Grobanalyse der Grenzoder Der Abschnitt zwischen Neißeund Warthemündung

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1 zurück zum Inhaltsverzeichnis zur Kurzfassung Grobanalyse der Grenzoder Der Abschnitt zwischen Neißeund Warthemündung Thorsten Hüsener Abteilung Wasserbau im Binnenbereich, Referat W2 BAW-Kolloquium: Aktualisierung der Stromregelungskonzeption für die Grenzoder BMVBS Berlin, 13./14. Mai 2009

2 Gliederung 1. Untersuchungsgebiet 2. Veranlassung und Aufgabenstellung 3. Untersuchungsmethode 4. Datengrundlage und Modellaufbau 5. Geometrische und hydraulische Analyse des Ist-Zustandes 6. Variantenbeschreibung und Ergebnisse 7. Fazit und Empfehlungen

3 1. Untersuchungsgebiet Abschnitt C: Hohensaaten - Widuchowa Od-km Teilabschnitt beeinflusst von Wasserstand und meteorologischen Verhältnissen über der Ostsee und dem Stettiner Haff. MQ: 501 m³/s Abschnitt B : Warthemündung - Hohensaaten Od-km 617,6-667 MQ: 501 m³/s Abschnitt A: Ratzdorf - Warthemündung Od-km 542,4-617,4 MQ: 291 m³/s

4 1. Untersuchungsgebiet Untersuchungsgebiet in Zahlen: Länge: 75,1 km Gefälle: 0,27 MNQ: 125 m³/s MQ: 291 m³/s Sohlsubstrat: Mittel- bzw. Grobsand, feinkiesig dm: 2,0 bis 1,4 mm Geschiebekorn = Sohlkorn Geschiebetransport bei allen Abflüssen

5 2. Veranlassung Fahrrinnentiefen bei gleichen Wasserständen (jeweils bzogen auf MNW) Fahrrinnentiefe [m] Hauptwerte an den Pegeln (1981/2000): (1) Eisenhüttenstadt 0.00 Jan 1955 Jan 1960 Jan 1965 Jan 1970 Jan 1975 Jan 1980 Jan 1985 Jan 1990 Datum Abschnitt A Abschnitt B Strecke 1 Strecke 2 Strecke 3 Strecke 1 (Mittelwert) Strecke 2 (Mittelwert) Strecke 3 (Mittelwert)

6 2. Veranlassung Fahrrinnentiefen bei gleichen Wasserständen (jeweils bzogen auf MNW) Fahrrinnentiefe [m] Hauptwerte an den Pegeln (1981/2000): (1) Eisenhüttenstadt 0.00 Jan 1955 Jan 1960 Jan 1965 Jan 1970 Jan 1975 Jan 1980 Jan 1985 Jan 1990 Datum Abschnitt A Abschnitt B Strecke 1 Strecke 2 Strecke 3 Strecke 1 (Mittelwert) Strecke 2 (Mittelwert) Strecke 3 (Mittelwert)

7 2. Aufgabenstellung Hauptfragen: In welchem Zustand ist das Regelungssystem derzeit? Welche Tiefen sind mit der Herstellung des Sollzustandes erreichbar? Welche Ursachen liegen den Schwachstellen zugrunde?

8 3. Untersuchungsmethode 1D-Feststofftransportmodell im Programmsystem HEC-6T (MBH Software; kommerzieller Nachfolger von HEC-6 vom Hydraulic Engineering Center, US Army Corps of Engineers). Berechnung eindimensional, quasi-stationär mit Geschiebe- und Schwebstofftransport und daraus resultierenden Änderungen der mittleren Sohlhöhe. Untersucht werden kann der variantenabhängige Einfluss folgender Parameter: Gerinnegeometrie Sohlgefälle Hydrologie Rauheit Kornverteilung Sohlmaterial Sedimenteintrag und Entnahme (Geschiebemanagement) Wasserentnahme oder Einleitung Breite der Sohldynamik Simulation für ausgedehnte Flussgebiete und lange Zeiträume (Jahre bis Jahrzehnte), Prognosefähigkeit für mittlere Verhältnisse. Einschränkung: Keine Aussagen zu kleinräumigen, kurzzeitigen Veränderungen möglich.

