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WASSERBAU

Egon Failer, Mohamed Hassan El-Hadari und Musa Abdalla Salim Mutaz

1 Einleitung

Mit einer Fläche von 2,5 · 106 km2 ist der Su-dan das größte Land in Afrika. Vor der In-betriebnahme der ersten beiden Maschi-nensätze (2 · 125 MW) des Merowe-Was-serkraftwerkes im März 2009 stand der na-hezu 42 Mio. zählenden Bevölkerung für die Stromerzeugung nur eine installierte Leistung von etwa 1 000 MW und eine Jah-resenergie von etwa 3 900 GWh zur Verfü-gung. Dies entspricht der elekt rischen Lei-stung einer 25-Watt-Glühbirne pro Person, die wiederum nicht länger als 10 h/d in Be-trieb sein darf. Als Vergleich kann der Stromverbrauch in Deutschland herange-zogen werden, der pro Person mehr als 75-mal höher ist als im Sudan. Aufgrund der damaligen Stromversorgung im Sudan war kein nachhaltiges und nennenswertes wirt-schaftliches Wachstum im Lande möglich.

Mit der Inbetriebnahme des Merowe-Wasserkraftwerkes hat sich die Stromver-sorgung im Sudan erheblich verbessert, was sich bereits in einem stark anstei-genden Wirtschaftswachstum widerspie-gelt. Mit einer installierten Leistung von 1 250 MW generiert das Merowe-Wasser-kraftwerk eine durchschnittliche Jahres-energie von etwa 5 500 GWh bei nied-rigsten Kosten und geringster CO2 Emis-sion [1], [2], [5].

Weiterhin verfügt der Merowe-Stausee über eine Speicherkapazität von 8,2 Mrd. m3

Wasser, welches die Bewässerung von etwa 380 000 ha neuen landwirtschaft-lichen Ackerf lächen erlaubt. Wie aus Bild 1 zu ersetzen ist, hat im Niltal nörd-lich von Khartum nahezu keine landwirt-schaftliche Entwicklung stattgefunden, obgleich ausreichend fruchtbares Land zur Verfügung steht. Zum Vergleich wer-den das Niltal und das Nildelta in Ägyp-ten erwähnt, welche ganzjährig bewässert werden können. Als Wasserspeicher dient der Assuan-Stausee, der in Bild 1 eben-falls deutlich zu erkennen ist. Bei einer ganzjährigen Bewässerung der 380 000 ha großen Ackerflächen können Grundnah-rungsmittel wie Weizen und Kartoffeln für ca. 8 bis 10 Mio. Menschen produziert werden.

2 Die Projekthistorie

Das „Wasserprojekt“ Merowe im Sudan wird in der deutschen Literatur erstmalig in der Erstausgabe der Fachzeitschrift „Deut-sche Wasserwirtschaft“, einer der Vorläu-ferzeitschriften der Fachzeitschrift Wasser-Wirtschaft, am 1. Januar 1912 erwähnt [3]. Unter dem Titel „Bewässerung des Sudans“ wurde erläutert, wie mit einer guten Bewäs-serung die ursprüngliche Ertragsfähigkeit des Bodens wieder hergestellt werden könnte. Mit der Errichtung von Wehren am dritten, vierten und fünften Katarakt

Der Merowe-Staudamm und das dazugehörige Wasserkraftwerk liegen am Nil, ca. 350 km nördlich von Khartum und ca. 550 km stromaufwärts vom Assuan Staudamm in Ägypten. Die Mehrzweckanlage dient der Stromerzeugung durch die zehn Maschinensätze der 1 250 MW Wasserkraftanlage, der Bewässerung von landwirtschaftlichen Ackerflächen (ca. 380 000 ha) und dem Hochwasserschutz. Im Jahr 2010 erzeugte das Merowe-Wasserkraftwerk mehr als 60 % des Strom verbrauchs im Sudan. Weiterhin wird der Merowe-Staudamm die Sediment-ablagerung im Assuan-Stausee erheblich reduzieren. Da mehr als 90 % des Stausees Wüsten-gebiete überschwemmen, gingen „nur“ ca. 6 000 ha landwirtschaftliche Flächen verloren. Die dadurch resultierende geringe Menge an Biomasse im Speicherraum reduziert die CO2-Emission aus dem Speichersee auf ein Minimum.

Der Merowe-Staudamm und dessen Wasserkraftwerk im Sudan

Bild 1: Satellitenfoto des Nils in Ägypten und im Nordsudan

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könnte eine „Ganzjahrbewässerung“ er-reicht und ein „neues Ägypten“ geschaffen werden.

