgt von keinen Freisetzungen verursacht werden. Wasseraustritte aus einem Reservoir, einschließlich desjenigen, das aus einer Turbine austritt, enthalten normalerweise sehr wenig suspendierte Sedimente, was wiederum zur Auswaschung von Flussbetten und zum Verlust von Flussufern führen kann; beispielsweise die tägliche zyklische Strömungsvariation , verursacht durch die Glen Canyon Dam war ein Beitrag zum Sanderosion .

Älteren Staudämmen fehlt oft eine Fischtreppe , die viele Fische davon abhält, flussaufwärts in ihre natürlichen Brutgebiete zu wandern, was zum Ausfall von Brutzyklen oder zur Blockierung von Migrationswegen führt. Auch Fischtreppen verhindern nicht, dass Fische die Laichgründe flussaufwärts erreichen. In einigen Gebieten werden Jungfische ("Smolt") zeitweise mit Lastkähnen flussabwärts transportiert . Turbinen- und Kraftwerkskonstruktionen, die einen geringeren Einfluss auf das Leben im Wasser haben, sind ein aktives Forschungsgebiet.

Gleichzeitig können jedoch bestimmte Dämme zur Schaffung besserer Bedingungen für bestimmte Fischarten und andere Wasserorganismen beitragen. Studien haben die Schlüsselrolle von Nebenflüssen in stromabwärts gerichteter Richtung des Hauptflussaufstaus gezeigt, die die lokalen Umweltbedingungen und die Beta-Diversitätsmuster jeder biologischen Gruppe beeinflusst haben. Sowohl Ersatz- als auch Reichtumsunterschiede trugen zu hohen Werten der gesamten Beta-Diversität für Fische (Durchschnitt = 0,77) und Phytoplankton (Durchschnitt = 0,79) bei, aber ihre relative Bedeutung war für beide biologischen Gruppen eher mit der Ersatzkomponente verbunden (Durchschnitt = 0,45 und 0,52, bzw). Eine von de Almeida, RA, Steiner, MTA und anderen durchgeführte Studie ergab, dass einige Arten nach dem Bau des Staudamms um mehr als 30 % zurückgingen, während andere ihre Population um 28 % erhöhten. Solche Veränderungen können damit erklärt werden, dass die Fische „unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten annahmen, wobei fast alle Arten in mehr als einer Gruppe vorkommen.

Ein großer Damm kann den Verlust ganzer Ökosphären , einschließlich gefährdeter und unentdeckter Arten in der Region, und den Ersatz der ursprünglichen Umgebung durch einen neuen Binnensee verursachen.

Aufgrund von Änderungen der Wasserbelastung und/oder der Höhe des Grundwasserspiegels wurden große Stauseen, die sich hinter Dämmen gebildet haben, als Beitrag der seismischen Aktivität angegeben.

Es wurde auch festgestellt, dass Dämme die globale Erwärmung beeinflussen . Die sich ändernden Wasserstände in Stauseen sind eine Quelle für Treibhausgase wie Methan . Während Dämme und das dahinterliegende Wasser nur einen kleinen Teil der Erdoberfläche bedecken, beherbergen sie biologische Aktivitäten, die große Mengen an Treibhausgasen produzieren können.

Menschliche soziale Auswirkungen

Die Auswirkungen von Staudämmen auf die menschliche Gesellschaft sind erheblich. Nick Cullather argumentiert in Hungry World: America's Cold War Battle Against Poverty in Asia, dass der Bau von Staudämmen vom Staat verlangt , Menschen im Namen des Gemeinwohls zu vertreiben , und dass dies oft zu Missbräuchen der Massen durch Planer führt. Er zitiert den indischen Innenminister Morarji Desai , der 1960 mit Dorfbewohnern sprach, die über den Pong-Staudamm verärgert waren und drohten, "das Wasser freizugeben" und die Dorfbewohner zu ertränken, wenn sie nicht kooperierten.

