„Ohne Talsperren wäre in diesem Jahr schon so manches Fließgewässer trockengefallen“

Prof. Dr. Dirk Carstensen, Präsident des Deutschen Talsperrenkomitees

Im exklusiven Interview mit „Industriearmaturen & Dichtungstechnik” spricht Prof. Dr. Dirk Carstensen über die enorme Bedeutung von Talsperren. Der Präsident des Deutschen Talsperrenkomitees erklärt, warum die beeindruckenden Bauwerke sowohl in Dürreperioden als auch bei Überschwemmungen nützliche Helfer sind. Auch auf das Zusammenspiel zwischen Industriearmaturen und Talsperren geht er ein.

Wie viele Talsperren gibt es in Deutschland?

Dirk Carstensen: Eine Erfassung der Großen Talsperren in Deutschland entsprechend der Definition besagt, dass wir auf unserem Territorium 371 Große Talsperren haben. Es handelt sich dabei um Talsperren, deren Absperrbauwerke vom tiefsten Punkt der Gründungssohle bis zur Bauwerkskrone höher als 15 m sind und/oder deren Gesamtstauraum des Speicherbeckens größer als 1 Mio. m3 beträgt. Diese Zahlen können auch über das World Register of Dams, welches von der Internationalen Kommission für Große Talsperren (International Commission on Large Dams, ICOLD) eingesehen werden, wobei dabei zu berücksichtigen ist, dass international von Großen Talsperren gesprochen wird, wenn diese einen Gesamtstauraum von 3 Mio. m3 aufweisen. Auf die Gesamtfläche von Deutschland bezogen kann festgestellt werden, dass wir pro 1.000 km2 eine Talsperre besitzen.
Von der genannten Anzahl Großer Talsperren unterliegen in Deutschland 231 einer Mehrzwecknutzung, d.h., sie dienen dem Hochwasserschutz, der Wasserkraftgewinnung, der Bewässerung, der Fischwirtschaft, als Zuschusswasser für künstliche und natürliche Schifffahrtswege, dem Tourismus, der Roh- und Trinkwassergewinnung, der Bereitstellung von Brauch- und/oder Kühlwasser sowie der immer mehr an Bedeutung gewinnenden Niedrigwasseraufhöhung von Flüssen und Bächen in Trockenperioden.

Die Schwarzenbachtalsperre im Nordschwarzwald ist bereits seit 1926 in Betrieb.

Welche Funktion haben Talsperren in Zeiten des extremen Klimawandels?

Dirk Carstensen: Wie ich soeben schon bemerkte, stellen der Hochwasserschutz, die Wasserversorgung sowie die Niedrigwasseraufhöhung von Flüssen und Bächen in Trockenperioden wesentliche Zwecke für die Errichtung und den Betrieb von Talsperren dar. Wenn wir über die Änderung der hydrologischen Verhältnisse in unserem Land infolge Klimaänderung reden, dann stellen Extremwetterlagen mit Starkniederschlägen und Hochwasser in unseren Flüssen sowie Trockenheit und Dürre ebenso Themen dar, wie fallende Grundwasserstände oder sinkende Wasserspiegel in Standgewässern. Ohne Talsperren wäre in diesem Jahr schon so manches Fließgewässer trockengefallen. Mit einem Blick zurück in das Jahr 2021 lässt sich aber auch feststellen, dass die meisten Talsperren in den vom Hochwasser am stärksten betroffenen Bundesländern Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz in der Regel als Mehrzweckanlagen errichtet worden sind. Historisch bedingt dienen sie primär der Rohwasserversorgung. Realistisch betrachtet kann im Nachgang realisiert werden, dass 2021 jede einzelne dieser Anlagen der verschiedenen Betreiber in der Hochwasserregion wesentlich zur Minderung der Hochwasserfolgen bei laufender Erfüllung der Versorgungsaufgaben beigetragen hat. Die Auswirkungen dieser Naturkatastrophe wären ansonsten noch um ein Vielfaches höher gewesen.

Ist die Trinkwasserversorgung langfristig sichergestellt oder benötigen wir weitere Talsperren?