Erste umfassende Studien wurden dann erst in den 1940-er Jahren durchgeführt, die in den 1990-er Jahren von den Pla-nungsbüros Monenco Agra, Kanada, und Hydro Projekt Institute (HPI), Moskau, weiterentwickelt wurden. Mitte 2000 wurde Lahmeyer International (LI) von der damaligen Projektentwicklungsge-sellschaft MDPIU mit einer Projektbe-wertung beauftragt, mit dem Ziel, inter-nati onale Investoren und Entwicklungs-banken für die Projektfinanzierung zu gewinnen. Weiterhin wurden technische Verbesserungsvorschläge ausgearbeitet und zusätzliche geotechnische Unter-suchungen durchgeführt. Anfang 2001 schrieb der Bauherr sämtliche Ingenieur-leistungen für die Implementierung des Merowe-Staudammes international aus, die im Februar 2002 an LI vergeben wur-den. Dieser Ingenieurvertrag beinhaltete die Erstellung von aktualisierten Aus-schreibungsunterlagen, Durchführung der internationalen Ausschreibungen, Vertragsverhandlungen und Vergabe, baureife Entwurfsplanung, Vertragsma-nagement einschließlich Überwachung und Qualitätssicherung sämtlicher Bau-, Liefer- und Installationsarbeiten (s.  a. Ross et al. [7]).

Im Juni 2003 wurde der Bauvertrag (einschließlich Stahlwasserbau) in Höhe von 607 Mio. € an ein chinesisches Bau-konsortium vergeben. Im Dezember 2003 folgte die Vergabe der Verträge für die elektromechanischen Ausrüstungen in Höhe von 257  Mio.  € sowie für das

Stromübertragungssystem in Höhe von 397 Mio. US$.

Unter Berücksichtigung der Preisan-passung über 6 Jahre sowie den Kosten für die Umsiedlung und Entschädigung der betroffenen Bevölkerung (mehr als 600 Mio. US$) beliefen sich die Projektge-samtkosten auf nahezu 2 Mrd. €. Über 55 % dieser Kosten wurden von ara-bischen Entwicklungsbanken aus Saudi Arabien, Kuwait, Abu Dhabi, Oman und Katar finanziert, sowie ca. 15 % durch Ex-portkredite aus China. Die restlichen ca. 30 % der Projektkosten finanzierte die sudanesische Regierung.

3 Der Nil und seine Hydrologie

Das typische Abflussverhalten des Nils so-wie dessen Hochwasserpotenzial stellen Aspekte dar, die die Planung, Ausführung und den Betrieb der Anlage bedeutend be-einflussen. Typische Jahresabflussgangli-nien des Nils bei Merowe sind in Bild 2 dargestellt; die weiteren Details zur Hyd-rologie werden von Mödinger et al. [6] in dieser Ausgabe der WasserWirtschaft dar-gelegt.

Von Januar bis Juni, während der Nied-rigwasserperiode, beträgt der durch-schnittliche Abfluss etwa 1 000 m3/s, der in „trockenen“ Jahren unter 500 m3/s sinken kann. Anschließend folgen von Juli bis Ok-tober die typischen jährlichen Nilhoch-wasser, deren Spitzenabflüsse gewöhnlich bis auf den 10-fachen Wert der Abflüsse der Niedrigwasserperiode ansteigen.

Auf Basis der hydrologischen Daten der vergangenen 45 Jahre wurden folgende

Hochwasserspitzenabflüsse und dazuge-hörige Jährlichkeiten ermittelt: ■ 12 200 m3/s: 10-jährlich ■ 13 850 m3/s: 100-jährlich ■ 15 000 m3/s: 1 000-jährlich ■ 15 800 m3/s: 10 000-jährlich

Die Hochwasserentlastungsanlage ist für eine Abf lussleistung von 19 900  m3/s entworfen, was einem PMF-Äquivalent entspricht.

4 Die Herstellung von Orthofotokarten und bathy metrische Vermessung

Im Vorfeld der Planungs- und Entwurfsar-beiten beauftragte der Bauherr DIU LI zu-sätzlich mit einer großflächigen Kartie-rung des Projektgebietes mittels Orthofo-tos, d. h. dem zukünftigen Speicherbecken sowie den zukünftigen Bewässerungsge-bieten im Unterwasserbereich des Stau-sees. Die daraus resultierenden digitalen und analogen Datensätze bildeten die Grundlage für die Planung des Merowe-Staudammes sowie dessen Bewässerungs-gebiete. Die Orthofotoproduktion umfasst ungefähr 51 000 km2 Fläche im Maßstab 1:20 000 und weitere 22 500 km2 im Maß-stab 1:5 000. Die betrachtete Gesamtfläche übertrifft die Fläche des Freistaats Bayern.

