Vergleichende Analyse der Sturmflutempfindlichkeit für Ems, Jade-Weser und Elbe

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1 Untersuchung regionaler Windwirkung, hydrodynamischer Systemzustände und Oberwassereinflüsse auf das Sturmflutgeschehen in Tideästuarien Vergleichende Analyse der Sturmflutempfindlichkeit für Ems, Jade-Weser und Elbe Elisabeth Rudolph Bundesanstalt für Wasserbau Dienststelle Hamburg WWW-Server: September 2 /1 Seite 1

2 Vergleichende Analyse untersuchte Ästuare von Ems ffl Jade - Weser ffl ffl Elbe ausgewählte Sturmfluten : steile Windstaukurve, mittleres Oberwasser ffl : füllige Windstaukurve, hohes Oberwasser ffl Image: DLR beispielhaft untersuchte Einflussfaktoren Oberwasser: MNQ und HHQ ffl Topographie: Rinnenaufhöhung um 2-4m ffl ffl lokaler Wind über dem Ästuar Bedeutung der Einflussfaktoren entlang der Ästuare? Inhalt/1 Seite 2

3 Oberwasservariationen ST1: Referenz OW3: MNQ OW4: HHQ (Messung) Q[m 3 =s] Q[m 3 =s] Q[m 3 =s] SF76 SF94 SF76 SF94 SF76 SF94 Ems Jade/Weser Elbe MNQ: mittleres niedrigstes Oberwasser HHQ: höchstes je gemessenes Oberwasser Oberwasser/1 Seite 3

4 SF94 Wasserstand St.Pauli (Elbe km 621) mnn Wasserstand Stunden Minuten Datum Sturmflut: ST1: IST mit gemessenem Q (Ref.) OW3: MNQ OW4: HHQ astronomische Tide: ST: IST mit gemessenem Q STOW3: MNQ STOW4: HHQ Oberwasser beeinflußt: Hochwasser, Niedrigwasser, Eintrittszeit, Steiggeschwindigkeit Oberwasser/2 Seite 4

5 SF94 Elbe: Oberwasservariationen Sturmflutscheitelwasserstand entlang der Elbe 8, 7, 6, SF94 ST1 SF94 OW3 SF94 OW4 ST REF ST OW3 ST OW4 5, [ m NN] 4, 3, 2, 1,, Geesthacht St.Pauli Schulau Glückstadt Brunsbüttel Cuxhaven 585, 65, 625, 645, 665, 685, 75, 725, 745, Elbe - Kilometer Oberwasser/3 Seite 5

6 Oberwasservariationen Elbe Sturmflutscheitelwasserstand SF76 und SF94 Wasserstand beeinflußt durch Oberwasserzufluß 8, 7,5 ~ 125 km SF76 ST1 SF76 OW3 SF94 ST1 SF94 OW3 7, SF76 OW4 SF94 OW4 6,5 [ m NN] 6, 5,5 5, 4,5 4, 3,5 Geesthacht St.Pauli Schulau Glückstadt Brunsbüttel Cuxhaven 585, 65, 625, 645, 665, 685, 75, 725, 745, Elbe - Kilometer Oberwasser/4 Seite 6

7 Oberwasservariationen Weser Sturmflutscheitelwasserstand SF76 und SF94 Wasserstand beeinflußt durch Oberwasserzufluß 7, 6,5 6, ~7km SF76 ST1 SF76 OW3 SF76 OW4 SF94 ST1 SF94 OW3 SF94 OW4 5,5 [mnn] 5, 4,5 4, 3,5 3, 2,5 Weserbrücke Vegesack Brake Nordenham Bremerhaven AL Robbensüdstert Alte Weser, 2, 4, 6, 8, 1, 12, Unter-Weser - Kilometer Oberwasser/5 Seite 7