Der Drei-Schluchten-Staudamm am Jangtse in China ist mehr als fünfmal so groß wie der Hoover-Staudamm ( USA ). Es entsteht ein 600 km langer Stausee, der für den Hochwasserschutz und die Wasserkrafterzeugung genutzt werden soll. Sein Bau erforderte den Verlust von über einer Million Häusern und deren Massenumsiedlung, den Verlust vieler wertvoller archäologischer und kultureller Stätten sowie bedeutende ökologische Veränderungen. Während der Überschwemmungen in China 2010 hielt der Damm eine verheerende Flut zurück und der riesige Stausee stieg über Nacht um 4 m an.

Schätzungen zufolge wurden im Jahr 2008 weltweit 40 bis 80 Millionen Menschen durch den Bau von Staudämmen aus ihrer Heimat vertrieben.

Wirtschaft

Der Bau eines Wasserkraftwerks erfordert eine lange Vorlaufzeit für Standortstudien, hydrologische Studien und Umweltverträglichkeitsprüfungen und ist im Vergleich zur kohlenstoffbasierten Stromerzeugung Großprojekte. Die Zahl der Standorte, die für die Wasserkraftproduktion wirtschaftlich erschlossen werden können, ist begrenzt; neue Standorte sind in der Regel weit von Bevölkerungszentren sein und in der Regel umfangreiche erfordern Energieübertragungsleitungen. Die Wassererzeugung kann zu erheblichen Veränderungen in dem verwundbar sein Klima , einschließlich Schwankungen der Niederschläge , Grund- und Oberflächenwasserständen und Gletscherschmelze, was zu zusätzlichen Ausgaben für die zusätzliche Kapazität ausreichend Leistung , um sicherzustellen , in wasserarmen Jahren zur Verfügung steht.

Einmal fertiggestellt, ist eine Wasserkraftquelle, wenn sie gut konzipiert und gewartet wird, in der Regel vergleichsweise günstig und zuverlässig. Es hat keinen Brennstoff und ein geringes Fluchtrisiko, und als saubere Energiequelle ist es billiger als Atom- und Windkraft. Sie ist im Vergleich zur Windkraft einfacher zu regulieren, um Wasser bedarfsgerecht zu speichern und bei Bedarf eine hohe Leistung zu erzeugen .

Stausee- und Dammverbesserungen

Trotz einiger positiver Effekte wirkt sich der Bau von Staudämmen stark auf Flussökosysteme aus, was zu einer Degradation der Flussökosysteme als Teil des hydrologischen Wandels führt. Eine der wichtigsten Möglichkeiten, die negativen Auswirkungen von Stauseen und Dämmen zu reduzieren, ist die Implementierung des neuesten naturbasierten Modells zur Reservoiroptimierung zur Lösung des Konflikts zwischen dem menschlichen Wasserbedarf und dem Schutz von Flussökosystemen.

Dammentfernung

Wasser- und Sedimentflüsse können wiederhergestellt werden, indem Dämme aus einem Fluss entfernt werden. Die Entfernung des Damms wird als angemessen angesehen, wenn der Damm alt ist und die Wartungskosten die Kosten für den Abbau übersteigen. Zu den Auswirkungen des Dammabbaus gehören die Erosion von Sedimenten im Stausee , eine erhöhte Sedimentzufuhr stromabwärts, eine größere Flussbreite und Verflechtung , die Wiederherstellung natürlicher Wassertemperaturen und die Wiederbesiedlung von Lebensräumen , die zuvor aufgrund von Dämmen nicht verfügbar waren.

