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Halten Staumauern einem Erdbeben stand?
Von Marc Schiess. Aktualisiert am 01.06.2011 26 Kommentare
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Im Innern der Staumauer gibt es rund 100 Messstellen – und gut sichtbare Kalkablagerungen des Sickerwassers. (Bild: Adrian Moser)
Auf dem 4. Platz in Europa
Es gibt in der Schweiz 556 Wasserkraftwerke (mögliche Leistung mindestens 300 Kilowatt), die durchschnittlich 56 Prozent des jährlichen Stromangebots liefern. Den Löwenanteil davon produzieren Laufkraftwerke (47 Prozent) und Speicherkraftwerke (49 Prozent). Nur rund 4 Prozent des Stroms stammen von Pumpspeicherkraftwerken. Grosskraftwerke (mit einer Leistung grösser als 10 Megawatt) erzeugen rund 90 Prozent des Wasserstroms. Haupteinzugsgebiet für die Stromproduktion ist der Rhein mit den Zuflüssen Aare, Reuss und Limmat sowie die Rhone.
Die grössten Produzenten von Wasserstrom sind der Kanton Wallis, der knapp ein Drittel herstellt, gefolgt von Graubünden (22 Prozent) und dem Tessin (10 Prozent). Etwa 11 Prozent des Inlandstroms stammen von internationalen Wasserkraftwerken an der Landesgrenze. Nur Norwegen, Island und Österreich haben einen höheren Wasserkraftanteil an der Gesamtstromproduktion. Neue Berechnungen des Bundesamts für Energie gehen davon aus, dass der Ausstoss der Wasserkraftwerke von heute 36'000 Gigawattstunden jährlich bis 2050 auf 45'000 gesteigert werden kann. (ml)
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Ein Strich in der Landschaft – aber was für einer: Während der Fahrt auf die Grimsel baut sich die Räterichsbodenstaumauer immer imposanter vor dem Betrachter auf. Mit 94 Meter Höhe liegt sie zwar nur auf Platz 26 der höchsten Talsperren der Schweiz, aber ihrer Wirkung tut dies keinen Abbruch.
Ingenieur Andres Fankhauser ist sich die Dimensionen der acht Grimselstaumauern gewohnt. Für die Betreibergesellschaft, die Kraftwerke Oberhasli, KWO, kontrolliert er mit seinem Team die massiven Betongiganten regelmässig. Und wir begleiten ihn für einmal auf einem Rundgang in der Räterichsbodenstaumauer. Hinter der schmalen Eingangstür öffnet sich eine mehrere Meter breite Fuge, die sich in der Höhe verliert. Die Luft ist kalt, es riecht nach feuchtem Beton. Und still ist es in der Staumauer. Die unvorstellbare Kraft ist nicht hörbar – bis zu 25 Millionen Kubikmeter Wasser drücken seit 60 Jahren gegen die 278'000 Kubikmeter Beton. Nicht ohne Folgen: Füllt sich der See, verformt er die Mauer zwei bis drei Zentimeter. Das ist beabsichtigt: «Durch die spezielle Bauform wird der Druck an den Boden abgeleitet», sagt Andres Fankhauser. Die Mauer muss aber nicht nur von Seeseite grossem Druck standhalten, sondern auch von unten. «Der Wasserdruck, der stösst, ist gleich gross wie der Auftrieb», erklärt Fankhauser. Dass die Mauer vom Wasser nicht gehoben und weggeschwemmt wird, ist der Ingenieurskunst zu verdanken: Ein Dichtungsschirm unterhalb der Staumauer hält den Grossteil des Wassers vom Eindringen ab, Drainagesysteme und Sickerleitungen erledigen den Rest. Die kathedralenartigen Fugen – in der Räterichsbodenstaumauer gegen 20 – reduzieren zusätzlich den Auftrieb.
200 oder mehr Jahre Laufzeit
Im Innern der Staumauer sind Sickerleitungen in den Gängen sichtbar. Die kanalisierten kleinen Rinnsale werden in Gefässen aufgefangen und gemessen. Die Talsperrenwärter kontrollieren auf ihren Rundgängen auch die Verformung der Staumauer an aufgehängten Loten. Sensoren zeigen ihnen die Temperatur des Betons sowie den Auftrieb an.
