Strombauliche Lösungsansätze zur Stabilisierung der Tidedynamik und des Transportregimes

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1 und Sedimentmanagement Nikša Marušić WSA Cuxhaven Nino Ohle - HPA Strombauliche Lösungsansätze zur Stabilisierung der Tidedynamik und des Transportregimes Vortrag im Rahmen des Symposiums Integration von verkehrlicher Nutzung und Umweltzielen an der Tideelbe am 6. und 7. November, Hotel InterContinental, Hamburg

2 Gliederung 1. Einführung a) Veranlassung b) Ziele und Aufgaben 2. Strombauliche Lösungsansätze 3. Erste Bausteine des Strombaukonzeptes 4. Weiteres Vorgehen und Ausblick

3 Veranlassung Die Tideelbe befindet sich in einem Prozess fortschreitender Veränderungen der Morphologie sowie auch der Hydrologie Die sichtbaren Folgen sind: Erosion und Sedimentation (ungünstiger Materialhaushalt) Erhöhung des Tidehubs (negative Entwicklungen der Wasserstände) Folgerung: Die Planungen von Maßnahmen an der Tideelbe sind in einem übergreifenden Handlungsrahmen vorzunehmen! Amtsgrenzenübergreifende Betrachtung Ganzheitliche Betrachtung der Morphologie und der Hydrologie

4 Veranlassung Zuständigkeiten im Bereich Unter- und Außenelbe Km 697 Brunsbüttel Stör Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes Freie und Hansestadt Hamburg Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes Cuxhaven Km 726 Km 708 Oste Glückstadt Km 675 Krückau Pinnau Schwinge Stade Km 655 Wedel HAMBURG Km 639 Lühe Este Km 607,5 Geesthacht km N Ilmenau

5 Veranlassung Erster Schritt: Gründung der und Sedimentmanagement unter der Beteiligung von: Bundesanstalt für Wasserbau Dienststelle Hamburg Wasser- und Schifffahrtsdirektion Nord Wasser- und Schifffahrtsamt Cuxhaven Wasser- und Schifffahrtsamt Hamburg Hamburg Port Authority

6 Ziele und Aufgaben Ziele: Es ist ein zeitlich abgestuftes Gesamtkonzept aufzustellen Verbesserung ungünstiger morphologisch/hydrologischer Entwicklungen unter Berücksichtigung einer optimierten Ufergestaltung Minimierung der Unterhaltungsaufwendungen in einem regional und administrativ übergreifenden Zusammenhang

7 Ziele und Aufgaben Aufgaben: Erstellung eines abgestuften ganzheitlichen Strombau- und Sedimentmanagementkonzeptes für die Unter- und Außenelbe Entwicklung strombaulicher Maßnahmen gegen ungünstige natürliche und anthropogene morphologisch/hydrologische Entwicklungen, wie Tnw-Absenkung residuelle stromaufgerichtete Feststofftransporte nachteilige Ufererosionen Entwicklung von Lösungsansätzen, die zur Dämpfung des Tidehubes beitragen.

8 Gliederung 1. Einführung a) Veranlassung b) Ziele und Aufgaben 2. Strombauliche Lösungsansätze 3. Erste Bausteine des Strombaukonzeptes 4. Weiteres Vorgehen und Ausblick

9 Lösungsansätze / Eckpfeiler Nordsee 1. Dämpfung der einschwingenden Tideenergie durch strombauliche Maßnahmen insbesondere im Mündungstrichter Cuxhaven 3. Optimierung des Sedimentmanagements unter Berücksichtigung des Gesamtsystems der Elbe ~100 km 2. Schaffung von Flutraum im Bereich zwischen Glückstadt und Geesthacht Elbe Hamburg

10 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einer Ästuarmündung 1 3 von unten seitlich Verbau 2 Generelle Möglichkeit der Reduzierung der Tideenergie entlang eines Ästuars mit Hilfe von Maßnahmen im Mündungsbereich: 1. Teilabdämmungen/Vordeichungen 2. Querschnittsgestaltende Maßnahmen z.b. durch Sandbänke und/oder Sandinseln 3. Verbau der Mündung von unten und/oder von der Seite