8 Oberwasservariationen Ems Sturmflutscheitelwasserstand SF76 und SF94 6, Wasserstand beeinflußt durch Oberwasserzufluß 5,5 5, SF76 ST1 I SF76 OW3 I SF76 OW4 I SF94 ST1 SF94 OW3 SF94 OW4 4,5 [mnn] 4, 3,5 ~45km 3, 2,5 2, Herbrum Papenburg Leerort Emden Knock Dukegat Borkum -15,, 15, 3, 45, 6, 75, 9, Ems - Kilometer Oberwasser/6 Seite 8

9 Oberwasservariationen: Unterschiede zum Referenzlauf Länge Ort und OW3: MNQ OW4: HHQ Ästuar ab Stromkilometer SF76 SF94 SF76 SF94 Wehr HW HW HW HW [cm] [cm] [cm] [cm] Ems Wehr Herbrum Weener Pogum 35 < <1 65 Knock 5 < <1 79 Dukegat 65 <1 +2 <1 <1 Weser Wehr Hemelingen Vegesack Brake Bremerhaven 67 < Robbensüdsteert 8 <1 <1 <1 Elbe Wehr Geesthacht Bunthaus 69N Schulau Brunsbüttel 696 < Cuxhaven 724 <1 <1 <1 <1 2 km stromab der Wehre: oberwasserbedingte Änderung nur noch 3 % - 5 % =) Oberwasser/7 Seite 9

10 Topographievariationen, - 5, Topo ST1 Topo VAR3-1, ST1: Ist-Zustand [ m NN] -15, VAR3: Aufhöhung der Rinnen um 2 m (Ems) -2, bzw. 4 m (Elbe und Weser) -25, -3, Geesthacht St.Pauli Glückstadt Brunsbüttel Cuxhaven 585, 65, 625, 645, 665, 685, 75, 725, 745, Elbe - Kilometer Elbe 5,,, Topo ST1 Topo VAR3-5, Topo ST1 Topo VAR3-5, -1, [ m NN] -1, [ m NN] -15, -15, -2, -2, -25, Herbrum Papenburg Leerort Emden Knock Dukegat Borkum -15,, 15, 3, 45, 6, 75, 9, -25, -3, Weserbrücke Brake Nordenham Bremerhaven AL Dwarsgat Alte Weser, 2, 4, 6, 8, 1, 12, Ems - Kilometer Unter-Weser - Kilometer Ems Weser Topographie/1 Seite 1

11 Topographievariation Elbe Eintrittszeit und Sturmflutscheitelwasserstand SF76 [ Minuten ] thw Geesthacht St.Pauli Schulau Glückstadt Cuxhaven SF76 ST1 SF76 VAR3 SF76 ST 585, 65, 625, 645, 665, 685, 75, 725, 745, [ m NN] HW 6,5 6, 5,5 5, 4,5 SF76 ST1 SF76 VAR3 Topo ST1 Topo VAR3 Topographie 5,, - 5, -1, -15, [ mnn ] 4, 3,5 3, Geesthacht St.Pauli Schulau Glückstadt Brunsbüttel Cuxhaven 585, 65, 625, 645, 665, 685, 75, 725, 745, Elbe - Kilometer -2, -25, -3, Topographie/2 Seite 11

12 SF94 Wasserstand Elbe km 696 (Brunsbüttel) und Elbe km 641 (Schulau) 6,5 6, 5,5 641 SF76 ST1 696 SF76 ST1 641 SF76 VAR3 696 SF76 VAR3 5, 4,5 [ mnn ] 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1, : : : : : Topographie/3 Seite 12

13 Topographievariation Weser Eintrittszeit und Sturmflutscheitelwasserstand SF76 thw SF76 ST1 SF76 ST SF76 VAR3 [ Minuten ] Weserbrücke Vegesack Brake Nordenham Bremerhaven AL Robbensüdsteert Alte Weser, 2, 4, 6, 8, 1, 12, HW Topographie 5,5 5, SF76 ST1 5, SF76 VAR3, Topo ST1 4,5 Topo VAR3-5, [ m NN] 4, -1, [ mnn ] 3,5 3, 2,5 Weserbrücke Vegesack Brake Nordenham Bremerhaven AL Robbensüdsteert Alte Weser, 2, 4, 6, 8, 1, 12, Unter-Weser - Kilometer -15, -2, -25, Topographie/4 Seite 13

