Geschiebemanagement an schiffbaren Flüssen - Grundlagen und Anforderungen -

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1 zurück zum Inhaltsverzeichnis zur Kurzfassung Geschiebemanagement an schiffbaren Flüssen - Grundlagen und Anforderungen - Wasserbau-Kolloquium in der BAW 29. Juni 2006 Dr.-Ing. Jürgen Stamm BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

2 Gliederung Einführung Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Erfolgskontrolle des GM Begleitung des GM - von der Naturmessung bis zur numerischen Simulation Zusammenfassung und Ausblick

3 Einführung Natürliche Wasserstraßen - Komplexe Systeme Hydrologie Wasserdargebot Wasserstand Hydrodynamik Strömungen Sekundärströmungen Morphologie Feststofftransport Sohlenmaterial gewässermorphologische Prozesse anthropogene Eingriffe Regelung und Steuerung Bewirtschaftung Eindeichung Schifffahrt biotische Prozesse

4 Einführung Problem Sohlenerosion natürliche Erscheinung (Streben nach Transportgleichgewicht) Einzugsgebiet, Klima, Geologie, Topografie Regelung Sohlenerosion als nautisches Problem Ungleichwertigkeit der Wassertiefe Herauswachsen von Schwellen Hafen- und Bauwerkseinfahrten Die Elbe in Sachsen Elbsandsteingebirge

5 Einführung Maßnahmen gegen die Sohlenerosion Erhöhung des Feststoffdargebotes Geschiebezugabe in den Fluss Erhöhung des Sohlenwiderstandes Sohlenstabilisierung durch Schwellen oder Sohlendeckwerk (kleinräumig) Grobkornanreicherung bei Geschiebezugabe Verringerung und Vergleichmäßigung des Transportvermögens Beseitigung von Starkgefällestrecken Modifizierung von Regelungsbauwerken kombiniert mit Vergrößerung des Durchflussanteiles der Vorländer - Uferabgrabungen, Beseitigung v. Uferrehnen - Veränderung der Deichlinienführung - Wiederanschluss von Altarmen - Flutrinnen

6 Einführung Definition: Geschiebemanagement Maßnahmen zur unmittelbaren Steuerung des GHaushalts Geschiebeumlagerungen (Baggern und Verklappen) Zugabe und Entnahme von Geschiebe darüber hinaus: Maßnahmen zur mittelbaren Steuerung des GHaushalts Flussregelung (Buhne, PW, Schwelle, etc.) Vorlandveränderungen

7 Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Grundsätze großräumige Feststoffdefizite bzw. Überangebote durch unmittelbare Maßnahmen auszugleichen regionale Ungleichgewichte im Geschiebetransport flussregelnd steuern (Rückbau, Ersatz, Vorlandtieferlegung, etc.) Grobkornanreicherung (bei Erosion) Einschränkung der Fahrrinnenbreite

8 Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Grundsätze möglichst wenig Eingriffsbereiche möglichst großräumige Wirkung der M. Mengen der Zugabe, Entnahme und Umlagerung minimieren Nutzen-Kosten-Betrachtung Maßnahmen sind mit Unterliegern abzustimmen Prinzip des lernendes Systems (dynamisches Sohlengleichgewicht nur langfristig erreichbar)

9 Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Anthropogene Geschiebeumlagerung auf lokale Anlandungsstellen mit (zeitweilig) geringerer Geschiebetransportkapazität ausgerichtet Fehlstellenbildung durch mangelhafte Regelung (Schadstellen, etc.) kann durch Regelung verstärkt werden Verklappung unterstrom in Übertiefen ausgeglichene Mengenbilanz

10 Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Geschiebezugabe dient der großräumigen Erosionsreduktion (für schifffahrtl., wasserwirtschaftl., ökolog. Belange) Dosierung ist anzupassen an hydrologische, hydraulisch-morphologische Streckencharakteristik regionale Kornzusammensetzung dynamische Sohlstabilisierung möglich Zugabe unmittelbar oberstrom der Erosionsstrecke Grobkornanreicherung zwecks Stabilisierung möglich

11 Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Geschiebezugabe dient der großräumigen Erosionsreduktion (für schifffahrtl., wasserwirtschaftl., ökolog. Belange) Dosierung ist anzupassen mittels Naturuntersuchungen einschließlich Tracerversuche numerischer Modelle gegenständlicher Modelle

12 Geschiebemanagement als Unterhaltungsaufgabe Geschiebeentnahme Reduktion des Feststoffdargebotes in einer Anlandungsstrecke unmittelbar vor einer Anlandungsstrecke regelmäßige Leerung (z.b. Weisenau, Rheingau) Reduktion der Transportkörperbildung (Dünenhöhen) möglichst (teilweise) Wiederzugabe unterstrom

13 Erfolgskontrolle Geschiebemanagement am Rhein, 2000 Einrichtung der PG EKG, 12/2003 alle Rhein-WSÄ vertreten Konzepterstellung Teil 1: erfassen - plausibilisieren - archivieren Teil 2: analysieren - bewerten Grundlage: Sohlengleichgewicht am Rhein, 1997 Studie zur Durchführung einer Erfolgskontrolle des Geschiebemanagements am Rheinstrom, März 2003 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

