12 Februar 2021 | Natur & Umwelt

Neckartal-Dammmauer entspricht Weltstandard

Der gebürtige Namibier, Prof. Fanie van Vuuren (69) und einer seiner Studenten, Dr. Gert Louis Coetzee, entwickelten für den Bau der Neckartal-Dammmauer eine Modellstudie mit entsprechenden Formeln, die inzwischen als Weltstandard für die Gestaltung von Staumauern übernommen wurde.

Von Elvira Hattingh & Frank Steffen

Die beiden Ingenieure waren für den Entwurf der Staumauer beziehungsweise des Dammes Überlaufwand verantwortlich und haben in diesem Prozess einen Durchbruch für die Ingenieurwelt erzielt. Sie nannten das neue Konzept die Vuuren-Coetzee-OG-Formel (VCOG), welches eine Verbesserung der üblichen zweidimensionalen Formel bekannt als OG-Überlaufformel darstellt.

In einem telefonischen Gespräch mit van Vuuren erklärte dieser die neuentwickelte Formel für eine dreidimensionale Struktur. Er befand sich gerade auf dem Weg zum Damm, der nach wie vor überläuft. Er und einige Kollegen wollten eigenen Messungen vornehmen.

Bau der Staumauer

Van Vuuren hatte zwischenzeitlich Coetzee als Doktorvater betreut. Coetzee war darum während des Dammbaus selbst vor Ort und verfolgte die verschiedenen Schritte des Baus. Das beratende Ingenieurbüro Knight Piésold Consulting war mit der Planung des Staudamms beauftragt worden.

Dazu gehörten technische Untersuchungen sowie die Ermittlung von hydrologischen Eigenschaften – beispielsweise musste festgestellt werden, ob sich der Staudamm füllen würde, wie der Zulauf sich gestalten würde und wie das Wasser verwendet werden könne. Bei der Abdämmung eines Fließgewässers ist es üblich, den Lauf des Wasserträgers und die sogenannte Gerinne-Geometrie zu erfassen. Es geht dabei auch darum, die Feststoffe und die Geologie des Flusslaufes sowie die Fauna und Flora des Einzugsgebietes zu erforschen, damit eine nachhaltige und umweltverträgliche Nutzung ermöglicht wird.

„Für den Entwurf des Überlaufs wird in der Regel eine physische Modellstudie durchgeführt. Das liegt daran, dass es sich um ein dreidimensionales Problem handelt, für das keine Formel in einem Buch zu finden ist“, erklärte Van Vuuren. Es galt Methoden zu finden, wie die hydrologische Integrität der Überlaufmauer sichergestellt werden konnte. Beim Fallen des überlaufenden Wassers über die Struktur, würde massive Energie freigestellt, die es galt zu brechen, damit die Dammstruktur erhalten bleibt.

Planschbecken bricht Energie

„Darum ist das ‚Planschbecken‘ mit einer Tiefe von 4,8 Metern am Fuße des Überlaufs entworfen worden. Indem die Energie darin freigesetzt wird, kann verhindert werden, dass das Wasser allmählich die Ausläufer der Dammmauer beschädigen“, so van Vuuren. Die Treppe an der Leeseite der Mauer diene dem Zweck, das Tempo des Wasserfalls zu drosseln. „Ziel ist es, das Wasser frei und ruhig in den Unterlauf des Flusses gelangen zu lassen. Die Turbulenzen, die oberhalb oder auf den Stufen der Staumauer entstehen, dürfen nicht auf den Flusslauf übertragen werden, da sie Wellenströme und Erosion am Flussboden zur Folge hätten.“

Van Vuuren half auch beim Aufbau der Hydrokraftanlage von Neckartal, die als Nebenprodukt des Wasserablasses für Bewässerungszwecke etwa 3,5 MW Strom erzeugen kann.

Überlaufmauern für Dämme seien inzwischen weltweit die bevorzugte Art Talsperren zu errichten, da der Gebrauch von Schleusen von der Stromzufuhr sowie Notaggregaten abhängig sei. „Darüber hinaus war im Fall des Neckartal-Dammes klar, dass ‚kleine Schleusen‘ nicht funktionieren würden. Bei einer Gravitationsstruktur ist keine weitere Entwicklung oder Regulierung erforderlich. Die Staumauer ist breit genug sodass das Wasser auf natürliche Weise abfließen kann“, erklärte van Vuuren weiter.

In kürzester Zeit gefüllt

Als der Neckartal-Damm am 19. Januar 2021 zum ersten Mal nach seiner Fertigstellung im Jahr 2018 überlief, übertraf er alle Erwartungen. Im Jahr 2015 hatte einer der ansässigen Ingenieure gemeint, es könnte bis zu sieben Jahren dauern, aber keiner der Fachkräfte hatte damit gerechnet, 80 Prozent der Füllmenge innerhalb von zwei Wochen anwachsen zu sehen. Am vergangenen Montag war der Damm immer noch zu 99,6% gefüllt – eine Wassermasse von 853,8 Millionen Kubikmeter und somit knapp 63% des momentan in Namibia aufgestauten Wassers.

Der Damm staut das Wasser des Fischflusses, etwa 40 Kilometer westlich von Keetmanshoop. Er bezieht sein Wasser aus einem Einzugsgebiet von 45,4 Quadratkilometern.

In Bezug auf die neue Formel erklärt van Vuuren: „Die Formel berücksichtigt jetzt auch die Lichtbogenstruktur sowie die Bedingungen stromaufwärts und die Ausrichtung der Staumauer selbst.“ Bei genauer Beobachtung werde deutlich, dass die 76,5 Meter hohe und 518 Meter breite Mauer im Vergleich zur Strömungsrichtung des Flusses, tatsächlich etwas schief steht. „Damit wollen wir Verwitterungsproblemen vorbeugen“, so der Ingenieur.

Geborener Namibier

Der pensionierte van Vuuren schrieb im Jahr 1969 das Matrik an der Windhoek High School (WHS), derer stellvertretender Schulsprecher er war. Ab 1992 war er Vollzeitprofessor für Bauingenieurswesen an der Universität von Pretoria. Schwerpunkte seines Studiengebiets sind Wasserrohrleitungen, Wassersysteme und hydrologische Modelle.

Van Vuurens Lebenslauf ist beeindruckend, denn neben seiner Beteiligung an zahlreichen südafrikanischen Wasserprojekten und Staudämmen – worunter der Berg-Rivier-Damm bei Paarl in der Kapprovinz – war er auch an Projekten im Ausland, in Ländern wie Spanien, beteiligt.

Er ist weiterhin an Ingenieurprojekten beteiligt und so ist er als Berater an dem Ausbau und der Verlegung der Wasserversorgungs-Pipeline von Okahandja nach Windhoek beteiligt. Dies geschieht infolge der Verbreiterung der Straße zwischen den beiden Ortschaften.

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