Weiterhin wurde von LI eine umfas-sende bathymetrische Vermessung des Nils auf einer Länge von 600 km von Abu Hamed bis Dongola durchgeführt. Zum Vergleich: Dies entspricht dem Rheinab-schnitt zwischen Basel und Krefeld. Die über 300 Fluss- und Landprofile dienten den verschiedenen hydraulischen Unter-suchungen im Rahmen der Projektpla-nung, wie Wasserspiegellinienberech-nungen bei Hochwasser über lange Fluss-strecken, Sedimentations- und Erosions-analysen, Festlegung von zukünftigen hydrologi schen Messstationen etc. Im Vorfeld dieser bathymetrischen Vermes-sung wurde ein weiträumiges geodäti-sches Präzi sionsnetz entlang beider Ufer-zonen geplant und installiert, das aus mehr als 250 Festpunkten besteht.

5 Die Geologie und Tektonik

Auf beiden Ufern stehen hauptsächlich präkambrische Biotitgneise mit einigen Einschaltungen von Granitgneisen an. Beide Gesteinsvarietäten werden von syn- und postorogenen Pegmatit- und Aplitgän-

Bild 2: Typische Jahresabflussganglinien des Nils bei Merowe

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gen durchzogen. In diese Serie intrudierte im Paläozoikum Rhyolit in Form steil ste-hender Gänge. Ein letzter Vulkanismus er-folgte im Tertiär mit Mikrodioriten und Basalt. Als Folge der orogenen Prozesse ist das kristalline Grundgebirge gefaltet und von Störungen sowie Scherzonen durchzo-gen. Der Biotitgneis zeigt eine ausgeprägte Schieferung, die hauptsächlich NW-SO streicht und steil in westliche Richtungen einfällt. Die Störungen erstrecken sich NO-SW, NW-SO, N-S und O-W.

Jenseits der beiden Ufer steht das Grundgebirge fast vollständig oberf lä-chennah an. Die Flussbette im rechten und linken Nilarm sind dagegen mit bis zu 30 m mächtigen schluffigen bis kie-sigen Sanden von mitteldichter bis dichter Lagerung gefüllt. In den 100 m bis 300 m breiten Uferstreifen erreichen die Schluffe (Nilschlamm) bis zu 8 m Mächtigkeit.

Die geotechnischen Gebirgsparameter für Biotit- und Granitgneis sowie für Pegmatit wurden durch Laborversuche bestimmt und sind in Tabelle 1 zusam-mengefasst.

Sämtliche Betonbauwerke einschließ-lich des Krafthauskomplexes gründen pri-mär auf gering verwittertem Biotitgneis der Gebirgsklasse II (nach Bieniawkis RMR); die intrudierten Pegmatite und, zu

einem geringeren Anteil, auch die Aplite wurden etwas besser eingestuft. Diese Ganggesteine weisen gewöhnlich geringe Mächtigkeiten auf, können aber auch 5 m bis 30 m mächtig werden. Entlang der Gründungsplatten der Betonoberflächen-dichtungen wurde überwiegend eine Fels-qualität der Gebirgsklasse III gefordert. Gebirgsklasse IV wurde nur in schmalen Zonen steil einfallender Störungen oder in hydrothermal veränder tem Gebirge zuge-lassen. Mit Ausbruchtiefen zwischen 3 m und 5 m konnte diese Forderung erfüllt werden.

6 Das Staudammprojekt

6.1 Projektkonzept Die Merowe-Mehrzweckanlage besteht aus einer Hochwasserentlas tung (HWE), einem Einlaufbauwerk, einem Kraftwerk-komplex, mehreren Steinschüttdämmen mit Kern- und Betonoberf lächendich-tungen, zwei Auslässen für zukünftige Be-wässerungszwecke sowie einem 500-kV-Stromübertragungssys tem mit dazuge-hörigen Schaltanlagen. Die Staudamman-lage bei Ersteinstau im Jahr 2009 ist in Bild 3 anhand eines Satellitenfotos darge-stellt.

6.2 Die Flussumleitung während der Bauzeit

Im Hinblick auf das extrem hohe Hoch-wasserpotenzial des Nils im Zeitraum Juli bis Oktober, stellte die Planung und Aus-führung der Flussumleitung während der 6-jährigen Bauzeit eine außergewöhnlich anspruchsvolle Ingenieuraufgabe dar. Das natürliche doppelarmige Flusssystem an der Staudammstelle, bestehend aus dem linken Haupt- und dem rechten Nebenarm, wurde bereits in Vorstudien als außeror-dentlich vorteilhaft für die Flussumleitung beschrieben. In der daraus resultierenden Bauablaufplanung wurde die Flussumlei-tung in zwei prinzipiellen Umleitungspha-sen wie folgt unterteilt und durchgeführt: ■ Phase 1: Schließung des rechten Neben-

f lussarms und Abfluss des Nils nur durch den linken Hauptarm während der ersten beiden Jahre (von Januar 2004 bis Dezember 2005). Vergröße-rung des Abf lussprofils des rechten Flussarms und Bau der HWE und des Einlaufbauwerks im rechten Nebenarm bis zur Höhenkote 264 m ü. NN.