14 Topographievariation Ems Eintrittszeit und Sturmflutscheitelwasserstand SF76 [ Minuten ] thw SF76 ST I SF76 ST1 I SF76 VAR3 I Herbrum Papenburg Leerort Emden Knock Dukegat Borkum -15,, 15, 3, 45, 6, 75, 9, HW 5, 4,5 4, Topographie 15, SF76 ST1 I SF76 VAR3 I 1, Topo ST1 I Topo VAR3 I 5, [mnn] 3,5, [ mnn] 3, - 5, 2,5 2, Herbrum Papenburg Leerort Emden Knock Dukegat Borkum -15,, 15, 3, 45, 6, 75, 9, Ems - Kilometer -1, -15, Topographie/5 Seite 14

15 Topographievariation: Unterschiede zum Referenzlauf Länge Ort und VAR3: Aufhöhung der Rinne Ästuar ab Stromkilometer SF76 SF94 Wehr HW thw HW thw [cm] [min] [cm] [min] Ems Wehr Herbrum Weener Pogum 35 <1 < Knock 5 <1 < Dukegat 65 <1 <1 Weser Wehr Hemelingen Vegesack Brake Bremerhaven 67 <1 +1 < Robbensüdsteert 8 <1 Elbe Wehr Geesthacht Bunthaus 69N Schulau Brunsbüttel Cuxhaven 724 <1 <1 aufhöhungsbedingte Änderungen im HW erst stromauf der Mündungstrichter =) Änderungen im thw aufgrund veränderter Form der Sturmfluttidekurve =) Topographie/6 Seite 15

16 Windeinfluss mnn Wasserstand Sturmflut ST1: Ist-Zustand (Referenz) W: ohne lokalen Wind ST: astronomische Tide Wasserstandsentwicklung Elbe-km 64 (Schulau) 6 Stunden Minuten Datum mnn Wasserstand mnn Wasserstand Stunden Minuten Datum Wasserstandsentwicklung Ems-km 25 (Terborg) Wasserstandsentwicklung Weser-km 4 (Brake) 6 Stunden Minuten Datum Wind/1 Seite 16

17 EMS SF76 ST1: Windgeschwindigkeit : (Ebbstrom) m/s Zeitpunkt: : Wind/2 Seite 17

18 SF76 Wasserstand, Durchfluss und Wind bei Ems km 65 (Dukegat) Wasserstand [mnn] Durchfluss (Integral) [m**3/s] skalare Windgeschwindigkeit [m/s] Wasserstand und Durchfluss ST1: IST - Zustand W: ohne lokalen Wind ST: astron. Tide Windgeschwindigkeit ST1: MKW-Wind bei Ems km 65 Messung: Scharhörn Wind/3 Seite 18

19 SF76 Wasserstand, Durchfluss und Wind bei Weser km 8 (Robbensüdsteert) Wasserstand [mnn] Durchfluss (Integral) [m**3/s] skalare Windgeschwindigkeit [m/s] Wasserstand und Durchfluss ST1: IST - Zustand W: ohne lokalen Wind ST: astron. Tide Windgeschwindigkeit ST1: MKW-Wind bei Weser km 8 Messung: Scharhörn Wind/4 Seite 19

20 ELBE SF76 ST1: Windgeschwindigkeit : (Ebbstrom) m/s Zeitpunkt: : Wind/5 Seite 21

21 SF76 Wasserstand, Durchfluss und Wind bei Elbe km 73 (Cuxhaven) Wasserstand [mnn] Durchfluss (Integral) [m**3/s] skalare Windgeschwindigkeit [m/s] Wasserstand und Durchfluss ST1: IST - Zustand W: ohne lokalen Wind ST: astron. Tide Windgeschwindigkeit ST1: MKW-Wind bei Elbe km 73 Messung: Scharhörn Wind/6 Seite 22

