Wasserbau

Begriff und Bedeutung

Wasserbau bezeichnet Maßnahmen, technische Eingriffe und Ingenieurbauwerke im Bereich des Grundwassers, der Oberflächengewässer und der Meeresküsten. Das Fachgebiet greift ober- und unterirdisch in Gelände und Gewässer ein und errichtet dafür kleine bis große technische Anlagen. Die Bezeichnung Hydrotechnik ist heute weniger gebräuchlich.

Grundlage des Wasserbaus ist die Wasserwirtschaft. Sie umfasst das Wassermanagement, also die langfristige und nachhaltige Verwaltung und Nutzung der Ressource Wasser. Der Wasserbau ist ein Teil des Bauingenieurwesens und nutzt deshalb grundlegende ingenieurtechnische Berechnungs- und Planungsmethoden.

Aufgaben und Fachgebiete

Zu den wichtigsten Bereichen gehören:

• Die Siedlungswasserwirtschaft stellt die Versorgung mit Trink- und Brauchwasser sowie die Ableitung und Reinigung von Abwasser sicher.
• Gewässerausbau und Flussbau befassen sich mit Gewässerunterhaltung, Gewässerqualität und Hochwasserschutz.
• Der landwirtschaftliche Wasserbau unterstützt die Produktion durch Entwässerung und Bewässerung und verbessert dadurch die Bodenbewirtschaftung.
• Der Verkehrswasserbau und das Küsteningenieurwesen machen Binnen- und Küstengewässer für den Schiffstransport nutzbar. Dazu dienen Hafen-, Kanal- und Küstenschutzbauwerke.
• Der Energiewasserbau nutzt die Energie des Wassers mit Stauanlagen, Wasserkraftanlagen und Speicherbecken.

Nach Aufgaben und Zielsetzungen lassen sich die Arbeitsfelder außerdem in vier Gruppen einteilen. Beobachtende und analysierende Fachbereiche sind Hydrologie, Wassermengenwirtschaft und besonders die Grundwasserbewirtschaftung. Sie stehen in Verbindung mit Meteorologie, Geologie und Geographie. Schützende und erhaltende Bereiche umfassen Trinkwasser- und Grundwasserschutz, Hochwasser- und Küstenschutz sowie Gewässerunterhaltung und -ausbau; dabei besteht eine enge Verbindung zur Ökologie. Wasserversorgende Bereiche behandeln Trinkwassergewinnung und -aufbereitung, Trinkwasserversorgung und Abwasserreinigung und arbeiten unter anderem mit Mikrobiologie, Biochemie, Umwelt- und Verfahrenstechnik zusammen. Infrastrukturbildende Bereiche sind der Verkehrswasserbau mit Kanal-, Schleusen- und Hafenbau sowie die zugehörigen Küstenschutzmaßnahmen; sie stehen in enger Verbindung zum Erd- und Grundbau.

Berechnungen, Messungen und Modelle

Die Grundlagen für die Beurteilung ober- und unterirdischer Wassermengen werden mit Methoden der Hydrologie erfasst. Dazu gehören Hydrometrie und Gewässerkunde. Hydraulische Berechnungsverfahren sind besonders wichtig: Die Fluidstatik untersucht Wasser in Ruhe, die Fluiddynamik Wasser in Bewegung.

Da sich manche Vorgänge einer rein mathematisch-analytischen Beurteilung entziehen, ergänzt der Wasserbau die Berechnungen durch ein ausgeprägtes Versuchswesen. Physische Modelle dienen insbesondere dazu, grundlegende hydraulische Vorgänge, Abflussverhältnisse in vielgliedrigen Flusssystemen und an Hafenanlagen sowie die Dynamik von Meereswellen zu untersuchen. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Großrechneranlagen wurden diese physischen Modellierungen in den letzten Jahren durch computergestützte Modellierungen ergänzt oder teilweise ersetzt.

Geschichtliche Entwicklung

Die Hauptrichtungen des heutigen Wasserbaus entwickelten sich gemeinsam mit der Siedlungsgeschichte des Menschen. Wasserbauliche Maßnahmen sind in allen Kulturkreisen der Erde belegt. Als in Europa um 3000 v. Chr. größere Siedlungen und Städte entstanden, konnte ihr Wasserbedarf nur durch künstliche Eingriffe in den natürlichen Wasserkreislauf gedeckt werden. Die ersten größeren Talsperren wurden als Erddämme in Mulden und Tälern angelegt und dienten der Wasserversorgung und Bewässerung. Bewässerungssysteme sollen bereits 600 v. Chr. in den hängenden Gärten von Babylon eingesetzt worden sein.