■ Phase 2: Schließung des linken Haupt-flussarms am 31.12.2005 und Umlei-tung des Nils durch den vergrößerten rechten Flussarm und durch die teilwei-se fertig gestellte HWE.

Am 30. und 31.12.2005 wurde die vertrag-lich festgelegte Schließung des ca. 500 m breiten linken Hauptflussarms erfolgreich durchgeführt und der Nil durch die teil-weise fertig gestellte Hochwasserentlas-tungsanlage abgeleitet. Diese Schließung des Nils (Bild 4) stellte im Sudan ein histo-risches Ereignis dar.

Während der Hochwasserperiode im Jahr 2006 wurde ein Spitzenabfluss von na-

Tab. 1: Geotechnische GebirgsparameterGestein Druckfestigkeit qu [MPa] Reibungswinkel φ [°] Kohäsion c [MPa]

Biotitgneis 37 bis 130 41 0,5

Biotitgneis, hydrother-mal beeinfl usst 21 bis 51 35 0,1

Granitgneis 42 bis 127 43 0,6

Pegmatit 53 bis 135 50 0,8

Bild 3: Satellitenfoto vom 9,3 km langen Merowe-Staudamm beim Ersteinstau (Quelle: QuickBird © DigitalGlobe 2009; Distributed by e-GEOS; 16.03.2009)

Bild 4: Schließung des linken Hauptflussarmes des Nils am 30. / 31.12.2005

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hezu 11 000 m3/s aufgezeichnet, der etwa 2 500 m3/s über dem langjährigen Mittel-wert lag. Oberstromseitig stieg der Wasser-spiegel auf die Höhenkote 259,6 m ü. NN, etwa 4 m unterhalb der Dammkrone des oberwasserseitigen Kofferdammes. Da das Flussumleitungskonzept im ersten Jahr der Phase 2 auf das 100-jährliche Hochwasser-ereignis mit einem Spitzenabfluss von 13 850 m3/s bemessen war, wurde die Hoch-wasserwelle des Jahres 2006 schadlos abge-führt. Bild 5 zeigt den Abfluss durch die teilweise fertiggestellte Hochwasserentla-stungsanlage während der Sommerflut im Jahr 2007, deren Spitzenabfluss 11 000 m3/s überstieg. Mit dem Erreichen des Stauziels im Frühjahr 2009 wurde die Flussumlei-tung für das Merowe-Staudammprojekt er-folgreich abgeschlossen.

6.3 Die Hochwasserentlastungsanlage Die teilweise fertig gestellte HWE wurde, wie unter 6.2 beschrieben, über mehr als 3 Jahre für die Flussumleitung herangezo-gen. Während dieser Umleitungsphase 2 wurden die 60 m hohen Pfeiler zwischen den 14 Wehrfeldern bis auf Höhenkote 303 m ü. NN fertig gestellt. Die dazwi-schen liegenden Wehrkörper der 12 Tief-auslässe und der 2 Überfallwehre wurden nach der Sommerflut im Jahr 2007 suk-zessive fertig gestellt. Hierzu wurden die einzelnen Wehrfelder mit Dammbalken nach einem vertraglich festgelegten Zeit-plan temporär verschlossen. Für die Fer-tigstellung der HWE waren mehr als 35 Hauptbauabschnitte erforderlich, deren Ablauf präzise mit dem Abflussverhalten des Nils und dem Baufortschritt der ver-

schiedenen Staudammabschnitte koordi-niert und abgestimmt werden musste.

Die HWE ist etwa 67 m hoch und um-fasst 12 Tiefauslässe und 2 Überfallwehre, die in Bild 6 dargestellt sind. Jeder der Tief-auslässe ist 6 m breit und 10 m hoch und verfügt bei Vollstau (300 m ü. NN) über eine Abflusskapazität von etwa 1 292 m3/s. Die beiden Überfallwehre sind jeweils am linken sowie rechten Ende der HWE ange-ordnet und weisen eine Breite von 15 m und eine Überfallhöhe von 19,5 m auf. Bei Vollstau erreicht jedes Überfallwehr einen Abfluss von etwa 2 271 m3/s. Die Gesamt-abflusskapazität der HWE resultiert somit in 20 046 m3/s, die geringfügig über der Entwurfskapa zität von 19 900 m3/s, einem PMF-Äquivalent, liegt. Zusätzlich zur Ab-flussleistung der HWE können weitere 1 500 m3/s über die 6 Sedimentspülausläs-se abgeführt werden, die unterhalb der Einlauftrompeten im Einlaufbauwerk angeordnet sind.

