Bachelorarbeit Mira Bleuler

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Diplomandin
Mira Bleuler
Dozent
Peter Gonsowski, Prof. Dr.-Ing. TU/SIA
Experte
Helmut Stahl, Dipl. Ing. ETH
Disziplin
Wasserbau
Jahr
2011
Bewegungen der Staumauer Emosson visualisieren
Entwicklung eines hybriden Modells zur Staumauerüberwachung
Staumauern bewegen sich und müssen regelmässig untersucht und geprüft werden. Für die Praxis ist es sinnvoll, ein Modell benutzen zu können, das Resultate liefert, die mit den gemessenen Werten genau übereinstimmen. Deshalb soll ein Modell entwickelt werden, das aus vorgegebenen Parametern die voraussichtlichen Verformungen berechnen kann.

Der Stausee Emosson im Wallis ist schon heute der wichtigste Bestandteil der Wasserkraftanlage Emosson. Für das im Bau befindliche Pumpspeicherkraftwerk Nant de Drance wird er zusätzlich als Unterbecken dienen und muss somit über eine Druckleitung mit einer höher gelegenen Stauanlage verbunden werden.
Der Zugangstunnel zur geplanten Kavernenanlage des Pumpspeicherkraftwerks führt unter dem Stausee hindurch. Eine solche Bohrung kann ein massiver Eingriff in die hydrogeologischen Verhältnisse sein und zu ungewöhnlichen Verformungen in den Talflanken des Sees sowie der Bogenstaumauer selbst führen. Zudem wird in den nächsten Jahren der Seepegel aus bautechnischen Gründen über längere Zeit stark abgesenkt. Dies stellt einen aussergewöhnlichen Lastfall für die Staumauer dar. Die Bogenstaumauer soll deshalb verstärkt überwacht werden, sodass ungewöhnliche Deformationen sofort festgestellt werden können. Im Zuge dieser Arbeit wurde ein hybrides Vorhersagemodell entwickelt, das hilft, Deformationen zu beurteilen, und das zur verstärkten Überwachung beiträgt.

Über Optimierungsschritte ans Ziel
Die Verformungen der Staumauer Emosson hängen im Wesentlichen vom saisonal schwankenden Seestand und der Temperatur in der Struktur ab. Diese Umwelteinflüsse sind im Modell angesetzt. Die Entwicklung des hybriden Modells erfolgte iterativ. Zuerst wurden Wasserdruck und Temperaturlastfälle auf ein Finite-Elemente-Modell der Staumauer aufgebracht und die Verformungen berechnet. Diese statischen Einflüsse konnten anschliessend funktionell ausgedrückt werden und dienten als Grundlage dafür, die Deformationen vorherzusagen. Mit den vorhandenen Pendelmesswerten wurden diese Funktionen über ein statistisches Verfahren kalibriert, um das tatsächliche Verhalten der Mauer beschreiben zu können.

Korrelation der statischen Variablen

Das Messdispositiv der Staumauer Emosson umfasst nicht nur Pendel zur Deformationsmessung, sondern auch zahlreiche Betonthermometer, einen Seestandsmesser und viele weitere Instrumente. Werden der gemessene Seestand und die gemessenen Betontemperaturen als Eingangsgrössen in das Vorhersagemodell eingespeist, erhält man die resultierenden theoretischen Verformungen, deren Ganglinien mit denjenigen der tatsächlich gemessenen Verformungen korrelieren. Um die Korrelation zu optimieren, wurden in der Regressionsgleichung in mehreren Schritten noch weitere Parameter wie Lufttemperatur und Messungen von ausgewählten Thermometern integriert.
Das endgültige Modell zeigt eine sehr gute Korrelation mit den Messwerten – auch wenn der Seestand ungewöhnlich tief ist. Werden nun in der Staumauer Emosson Verformungen gemessen, die signifikant von der Vorhersage des hybriden Modells abweichen, sind diese auf aussergewöhnliche Ereignisse zurückzuführen. Verantwortliche können unmittelbar reagieren, den Ursprung eruieren und gegebenenfalls Massnahmen einleiten.
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