Dirk Carstensen: Deutschland kann international grundsätzlich als ein wasserreiches Land eingestuft werden. Trotz eines seit Anfang der 1990-iger Jahre rückläufigen Wassernutzungsindexes, der einen Parameter zur Beurteilung der Auswirkungen auf die Wasserentnahmen im Vergleich zu den erneuerbaren Wasserressourcen – gegenwärtig liegt dieser bei rund 11 Prozent und damit weit unter dem kritischen Wert von 20 Prozent - darstellt, sind in Deutschland seit dieser Zeit mehr als 15 Milliarden Tonnen Wasser verlorengegangen. Dieser Verlust, der ein Defizit im Vergleich des Niederschlags und der Zuflüsse zur Verdunstung und den Abflüssen bei gegebenem Verbrauch darstellt, wird im Land nur partiell an Oberflächengewässern wahrgenommen. Er tritt in der Hauptsache im zum Teil extremen Absinken der
Grundwasserstände zutage, die allerdings der Bevölkerung in der Regel verborgen bleiben. Es wäre gegenwärtig nicht richtig, für Deutschland global von Wasserstress zu sprechen.
Es muss aber immer wieder betont werden, dass es infolge ungleich verteilten Niederschlages regionale und saisonale Unterschiede für die verschiedenen Landesteile gibt. Diese regionalen Unterschiede des Wasserdargebotes können, sofern vorhanden, durch Talsperren und angeschlossene Verteilersysteme ausgeglichen werden. Einer der Mehrfachzwecke einer Talsperre, die Rohwasserversorgung,
kommt gegenwärtig ca. 10 Prozent der Bevölkerung Deutschlands zugute, indem rund 570 Mio. m3 Wasser dafür aus unseren Talsperren bereitgestellt werden. Prognostisch gesehen wird mit einer enorm hohen Sicherheit infolge zukünftiger Bedarfe und Einschnitte, unter anderem begründet durch die Klimaänderung und das Bevölkerungswachstum in unserem Land, eine größere Nachfrage entstehen. Diesbezüglich wird jetzt bereits in einigen Teilen Deutschlands deutlich, dass weitere Talsperren benötigt werden.

An der Talsperre Pirk im sächsischen Vogtlandkreis wurden in diesem Jahr die historischen Armaturen gegen neue Ringkolbenventile ausgetauscht.

Auf der einen Seite kommt es immer häufiger zu Überflutungen, auf der anderen Seite gibt es immer längere Dürreperioden. Welche Auswirkungen hat dies für Talsperren?

Dirk Carstensen: Bei der Frage muss ich ein wenig mehr ausholen und dabei vorab betonen, dass Sie sicher die Überflutungen in den Abflussbereichen unserer Fließgewässer meinen. Nach meiner Meinung werden Talsperren grundsätzlich von der Gesellschaft wertgeschätzt und akzeptiert. Trotz dieser Tatsache geraten sie aber von Zeit zu Zeit, oft ausgelöst durch hydrologische Extremereignisse, immer wieder in die Diskussion und werden dann durchaus differenziert dargestellt. In der Regel werden in diesen Diskussionen dann nur einzelne Fakten herausgestellt, konkurrierende Nutzungen besonders hervorgehoben, die primären Zwecke der Talsperren, die den eigentlichen Wert für die Natur und die Gesellschaft darstellen, in Summe jedoch kaum oder gar nicht erwähnt.
Es ist nachvollziehbar, dass eine mit einem großen freigehaltenen Hochwasserschutz- bzw. Hochwasserrückhalteraum ausgestattete Talsperre nicht unbedingt lukrative Bedingungen für Tourismus, Freizeit und Erholung, die Wasserkraftnutzung oder die Bereitstellung von Brauchwasser bietet. Wollen wir den Hochwasserschutz als einen Zweck einer Talsperre in der heutigen Zeit, ich spiele dabei auf die Klimaänderung an, effektiv betreiben, müssen wir aufgrund der teilweise sehr kurzen Vorwarnzeiten einen gewissen Raum im Stauraum dafür freihalten. Dieses beschriebene Bild inklusive aller damit im Zusammenhang stehenden organischen und chemischen Prozess im und am Gewässerboden stellt sich aber auch nach einer langen niederschlagsarmen Zeit dar. Hätten wir die Talsperre aber nicht, wäre das Fließgewässersystem infolge der Dürre möglicherweise zum gleichen Zeitpunkt bereits vollständig zusammengebrochen und die Rohwasserversorgung grundsätzlich nicht gewährleistet, um nur zwei Fakten herauszustellen.

Wo kommen überall Industriearmaturen bei einer Talsperre zum Einsatz?

Dirk Carstensen: Der Einsatz von Industriearmaturen in und an Talsperren ist so vielfältig, dass es schwer ist, hier eine Abgrenzung zu finden. Überall, wo etwas abzusperren ist oder der Durchfluss geregelt werden muss, benötigen wir entsprechende Armaturen. Von Betriebseinrichtungen für die Rohwasserentnahme bis zum Grundablass oder von den Regelarmaturen für die Wasserkraftgewinnung
bis hin zu Armaturen zur Durchflussregelung in der Wasserverteilung, überall brauchen wir Ventile, Schieber oder Absperrklappen.