22 Elbe SF76 Strömung: ST1 (oben) und W (unten) : (Ebbstrom) Km 745 Km 74 Km 735 Km 73 Cuxhaven Km 725 Km 75 Km 7 Km 695 Km 72 Km 715 Km 71 m/s Km 745 Km Km 735 Km 73 Cuxhaven Km 725 Km 75 Km 7 Km 695 Km 72 Km 715 Km 71 Wind/7 Seite 23

23 Windeinfluss Ems Sturmflutscheitelwasserstand SF76 und SF94 5,5 Wasserstand beeinflußt durch lokalen Wind 5, SF76 ST1 I SF76 W I SF94 ST1 SF94 W 4,5 [ m NN] 4, 3,5 3, 2,5 Herbrum Papenburg Leerort Emden Knock Dukegat Borkum -15,, 15, 3, 45, 6, 75, 9, Ems - Kilometer Wind/8 Seite 24

24 Windeinfluss Weser Sturmflutscheitelwasserstand SF76 und SF94 6, Wasserstand beeinflußt durch lokalen Wind 5,5 5, SF76 ST1 SF76 W SF94 ST1 SF94 W [mnn] 4,5 4, 3,5 3, 2,5 Weserbrücke Vegesack Farge Brake Nordenham Bremerhaven AL Robbensüdsteer Dwarsgat Alte Weser, 2, 4, 6, 8, 1, 12, Unter-Weser - Kilometer Wind/9 Seite 25

25 Windeinfluss Elbe Sturmflutscheitelwasserstand SF76 und SF94 6,5 Wasserstand beeinflußt durch lokalen Wind 6, SF76 ST1 SF76 W SF94 ST1 SF94 W 5,5 [ m NN] 5, 4,5 4, 3,5 Geesthacht St.Pauli Schulau Glückstadt Brunsbüttel Cuxhaven 585, 65, 625, 645, 665, 685, 75, 725, 745, Elbe - Kilometer Wind/1 Seite 26

26 Einfluss des lokalen Windes Länge Ort und W: ohne lokalen Wind Ästuar ab Stromkilometer SF76 SF94 Wehr HW HW [cm] [cm] Ems Wehr Herbrum Weener Terborg Pogum Knock Dukegat Weser Wehr Hemelingen Vegesack Brake Bremerhaven Robbensüdsteert Elbe Wehr Geesthacht Bunthaus 69N St.Pauli 623N Schulau Brunsbüttel Cuxhaven Einflussbereich tiefer in Elbe ( 1 km) als in Ems ( 4 km) oder Weser ( 4 km) =) Wind/11 Seite 27

27 Wesentliche Ergebnisse 2 Sturmfluten: und in 3 Ästuaren: Ems, Jade-Weser und Elbe ffl Sensitivitätsstudien: Oberwasserzufluss, Topographie und Wind ffl Bedeutung der Topographie: ffl aufhöhungsbedingte Änderungen im HW erst stromauf der Mündungstrichter Bedeutung des Oberwassers: ffl erhöht/senkt deutlich den Sturmflutscheitelwasserstand im oberen Teil der Ästuare bereits 2 km stromab der Wehre halbiert sich die oberwasserbedingte Änderung des Sturmflutscheitelwasserstandes Bedeutung des lokalen Windes über dem Ästuar ffl hoher Wind während Ebbe be-/verhindert das Abfließen des Wassers vor der Sturmflut (Bedeutung, Windrichtung Ausrichtung Ästuar) hoher Wind während Flut hilft beim Füllen kennzeichne Bereiche in den Ästuaren empfindlich für ffl Topographieänderungen Oberwasservariationen lokalen Wind Zusammenfassung/1 Seite 28