9 4. Datengrundlage - Geometrie Geländemodell Hochwasserbett aus Laserscannbefliegung 1999 und Profilpeilung Station: Höhe [m+nn] Abstand [m]

10 4. Datengrundlage - Geometrie Flächenpeilung Flussschlauch 2005 Peilschiff: Domfelsen Peilgerät: Mehrschwingersystem Peilzeitraum: 1.6. bis

11 4. Datengrundlage - Geometrie Buhnenaufmessung terrestrisch und durch Nahbereichspeilung 2002 und 2005 Bereich Od-km Messung Vermessungsart 542,4 600,0 Fa. Schmid ,0-617,5 Fa. Geotec 2002 Terrestrische Vermessung der Buhnen Echolotpeilung im Bereich des Buhnenkopfes Terrestrische Vermessung der Buhnen Echolotpeilung im Bereich des Buhnenkopfes

12 4. Datengrundlage - Geometrie Ableitung wesentlicher Buhnendaten: Lage, Höhe, Neigung

13 4. Datengrundlage Brücken Küstrin Eisenbahnb. Straßenb. Straßenb. Eisenbahnb. Autobahnb. Frankfurt /Od. BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

14 4. Datengrundlage Wehr und Umflut Kietz Wehr Wehrbreite: 130,75 m Kronenhöhe etwa auf MW

15 4. Datengrundlage - Modellaufbau Höhe [m+nhn] Vorlandgrenzen Flussschlauch 20 MHW 18 MW Geschiebeführende Breite Abstand [m] Grundprofil aus DGM-Schnitt 2. Sohlprofil aus Peil-Schnitt 3. Buhnenschatten aus Buhnenparametern 4. Einteilung aus Buhnenschatten

16 4. Datengrundlage - Modellrandbedingungen d [mm] d90 oberhalb Warthe = 3,8 dm oberhalb Warthe = 1,6 Wartemündung Kornverteilung der Gewässersohle, BfG 1997 d50 d90 dm d90 unterhalb Warthe = 2,23 dm unterhalb Warthe = 1, d50 oberhalb Warthe = 0, d50 unterhalb Warthe = 0,59 Od-km Abschnitt A

17 4. Datengrundlage - Modellrandbedingungen Ganglinie zur Simulationsrechnungen über 40 Jahre (2 mal 20 Jahre, 1982 bis 2002) 1500 max. HQ=2530 m ax. HQ=2530 Abfluss Tagesmittel [m³/s] Jan. 82 Jan. 86 Jan. 90 Jan. 94 Jan. 98 Jan. 02 Jan. 06 Jan. 10 Jan. 14 Jan. 18 Jan. 22 MNQ MQ MHQ

18 4. Datengrundlage - Modellaufbau Kalibrierprozess: 1. Hydraulische Kalibrierung: Anpassen der Rauheitsbeiwerte an gemessene Wasserspiegel. 2. Abflussaufteilung: Anpassen ausufernder Abflüsse an ADCP-Abflussmessungen. 3. Hydraulische Validierung: Vergleichen mit weiteren gemessenen Wasserspiegeln. 4. Morphologische Kalibrierung: Nachvollziehen langfristiger Sohlentwicklungsprozesse. 4.1 Wahl einer geeigneten Feststofftransportformel. 4.2 Kalibrierung des Geschiebeeintrages. dh [m] Differenz Rechnung-Fixierung Q=72 m³/s Differenz Rechnung-Fixierung Q=132 m³/s Differenz Rechnung-Fixierung Q=300 m³/s Od-km Aus Gründen der morphologischen Modellierung wurde für jeden Abfluss ein durchgehender Rauheitsbeiwert verwendet.

19 4. Datengrundlage - Modellaufbau Kalibrierprozess: 1. Hydraulische Kalibrierung: Anpassen der Rauheitsbeiwerte an gemessene Wasserspiegel. 2. Abflussaufteilung: Anpassen ausufernder Abflüsse an ADCP-Abflussmessungen. 3. Hydraulische Validierung: Vergleichen mit weiteren gemessenen Wasserspiegeln. 4. Morphologische Kalibrierung: Nachvollziehen langfristiger Sohlentwicklungsprozesse. 4.1 Wahl einer geeigneten Feststofftransportformel. 4.2 Kalibrierung des Geschiebeeintrages.