Sämtliche Auslässe der HWE sind mit Radialschützen versehen, die auf hydrosta-tische Lasten von etwa 55 MN und 25 MN bemessen sind. Diese gewaltigen Auflager-kräfte werden über die 3 m dicken Trenn-pfeiler und die 5 m dicke Gründungsplat-te in den Untergrund abgetragen.

Die hydraulische Leistungsfähigkeit der HWE sowie deren dynamische Belas-tung im Betriebsfall wurde mittels hyd-raulischer Modellversuche im Maßstab 1:40 verifiziert, die bei Wiesemann et al. [8] beschrieben sind. An dieser Stelle wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei Voll-betrieb die HWE einer mechanischen Leis tung von etwa 10 000 MW ausgesetzt ist, die im Tosbecken „vernichtet“ wird. Diese Leistung entspricht etwa der Ge-

Bild 5: Flussumleitung durch die teilweise fertiggestellte Hochwasserentlastungs-anlage im Sommer 2007

Bild 6: Querschnitte durch die Hochwasserentlastungsanlage

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samtleistung von 4 großen Kernkraft-werken, wie beispielsweise KKW Biblis Block A und B (je 1 200 MW).

Aufgrund dieser enormen Energieum-wandlung im Tosbecken, in das der aus den Schützenöffnungen kommende Was-serstrahl eintaucht, so dass auch von einem Tauchbecken oder Sturzbett ge-sprochen werden kann, ist die HWE im Unterwasser durch einen 13 m tiefen Be-tonsporn und eine 30 m lange und 2 m dicke stark bewehrte Sohlenplatte gegen rückschreitende Erosion gesichert. Die über 25 m hohen linken und rechten Sei-tenwände des Tosbeckens sind als Ge-wichtsmauern ausgebildet, die durch bis zu 22 m tiefe und 1,2 m breite bewehrte Betonpfahlwände gegen Unterspülung gesichert sind.

6.4 Die SteinschüttdämmeNeben den 550 m langen Betonbauwerken, bestehend aus Einlauf- und Übergangs-bauwerk sowie der HWE, umfasst der Me-rowe-Staudamm noch mehrere Abschnitte aus Steinschüttdämmen mit einer Gesamt-länge von nahezu 8 700 m. Da während der Planungsphase nicht ausreichend große Mengen an Kernmaterial für das Damm-bauwerk in wirtschaftlicher Entfernung nachgewiesen werden konnten, wurde ein Großteil der Steinschüttdämme mit einer Betonoberf lächendichtung ausgeführt. Wirtschaftlichkeitsberechnungen zeigten jedoch, dass Steinschüttdämme mit Beton-oberf lächendichtung bei Dammhöhen von weniger als 15 bis 16 m aus Kosten-gründen nicht zur Ausführung kommen sollten. Aufgrund dieser Erkenntnisse ka-men folgende Steinschüttdammtypen zur Ausführung (s. Beitrag Erhardt et al. [9]): ■ Steinschüttdamm mit Kerndichtung im

Bereich des linken Hauptflussarmes; dieser Steinschüttdamm ist auf einer über 30 m mächtigen Flussablagerung gegründet;

■ Steinschüttdämme mit Betonoberflä-chendichtung auf den linken und rech-ten Talflanken;

■ Steinschüttdämme mit Kerndichtung als Enddämme.

6.4.1 Steinschüttdamm mit KerndichtungDer Hauptdamm (linker Flussarm) stellt einen klassischen Steinschüttdamm mit Erdkern, Fein- und Grobfilter sowie ober- und unterwasserseitigen Stützkörpern dar. Im Hinblick auf die über 30 m mächtigen Flussablagerungen wurde alternativ auch ein Steinschüttdamm mit Betonober-

flächendichtung untersucht, dessen Aus-führung jedoch den Aushub eines Groß-teils der Flussablagerungen vorausgesetzt hätte. Diese Alternative wurde letztend-lich verworfen, da diese die Bauzeit um ca. ein Jahr verlängert hätte.

Spannungs- und Verformungsberech-nungen im Dammkörper und in der Dammgründung zeigten, dass eine unter dem Erdkern angeordnete, 1 m dicke und etwa 400 m lange Schlitzwand aus plas-tischem Beton (plastic concrete) als Dich-tungselement eingesetzt werden konnte. Die erforderliche Plastizität des Betons wurde unter anderem durch Zugabe von Bentonit und Reduzierung des Zement-gehalts erreicht. Zur Reduzierung von Spannungsspitzen im Erdkern wurde der „Kopf“ der Schlitzwand in ein „Kissen“ aus hochplastischem Ton eingebettet.