Welche Eigenschaften muss eine Armatur für eine Talsperre mitbringen?

Dirk Carstensen: Armaturen an Talsperren sind enormen Drücken und Druckschwankungen ausgesetzt. Diese ergeben sich einerseits aus dem Wasserstand in den Talsperren und der entsprechenden Stauhöhe und andererseits aus den Zwecken und dem Betrieb der Talsperre. Gerade das Öffnen und Schließen von Ventilen an Wasserkraftanlagen stellen besondere Anforderungen dar. Natürlich ist das Thema Kavitation auch eine besondere Herausforderung für jeden Armaturenhersteller. Dem geforderten Durchfluss folgend, weisen diese Armaturen in der Regel eine entsprechende Größe auf, sollen aber aus der Sicht des Bauingenieurs oder Betreibers einer Talsperre hinsichtlich der Errichtung, der Unterhaltung oder des Austausches eigentlich recht schlank und klein ausfallen. Sämtliche genannte Parameter bestimmen neben den jeweiligen und speziellen Antriebsoptionen der verschiedenen Armaturen die Materialwahl, die Wandstärke der Gehäuse und/oder die Ausbildung der Flanschbereiche. Natürlich spielen auch die jeweiligen Flanschisolierung oder die galvanische Trennung in solch einem System eine bedeutende Rolle.

„Die Auswirkungen von Überflutungen wären ohne Talsperren um ein Vielfaches höher gewesen“, sagt Prof. Dr. Dirk Carstensen.

Lohnt es sich, Armaturen in Talsperren lediglich instand zu halten oder sind in Zukunft große Modernisierungsmaßnahmen notwendig?

Dirk Carstensen: Einen Ringkolbenschieber in einer Grundablassleitung einer Talsperre wechselt man nicht alle zehn Jahre, um es mal überspitzt auszudrücken. Natürlich halten die Betreiber der Talsperren ihre Regeleinrichtungen in Stand, öffnen und schließen diese entsprechend vorgegebener Wartungsintervalle. Selbstverständlich unterliegen Armaturen an Talsperren aber auch gewissen Alterungen hinsichtlich der verwendeten Materialien und einem entsprechenden Verschleiß gemäß der Einsatzzeiten der einzelnen Bauteile und Einrichtungen. Denken Sie dabei beispielsweise aber auch an Schwebstoffe, die mit dem Wasser befördert werden und einen Materialverschleiß zu Folge haben oder an Auswirkungen der Kavitation. Unter Berücksichtigung der stetigen Weiterentwicklung von Schiebern, Ventilen oder Klappen sind neben den hydraulischen Eigenschaften neuerer Bauteile, den Sicherheitsfragen hinsichtlich der Funktion der Armatur oder dem Alter der Bauteile einige Gründe vorhanden, die unter Abwägung verschiedener Einflussfaktoren zu Modernisierungen führen können. Im Mittel sind unsere Talsperren um die 70 Jahre alt, da muss hier und da schon einmal saniert oder modernisiert werden.

Werden die Armaturen in Talsperren digital gesteuert oder überwacht?

Dirk Carstensen: Selbstverständlich! Armaturen dieser Art und Größe werden digital gesteuert und auch überwacht. Natürlich muss man auch hier das Alter einzelner Armaturen und die dabei zum Teil eingeschränkten Möglichkeiten beachten. Der Trend geht jedoch überall in diese Richtung. Besonders wichtig ist, hier zu erwähnen, dass aus Sicherheitsgründen, begründet durch das im Wasserbau verwendeten n-1-Kriterium, bestimmte Elemente doppelt und die Antriebsoptionen in der Regel redundant ausgebildet werden.

ZUR PERSON

PROF. DR. DIRK CARSTENSEN
Promovierte und habilitierte an der Technischen Universität Dresden. Neben Arbeiten zum Fluss- und Verkehrswasserbau sowie zum Hochwasser- und Küstenschutz bildeten nach seinem Ruf an die Technische Hochschule Nürnberg im Jahr 2012 in der Hauptsache Arbeiten im konstruktiven Wasserbau zu Hochwasserentlastungsanlagen, Komplexbauwerken sowie zur Durchgängigkeit von Gewässerstrukturen den Schwerpunkt seiner Forschungsarbeiten. Er leitet das unter seiner Federführung gegründete Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft an der TH Nürnberg, ist Autor und Herausgeber verschiedenster Fachliteratur und in der zweiten Legislaturperiode Präsident des Deutschen Talsperrenkomitee e. V. (DTK).