20 4. Datengrundlage - Modellaufbau Kalibrierprozess: 1. Hydraulische Kalibrierung: Anpassen der Rauheitsbeiwerte an gemessene Wasserspiegel. 2. Abflussaufteilung: Anpassen ausufernder Abflüsse an ADCP-Abflussmessungen. 3. Hydraulische Validierung: Vergleichen mit weiteren gemessenen Wasserspiegeln 4. Morphologische Kalibrierung: Nachvollziehen langfristiger Sohlentwicklungsprozesse 4.1 Wahl einer geeigneten Feststofftransportformel. 4.2 Kalibrierung des Geschiebeeintrages Abflussanteil Flussschlauch [%] Berechneter Abflussanteil Flussschlauch 30 Gemessener Abflussanteil Flussschlauch Od-km

21 4. Datengrundlage - Modellaufbau Kalibrierprozess: 1. Hydraulische Kalibrierung: Anpassen der Rauheitsbeiwerte an gemessene Wasserspiegel. 2. Abflussaufteilung: Anpassen ausufernder Abflüsse an ADCP-Abflussmessungen. 3. Hydraulische Validierung: Vergleichen mit weiteren gemessenen Wasserspiegeln 4. Morphologische Kalibrierung: Nachvollziehen langfristiger Sohlentwicklungsprozesse 4.1 Wahl einer geeigneten Feststofftransportformel. 4.2 Kalibrierung des Geschiebeeintrages dh WSP [m] Differenz Rechnung-Fixierung; Q=243 m³/s Differenz Rechnung-Fixierung; Q=343 m³/s Differenz Rechnung-Fixierung; Q=254 m³/s Od-km

22 4. Datengrundlage - Modellaufbau Kalibrierprozess: 1. Hydraulische Kalibrierung: Anpassen der Rauheitsbeiwerte an gemessene Wasserspiegel. 2. Abflussaufteilung: Anpassen ausufernder Abflüsse an ADCP-Abflussmessungen. 3. Hydraulische Validierung: Vergleichen mit weiteren gemessenen Wasserspiegeln 4. Morphologische Kalibrierung: Nachvollziehen langfristiger Sohlentwicklungsprozesse 4.1 Wahl einer geeigneten Feststofftransportformel. 4.2 Kalibrierung des Geschiebeeintrages Hier: Gesamttransport nach Toffaleti M Gesamttransport [t/d] mittlere Funktion aus Gesamtmodell Stützstellen Modelleintrag Mess werte Gesam ttransport [t/d] Polynomische Ausgleichsfunktion der Messwerte 1000 Q [m³/s] 0 MNQ MQ MHQ HQ 5 HQ (Feststofftransportmessungen, BfG )

23 5. Geometrische Analyse Ist-Zustand Bauwerkshöhen im Ist-Zustand und Sollhöhen Oder-km 542 bis Sollhöhe Buhnenkopf (V2a) 31 Eisenhüttenstadt Buhnenkopfhöhe V0 links 30 Buhnenkopfhöhe V0 rechts Höhe [m+nhn] Bauwerkshöhen leicht unter den Sollhöhen Bauwerkshöhen uneinheitlich unter den Sollhöhen Od-km

24 5. Geometrische Analyse Ist-Zustand Bauwerkshöhen im Ist-Zustand und Sollhöhen Oder-km 568 bis Sollhöhe Buhnenkopf (V2a) Buhnenkopfhöhe V0 links Buhnenkopfhöhe V0 rechts Höhe [m+nhn] Frankfurt /Od Bauwerkshöhen uneinheitlich unter den Sollhöhen Od-km

25 5. Geometrische Analyse Ist-Zustand Bauwerkshöhen im Ist-Zustand und Sollhöhen Oder-km 592 bis Sollhöhe Buhnenkopf (V2a) Buhnenkopfhöhe V0 links 16 Buhnenkopfhöhe V0 rechts Höhe [m+nhn] Reitwein Umflut Bauwerkshöhen entsprechen den Sollhöhen, lokale Abweichungen Od-km

26 5. Geometrische Analyse Ist-Zustand Streichlinienabstände Oder-km 542 bis 617 Streichlinienabstand [m] Lausitzer Neiße Eisenhüttenstadt Breite 126 m poln. Deckwerk Kanalmünd. Fährbuhne Münd. Pliszka Fährbuhne Brieskower Breite 130 m Streichlinienabstand Ist Sollabstand V2a Od-km Eisenbahnbrücke Frankfurt / Breite 127 m unklar Fährbuhne Kietzter Streichlinienabstände entsprechen Sollwerten Streichlinienabstände überschreiten Sollwerten