Die weltweit größte Damm Entfernung ereignete sich am Elwha Fluss im US - Bundesstaat Washington (siehe Wiederherstellung des Elwha Fluss ). Zwei Dämme, die Elwha und Glynes Canyon Dämme , wurden zwischen 2011 und 2014 entfernt , die zusammen etwa 30 gespeichert Mt von Sediment. Als Ergebnis wird die Lieferung von Sediment und Holz zu dem stromabwärtigen Fluss und delta wurde wieder hergestellt . Etwa 65 % der in den Stauseen gespeicherten Sedimente erodierten, von denen etwa 10 % im Flussbett abgelagert wurden . Die restlichen ~90% wurden an die Küste transportiert . Insgesamt führte die erneute Sedimentanlieferung zu ca. 60 ha Deltawachstum und auch zu einer verstärkten Flussflechtung .

Dammbruch

Ausfall des South Fork Dam und daraus resultierende Überschwemmung , die 1889 Johnstown in Pennsylvania zerstörte
Internationales Sonderzeichen für Werke und Anlagen mit gefährlichen Kräften

Dammbrüche sind im Allgemeinen katastrophal, wenn die Struktur durchbrochen oder erheblich beschädigt wird. Die routinemäßige Überwachung der Verformung und die Überwachung von Sickerwasser aus Abflüssen in und um größere Dämme ist nützlich, um Probleme vorherzusehen und Abhilfemaßnahmen zu ermöglichen, bevor ein strukturelles Versagen auftritt. Die meisten Dämme enthalten Mechanismen, die es im Falle solcher Probleme ermöglichen, das Reservoir abzusenken oder sogar zu entleeren. Eine andere Lösung kann das Verpressen von Gestein sein  – das Druckpumpen von Portlandzement- Aufschlämmung in schwach gebrochenes Gestein.

Während eines bewaffneten Konflikts ist ein Staudamm aufgrund der massiven Auswirkungen möglicher Zerstörungen auf die Zivilbevölkerung und die Umwelt als "Einrichtung mit gefährlichen Kräften" zu betrachten. Als solches ist es durch die Regeln des humanitären Völkerrechts (IHL) geschützt und darf nicht angegriffen werden, wenn dies zu schweren Verlusten unter der Zivilbevölkerung führen kann. Um die Identifizierung zu erleichtern, wird nach den Regeln des humanitären Völkerrechts ein Schutzzeichen bestehend aus drei leuchtend orangefarbenen Kreisen auf derselben Achse definiert.

Die Hauptursachen für das Versagen des Damms sind unzureichende Überlaufkapazität, Rohrleitungen durch den Damm, Fundament oder Widerlager, Konstruktionsfehler des Überlaufkanals ( South Fork Dam ), geologische Instabilität durch Änderungen des Wasserstands während der Verfüllung oder schlechte Vermessung ( Vajont , Malpasset , Testalinden Creek Dämme ), schlechte Wartung, insbesondere der Abflussrohre ( Lawn Lake Dam , Val di Stava Dam Einsturz ), extreme Regenfälle ( Shakidor Dam ), Erdbeben und menschliche, Computer- oder Konstruktionsfehler ( Buffalo Creek Flood , Dale Dike Reservoir , Taum Sauk Pumpspeicher ) Pflanze ).

Ein bemerkenswerter Fall von absichtlichem Dammbruch (vor dem obigen Urteil) war der Angriff der Royal Air Force 'Dambusters' auf Deutschland im Zweiten Weltkrieg (Codename " Operation Chastise "), bei dem drei deutsche Dämme ausgewählt wurden, um durchbrochen zu werden, um Schäden an der deutschen Infrastruktur sowie Produktions- und Energiekapazitäten durch die Flüsse Ruhr und Eder . Dieser Überfall wurde später die Grundlage für mehrere Filme.

Seit 2007 entwickelt die niederländische Stiftung IJkdijk ein offenes Innovationsmodell und ein Frühwarnsystem für Deich-/Deichbrüche. Als Teil der Entwicklungsbemühungen werden im Feldlabor IJkdijk großflächige Deiche zerstört. Der Vernichtungsprozess wird durch Sensornetzwerke eines internationalen Konzerns von Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen überwacht.

Siehe auch

Anmerkungen

Quellen

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Weiterlesen

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Externe Links