Frühe Bewässerungsanlagen bestanden aus Speichern, Zuleitungskanälen und Regelungsbauten. Besonders Siedlungen an Flüssen mussten vor Hochwasser geschützt werden. Ein frühes Beispiel ist der Hochwasserschutz der Stadt Tiryns auf dem Peloponnes um ca. 2000 v. Chr. Mit wachsendem Handel und Fischfang kamen Hafenbau und Küstenschutz hinzu. Wasser wurde außerdem früh als Energieträger genutzt, etwa durch Mühlen. Im Bergbau war Wasserbau für die Entwässerung der Gruben und für die Energieversorgung wichtig.

Weitere wichtige Entwicklungen waren die Talsperre Jawa in Jordanien um ca. 3200 v. Chr. zur Trinkwasserspeicherung, das System aus Dämmen, Kanälen und Wasserreservoirs im Jangtse-Delta um ca. 3100 v. Chr. für Hochwasserschutz und Bewässerung sowie die Talsperre Sadd-el-Kafara in Ägypten um ca. 2600 v. Chr. für den Hochwasserschutz. Um ca. 1600 v. Chr. entstand ein Schifffahrtskanal am 1. Nilkatarakt; 1055 v. Chr. sind Abwasserleitungen in Jerusalem belegt. Im 5. Jahrhundert v. Chr. wurde in China mit dem Han-Kanal ein erster Teil des bis heute betriebenen Kaiserkanals gebaut. Platon (427–347 v. Chr.) beschäftigte sich mit Wasserkreislauf, Erosion und Sedimentation, Archimedes (287–212 v. Chr.) mit Grundlagen der Hydrostatik, Auftrieb und der Stabilität von Schwimmkörpern. Um ca. 200 v. Chr. gab es in Pergamon ein Trinkwassersystem mit Druckrohrleitungen.

In der weiteren Entwicklung entstanden unter anderem Aquädukte, Kanäle, Deiche, Schleusen, Wasserleitungen und Kläranlagen. Für die wissenschaftlichen Grundlagen waren später Galileo Galilei (1564–1642) mit der Kraftwirkung in strömenden Flüssigkeiten, Benedetto Castelli (1577–1644) mit Abflussbestimmung und Kontinuität, Isaac Newton (1642–1727) mit den Bewegungssätzen und Daniel Bernoulli (1700–1782) mit dem Energieerhaltungssatz bedeutsam.

Zu den wichtigen Bauprojekten und Anlagen der Neuzeit zählen der Rhein-Rhône-Kanal (1784–1833), der Ludwig-Donau-Main-Kanal ab 1836, der Ausbau der Donau (1830–1890), der Suez-Kanal (1859–1869), der Panamakanal (1904–1914), das Walchensee-Kraftwerk (1924), das Schiffshebewerk Niederfinow (1934), der Hoover Dam (1931–1936), der Große Ferghanakanal (1939), der Assuan-Hochdamm (1960–1970), die Talsperre Grande Dixence in der Schweiz (1962; Höhe 285 m), der Main-Donau-Kanal (1960–1992) und der Drei-Schluchten-Damm in China (1993–2008).

Berufe und Zusammenarbeit

Die Aufgaben des Wasserbaus übernehmen meist Wasserbauingenieure. Sie spezialisieren sich im Studium des Bauingenieurwesens oder Umweltingenieurwesens auf dieses Gebiet. Handwerkliche Arbeiten werden häufig von Wasserbauern ausgeführt.

Wegen der vielfältigen Aufgaben arbeitet der Wasserbau interdisziplinär. Beteiligt sein können Informatiker, Verfahrenstechniker, Mikrobiologen, Biochemiker, Erd- und Grundbauingenieure, Landschaftsplaner, Geologen und Geographen.

Politische Initiative

Mitte 2007 bildete sich im Deutschen Bundestag die Parlamentarische Gruppe „Frei fließende Flüsse“. Ihr gemeinsames Ziel war es, den Ausbau der Donau und anderer Flüsse zu verhindern. In der 17. Legislaturperiode (2009–2013) hatte sie etwa 41 Bundestagsabgeordnete als Mitglieder.