Der Steinschüttdamm mit Erdkern ist 880 m lang und 74 m hoch und weist ein Gesamtvolumen von 8,0 · 106 m3 auf. Die ober- und unterwasserseitigen Böchungen der Stützkörper sind 1:2 beziehungsweise 1:1,8 geneigt. Die oberwasserseitige Bö-schung ist mit einer 2,5 m dicken Lage aus bis zu 30 kN schweren Felsblöcken gegen Wellenschlag gesichert.

6.4.2 Steinschüttdämme mit Betonoberflächendichtung

Wie bereits oben erwähnt, wurden sowohl aus Materialverfügbarkeits- als auch aus Wirtschaftlichkeitsgründen auf beiden Talflanken Steinschüttdämme mit Beton-oberflächendichtung errichtet. Aufgrund der Topografie erstrecken sich deren Län-gen auf der rechten Talflanke auf 4 315 m, beziehungsweise auf 1 590 m auf der lin-ken Seite. Sie zählen somit weltweit zu den längsten jemals gebauten Steinschüttdäm-

men mit Betonoberf lächendichtungen. Die wasser- und luftseitigen Böschungen sind mit 1:1,3, beziehungsweise 1:1,5 ge-neigt. Das Gesamtvolumen beider Stein-schüttdämme belief sich auf 5,3 · 106 m3. Bild 7 zeigt den linken Steinschüttdamm mit integriertem Auslassbauwerk für Be-wässerungszwecke.

Die Betonoberflächendichtung wurde mit Hilfe von Gleitschalungen in 15 m breiten „Bahnen“ erstellt, deren Dicke sich am Dammfuß von ca. 45 cm auf 30 cm an der Dammkrone verjüngt. Zur Vermei-dung von Schubbrüchen infolge von un-regelmäßigen Setzungen der Steinschüt-tung wurde in Plattenmitte eine Kreuzbe-wehrung eingebaut. Mit einer speziellen Betonmischung und einer sorgfältigen Nachbehandlung konnten Schwindrisse selbst bei gemessenen Temperaturen über 80  °C an der Betonoberf läche (direkte Sonneneinstrahlung) vermieden werden.

Der Übergang von der Kerndichtung zur Betonoberflächendichtung stellte eine besondere Herausforderung für die Pla-nung und Ausführung dar. Mit Hilfe eines 48 m hohen Sonderbauwerks mit unter-schiedlichen Neigungen auf der Kern- und Oberflächendichtungsseite konnte ein wasserdichtes „interface element“ ent-worfen und gebaut werden.

6.5 Das EinlaufbauwerkDas Einlaufbauwerk ist etwa 300 m lang und 67 m hoch und beinhaltet zehn se pa-rate Einlässe mit je 300 m3/s Abflussleis-tung [8]. Ein Querschnitt durch das Ein-laufbauwerk und das Krafthaus ist in Bild 8 dargestellt. Jeder Einlass ist mit einem Rechen, einem Revisionsverschluss und einem Rollschütz ausgerüstet, wel-ches 8,5 m breit und 10,5 m hoch ist. Hin-

Bild 7: Steinschüttdamm mit Betonoberflächendichtung und integriertem Auslassbauwerk für die Bewässerung

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ter dem Rollschütz folgt eine Übergangs-strecke, die den Wasserweg von einem Rechteckprofil in ein Kreisprofil überlei-tet. Die Druckrohrleitung mit einer Blech-dichte von 18 mm bis 32 mm weist einen Durchmesser von 8,5 m auf.

Das ursprüngliche Einlaufbauwerk war für einen minimalen Betriebswasserspie-gel von 290 m ü. NN entworfen, der im Verlauf der Planung um weitere 5 m ge-senkt wurde. Der dadurch zusätzlich ge-wonnene Speicherraum erlaubt einen Minimalbetrieb der Anlage auch während extremer Trockenperioden, erforderte aber zusätzliche hydraulische Untersu-chungen und Modellversuche im Hinblick auf Wirbelbildung mit Lufteintritten.

Aus statischer Sicht konnte das Ein-laufbauwerk nicht als konventionelle Ge-wichtsmauer konzipiert werden, da die 11,5 m breiten und 13 m tiefen „Ausspa-rungen“ für die Druckrohrleitungen das Tragverhalten des Bauwerkes gravierend beeinflussten. Zur Abtragung der hori-zontalen Wasserlasten (ca. 20  MN/m Bauwerkslänge) wurden zwischen den Druckrohrleitungen stark bewehrte Schubwände angeordnet.