11 Schaffung von Flutraum

12 Schaffung von Flutraum

13 Veränderung der Tidekennwerte durch Strombau Längsschnitt MThw Niedrigeres Tidehochwasser MThb MTnw Nordsee Gedämpfter Tidehub Höheres Tideniedrigwasser Hamburg Wehr Geesthacht Draufsicht Einengung des Mündungstrichters Schaffung von zusätzlichem Flutraum und Flachwasserbereichen Nordsee Tideelbe Wehr Geesthacht Hamburg

14 Veränderung der Tidekennwerte durch Strombau 1/3 2/3

15 Optimierung des Sedimentmanagements Aufgabe: Reduzierung der Unterhaltungsbaggermengen und damit Entlastung des Sedimenthaushaltes der Elbe durch Optimierung der Bagger- und Umlagerungsaktivitäten und Nutzung vorhand. Sedimenttransportwege Untersuchungsbedarf: Untersuchung der Stabilität von morphodynamischen Prozessen mit Hilfe von aktuellen Peildaten und numerischen Modellen Sukzessive, experimentelle Ermittlung von Sedimenttransport wegen innerhalb der Tideelbe und Anpassung der Unterhaltungsstrategie an morphologische Veränderungen Überprüfung der Nachhaltigkeit Ziel: Minimierung der Baggeraufwendungen mit Hilfe einer definierten Bagger- und Umlagerungsstrategie

16 Gliederung 1. Einführung a) Veranlassung b) Ziele und Aufgaben 2. Strombauliche Lösungsansätze 3. Erste Bausteine des Strombaukonzeptes 4. Weiteres Vorgehen und Ausblick

17 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einem Ästuar

18 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einem Ästuar 1. Wiederanbindung von Nebenflüssen

19 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einem Ästuar 1. Wiederanbindung von Nebenflüssen 2. Wiederanbindung von Nebenelben

20 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einem Ästuar 1. Wiederanbindung von Nebenflüssen 2. Wiederanbindung von Nebenelben 3. Rückverlegung von Deichen

21 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einem Ästuar 1 1. Wiederanbindung von Nebenflüssen 2. Wiederanbindung von Nebenelben 3. Rückverlegung von Deichen 4. Anbindung vorhandener Wasserflächen

22 Möglichkeiten der Dämpfung der Tideenergie in einem Ästuar 1 1. Wiederanbindung von Nebenflüssen 2. Wiederanbindung von Nebenelben 3. Rückverlegung von Deichen 4. Anbindung vorhandener Wasserflächen 2 5. Schaffung von Flutraum zw. MTnw und MThw 3 5 4

23 Ökologische Potenziale an der Tideelbe Beschreibung ökosystemarer Funktionen und Prozesse Beschreibung ökologischer Entwicklungsziele Beschreibung und Bewertung des ökologischen Zustands Herleitung ökologischer Entwicklungsmaßnahmen Beispielhafte Maßnahmen M1 Ausdehnung und Aufwertung von Flachwasserbereichen M2 Schaffung von flachen Endbereichen in Hafenbecken M3 Erhaltung/Schaffung von Salz-, Brack-, Süßwasserwatten M4 Verbesserung der Durchströmung von Nebenelben und Nebenrinnen M5 Anbindung von binnendeichs gelegenen Nebenelben und Nebengewässern M6 Morphologisch vielfältige Gestaltung von Strombauwerken M7 Schaffung von Inseln und Sänden bei Neuaufspülungen M8 Schaffung von Kleingewässern auf Inseln und im Deichvorland M9 Rückbau von Uferbefestigungen M10 Initiierung der Prielentwicklung im Deichvorland M11 Tieferlegung von Vordeichsländern M12 Verminderung der stofflichen Belastungen M13 Öffnung von Sommerdeichen M14 Rückverlegung von Hauptdeichen M15 Einbau von Sielbauwerken in den Hauptdeich M16 Extensivierung der Grünlandnutzung M17 Nutzungsaufgabe in den Deichvorländern M18 Rückbau von Entwässerungssystemen M19 Schaffung neuer Standorte seltener und gefährdeter Pflanzenarten Gutachten der Bundesanstalt für Gewässerkunde BfG, 2003/2004 Untersuchung des ökologischen Entwicklungspotenzials der Unter- und Außenelbe