27 5. Geometrische Analyse Ist-Zustand Buhnenkopfneigungen Oder-km 542 bis 617 Kopfneigung 1 : x [-] Kopfneigung links Sollneigung Buhnenkopf links Kopfneigung rechts Sollneigung Buhnenkopf Frankfurt /Od. Reitwein 5 0 Od-km Buhnenkopfneigungen steiler als Sollneigung Neigungen meist steiler, teilweise flacher

28 6. Variantenbeschreibung - V2a Variante V0 Variante V2a Streichlinienabstände Buhnenkopfneigungen Buhnenkopfhöhen Uneinheitlich Zwischen 120 und 220 m Uneinheitlich Zwischen 1:2 und 1:20-1,2 bis +0,5 m um die Sollhöhe (im Mittel 0,5 m unter Sollhöhe) m 1:10 Sollhöhe Linienführung Uneinheitlich Geraden und Korbbögen Maßnahme Ist-Zustand Anpassung der Streichlinienabstände und der Bauwerkshöhen an den Sollzustand MW Variante V0, Ist-Zustand Variante V2a, Herstellung des Sollzustandes

29 6. Variantenbeschreibung / Modellumsetzung Simulationsrechnung der Maßnahme Länge der Gesamtmaßnahme: 75 km Längen der Teilmaßnahmen: 7,5 km 10 Teilmaßnahmen Umsetzungsrichtung: Von unterstrom nach oberstrom Zwischenphasen der Sohladaption: 2 Jahre. Sohladaption nach Maßnahmenende: 22 Jahre Grobe Modellannahmen! Bauphase Phase der Sohladaption Simulationszeit [a]

30 6. Variantenbeschreibung und Ergebnisse Wassertiefen im Regelprofil bei W mit 80 % Pü: Q = 166 m³/s (MNQ = 125 m³/s) Tiefe bei 80% Pü [m] Reduktion der Untiefen Vergleichmäßigung der Tiefen Beseitigung lokaler Fehlstellen Deutliche Tiefenverbesserung Od-km Tiefe V0 Tiefe V2a

31 6. Variantenbeschreibung und Ergebnisse Verteilung der Tiefen über den Abschnitt A Relativer Anteil Tiefenlkassen [%] V0 80% Pü V2a 80% Pü Tiefenklassen [m] V0 [m] V2a [m] V0 Mittelwert 1,89 2,07 Standartabw. 0,21 0,14 Schiefe 0,89 1,14 V2a Schiefe = 0 : symmetrische Verteilung Schiefe > 0 : rechtsschief oder linkssteil, dh. mehr Übertiefen als Untiefen

32 7. Fazit und Empfehlungen Generelle Schlüsse aus den Untersuchungen: Durchgehendes, gleichwertiges und intaktes Regelungssystem führt zu einem gleichmäßigen Geschiebetransport mit gleichmäßigen Tiefen. Bezüglich der Tiefe werden durch die Herstellung des Regelungssystems nach den Sollvorgaben deutliche Verbesserungen erzielt: Mittlere Tiefe, Durchgängigkeit der Tiefen (Beseitigung von lokalen Untiefen), Gleichwertigkeit (gleichmäßige Tiefe über den Abschnitt A), Streuung von Tiefen positiv beeinflusst (mehr Übertiefen als Untiefen). Einschränkung der Modellergebnisse: Die Aussagen beruhen auf Ergebnissen mit einem 1D-Feststofftransportmodell. Aussagen zu mittleren großräumigen und langfristigen Auswirkungen von Maßnahmen sind prognostizierbar, genaue Aussagen für das Einzelprofil sind eher unscharf. Mögliche Optimierungen und Anpassungen der Variante V2a: Aktualisierung der Sollhöhen an heutige MW-Stände (Sollhöhen höher als aktuelles MW) Durchgehender Streichlinienabstand Berücksichtigung von Maßnahmen im Abschnitt B (Auswirkungen nach Oberstrom).

33 zurück zum Inhaltsverzeichnis Ende zur Kurzfassung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.