6.6 Das KrafthausDas Krafthaus ist ca. 328 m lang, 44,5 m breit und 60 m hoch und ist direkt am Fuße des Einlaufbauwerkes angeordnet

[8]. Jeder der 10 Maschinensätze (Francis-Turbinen) ist für eine Nennleistung von 125 MW ausgelegt, die über die Einpha-sen-Transformatoren mit der 500-kV-Schaltstation und dem neuen 500-kV-Höchstspannungsnetz verbunden sind (s. Beitrag Bucher und Meschitz [10] in dieser Ausgabe der WasserWirtschaft).

Für die Montage und Wartung der Ma-schinensätze sind in der Krafthaushalle zwei Brückenkräne mit einer Tragkraft von je 3 000 kN installiert. Bild 9 zeigt das Laufrad der Francis-Turbine bei der Ab-nahme im Werk des Lieferanten, wäh-rend Bild 10 die Montage der Maschinen-sätze in der Maschinenhalle zeigt. Am 03.03.2009 wurden die ersten beiden der insgesamt zehn Maschinensätze mit je 125 MW Leistung in Betrieb genommen (Bild 11), und werden seitdem erfolgreich auf der Basis des speziell entwickelten Betriebskonzeptes für die Gesamtanlage (Bild 12) betrieben (s. Brown et al. [11]).

7 Umwelt- und sozio- ökonomische Aspekte

Mit dem Bau des Staudammes mussten etwa 70 000 Menschen der Stämme der Hamdab, Amri und Manasir in den Jah-ren 2003 bis Anfang 2008 umgesiedelt werden. Ihre ursprünglichen Lebensum-

stände waren sehr ärmlich, ihre Häu ser waren ohne Wasser- und Stromversor-gung sowie nur mit sehr mangelhaften sanitären Einrichtungen ausgestattet. Trinkwasser wurde ohne Behandlung direkt aus dem Nil entnommen. Soziale

Bild 8: Querschnitt durch Einlaufbauwerk und Krafthaus

Bild 9: Laufrad der Francis-Turbine

Bild 10: Blick in die Maschinenhalle während der Montage der Maschinensätze (Laufrad und zwei Generator-Rotoren)

Bild 11: Inbetriebnahme der beiden ersten Maschinensätze am 3. März 2009 unter Teilnahme der lokalen Bevölkerung

Bild 12: Der fertiggestellte Staudamm mit Wasserkraftanlage

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Einrichtungen und Schulen waren nur spärlich vorhanden.

Bereits im Jahre 1999 führte der Bau-herr zusammen mit anderen Regierungs-behörden eine detaillierte Volkszählung und Bestandsaufnahme im zukünftigen Speicherraum durch, bei der auch das Privateigentum der betroffenen Personen, wie z. B. Häuser, Ackerland, Tiere, Dattel-palmen etc., erfasst wurde. Basierend auf dieser Volkszählung und nach Zustim-mung der jeweiligen Stammesführer wur-den von der sudanesischen Regierung vier große Umsiedlungsgebiete entwickelt. Das erste Gebiet war El-Multaga, welches im Jahre 2003 fertig gestellt und später in New Hamdab umbenannt wurde. Es folgten New Amri, El Mukrabrab und Kaheila East (zusammen eine Fläche von über 62 400 ha). Mehr als 12 000 solide Familienhäuser wur den in den Umsiedlungsdörfern vom Bauherrn gebaut; sie alle verfügen über

Wasser- und Stromversorgung sowie sani-täre Anlagen.

Die Dörfer verfügen außerdem über Schulen, Krankenhäuser, Moscheen und andere soziale Einrichtungen, wie auch über Sport- und Weiterbildungsstätten. Auf die Stärkung der Rolle der Frauen in diesen Gemeinschaften wurde durch die Schaffung von neuen Frauenverbänden besonders geachtet [4].

Bauern und ihre Familien erhielten großzügige Flächen an Ackerland sowie Barzahlungen als Kompensation für ent-gangene Ernten und verlorene Dattelpal-men. Zur Förderung des Erfahrungsaus-tauschs über neue landwirtschaftliche Techniken wurden Verbände für Bauern und Wasserverbraucher gegründet. Für den Bau der Umsiedlungsgebiete und der notwendigen Infrastruktur sowie die Geld-kompensation wurden vom Bauherrn ins-gesamt mehr als 600 Mio. US$ investiert.

Über die vom Bauherrn DIU geplanten und durchgeführten Umsiedlungsmaß-nahmen und Entschädigungen wird in einer späteren Ausgabe der WasserWirt-schaft separat berichtet werden.

AutorenEgon FailerLahmeyer International GmbHFriedberger Straße 173, 61118 Bad Vilbelegon.failer@lahmeyer.de

Mohamed Ahmed El-HadariMutaz Musa Abdalla SalimDams Implementation Unit (DIU)Ministry of Electricity & DamsRiadh, Building No. 218, Block 21Khartoum, Sudandepmgr_diu@merowedam.gov.sdmutaz@merowedam.gov.sd

Literatur[1] Failer. E.; Abdelbagi. O. E.: The Merowe Dam

Project versus a Thermal Power Mix – A Green-house Gas Balance Sheet. In: HYDRO 2002 International Conference, Kiris, Türkei, 04.-07.11.2002.