24 Entwicklung natürlicher ästuariner Lebensräume Legende: 1 26 Maßnahmenbereiche des Gutachtens Gutachten des WWF und BUND, 1998 Zur Umsetzbarkeit von potentiellen Rückdeichungsmaßnahmen an den Ästuaren von Elbe, Weser und Ems Auftragnehmer: Bioconsult Schuchardt und Scholle, Juni 1998

25 Szenarien zur langfristigen Schaffung von Flutraum in Hamburg 8 ha 32 ha Broschüre von 1993 Küstenschutz in Hamburg Deichbau und Ökologie Freie und Hansestadt Hamburg, ehemals Baubehörde - Amt für Wasserwirtschaft -

26 Szenarien zur langfristigen Schaffung von Flutraum in Hamburg Kurzbeschreibung Wiederanbindung von Nebenelben, Schaffung von Tideverbindungen zu vorhandenen Wasserflächen, Rückdeichungen und Polderlösungen Ziel / Wirkmechanismus 8 ha Vergrößerung des Tidevolumens / Verringerung des Tidehubs durch 32 ha Schaffung von Flutraum Herstellung, Kostenschätzung Bodenabtrag im Bereich Spadenländer Busch und Spadenländer Spitze bis unter Tideniedrigwasserniveau Aushubmaterial ggf. für notwendigen Deichneubau, Lärmschutzmaßnahmen, etc. geeignet Kosten abhängig von Grunderwerb und Maßnahmenumfang Weiterer Untersuchungsbedarf Broschüre von 1983 Küstenschutz Betroffenheiten, in Hamburg Kosten-Nutzen, Deichbau und Ökologie lokale Auswirkungen Freie und Hansestadt Hamburg, ehemals Baubehörde - Amt für Wasserwirtschaft -

27 Schaffung von Flutraum durch Entschlickung von Hafenbecken Entschlickung der Speicherstadt und des Oberhafenkanals Entschlickung der Billwerder Bucht, des Holzhafens und der Tidekanäle Entschlickung des Spreehafens und des Müggenburger Zollhafens

28 Schaffung von Flutraum durch Entschlickung von Hafenbecken Kurzbeschreibung Schaffung von Flutraum durch Entschlickung des Oberhafenkanals, der Speicherstadt, des Spreehafens und der Billwerder Bucht einschl. der Tidekanäle; Abtrag bis auf Solltiefe Ziel / Wirkmechanismus Vergrößerung des Tidevolumens / Verringerung des Tidehubs durch Schaffung von Flutraum Baggermengen, Kostenschätzung Insgesamt 3,6 Mio. m³ alter Sedimentablagerungen Entsorgung von belastetem Baggergut über die METHA in einem Gesamtzeitraum von 15 Jahren mit m³/a; Kosten von ca. 150 Mio. (42 /m³ - Behandlung und Deponierung) Weiterer Untersuchungsbedarf Kosten-Nutzen, Nachhaltigkeit

29 Übertiefenverfüllung Störbogen bis Hamburg und St. Margarethen Übertiefe St. Margarethen Übertiefen Störbogen Übertiefen Rhinplatte (Nord) Übertiefen Schwarztonnensand (Nord) Übertiefe Neßsand

30 Übertiefenverfüllung Störbogen bis Hamburg und St. Margarethen Kurzbeschreibung Verfüllung von Übertiefen zwischen der Störkurve und Hamburg Übertiefe und im Bereich St. Margarethen St. Margarethen Ziel / Wirkmechanismus Übertiefen Rhinplatte Übertiefen Dämpfung (Nord) Störbogender Tideenergie durch Verringerung der Wassertiefe, somit Erhöhung der Rauhigkeit und Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit Übertiefen Baggermengen, Schwarztonnensand Kostenschätzung Bereich (Nord) Störbogen bis Hamburg: m³ erf. Baggergut, Übertiefe Bereich St. Margarethen: m³ erf. Baggergut, Neßsand Weiterer Untersuchungsbedarf Gesamtwirkung, Nachhaltigkeit, lokale Auswirkungen, Kosten-Nutzen

31 Erhöhung der Schließwasserstände an Sperrwerken Kurzbeschreibung Erhöhung der Schließwasserstände an den Sperrwerken Stör, Krückau, Pinnau, Oste, Este, Lühe, Schwinge, Seeve und Ilmenau Ziel / Wirkmechanismus Die Schaffung von Flutraum bei höheren Wasserständen bewirkt eine Verringerung der Scheitelhöhen und eine Entlastung des Sedimenthaushaltes der Tideelbe Kostenschätzung liegt nicht vor sicherlich nicht kostenneutral Weiterer Untersuchungsbedarf Realisierbarkeit (Abstimmung mit Ländern) Festlegung der erhöhten Schließwasserstände für die einzelnen Nebenflüsse Tatsächliche Wirksamkeit

32 Einrichtung von Sedimentfallen Kurzbeschreibung: Aufweitung der Fahrrinne durch Verbreiterung und/oder Vertiefung über die Solltiefe hinaus in ausgewählten Bereichen Ziel / Wirkmechanismus: Lokale Minderung der Flutstromdominanz Ablagerung von Schluff- und Feinsandfraktionen, die von hier wirtschaftlich umgelagert werden können Weiterer Untersuchungsbedarf: genaue Dimensionierung und Positionierung erfolgt im Rahmen eines mittel-/langfristigen Sedimentmanagements ggf. können Sedimentfallen für unterschiedliche Kornfraktionen geplant werden

33 Tidebeeinflussung durch Stauregulierung am Wehr Geesthacht Kurzbeschreibung: Reduzierung des Oberwasserabflusses durch Aufstau bzw. Erhöhung des Oberwasserabflusses durch Legung des Wehrs Geesthacht zu bestimmen Tidephasen Ziel / Wirkmechanismus: Positive Beeinflussung des stromaufgerichteten Sedimenttransportes durch Veränderung der Reflexionseigenschaften des Wehrs Weiterer Untersuchungsbedarf: Kosten-Nutzen-Analyse, Auswirkungen auf den Hochwasserschutz, Schiffsverkehr und die Wasserwirtschaft im Oberstrom Untersuchungen im numerischen Modell Fragestellung: Werden die positiven Einflüsse eines erhöhten Abflusses evtl. durch die Phasen eines reduzierten Abflusses aufgehoben

34 Wirkung der strombaulichen Maßnahmen Durch die Summe der strombaulichen Maßnahmen wird der Energieeintrag in das System reduziert und auf dem Weg nach Hamburg weiter dissipiert. Insgesamt wird dadurch der Tidehub gedämpft. Hierdurch stellt sich ein geringeres Wasserspiegelgefälle ein, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeiten verringern. Schließlich findet damit auch weniger Sedimenttransport statt. Schlussfolgerung: Durch Umsetzung des strombaulichen Verbringkonzeptes und des ganzheitlichen Strombau- und Sedimentmanagementkonzeptes für die Unter- und Außenelbe soll eine Verringerung der Baggerund Unterhaltungsaufwendungen erfolgen.

35 Gliederung 1. Einführung a) Veranlassung b) Ziele und Aufgaben 2. Strombauliche Lösungsansätze 3. Erste Bausteine des Strombaukonzeptes 4. Weiteres Vorgehen und Ausblick

36 Weiteres Vorgehen und Ausblick Entwicklung von konkreten Maßnahmen Untersuchungen der hydro- und morphodynamischen Wirkung dieser Maßnahmen durch die BAW mit Hilfe numerischer Modelle hinsichtlich: der summarischen Wirkung der vorgeschlagenen Maßnahmen der Wirkung einzelner Maßnahmen Entwicklung eines ganzheitlichen, amtsübergreifenden Sedimentmanagementkonzepts Umsetzung wirksamer Maßnahmen Erhaltung des Lebensraums Tideelbe und des Wirtschaftsstandortes der Metropolregion Hamburg