Assessing scour potential of unlined rock spillways with the Block Scour Spectrum / Beurteilung der Kolkbildung in nicht ausgekleideten Hochwasserentlastungen in Fels mittels des Block Scour Spectrums

Scour of jointed rock is an important safety issue for dams worldwide, with the cases of Kariba Dam and Ricobayo Dam illustrating the severe consequences of dam and spillway foundation erosion. Leading state-of-the-practice methods for assessing rock scour, such as the Erodibility Index Method and Comprehensive Scour Model, consider the influence of rock mass jointing on scour development, but current models have yet to fully consider the three dimensional mechanics and kinematics of rock block removal.
This contribution introduces the Block Scour Spectrum (BSS), a three dimensional analytic approach for determining the resistance rock blocks offer to removal when subjected to hydraulic flow or jet impingement. With the BSS, the resistance offered by different block types comprising the rock mass is determined as a function of resultant block loading direction. The results obtained can be used to optimize spillway direction or anchoring schemes. Application of the BSS is illustrated with a case study of spillway scour at the Ricobayo Dam in Zamora, Spain.
Die Kolkbildung in geklüftetem Fels ist ein bedeutendes Sicherheitsproblem für Talsperren in der ganzen Welt. Die schwerwiegenden Auswirkungen der Erosion im Gründungsbereich von Talsperren und Entlastungsbauwerken können anhand der Kariba-Talsperre und der Ricobayo-Talsperre anschaulich betrachtet werden. Die gängigsten Methoden zur Beurteilung der Kolkbildung im Fels wie die Erodibility Index Methode und das Comprehensive Scour Model berücksichtigen zwar den Einfluss der Klüftung auf die Kolkentwicklung, jedoch nicht die dreidimensionale Mechanik und Kinematik der Felsblockablösung.
In diesem Beitrag wird das Block Scour Spectrum (BSS) vorgestellt, ein dreidimensionaler analytischer Ansatz zur Bestimmung des Widerstands von Felsblöcken gegenüber einer Beanspruchung durch einen hydraulischen Abfluss oder das Auftreffen eines Wasserstrahls. Mit dem BSS kann der Widerstand unterschiedlicher Blocktypen eines Felsverbandes und als eine Funktion der resultierenden Belastungsrichtung bestimmt werden. Die Ergebnisse können anschließend genutzt werden, um beispielsweise die Ausrichtung der Entlastungsrinne oder Verankerungsmaßnahmen zu optimieren. Die Anwendung des BSS wird am Beispiel der Ricobayo-Talsperre in Zamora, Spanien, veranschaulicht, deren Entlastungsrinne durch Kolkbildung massiv beschädigt wurde.