[2] Failer, E.; Mutaz, M.; El Tayeb, A.: Merowe: The largest water resources Project under construction in Africa. In: Hydropower & Dams, (2006), Nr. 6.

[3] Katscher. L.: Großzügige Wasserbaupläne, 3.  Bewässerung des Sudan. In: Deutsche Wasserwirtschaft, Erstausgabe, 01.01.1912.

[4] Bartle, A.: Startup at Merowe: a major boost for socio-economic development in Sudan. In: Hydropower & Dams, (2009), Nr. 3.

[5] Failer, E.: The 1,250 MW Merowe Hydropower Plant, Technical Assistance for Operation and Maintenance. In: HYDRO 2010 International Conference, Lisabon, Portugal, 27.-29.09. 2010.

[6] Mödinger, J.; Grass, C.; Saghayroon, A. E.: Hyd-rologie, Sedimentation und Stauraumbewirt-schaftung des Merowe-Projektes. In: Wasser-Wirtschaft 101 (2011), Heft 1-2, S. 17-22.

[7] Ross, R.; El Tayeb, A.; Richter, T.: Besondere logistische Herausforderungen beim Bau des Merowe-Staudammes. In: WasserWirtschaft 101 (2011), Heft 1-2, S. 23-29.

[8] Wiesemann, J.-U.; Weber, J.; Bahaeldeen, A. Z.: Grundlegende Aspekte für den Entwurf des Krafthauses und der Hochwasserentlastungs-anlage des Merowe-Staudammes. In: Wasser-Wirtschaft 101 (2011), Heft 1-2, S. 30-35.

[9] Ehrhardt, T.; Scheid, Y.; El Tayeb, A.: Entwurf und Ausführung der Steinschüttdämme und der Schlitzwand des Merowe-Projektes. In: WasserWirtschaft 101 (2011), Heft 1-2, S. 36-42.

[10] Bucher, R.; Meschitz, H.: Koordination und Durchführung der zeitgleichen Inbetriebnah-me der 1 400-MVA-Wasserkraftanlage Mero-we und des 500-kV-Höchstspannungsnetzes. In: WasserWirtschaft 101 (2011), Heft 1-2, S. 43-48.

[11] Brown, M.; Scheid, Y.; Mödinger, J.: Betrieb und Wartung der Wasserkraftanlage Merowe. In: WasserWirtschaft 101 (2011), Heft 1-2, S. 49-53.

Эгон Файлер, Мохамед Хассан Эль-Хадари и Муса Абдалла Салим Мутаз

Водоподпорная плотина и гидроэлектростанция Мерове (Судан)

Водоподпорная плотина и гидроэлектростанция Мерове расположены на реке Нил, примерно в 350 км к северу от Хартума и на расстоянии около 550 км вверх по течению от Ассуанской плотины в Египте. Многоцелевое сооружение построено с целью выработки электроэнергии, получаемой с помощью десяти агрегатов гидроэлектростанции мощностью в 1 250 мгвт и, кроме того, служит для орошения сельскохозяйственных угодий (площадью около 380 000 га) и противопаводковой защиты. Плотина Мерове может помочь в значительной степени снизить уровень седиментных отложений в Ассуанском водохранилище. Более 90 % площади приплотинного водохранилища затапливают районы пустыни, таким образом, теряется «только» около 6 000 ha площади пахотных земель. Как следствие этого уменьшается количество биомассы в емкости водохранилища, что снижает эмиссию CO2 до минимума.

Egon Failer, Mohamed Hassan El-Hadari and Musa Abdalla Salim Mutaz

The Merowe Dam and its Hydropower Plant in Sudan

The Merowe Dam and its hydropower plant is located on the Nile about 350 km north of Khartoum and about 550 km upstream of the Aswan High Dam in Egypt. This project has been designed to serve several purposes, namely: the generation of electricity by the ten generating units of its 1 250 MW hydropower plant, the sup-ply of water to centralized agricultural irrigation schemes (about 380 000 ha) and the protection against the high floods of the Nile. In 2010 the Merowe hydropower plant generated more than 60 % of Sudans‘s electricity consumption. Furthermore, the Merowe Dam will act as a sediment trap, reducing the sedimentation of the As-wan High Dam further downstream in Egypt. Due to the fact that more than 90 % of the reservoir area is desert land, “only” about 6 000 ha of agricultural land has been submerged. Therefore, there is only a very limited amount of biomass in the reser-voir area, which results in the very low CO2 emissions.