Der Beton: Aus Zement, körnigem Gestein und Wasser gemischt, laufen in ihm – abhängig von der Zusammensetzung – chemische Prozesse ab. Prozesse, die teilweise zu Instabilität führen. So müssen im Raum Interlaken-Oberhasli wegen einer sogenannten Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) im Beton 216 Stützmauern von Kantonsstrassen saniert werden. Da von anderer Betonqualität, seien die Grimselstaumauern von der AAR aber nicht betroffen, versichert Fankhauser. Gut zu sehen sind an einigen Wänden hingegen die Kalkablagerungen des Sickerwassers. Auf die Sicherheit der Talsperre hätten diese jedoch keinen Einfluss, versichert Fankhauser. «Staumauern können 200 Jahre und älter werden, wenn sie gut unterhalten werden und nicht von einer Reaktion wie der AAR betroffen sind.» Mit dem Alter nehme die Festigkeit des Betons grundsätzlich noch zu. Kontrolliert werden die Staumauern auf drei Stufen: Die Fünfjahresexpertise bildet die umfassendste der Kontrollen und wird unter Aufsicht des Bundesamts für Energie durchgeführt. Zudem werden die mittleren und grossen Schweizer Talsperren jährlich von einem Spezialisten überprüft. Und alle zwei Wochen überwacht jemand vom Werkpersonal die Messwerte: In der Räterichsbodenstaumauer gibt es rund 100 Messstellen.
Konstruktionsvorteil bei Beben
Durch einen steil abfallenden Stollen führt eine Treppe hinunter zum Grundablass. Durch die im untersten Teil der Staumauer gelegene Öffnung könnten im Notfall 40 Kubikmeter Wasser pro Sekunde abgelassen werden, sagt Fankhauser. Zudem verfügt die Staumauer über eine Art Syphonüberlauf sowie Hochwasserentlaster, die ein Überschwappen des Stausees verhindern sollen. Damit wäre der Bau für ein statistisch alle 10'000 Jahre auftretendes Hochwasser gerüstet.
Bezüglich Erdbebensicherheit stellt das Bundesamt für Energie (Sektion Talsperren) ähnliche Anforderungen: Schweizer Talsperren müssen einem Erdbeben von einer Stärke standhalten, wie sie statistisch alle 10'000 Jahre auftritt. Anhand der Erdbebenrisikokarte lässt sich für das Grimselgebiet eine maximale Intensität von 8,7 errechnen, was in etwa einer Magnitude von 7,3 auf der Richterskala entspricht. Zum Vergleich: Das bisher stärkste bekannte Erdbeben in der Schweiz, 1356 in Basel, dürfte eine Magnitude von 6 bis 7 besessen haben. Die Staumauern weisen gegenüber normalen Gebäuden einen Konstruktionsvorteil aus: «Da ihr statisches Hauptziel darin besteht, die Horizontalkräfte aus dem Druck der Wassermassen aufzunehmen und in die Fundationen umzuleiten, können sie den Horizontalkräften eines Erdbebens viel besser standhalten», sagt Georges Darbre, der im Bundesamt für Energie verantwortlich ist für Talsperren-Spezialstudien. Trotzdem: Es sei den Spezialisten bewusst, dass die Erdbebeneinwirkungen, die in den Bauvorschriften enthalten sind, einen guten Grundschutz gegen Erdbeben bieten; aber auch, «dass diese bei gewissen Szenarien deutlich überschritten werden können», wie Blaise Duvernay, Leiter der Koordinationsstelle für Erdbebenvorsorge, sagt.Grundlage der Gefährdungsanalyse stellt die erwähnte Erdbebengefährdungskarte der Schweiz dar. Sie definiert Gebiete mit «erhöhter Gefährdung», namentlich das Wallis, die Region Basel, die Zentralschweiz, Teile des Engadins und das St. Galler Rheintal. Aber ist ein starkes Erdbeben nicht auch auf der Grimsel möglich – oder in Bern?
Ein relatives Risiko
Domenico Giardini, Professor für Seismologie und Geodynamik an der ETH Zürich sowie Direktor des Schweizerischen Erdbebendienstes, bejaht: «Die Gefährdungskarte drückt unser Wissen über Geologie, aktive Störungen, Erdoberfläche und die Geschichte der letzten Erdbeben aus.» Sie sei kein Instrument, einzelne Erdbeben vorauszusagen, wie er mit Blick auf Japan betont, wo sich das verheerende Erdbeben in einer Zone ereignete, die als nicht besonders gefährdet galt. «Nehmen Sie die Schweizer Erdbebengefährdungskarte: Die Differenz zwischen den tiefsten Werten (Beispiel Bern) und den höchsten (zum Beispiel Wallis) hat nur den Faktor 2.» Die Wahrscheinlichkeit eines Erdbebens in Bern ist also halb so gross wie im Wallis. Ein Erdbeben der Magnitude 6,3 wie jenes vom Februar in Neuseeland mit 300 Toten und 13 Milliarden Franken Schäden sei in der Schweiz alle 100 Jahre zu erwarten und könne zu jeder Zeit an jedem Ort auftreten. (Tages-Anzeiger)
Erstellt: 31.05.2011, 21:23 Uhr
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