Entlandung von Stauseen über Triebwasserfassungen durch Aufwirbeln der Feinsedimente mit Fass

Die Stauraumverlandung gefährdet weltweit die nachhaltige Nutzung der für die Wasser- und Energieversorgung wichtigen Stausseen. Im Rahmen einer Forschungsarbeit wurde eine neue effiziente Methode zur kontinuierlichen Austragung von Feinsedimenten aus dem Stausee über die iebwasserfassungen entwickelt. Das Schwergewicht liegt dabei auf dem Austrag der Feinsedimente im Bereich der Auslassorgane bei der Talsperre wo die Sedimente regelmässig in bedeutenden Schichten durch Trübeströme abgelagert werden. Um die Sedimente in die Wasserfassung einziehen zu können, müssen diese vor dem Einlauf dauernd in Suspension gehalten werden. Dazu wird eine Aufwärtsströmung resp. eine entsprechende Turbulenz im Bereich der Fassung benötigt welche die von Trübeströmen antransportierten Feinsedimente am Absetzen hindert. Eine Aufwärtsströmung kann erfolgreich durch Wasserstrahlen mit einer bestimmten Düsenkonfiguration erzeugt werden. Die Strahlen können falls vorhanden mit Wasser von Überleitstollen betrieben werden, welches in vielen Fällen als Wasserfall ungenutzt in den Stausee fällt. Dieses neue Konzept wurde systematisch mit hydraulischen Modellversuchen in einem rechteckförmigen Reservoir überprüft und optimiert. Eine kreisförmige Wasserstrahlanordnung erwies sich dabei als sehr effizient hinsichtlich des Sedimentaustrags. Mit einer optimalen Anordnung der Düsen liess sich auf die Versuchsdauer im Vergleich ohne diese Etlandungsmassnahme die doppelte Sedimentmenge durch die Fassung austragen. Dabei konnte ein Strömungsfeld wie bei einem axialen Mixer generiert werden, welches in der Literatur als sehr vorteilhaft für Suspension angegeben wird. Mit numerischen Simulationen konnte gezeigt werden, wie die Rotationszellen des axialen Strömungsbilds in einem verlängerten Reservoir unabhängig von dessen Rückwand begrenzt werden. Für praktische Anwendungen ist dieses Resultat sehr rfolgversprechend, da damit erhebliche Feinsedimentvolumen kontinuierlich über die Triebwasserfassung ausgetragen werden könnten. Eine erste Anwendungsskizze für den Stausee Mauvoisin zeigt, dass nur 7% der jährlich in den Totraum des Stausees transportierten Sedimente mittels Wasserstrahlen ausgetragen werden müssten, damit eine solche Wasserstrahlanlage wirtschaftlich wäre. Selbst mit diesem relativ geringen Austrag könnte der Bereich vor der Wasserfassung nachhaltig freigehalten werden. Die maximalen Konzentrationen bleiben in der Grösse derjenigen der Trübeströme, das heisst etwa 5 g/l. Die Wasserstrahlen werden durch die Vermischung die Konzentration eher noch verringern, so dass die Abrasion an den Turbinen sowie Probleme der Ökologie im Unterwasser beherrschbar sein sollten. Bei einer jährlichen Turbinierwassermenge von 100 Mio. m3 könnten beispielsweise jährlich 100 000 t Feinsedimente aus einem Stausee abgeführt werden, falls mit einer kreisförmigen Wasserstrahlanordnung dauernd in der Nähe der Fassung eine Konzentration von 1 g/l aufrecht erhalten werden kann.