14 Erfolgskontrolle Geschiebemanagement am Rhein, 2000 Grundlagen zur Durchführung einer EKG Fachaspekte Hydrografie (Peilungen, Vorland,...) Hydrologie (Bezugswsp., h(q),...) Morphologie (G, S, DB,...) Sedimentologie (Sohlaufnahmen, Sohlkataster,...) Baumaßnahmen (U,I) Maßnahmen zur Geschiebesteuerung Schifffahrt (Abladeverhalten, schiffsind.g.) Datenhaltung (RISe,... Modelle BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

15 Begleitung des Geschiebemanagements Überblick Daten- management Natur- untersuchungen Erfolgskontrolle, Monitoring, FuE 1D (reg, global), 2D (lokal), 3D (?), FuE HN- Modelle Datenarchivierung, -analyse, -aufbereitung GIS

16 Begleitung des Geschiebemanagements Vergleich von Flächenpeilungen in der Elbe- Reststrecke Reststrecke Monitoring: Flächenpeilungen Aufnahme von zwei Peilungen im Abstand von 2 Tagen in der Elbe Reststrecke m Bewegung der Fronten: ca m/d Hebung Senkung Geometrische Differenz der beiden Peilungen

17 Begleitung des Geschiebemanagements Naturuntersuchung - direkte Geschiebemessung Geschiebemessungen sind eine Grundlage für Transportbilanzierungen und Indikator für das morphologische Gleichgewicht Besseres Verständnis der zeitlichen und räumlichen Varianz des Geschiebetriebes Messergebnisse weisen starke Streuung auf; keine eindeutige Korrelation zwischen Abfluss und Geschiebetransport Beseitigung von Fehlerquellen und Verbesserung der Messstrategie 24h - Geschiebemessung am Rhein bei Brohl / Andernach, März 2004

18 Begleitung des Geschiebemanagements Tracerversuche mit Luminoforen und petrografischem Material Elbekies mit Luminoforen (Foto unter ultraviolettem Licht) Probe mit petrografischem Tracer (rötlicher Granit)

19 Begleitung des Geschiebemanagements Naturmessung - Tracerversuche Ziel: Abschätzung der Wirkung und eine Optimierung von Geschiebezugaben Kenntnisse über die Ausbreitung und das Transportverhalten des Zugabematerials. Aussagen über: Abtransport des Materials aus dem Zugabebereich mittlere und maximale Transportgeschwindigkeiten Verteilung über die Strecke Möglichkeiten der Streckenstützung in Abhängigkeit von Korngrößen / Kornmischung, Abfluss, Zugabetechnologie Ergebnisse dienen der Kalibrierung von Feststofftransportmodellen.

20 Begleitung des Geschiebemanagements Überblick Erfolgskontrolle, Monitoring, FuE 1D (reg, global), 2D (lokal), 3D (?), FuE HN- Modelle Natur- untersuchungen Daten- management Datenarchivierung, -analyse, -aufbereitung GIS

21 Begleitung des Geschiebemanagements Monitoring Einflüsse auf den Feststofftransport Abflussmessungen Pegelwerte, WSP-Fixierungen Dokumentation Sohlproben Peilungen Dokumentation Unfallberichte Geschiebemessungen

22 Begleitung des Geschiebemanagements Monitoring Integrierte Sicht auf die Daten Amtsübergreifende Analysen und Recherchen nach Fach- und Raumkriterien Automatisierte Erstellung von Berichtsteilen und Diagrammen für den zyklischen Bericht zur Erfolgskontrolle

23 Begleitung des Geschiebemanagements Rhein-Informations-Systeme (RISe)

24 Begleitung des Geschiebemanagements Überblick Erfolgskontrolle, Monitoring, FuE 1D (reg, global), 2D (lokal), 3D (?), FuE HN- Modelle Natur- untersuchungen Daten- management Datenarchivierung, -analyse, -aufbereitung GIS

25 Begleitung des Geschiebemanagements Morphologische Modellierung - Ziele der Prognose Szenarien zur Sohlentwicklung natürliche Entwicklung Wirkung der Maßnahmen Erarbeitung von Zugabestrategien Optimierung der Dosierung f(q,t) Optimierung der Materialzusammensetzung

26 Methodische Begleitung des Geschiebemanagements Fahrdynamische Modelle - Optimierung der Fahrrinnenlage V0 V2a

27 Zusammenfassung Schlussfolgerung und Ausblick Geschiebemanagement (GM) ist eine zentrale Unterhaltungsaufgabe der WSV GM wirkt auf Schifffahrt, Umwelt, Wasserwirtschaft GM erfordert ein Gesamtkonzept unmittelbare Maßnahmen und steht im Kontext einer gesamtheitlichen Flussregelung GM erfordert skalenübergreifende Betrachtung vielseitiger Aspekte (natürlicher und anthropogener) GM erfordert eine langfristige Erfolgskontrolle GM erfordert ein IT-gestütztes Recherche- und Analysewerkzeuge BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

28 Zusammenfassung Ausblick Verbessertes Prozessverständnis Analyse der komplexen Wirkungszusammenhänge Einsatz professionellen Datenmanagements FTM werden die Optimierung des GM unterstützen BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

29 zurück zum Inhaltsverzeichnis zur Kurzfassung Vielen Dank für r Ihr Interesse BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau