5 SZENARIO: VERMUTETE AUFLANDUNG (SANDBANK) IN DER STÖR IM BEREICH DES BRAMAUZUFLUSSES

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3 Inhaltsverzeichnis 1 VERANLASSUNG UND ZIELSTELLUNG 2 DATENGRUNDLAGE 3 DEFINITION UND ABSTIMMUNG VON BERECHNUNGSSZENARIEN 4 BERECHNUNG DES ISTZUSTANDES WEIHNACHTSHOCHWASSER 2014/ ÄNDERUNGEN DES MODELLNETZES MODELLTECHNISCHE RANDBEDINGUNGEN 5 SZENARIO: VERMUTETE AUFLANDUNG (SANDBANK) IN DER STÖR IM BEREICH DES BRAMAUZUFLUSSES ANPASSUNG DER SOHLHÖHEN ZUR ABBILDUNG DER VERMUTETEN AUFLANDUNG ERGEBNIS UND BEWERTUNG 6 SZENARIO: VERMUTETE SOHLVERÄNDERUNGEN (AUFLANDUNG) IN DER STÖR UND IN DER BRAMAU 6.1 MODELLTECHNISCHE RANDBEDINGUNGEN Sohlzustand 2013 Sohlzustand der Stör im Jahr 2013 Sohlzustand der Bramau im Jahr Sohlzustand 2000 Sohlzustand der Stör im Jahr 2000 Sohlzustand der Bramau im Jahr Sohlzustand 1997 Sohlzustand der Stör im Jahr 1997 Sohlzustand der Bramau im Jahr ERGEBNIS UND BEWERTUNG 7 SZENARIO: EINFLUSS VERSCHIEDENER UNTERWASSERRANDBEDINGUNGEN (SPERRWERK) AUF DIE HOCHWASSERSITUATION AM BEISPIEL DES HW 2014/ MODELLTECHNISCHE RANDBEDINGUNGEN ERGEBNIS UND BEWERTUNG 8 SZENARIO: EINFLUSS VON BEWUCHS IM BEREICH DES VORLANDES UND DES ABFLUSSQUERSCHNITTS IN DER BRAMAU IM BEREICH WRIST VORGEHEN FOTODOKUMENTATION MODELLTECHNISCHE RANDBEDINGUNGEN ERGEBNIS EINSCHÄTZUNG DER GESAMTSITUATION DURCH BEWUCHSEINFLUSS AN DER BRAMAU 9 VERGLEICH DER BETRACHTETEN SZENARIEN UND BEWERTUNG 10 ZUSAMMENFASSUNG 11 LITERATUR ANHANG A: FLÄCHIGE DARSTELLUNG DER AUSGEWERTETEN PEILDATENDIFFERENZEN ANHANG B: HYDRAULISCHE LÄNGSSCHNITTE DER SZENARIENBERECHNUNGEN ANHANG C: EXEMPLARISCHE QUERSCHNITTE DER SZENARIENBERECHNUNGEN ANHANG D: UNTERSUCHUNGEN ZU SOHLHÖHENVERÄNDERUNGEN AN DER BRAMAU

4 Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 1: MODELLSCHEMATIK UND VERFEINERUNG DES MODELLNETZES ABBILDUNG 2: PEILDATENDIFFERENZEN IM BEREICH DER MÜNDUNG ABBILDUNG 3: LÄNGSSCHNITT DER PEILDATENDIFFERENZEN 2013 MINUS 2008 ABBILDUNG 4: VERGLEICH DER HYDRAULISCHEN LÄNGSSCHNITTE DER STÖR UND BRAMAU UND ABGELEITETE SOHLHÖHENVERÄNDERUNGEN ABBILDUNG 5: LÄNGSSCHNITT DER PEILDATENDIFFERENZEN 2000 MINUS 2008 ABBILDUNG 6: VERGLEICH DER HYDRAULISCHEN LÄNGSSCHNITTE DER STÖR UND BRAMAU UND ABGELEITETE SOHLHÖHENVERÄNDERUNGEN ABBILDUNG 7: LÄNGSSCHNITT DER PEILDATENDIFFERENZEN 1997 MINUS 2008, STÖR ABBILDUNG 8: WASSERSTANDSGANGLINIEN DER UNTEREN RANDBEDINGUNG ABBILDUNG 9: VERGLEICH DER ABFLUSSGANGLINIEN AM PEGEL FÖHRDEN-BARL ABBILDUNG 10: FOTODOKUMENTATION IN WRIST ABBILDUNG 11: HYDRAULISCHER LÄNGSSCHNITT DER MODELLIERTEN WASSERSPIEGELLAGEN IN WRIST ABBILDUNG 12: HÖHENLAGE DER BINNENHOCHWASSERSCHUTZANLAGEN AN DER STÖR ABBILDUNG 13: HÖHENLAGE DER BINNENHOCHWASSERSCHUTZANLAGEN AN DER BRAMAU ABBILDUNG 14: HYDRAULISCHER LÄNGSSCHNITT DER STÖR ABBILDUNG 15: HYDRAULISCHER LÄNGSSCHNITT DER BRAMAU ABBILDUNG 16: LAGEPLAN DER EXEMPLARISCHEN QUERSCHNITTE ABBILDUNG 17: EXEMPLARISCHES PROFIL STÖR ABBILDUNG 18: EXEMPLARISCHES PROFIL STÖR ABBILDUNG 19: EXEMPLARISCHES PROFIL BRAMAU ABBILDUNG 20: EXEMPLARISCHES PROFIL BRAMAU ABBILDUNG 21: PEILDATENDIFFERENZEN UND MODELLIERTE SCHUBSPANNUNGEN ABBILDUNG 22: PEILDATENDIFFERENZEN UND MODELLIERTE SCHUBSPANNUNGEN Tabellenverzeichnis TABELLE 1: PEILDATEN... 2 TABELLE 2: ZUFLÜSSE FÜR DIE HYDRODYNAMISCHE MODELLIERUNG... 6 TABELLE 3: AN DER BRAMAU VERFÜGBARE VERMESSUNGSDATEN... 11

5 1 Veranlassung und Zielstellung Im Dezember 2014 und Januar 2015 kam es an der Stör und der Bramau während des Hochwassers zu kritischen Wasserständen, insbesondere im Bereich der Ortslagen Kellinghusen und Wrist. Das Büro E&N Wasser und Plan GmbH ist derzeit als Nachunternehmer der Golder Associates GmbH für das Land SH im Rahmen des Projektes ÜSG Stör tätig. Vor dem Hintergrund entsprechender Vorleistungen und der fachlichen Erfahrung aus der Bearbeitung im ÜSG-Stör Projekt ist das Büro Wasser und Plan als Nachauftragnehmer von der Golder Associates GmbH beauftragt worden, zum oben angeführten Sachverhalt entsprechende gesonderte Untersuchungen durchzuführen. Das abgelaufene Hochwasser hat in weiten Teilen des Landes SH zu außergewöhnlichen Wasserständen und Abflüssen geführt und wurde zum Anlass genommen, die Ursachen und Auswirkungen genauer zu betrachten. So sind neben der Dokumentation des Ablaufs in den verschiedenen Einzugsgebieten Schleswig-Holsteins und der statistischen Einordnung der aufgetretenen Abflüsse und Wasserstände auch die Entstehung, also die hydrometeorologischen Randbedingungen hinterfragt worden. Ohne die Infrastruktur des Messnetzes mit der Erfassung von Abflüssen durch Feldmessungen während des Hochwassers sind derartige Auswertungen nicht möglich. Gerade die Feldmessungen während des Hochwassers liefern wertvolle Daten, um die Schlüsselkurven zur Übertragung der Wasserstände auf die Abflüsse auch bei Hochwasser mit großer Sicherheit zu ermöglichen, und sind damit ebenfalls von großem Interesse und rückblickend auf das Ereignis analysiert worden. Die genannten Punkte wurden in dem Bericht zum Weihnachtshochwasser 2014 durch die Fachbehörden des Landes (LLUR und LKN) bearbeitet und die Ergebnisse zusammengestellt [1]. Neben dieser Analyse des Ereignisses und seines Ablaufes sind auch die im Zusammenhang mit aufgetretenen Hochwasserereignissen in der Vergangenheit oftmals diskutierten Ursachen bzw. Veränderungen in den Gewässereinzugsgebieten, wie zum Beispiel Gewässerausbau und Ansprüche durch Nutzungsänderungen interessante Fragestellungen. Anhand des abgelaufenen Hochwassers, das sehr gut mit Messdaten dokumentiert ist, können derartige Fragen, anhand von modelltechnischen Untersuchungen näherungsweise beantwortet werden. Mit diesen Erkenntnissen können zukünftige Anstrengungen und Investitionen noch zielgerichteter angewendet werden, um Hochwasserrisiken durch zukünftige Hochwasser zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Ziel dieser Untersuchungen war es vor diesem Hintergrund, Wirkzusammenhänge verschiedener Einflussfaktoren auf die sich einstellenden lokalen Wasserstände in den betroffenen Gebieten bei den aufgetretenen Abflüssen des Weihnachtshochwassers 2014 unabhängig voneinander aufzuzeigen. Auf dieser Basis kann in der Diskussion, welche Maßnahmen zur Entschärfung der Betroffenheit bei Hochwasser sinnvoll sein können, fachlich fundiert argumentiert werden.

6 2 Datengrundlage Folgende Grundlagendaten wurden für die Berechnungen und Auswertungen in diesem Projekt verwendet: 1.) Gekoppeltes 1D/2D-Modell (Software MIKE FLOOD Release 2014), welches für die Kalibrierung des Hochwasserereignisses 2012 im ÜSG-Projekt verwendet wurde. Sachstand: November ) Peildaten (typischerweise 3-6 Längsprofilspuren) aus folgenden Messkampagnen (Tabelle 1): Jahr Bereich Tabelle 1: Peildaten 1997 Itzehoe bis Rensing 2007 Sperrwerk bis Itzehoe (hochaufgelöst) 2008 Itzehoe bis Rensing 2000 Itzehoe bis zur ehemaligen Eisenbahnbrücke (Kellinghusen) 2013 Itzehoe bis Rensing 2014 Itzehoe bis Grönhude 2007 Sperrwerk bis Itzehoe 3.) Vermessungsdaten sämtlicher Brücken an der Bramau (Terrestrische Vermessung, Stand: November 2012) 4.) Pegeldaten (Abfluss) für die Pegel Bad Bramstedt Ohlau, Bad Bramstedt Osterau, Bad Bramstedt Schmalfelder Au, Ridders, Föhrden-Barl (Stand: ), Willenscharen und Brokstedt (Stand: ) 5.) Pegeldaten (Wasserstände) für die Pegel Bad Bramstedt Ohlau, Bad Bramstedt Osterau, Bad Bramstedt Schmalfelder Au, Ridders, Föhrden-Barl (Stand: ), Willenscharen und Brokstedt (Stand: ), sowie Grönhude, Rensing, Störsperrwerk Außenpegel (Stand: ) und Störsperrwerk Binnenpegel (Stand: ) 6.) Abflussdaten der Regionalisierung (Stand: )

7 3 Definition und Abstimmung von Berechnungsszenarien Das Hochwasser 2014/15 hatte in den letzten 20 Jahren bereits einige Vorgänger, die lokal unterschiedlich ausgeprägt zu Problemen und Schäden geführt haben. Nach den Hochwassern ist oftmals kontrovers über Schuld und Ursache und deren Beseitigung gesprochen worden. Eine Schwierigkeit bei verschiedenen Defiziten oder Ursachen im Bereich der Gewässermorphologie und der Unterhaltung des Gewässers ist, dass Einflüsse und Auswirkungen auf Wasserstände von vermuteten Ursachen sich während des ablaufenden Hochwassers überlagern und deshalb Analysen und entsprechende Nachweise schwer möglich sind. Deshalb ist das Ziel der vorliegenden Ausarbeitung, in einem ersten Schritt Aussagen über verschiedene Wirkzusammenhänge bei dem abgelaufenen Weihnachtshochwasser 2014 in der Bramau und Stör abzuleiten und den Einfluss Ihrer Einzelwirkung auf die Wasserstände herauszuarbeiten. Diese zu untersuchenden Wirkzusammenhänge sind: 1. Einfluss einer vermuteten zunehmenden Auflandung der Sohle im Bereich der Bramaumündung in die Stör am Beispiel des abgelaufenen Weihnachtshochwassers Einfluss einer vermuteten Sedimentation in verschiedenen Bereichen im Raum Bramau-Stör- Kellinghusen am Beispiel des abgelaufenen Weihnachtshochwassers Es werden zusätzlich zu den Simulationen mit dem kalibrierten ÜSG-Modell Varianten mit veränderten Sohlhöhen, welche sich aus der Datenauswertung ergeben, berechnet und die Modellergebnisse zum Vergleich der Wasserspiegellagen aufbereitet. 3. Einfluss von Randbedingungen durch mögliche Sturmfluten in der Elbe am Beispiel des abgelaufenen Weihnachtshochwassers Es werden zwei Varianten, Normaltide ohne Sperrwerkseinfluss und 35 Stunden Sperrtide infolge schwerer Sturmflut, als Vergleich zu den Verhältnissen des Weihnachtshochwassers 2014 berechnet. 4. Einfluss von Bewuchs im Bereich der Ortslage Wrist im Abflussquerschnitt der Bramau am Beispiel des abgelaufenen Weihnachtshochwassers Diese Bewertung wird vereinfacht an einem exemplarischen Bauwerk geführt. Zu dem Vergleich der beschriebenen Einflüsse werden diese Wirkfaktoren im Modell als Berechnungsvarianten abgebildet und entsprechende Simulationen durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit dem vorliegenden Ist-Zustand des hydraulischen Modells anhand der Simulationen des abgelaufenen Weihnachtshochwasser 2014 verglichen und die Ergebnisse als Gegenüberstellung der Wasserstände von Istzustand und Berechnungsvariante des jeweils betrachteten Einflussfaktors aufbereitet. Darüber können die Wirkungen veränderter Randbedingungen des Gewässers herausgearbeitet und aufgezeigt werden.

8 4 Berechnung des Istzustandes Weihnachtshochwasser 2014/15 Es wird das Weihnachtshochwasser 2014 mit den hydrologischen Randbedingungen aus den Einzugsgebieten und mit den Randbedingungen des Sperrwerks als Istzustand für die weiteren Betrachtungen aufbereitet. Im Bereich der vermuteten Sohlaufhöhung im Mündungsbereich der Bramau wird das Modell dazu, den fachlichen Anforderungen folgend, stark verfeinert. An den Zuflussstellen des oberen Einzugsgebiets (z.b. Willenscharen, Bramau Pegel, etc.) werden die Zuflussganglinien der hydrologischen Auswertungen des Weihnachtshochwassers 2014/15 als obere Randbedingungen für die Berechnungen angesetzt. 4.1 Änderungen des Modellnetzes Für die Berechnungen wurde das Modellnetz, welches für die Kalibrierung des HW-Ereignisses 2012 im ÜSG-Stör Projekt verwendet wurde (inklusive Berücksichtigung der tatsächlichen Deichkronen-Höhen und Abbildung der Polder als Retentionsräume), im Bereich der vermuteten Auflandung der Bramau-Mündung verfeinert (Abbildung 1). Das Modell verwendet die Peildaten der Messkampagne 2008 für den Bereich Itzehoe bis Bramaumündung. Für die Berechnungen wurden zusätzlich die 1D-Stränge der Nebengewässer und Zuläufe der Stör (Stör bei Willenscharen, Brokstedter Au, Bullenbach, Kirchweddelbach, Wegebek, Heischbach, Mühlenbek, Rantzau und Bekau) und der Bramau (Hudau, Osterau) entkoppelt und an dieser Stelle die entsprechenden Zuflussganglinien angesetzt (siehe auch 4.2. Modelltechnische Randbedingungen). Der 1D- Strang der Stör im Unterlauf wurde nicht entkoppelt, damit der Einfluss der unteren Randbedingung am Sperrwerk in der Simulation berücksichtigt werden konnte.

9 Abbildung 1: Modellschematik und Verfeinerung des Modellnetzes 4.2 Modelltechnische Randbedingungen Das bestehende hydraulische Modell wurde für das Hochwasserereignis 2012 kalibriert (Stand: November 2014). Es erfolgte keine erneute Kalibrierung im Zuge dieses Projektes, d.h. es wurden die Modellgeometrie und die Rauheiten des bestehenden Modells verwendet (eine Ausnahme bildet der Bereich der Bramau-Mündung, wo das Modellnetz verfeinert wurde, siehe Abschnitt 4.1). Für die hydrodynamische Simulation wurden Zuflussganglinien für das Weihnachtshochwasser auf der Basis der Pegelganglinien aufbereitet und unter Berücksichtigung der Abflüsse der Regionalisierung skaliert (Tabelle 2):

10 Tabelle 2: Zuflüsse für die hydrodynamische Modellierung Zufluss Referenzpegel Referenz-Lastfall der Regionalisierung Scheitelwert [m 3 /s] Willenscharen Willenscharen HQ10 38,10 Brokstedter Au Brokstedter Au HQ5 8,41 Wegebek Brokstedter Au HQ5 2,00 Kirchweddelbach Brokstedter Au HQ5 1,24 Bullenbach Brokstedter Au HQ5 1,26 Heischbach Brokstedter Au HQ5 0,70 Mühlenbek Brokstedter Au HQ5 2,41 Osterau Osterau HQ50 12,30 Hudau Schmalfelder Au + Ohlau HQ50 30,15 Bramau Föhrden-Barl HQ50 2,65 Rantzau Ridders < MHQ 4,77 Als untere Randbedingung wurde im Istzustand die Wasserstandsganglinie des Binnenpegels am Sperrwerk verwendet (grüne Kurve in Abbildung 8). Somit wird die tatsächliche Steuerung des Sperrwerks während des Hochwasserereignisses 2014 berücksichtigt. Das Sperrwerk wurde zu diesem Zeitpunkt mit Sielzug gefahren. Der Simulationszeitraum für das Hochwasserereignis 2014/15 wurde auf den :00 bis zum :00 festgelegt. Innerhalb dieses Zeitraums wurde in der hydrodynamischen Simulation an jedem Punkt des modellierten Bereichs der höchste Wasserstand des Hochwasserereignisses erreicht.

11 5 Szenario: Vermutete Auflandung (Sandbank) in der Stör im Bereich des Bramauzuflusses Es wird auf der Basis historischer visueller Beobachtungen quer zum Bramauzufluss liegende Sandablagerungen in der Stör vor der Bramaumündung vermutet. Es ist deshalb in diesem Bereich eine Auswertung von Peildaten des WSA Hamburg aus verschiedenen Jahren vorgenommen und auf dieser Basis die beobachteten Sedimentumlagerungen identifiziert und in der Ausdehnung und Höhe erfasst worden. Mit dieser lokalen Sohlveränderung im Bereich der Bramaumündung wurde eine Berechnung dieses geänderten Gewässer-Zustandes durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Szenarios wurden aufbereitet und den Wasserständen des Ist-Zustandes gegenübergestellt. Auf diese Weise kann der Einfluss auf die Gewässer Bramau und Stör durch eine isolierte Betrachtung der Sohlveränderung im Mündungsbereich der Bramau analysiert und bewertet werden. 5.1 Anpassung der Sohlhöhen zur Abbildung der vermuteten Auflandung Die modelltechnischen Randbedingungen (Sperrwerkssteuerung, Zuflussganglinien) bleiben unverändert gegenüber dem Ist-Zustand (Kapitel 4). Das Basismodell ist auf den Peildaten aus dem Jahr 2008 aufgebaut. Deswegen wurden zur Berücksichtigung der Sohlveränderungen im Bereich der Bramaumündung die berechneten Sohldifferenzen (Peildaten 2013 minus Peildaten 2008) im Bereich der Brücke in Wittenbergen und unmittelbar oberhalb der Mündung an den Modellknoten angepasst. Die Peildaten aus dem Jahr 2013 sind die aktuellsten Höhendaten vor dem Hochwasserereignis 2014/15. Die daraus abgeleiteten Sohlhöhen für die modelltechnische Berücksichtigung bilden den Zustand des Flussbettes für das modellierte Hochwasserereignis gut ab. Abbildung 2 stellt die Sohldifferenzen zwischen den Messkampagnen 2013 und 2008 für den Bereich der vermuteten Auflandung dar. In den Blautönen werden Auflandungen aufgezeigt, in den Gelbtönen die Sohlvertiefungen. Der graue Bereich bildet Sohlveränderungen zwischen -0,1 und +0,1 m ab, welche als morphologisch neutral betrachtet werden. Im Einströmbereich sind an der linken und rechten Uferseite der Stör Auflandungen von >0,40 m Höhe (Auflandung von -0,2 mnn auf 0,2 mnn) zu beobachten (Abbildung 17). Der Korridor zwischen diesen Sandbänken bleibt während des Zeitraums allerdings größtenteils unverändert, und etwas weiter unter- und oberstromig sind sogar Vertiefungen von bis zu 0,2 m festzustellen.

12 Abbildung 2: Peildatendifferenzen im Bereich der Mündung 5.2 Ergebnis und Bewertung Die Ergebnisse der Simulation sind als hydraulischer Längsschnitt (Anhang B) und exemplarisch an vier Profilen (Anhang C) zusammen mit den anderen Szenarien dargestellt. Im hydraulischen Längsschnitt werden sowohl in der Stör als auch in der Bramau die maximalen Wasserstände des Hochwasserereignisses 2014/15 dargestellt. Für die vergleichende Visualisierung der Sediment -Szenarien wurde eine zweite Achse hinzugefügt (Anhang B), da die Differenzen bei gleicher unterer Randbedingung im Millimeter-Zentimeter-Bereich liegen. Die geringen Differenzen sind durch die Überstauhöhe von > 3 m (Wassertiefe) im Zusammenspiel mit einem sehr geringen Wasserspiegelgefälle zu erklären. Hierdurch stellen sich sehr niedrige Fließgeschwindigkeiten in diesem Abschnitt ein, was dazu führt, dass die Wasserspiegeldifferenzen durch die punktuellen Auflandungen an der Bramau-Mündung bei den während des Hochwasserscheitels vorherrschenden Randbedingungen bei rechnerisch maximal 2 mm praktisch als neutral zu bewerten sind. Als Fazit ist festzustellen, dass die beobachteten Sandablagerungen vorhanden sind und wie in Beobachtungsberichten geschildert wurde auch sicher bei niedrigen Wasserständen sichtbar sind. Bei Niedrigwasserabfluss ist es vermutlich so, dass Sohlveränderungen, die dann als relativ große Ablagerung wahrgenommen werden können, auch einen Einfluss auf das Abflussverhalten haben. Bei Hochwasser ist diese Veränderung in der Sohle im Vergleich sehr klein und zu dem in Anspruch genommenen Abflussquerschnitt vernachlässigbar. Dies erklärt, warum im Ergebnis von dem beobachteten Sandfang bei Hochwasser praktisch kein Einfluss auf den Wasserspiegel (der mehr als 3 Meter über dieser Veränderung der Sohle liegt) ausgeht.

13 6 Szenario: Vermutete Sohlveränderungen (Auflandung) in der Stör und in der Bramau Nach der Einstellung von Unterhaltungsbaggerungen für die Berufsschifffahrt durch die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung wird insbesondere in der Stör vermutet, dass es kontinuierlich zu einer Auflandung der Sohle durch Sedimentation kommt. Vor diesem Hintergrund werden Peildaten der Sohle ausgewertet, die eine Beurteilung der Sohlhöhen etwa 7-8 Jahre vor dem im ÜSG Stör-Modell abgebildeten Zustand erlaubt. Auf dieser Basis werden zwei Berechnungsszenarien definiert. Das erste bildet den Zustand der Sohle auf der Basis von Peildaten aus dem Jahr 2000 ab, das zweite bildet den Zustand der Sohle auf der Basis von Peildaten aus dem Jahr 2013 ab. Durch einen Vergleich der Simulationsergebnisse der Szenarien Sohle 2000 und Sohle 2013 mit dem Ist-Zustand des ÜSG-Stör-Modells, das auf der Basis von Peildaten aus aufgebaut wurde, kann hinsichtlich möglicher Auswirkungen eine vergleichende Untersuchung durchgeführt werden. Zusätzlich werden Daten einer Sonderpeilung aus dem Jahr 1997 dazu verwendet, die morphologischen Veränderungen des Flussbettes und dessen Auswirkungen auf das Referenzhochwassers HW 2014/2015 im Vergleich zu dem Basis-Szenario 2008 auch für diesen Zeitraum zu simulieren und auszuwerten. 6.1 Modelltechnische Randbedingungen Die modelltechnischen Randbedingungen (Sperrwerkssteuerung, Zuflussganglinien) bleiben unverändert gegenüber dem Ist-Zustand (Kapitel 4). Alle weiteren Änderungen werden nachfolgend beschrieben Sohlzustand 2013 Sohlzustand der Stör im Jahr 2013 Es wurden die Sohlhöhendifferenzen zwischen der Messkampagne 2013 und 2008 (Peildaten) ausgewertet. Die flächige Darstellung der Differenzen ist Anhang A zu entnehmen. Abbildung 3 zeigt die im Querschnitt gemittelten Sohlhöhendifferenzen. Insgesamt ist eine abschnittdeckende durchschnittliche Auflandung zu beobachten. Diese Sohldifferenzen sind auch in den exemplarischen Querschnitten in Anhang C eingezeichnet. 1 Die Peildaten 2007 beziehen sich ausschließlich auf den Bereich unterhalb von Itzehoe zwischen den Szenarien wurde keine Anpassungen der Sohle in diesem Bereich vorgenommen.

14 Abbildung 3: Längsschnitt der Peildatendifferenzen 2013 Minus 2008 Sohlzustand der Bramau im Jahr 2013 Für die Bramau liegen keine Peildaten für beide Sohlzustände (2008 und 2013) vor. Die Sohlhöhen für das Modellnetz wurden im ursprünglichen Modell 2 auf der Basis einer terrestrischen Vermessung ermittelt. Es wurden deshalb Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, einen Bezug zwischen den im Mittel auftretenden Schubspannungen und den beobachten Sohlveränderungen an der Stör herzustellen. Dieser Bezug, sofern herstellbar, kann dann dazu verwendet werden, auch ohne vorliegenden Daten an der Bramau die Sohlveränderungen für die Modellierung anhand der modelltechnisch ermittelten Schubspannungen zu übertragen. Bei einem freifließenden Gewässer (ohne Tideeinfluss) kann davon auszugehen werden, dass Bereiche mit erhöhten Schubspannungen einen Abtrag von Lockersedimenten begünstigen (Erosion), während in Bereichen mit langsamer Strömung (niedrige Schubspannungen) Ablagerungen von Sedimenten zu erwarten sind. Vor diesem Hintergrund wurde eine hydrodynamische Simulation mit mittleren Abflüssen (MQ) als Zuflussrandbedingung und einer normalen Tide (Niedrigwasser: -1,20 mnn; Hochwasser: +1,52 mnn) als untere Randbedingung über eine Simulationsdauer von zwei Tagen durchgeführt. Die sich einstellenden 2 Modell TUHH, 2002

15 Schubspannungen wurden für die Stör berechnet und in einen Längsschnitt zusammen mit den aus den Peildaten ermittelten Sohlveränderungen (Anhang D, Abbildung 21) und (Anhang D, Abbildung 22) eingetragen. Anhand dieser Längsschnitte kann nicht gezeigt werden, wie Veränderungen der Sohlhöhe im Zusammenhang mit Veränderungen der Schubspannungen stehen. Zum Beispiel führen lokal erhöhte Schubspannungen bei der Gewässerstation (unterhalb der Bramaumündung) nicht zu Peildatendifferenzen. Über den gesamten Gewässerabschnitt sind im Längsschnitt lokale Veränderungen der Sohle zu vermerken, welche nicht in einen Zusammenhang mit den berechneten Schubspannungen gestellt werden können. Eine Korrelationsauswertung der beiden Parameter Sohlhöhenveränderungen und Schubspannungen führt ebenfalls nicht zu verwertbaren Aussagen. Schlussfolgernd kann aus den durchgeführten Auswertungen kein Bezug zwischen den modelltechnisch ermittelten Schubspannungen und Sohlveränderungen hergestellt werden, aus dem eine Ermittlung von Sohlveränderungen an der Bramau ableitbar wäre. Des Weiteren wurden durch den Auftraggeber Recherchen bezüglich der Datenverfügbarkeit historischer Daten an der Bramau durchgeführt. Tabelle 3 listet eine Zusammenstellung der verfügbaren Vermessungsdaten an der Bramau auf, die im Rahmen der Untersuchungen nicht verwendet wurden, da sie als Vergleichsgrundlage nicht geeignet waren. Tabelle 3: An der Bramau verfügbare Vermessungsdaten Datum Abschnitt Verfügbare Daten Form Kommentar 1973/ Querprofile und Längsprofile Analog Querprofile und Längsprofile Analog Querprofile Analog und digital Modellnetzbathymetrie Digital 2012 Sonderbauwerke Querprofile Digital Ursprüngliches Modellnetz ArcGIS Punkt- Shape Datei, drei Profile pro Bauwerk Unter Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Datensätzen aus verschiedenen Messkampagnen könnten prinzipiell die vermuteten Veränderungen der Sohlveränderungen punktuell überprüft werden. Die Auswertung der detaillierten Peildaten an der Stör hat allerdings gezeigt, dass auch innerhalb geringer Abstände in Gewässerlängsrichtung es durch natürliche Umlagerungsprozesse zu Höhendifferenzen von mehreren Dezimetern kommen kann (Anhang A). Eine Betrachtung auf der Basis vereinzelter Profile an der Bramau führt daher ebenfalls nicht zu einem Ansatz, Veränderungen in der Sohle abzuleiten. Vor dem Hintergrund dieser Datengrundlage wurden Analogien zwischen dem Wasserspiegelgefälle bei Hochwasser an Abschnitten der Stör, wo Peildaten im Jahr 2013 vorhanden sind, und der Bramau, wo keine aktuellen digitalen Peildaten vorliegen, gesucht.

16 Abbildung 4 zeigt eine Projizierung der hydraulischen Längsschnitte der Stör oberhalb der Bramaumündung und der Bramau selbst auf die gleiche Achse. Es werden Analogien hinsichtlich des Sohlgefälles und maximalen Wasserspiegellagen während des Hochwasserereignisses 2014 für den Abschnitt bis etwa 3,5 km oberhalb der Mündung beobachtet. Es wurde daher in Ermangelung von Messdaten die vereinfachende Annahme getroffen, dass beide Gewässer sich in Bezug auf die Sohlhöhenveränderungen ähnlich verhalten und die abgeleiteten Veränderungen von Sohlhöhen der Stör auf die Bramau übertragen werden können. Die Annahme, die als vereinfachter Ansatz fachlich vertretbar ist, findet Anwendung auf den unteren 3,5 km der Bramau, also etwa von der Mündung bis zur Ortschaft Wrist. Der Mittelwert der Sohlhöhenveränderungen an der Stör in diesem Bereich (+90 mm) wurde wie beschrieben auf den Niedrigwasserkorridor der Bramau der unteren 3,5 Flusskilometer übertragen (Abbildung 4). Abbildung 4: Vergleich der hydraulischen Längsschnitte der Stör und Bramau und abgeleitete Sohlhöhenveränderungen Sohlzustand 2000 Sohlzustand der Stör im Jahr 2000 Es wurden die Sohlhöhendifferenzen zwischen der Messkampagne 2000 und 2008 (Peildaten) ausgewertet. Die flächige Darstellung der Differenzen ist Anhang A zu entnehmen, während Abbildung 5 die

17 im Querschnitt gemittelten Sohlhöhendifferenzen aufzeigt. Bis etwa zur Gewässerstation (Unterlauf) liegen die Sohlhöhen im Jahr 2000 über den Sohlhöhen des Jahres Weiter im Oberlauf hingegen ist eine Auflandung zwischen 2000 und 2008 zu beobachten (höhere Sohle im Jahr 2008). Abbildung 5: Längsschnitt der Peildatendifferenzen 2000 Minus 2008 Sohlzustand der Bramau im Jahr 2000 Für die Bramau liegen keine Peildaten vor, weswegen auch für die Abbildung des Sohlzustandes im Jahr 2000 für die Bramau keine verlässlichen Höhendaten zu Grunde liegen. Analog zur Ermittlung eines konstanten Offsets für diesen Flussabschnitt bei der Simulation des Sohlzustandes 2013 wurde auch hier eine pauschale Sohlhöhendifferenz auf der Basis der Daten an der Stör oberhalb der einmündenden Bramau und des simulierten Hochwasserspiegelgefälles ermittelt. Abbildung 6zeigt eine Projizierung der hydraulischen Längsschnitte der Stör oberhalb der Bramaumündung und der Bramau selbst auf die gleiche Achse. Der Mittelwert der Sohlhöhenveränderungen an der Stör in diesem Bereich (-130 mm) wurde im Modellnetz pauschal auf den Niedrigwasserkorridor der Bramau auf den unteren 3,5 Flusskilometer übertragen (Abbildung 6), um mögliche Veränderungen der Wasserspiegellage zu simulieren.

18 Abbildung 6: Vergleich der hydraulischen Längsschnitte der Stör und Bramau und abgeleitete Sohlhöhenveränderungen Sohlzustand 1997 Sohlzustand der Stör im Jahr 1997 Die Auswertung der Sonderpeilung im Jahr 1997 ermöglicht die Ermittlung der Sohlhöhendifferenzen zwischen 1997 und Die flächige Darstellung der Differenzen ist Anhang A zu entnehmen. In Abbildung 7 wurden diese Differenzen auf einen Längsschnitt projiziert. Der bereits für den Zeitraum anhand der Peildaten nachgewiesene Trend einer durchschnittlichen Sohlvertiefung unterhalb der Gewässerstation wird durch die Peildaten der Sonderkampagne 1997 bestätigt. Oberhalb der Gewässerstation (etwa 500 m oberhalb der Einmündungsstelle Rantzau) ist auch anhand dieser Daten eine Auflandung zwischen 1997 und 2008 zu vermerken. Dieser Trend der Auflandung zieht sich in den Oberlauf bis etwa nach Rensing fort.

19 Abbildung 7: Längsschnitt der Peildatendifferenzen 1997 Minus 2008, Stör Sohlzustand der Bramau im Jahr 1997 Die Sonderpeilung im Jahr 1997 umfasst auch den Flussabschnitt der Bramau auf den unteren 600 m (bis etwa zur Fußgängerbrücke). Allerdings liegen Peildaten aus anderen Messkampagnen für diesen Abschnitt nicht vor, so dass kein direkter Vergleich zur Überprüfung der unter und getroffenen Annahmen durchgeführt werden kann. Anders als bei den Messkampagnen 2000 und 2013 können aber die absoluten Sohlhöhen aus den Peildaten abgeleitet und direkt den Knotenhöhen für die unteren 600 m zugewiesen werden. Wasserspiegelveränderungen in dem unteren Bereich der Bramau können also hinsichtlich Sohlveränderungen nur in diesem Bereich betrachtet werden. Die Sohlhöhen lagen bei der Sonderpeilung 1997 in dem unteren Abschnitt der Bramau im Schnitt rund 0,1 m höher als die Knotenhöhen im Modell. Bis zur Gewässerstation z.b. liegen sie allerdings auch etwa 0,1 m niedriger als die entsprechenden Modellknoten. 6.2 Ergebnis und Bewertung Die Ergebnisse sind als hydraulischer Längsschnitt (Anhang B) und exemplarisch an vier Profilen (Anhang C) zusammen mit den anderen Szenarien dargestellt. In vielen Bereichen liegt die Sohle der Stör im Jahr 2013 höher als 2008 über lange Strecken unterhalb der Bramau-Mündung kann dies gemäß den Ergebnissen der Simulation zu einem Gesamt-Aufstau von etwa 30 mm führen. Oberhalb der Bramaumündung sind die Auflandungen in der Stör weitaus geringer,

20 und die Wasserspiegeldifferenzen liegen durchschnittlich bei unter 10 mm. In der Bramau sind nennenswerte Wasserspiegeldifferenzen bei diesem Szenario lediglich in Bereichen eines erhöhten Wasserspiegelgefälles zu beobachten. Bei der Simulation des HW 2014 für den Sohlzustand 1997 im Unterlauf der Bramau wurde kein Anstieg der Hochwasserspiegellage trotz Anhebung der Sohle (ca. 0,1 m) relativ zum modellierten Ist-Zustand nachgewiesen. Die Wasserstände im Unterlauf der Bramau sind bei hohen Tidewasserständen durch die Störwasserstände rückstaubeeinflusst, so dass eine Auflandung im Unterlauf sich praktisch nicht auf die Wasserstände der Bramau in diesem Bereich auswirkt. In vielen Bereichen waren die Sohlhöhen 2000 durch lokale Verlagerungen niedriger als bei der Peildatenauswertung 2008 (Anhang A). Durch das geringe Wasserspiegelgefälle und den großen Wassertiefen relativ zu der Ausprägung dieser Sohldifferenzen werden nur geringe Wasserspiegeldifferenzen zwischen den beiden Sohlzuständen simuliert. Die Modellberechnung für den Sohlzustand 1997 hingegen zeigt im Bereich der Gewässerstation um 26 mm niedrigere Hochwasserstände als im Ist-Zustand (Abbildung 7) an. Diese Erhöhung der Hochwasserstände relativ zu einem früheren Zeitpunkt ist auf eine lokale Auflandung an dieser Stelle zwischen den Jahren 1997 und 2000 zurückzuführen. In dem Zeitraum zwischen 2008 und 2013 hingegen geht aus den Peildaten an dieser Stelle keine Auflandung und aus den dazugehörigen Wasserspiegelsimulationen keine Anhebung der Hochwasserspiegellage hervor. Auflandungen in der Größenordnung von Dezimetern über längere Strecken könnten sich auf die maximalen Wasserspiegellagen bei Hochwasser auch bei einem geringen Wasserspiegelgefälle auswirken. Bei lokalen Auflandungen (z.b. vermutete Auflandung an der Mündung der Bramau in die Stör) verhalten sich die Wasserspiegellagen bei einem deutlichen Überstau und einem sehr flachen Wasserspiegelgefälle allerdings neutral. Bei niedrigen Wasserständen kann es aber durchaus sein, dass ein Aufstau bei lokalen Auflandungen oder die Auflandung selbst wie die an der Bramau-Mündung untersuchte in der Realität zu beobachten ist. Als Fazit ist festzustellen, dass es weder eine kontinuierliche noch eine über die verschiedenen Abschnitte konstante Aufhöhung der Sohle in den 16 Jahren zwischen 1997 und 2013 gegeben hat. Die ausgewertete Datengrundlage aus den hochaufgelösten Flächenpeilungen der Sohle erlaubt stattdessen die Vermutung, dass es lokal mit der Zeit zu Anhebungen gefolgt von Absenkungen über die verschiedenen Bereiche kommt, die keine eindeutige lokale Tendenz zeigen, sondern vielmehr für eine bewegliche Struktur der Gewässersohle spricht. Entsprechend kann es bei der Ausbildung von lokalen Sohlerhöhungen auch nur zu geringfügigen vernachlässigbaren Auswirkungen auf die Wasserspiegel kommen. Es kann aber nicht von einem generellen Einfluss auf die Wasserspiegellage bei Hochwasser gesprochen werden. Vielmehr unterliegt die Sohle Veränderungen die lokal unterschiedlich ausgeprägt sind und als ein Wechsel zwischen Aufhöhung und Absenkung in der Größenordnung von wenigen Zentimetern verstanden werden können und durch die natürliche Umlagerung von Sedimenten im Gewässersystem zu erklären sind.

21 7 Szenario: Einfluss verschiedener Unterwasserrandbedingungen (Sperrwerk) auf die Hochwassersituation am Beispiel des HW 2014/15 Um den Einfluss der Sperrwerkssteuerung auf die Wasserstände an Stör und Bramau bei Hochwasser aufzuzeigen, werden neben der Abbildung des tatsächlichen abgelaufenen Weihnachtshochwassers zwei weitere extreme Randbedingungen als Szenarien berechnet. Es wird eine Variante mit einer normalen Tide und eine Variante mit einer Sturmflut, die ein Schließen des Sperrwerks von 35 Stunden erfordert, verglichen. Dadurch wird die Abhängigkeit aufgezeigt, die sich durch eine möglicherweise zeitgleich zum Ablaufen eines starken Binnenhochwasserereignisses einstellende Sturmflutsituation bzw. durch anhaltende hohe Tidewasserstände ergibt, während der das Sperrwerk an der Störmündung geschlossen ist. Insbesondere bei langanhaltenden Sturmfluten kann es dazu kommen, dass über mehrere Tidezyklen das Sperrwerk zum Schutz gegen einlaufendes Wasser geschlossen bleiben muss. Dadurch kann dann gegebenenfalls auch das Binnenwasser nicht abfließen und führt zu einem Rückstau bis in den Bereich der betrachteten Ortslagen an der Stör und der Bramau und damit verbunden zu höheren Wasserständen. In diesem Szenario wird genau dieser Effekt untersucht und der Einfluss verschiedener seeseitiger Bedingungen der Tide Elbe auf ein Binnenhochwasser anhand des Hochwassers 2014/15 herausgearbeitet. 7.1 Modelltechnische Randbedingungen Bei den unteren Randbedingungen wurde verschiedene Tideganglinien umgesetzt (Abbildung 8): 1.) Ist-Zustand: Ganglinie entsprechend dem tatsächlichen Verlauf der Binnenpegelganglinie des Störsperrwerks. 2.) 35-Stunden Sperrwerkschließung: Gemäß den aus dem ÜSG-Projekt gewonnenen Erkenntnissen muss das Sperrwerk ab einem Wasserstand von etwa 2,45 mnn schließen, um bei einem Außenpegelwasserstand von 2,50 mnn komplett geschlossen zu sein 3. Ab diesem Zeitpunkt bleibt das Sperrwerk während 35 Stunden geschlossen. Die Außenpegelganglinie wurde zeitlich entsprechend nach Sperrwerköffnung so verschoben, dass die Tide zu diesem Zeitpunkt abläuft (Ebbe) und nicht während dieser Phase in die Stör reindrückt. 3.) Normale Tide mit einem Niedrigwasserstand von -1,20 mnn und einem Hochwasserstand von +1,52 mnn. 3 Vorgaben der Sperrwerkverordnung

22 Abbildung 8: Wasserstandsganglinien der unteren Randbedingung 7.2 Ergebnis und Bewertung Die Ergebnisse sind als hydraulischer Längsschnitt (Anhang B) zusammen mit den Ergebnissen der weiteren Szenarien Berechnungen dargestellt. Die Unterschiede zwischen den drei Szenarien mit veränderter unterer Randbedingung (Ist-Steuerung, Normale Tide, 35-Stunden Sperrzeit) sind ausschließlich durch die Differenzen der Wasserstände am Sperrwerk zu erklären. So liegt der Wasserstand beim 35-Stunden Szenario deutlich über dem Ist-Zustand, und ist auch bis hinter Rensing (Stör) bzw. bis zur Eisenbahnbrücke Wrist (Bramau) zu beobachten. Die Unterschiede zwischen dem Szenario Ist-Zustand und Normale Tide sind nur bis etwa 500 m unterhalb der Bramau-Mündung zu beobachten. Fazit: Ob während eines Hochwassers das Sperrwerk wegen gleichzeitiger Sturmflut oder hohen Tidewasserständen geschlossen bleiben muss oder nicht, ist für die sich einstellenden Wasserstände bei Binnenhochwasser an der Stör von großem Einfluss. In Kellinghusen kann der Einfluss durch ein geschlossenes Sperrwerk bei gleichzeitiger Sturmflut während eines Binnenhochwassers zu einer erheblichen Verschärfung der Situation in den betroffenen Bereichen führen. In Wrist kann der Einfluss durch ein geschlossenes Sperrwerk bei gleichzeitiger Sturmflut während eines Binnenhochwassers bis zu den beiden Brücken in Wrist festgestellt werden. Darüber hinaus ist eine

23 Wirkung der Sperrwerksschließung nicht mehr feststellbar, da der Rückstau des Binnenhochwasserabflusses an diesen beiden Querbauwerken die Wasserspiegeländerungen in diesem Bereich verursachen. 8 Szenario: Einfluss von Bewuchs im Bereich des Vorlandes und des Abflussquerschnitts in der Bramau im Bereich Wrist Abflusshindernisse führen zu einem Aufstau und zu erhöhten Wasserständen. Man kann das in Fließgewässern gut beobachten, wenn bei erhöhten Abflüssen z.b. Brückenpfeiler umströmt werden und sich Wasser davor aufstaut. Bei Hochwasser kommt es oftmals zu der Situation, dass der für eine normale und auch erhöhte Abflussführung konzipierte Abflussquerschnitt bei Querbauwerken an seine Grenzen kommt und sich Wasser zurückstaut. Dies ist bei Hochwasser ab bestimmten Abflüssen oft an Brücken der Fall, deren Pfeiler bzw. Widerlager im Vergleich zu dem natürlichen Querschnitt ein Abflusshindernis darstellt. Brücken als feste Bauwerke sind aber nicht ohne weiteres veränderbar, anders als Bewuchs in deren Abflussquerschnitt. Starker Bewuchs durch Verbuschung in sonstigen gewässernahen Abflussquerschnitten kann sich vergleichbar als eine Reduzierung des Fließquerschnitts erheblich auswirken, da sich bei Hochwasser das Astwerk durch Treibsel zusetzen kann. In Einzelfällen kann beobachtet werden, dass Brückenquerschnitte durch intensiven Bewuchs in Ihrer Abflusskapazität erheblich eingeschränkt werden, was bei Hochwasser zu einem starken Aufstau und im Extremfall zu einem vollständigen Einstau oder einer Überstauung der Brücke führen kann. Diese Situation der Beeinflussung des Abflusses an Brücken durch Bewuchs lag auch während des Hochwassers 2014/15 an der Bramau vor und wurde bei einer Ortsbegehung in der Ortslage Wrist dokumentiert. Dabei wurden die lokalen Bewuchsverhältnisse für eine exemplarische Ermittlung des Einflusses auf das Abflussverhalten fotografiert und ausgewertet. Zusätzlich wurden Luftbilder analysiert. Die während des Hochwasserereignisses 2014/15 vorhandene Bewuchssituation wird über geeignete modelltechnische Annahmen exemplarisch in einem 1D Abschnitt für das kritische Brückenprofil in Wrist abgebildet und einer bewuchsneutralen Abflusssituation gegenübergestellt. 8.1 Vorgehen Aufbauend auf den geometrischen Randbedingungen (Vermessungsdaten) des ÜSG-Modells wurde ein vereinfachtes 1D-Modell für den Bereich zwischen der Bramau-Mündung und dem Zusammenfluss der Osterau und Hudau erstellt. Als untere Randbedingung wurde die Pegelganglinie Grönhude verwendet, die Zuflussganglinien werden aus den HW 2014-Ganglinien der Pegel Osterau, Schmalfelder Au und Ohlau gebildet. Ein Abgleich der berechneten und beobachteten Abflussganglinie erfolgte am Pegel Föhrden-Barl (Abbildung 9).

24 Abbildung 9: Vergleich der Abflussganglinien am Pegel Föhrden-Barl Sämtliche Querbauwerke wurden abgebildet (Neuvermessung November 2012). Für den Flussschlauch wurde ein KSt-Wert von 25 m 1/3 /s angesetzt, was einem niedrigen Verkrautungsgrad eines gut unterhaltenen Flachlandgewässers entspricht. Die Vorländer wurden anhand eines pauschalen KSt-Werts von 15 m 1/3 /s abgebildet. Die Ergebnisse dieser Simulation (Kapitel 8.4) zeigen eine idealisierte Wasserspiegellage, welche sich bei einem Gewässer ohne dichten Bewuchs eingestellt hätte. 8.2 Fotodokumentation Der Bereich der Bramau in Wrist ist geprägt von dichtem Böschungsbewuchs an beiden Gewässerprofilböschungen, insbesondere im Bereich der Eisenbahnbrücke und der Brücke Bokeler Straße, was teils zu erhöhten Fließwiderständen (z.b. Abbildung 10, unten rechts), teils aber auch zu markanten Querschnittseinengungen (Abbildung 10, oben rechts) führt.

25 Abbildung 10: Fotodokumentation in Wrist

26 8.3 Modelltechnische Randbedingungen Bereiche mit erhöhten Fließwiderständen wurden mit einem Rauheitswert von 8 m 1/3 /s an der entsprechenden Böschung abgebildet. Die beobachteten Einengungen wurden im Modell als tatsächliche Querschnittreduzierung geometrisch berücksichtigt. Hierzu wurden jeweils drei Profile an die Stelle der entsprechenden Einengung interpoliert, und dabei das mittlere Abflussprofil um 25% eingeengt. Der Busch direkt unterhalb der Bokeler Straße wurde mit einer Einengung von 33% des Lichtprofils abgebildet. Die modelltechnischen Umsetzungen wurden nur für den in Abbildung 10 gezeigten Bereich durchgeführt. Eine ähnliche Bewuchssituation war während des Hochwasserereignisses 2014/15 möglicherweise auch in anderen Bereichen der Bramau zu beobachten, was aber im Zusammenhang mit der vorliegenden Fragestellung in dieser exemplarischen Betrachtung nicht weiter berücksichtigt wurde. 8.4 Ergebnis Die Ergebnisse sind in Abbildung 11 dargestellt. Die dunkelblaue Linie zeigt die idealisierte Wasserspiegellage des HW 2014 bei normalen Rauheiten (KSt = 25), während die hellblaue Linie den Aufstau widerspiegelt, welcher sich bei der beobachteten Bewuchssituation laut Modellberechnungen einstellen würde und wie die Beobachtungen zum Abstand zwischen der Deichkrone und dem beobachteten Hochwasserstand beim HW-Ereignis 2014/2015 gezeigt haben sich auch so eingestellt hat (Abbildung 11). Hierbei wurden die beobachteten lokalen Engstellen und der Böschungsbewuchs den entsprechenden Profilen zugeordnet. Anhand der hydrodynamischen Modellierung wurde ein erhöhter Wasserstand von etwa 10 cm zwischen den beiden Brücken, und über 25 cm oberhalb der Bokeler Straße (eingestaute Brücke) berechnet. 8.5 Einschätzung der Gesamtsituation durch Bewuchseinfluss an der Bramau Die Auswertung des Einflusses von lokalem Böschungsbewuchs im Bereich Wrist zeigt, dass bei einem natürlichen Fließgradienten alleine durch die erhöhten Fließwiderstände und Querschnitteinengungen bei einem Hochwasser der Größenordnung des Dezember 2014 Ereignisses sich um etwa 100 mm (und ggf. auch mehr) erhöhte Wasserstände einstellen können. Zusätzlich kann der Böschungsbewuchs aber auch den Einstau eines Brückenbauwerks auslösen, wodurch ein zusätzlicher erheblicher Aufstau entstehen kann. Durch die beschriebenen bewuchsbedingten erhöhten Wasserstände wird keine Reduzierung der Abflussspitze und deshalb auch keine Entlastung im Unterlauf durch reduzierte Abflüsse und Wasserstände erzielt. Ein positiver Effekt auf die Wasserstände bei Hochwasser für die Unterlieger kann nur durch ausreichende Retentionswirkung im Oberlauf erzielt werden. Hier sind insbesondere Renaturierungsmaßnahmen mit der Nutzung von natürlichem Stauraum und Laufverlängerungen zu nennen. Als technische Maßnahmen kann der Retentionseffekt durch Rückhaltevolumen im Oberlauf, im Idealfall unter Berücksichtigung einer entsprechenden Steuerung bzw. der Berücksichtigung von Überlagerungseffekten von Abflusswellen bei Hochwasser unterstützt werden.

27 FAZIT: Bewuchs und insbesondere Verbuschung am Ufersaum kann zu einer Einengung des Abflussquerschnitts bei Hochwasser führen. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, dass bei Hochwasser mitgeführtes Treibsel in den Büschen hängen bleiben kann. Dieser bewuchsbedingte Einfluss kann zu deutlichen Anstiegen des Wasserspiegels bei Hochwasserabfluss führen wie in den repräsentativen Modellrechnungen an der Bramau im Bereich der Ortslage Wrist gezeigt wurde. Die beschriebenen Zusammenhänge bestehen im Bereich des Abflussquerschnitts, der typischerweise durch vergleichsweise hohe Fließgeschwindigkeiten und größere Wassertiefen gekennzeichnet ist. Je weiter derart beschriebene Bewuchssituationen vom Gewässerprofil entfernt auf den Vorländern bestehen, desto geringer ist der beschriebene Einfluss. Vorländer sind bei Hochwasser zwar eingestaut, der Abflussanteil ist im Vergleich zum Hauptabflussprofil aber sehr gering und die Wasserstände sehr viel niedriger. Deshalb ist der Einfluss auf die Wasserstände bei Hochwasser deutlich geringer bis nicht vorhanden. Abbildung 11: Hydraulischer Längsschnitt der modellierten Wasserspiegellagen in Wrist

28 9 Vergleich der betrachteten Szenarien und Bewertung Es wird zunächst eine statistische Einordnung des Ereignisses und eine Betrachtung der Situation an den bestehenden Deichen und deren Höhen für den Bereich an der Stör im Raum Kellinghusen und an der Bramau im Raum Wrist vorgenommen. Stör/Kellinghusen: Es kann dem Landesbericht des LLUR und des LKN zum Thema Weihnachtshochwasser entnommen werden, dass am Pegel Kellinghusen Parkplatz mit 55,2 m³/s ein Hochwasserabfluss aufgetreten ist, der einem HQ20 zugeordnet werden kann. Dieser liegt 8,7 m³/s unter dem Hochwasserabfluss des HW- Ereignisses 2012, welcher als der höchste gemessene HW-Abfluss im Raum Kellinghusen gilt [1]. Linksseitig verläuft der Binnenhochwasserschutzdeich oberhalb der Einmündung der Wettern bis direkt oberstromig der Neuen B206 um etwa 70 m Entfernung vom Ufer entlang der Stör. Der minimale Freibord beim HW2014 betrug hier etwa 1 m, und bei dem Szenario mit einer 35-Stunden Sperrwerkschließzeit etwa 0,75 m. Oberhalb der Neuen B206 ist der Binnenhochwasserschutzdeich um bis zu 400 m vom Ufer entfernt und der Freibord lag minimal bei etwa 0,8 m (0,57 m bei dem berechneten Szenario einer 35-Stunden Sperrwerkschließzeit). Auf der rechten Seite verläuft die Deichkrone bis zur Station auf einer Höhe von mindestens 3,68 mnn, wobei beim Hochwasserereignis 2014/2015 ein Freibord von etwa 0,6 m nicht unterschritten wird. Auch bei einem Szenario mit dem gleichen Hochwasserabfluss und einer Schließzeit des Sperrwerks von 35 Stunden beträgt die Höhe zwischen Deichoberkante und der Wasserspiegellinie noch mindestens 0,37 m. Oberhalb der Hafenanlage kam es entlang der Binnenhochwasserschutzlinie an mehreren Stellen zu Überströmungen. Gemäß den vorliegenden Höheninformationen liegt das Gelände hier teilweise unter 2,50 mnn, während der Hochwasserstand beim HW2014 unterhalb der Mündung der Mühlenbek bei 3,10 mnn lag. Siehe zu den Höhenlagen der Hochwasserschutzanlagen und den korrespondierenden höchsten Wasserständen auch Abbildung 12.

29 Abbildung 12: Höhenlage der Binnenhochwasserschutzanlagen an der Stör Bramau/Wrist An der Bramau (Pegel Föhrden-Barl) wurde das HQ100 laut Pegelstatistik überschritten. Der Scheitelabfluss während des HW-Ereignisses 2014/2015 betrug hier etwa 42 m³/s. Die Modellergebnisse zeigen, dass die Deiche linksseitig im Unterlauf der Bramau überströmt werden. Oberhalb der Brücke Bokeler Straße liegen die Deiche auf einer Höhe von mindestens 4,80 mnn. Ohne den erhöhten Bewuchs (einschnürende Wirkung und Rauheit) hätte der Freibord bei etwa 0,8 m gelegen. Erhöhte Hochwasserstände durch starken Böschungsbewuchs und durch Einschnürungen zu höheren Wasserständen und einem geringeren Freibord von etwa 0,60 m beim Hochwasserereignis 2014/2015 geführt. Siehe zu den Höhenlagen der Hochwasserschutzanlagen und den korrespondierenden höchsten Wasserständen auch Abbildung 13.

30 Abbildung 13: Höhenlage der Binnenhochwasserschutzanlagen an der Bramau FAZIT: Bei einem Vergleich der betrachteten Szenarien, die einen wesentlichen Anteil in der Diskussion haben, welche Einflussfaktoren es in der Stör/Bramau bei Hochwasser gibt, und zum Teil in der Vergangenheit kontrovers diskutiert wurden, kann nach der modelltechnischen Untersuchung folgende Aussagen getroffen werden. Die in den vorliegenden Messdaten seit dem Jahr 1997 feststellbaren Sohlveränderungen in der Stör zeigen nicht, dass es eine kontinuierliche Sedimentation und Auflandung in der Stör gibt. Lokale Veränderungen können zwar lokal einen geringen Einfluss auf die Wasserstände bei Niedrigwasser haben, sind aber für die Hochwassersituation in Kellinghusen und Wrist nicht relevant. Dies gilt auch für die beobachtete und in den Messdaten nachweisbare Sandbank im Bereich der Bramaumündung. Hingegen ist der Einfluss einer möglichen Schließung des Sperrwerks während des Binnenhochwassers über einen längeren Zeitraum relevant für die Wasserstände in Kellinghusen und Wrist. Wegen der Gewässerstruktur und den vorliegenden Höhenverhältnissen in der Bramau ist hier der Einfluss nur bis etwa zur Eisenbahnbrücke in Wrist deutlich. Der exemplarisch an der Bramau im Bereich der beiden Brücken in Wrist untersuchte Einfluss von buschigem Bewuchs im Abflussquerschnitt des Gewässers hat gezeigt, dass der Einfluss auf die Wasserstände im Bereich von Dezimetern liegen kann und im Vergleich zu den möglichen anderen untersuchten Szenarien deshalb hervorzuheben ist.

31 Der Bewuchs auf gewässerfernen Flächen (Vorland) dagegen hat wegen der dort deutlich kleineren Fließgeschwindigkeiten und Wassertiefen einen erheblich geringeren und im Vergleich zum Bewuchs im Abflussquerschnitt vernachlässigbaren Einfluss. 10 Zusammenfassung Die vorliegenden Untersuchungen liefern durch modellgestützte Auswertungen von verschiedenen Einflüssen auf die Hochwasserstände des Weihnachtshochwassers 2014/2015 in den Ortschaften Wrist und Kellinghusen einen ingenieurtechnischen Beitrag zu fachlich fundierten Diskussionen hinsichtlich eines grundsätzlichen Einflusses verschiedener Faktoren auf die Hochwasserstände in der Stör und der Bramau. Folgende Themenbereiche wurden untersucht: 1. Sohlveränderungen in der Stör und der Bramau 2. Einfluss von Sturmfluten (und geschlossenem Störsperrwerk) 3. Einfluss von Bewuchs im Abflussquerschnitt Sohlveränderungen: Ausgehend von Peildaten des Flussbettes der Stör aus verschiedenen Messkampagnen (1997, 2000, 2007/2008, 2013) wurde die Veränderung der Sohle in diesem Zeitraum untersucht. Dadurch wurde die Existenz einer vermuteten Sandbank in der Stör unterhalb der Bramau- Mündung nachgewiesen. Obwohl diese Sandbank bei niedrigen Wasserständen als deutlich sichtbar beschrieben wurde, ist sie bei Hochwasser mehr als 3 Meter unter Wasser. Der Einfluss auf die Wasserstände ist deshalb sehr gering und nur lokal vorhanden. Oberwasserseitig in der Stör und in der Bramau bei den betroffenen Ortslagen Wrist und Kellinghusen ist kein nennenswerter Einfluss auf die Wasserstände vorhanden. Es wurde ebenfalls untersucht, ob es in dem Zeitraum in den 16 Jahren zwischen 1997 und 2013 eine kontinuierliche Auflandung der Sohle gegeben hat. Die ausgewertete Datengrundlage aus den hochaufgelösten Flächenpeilungen der Sohle zeigt, dass dies nicht der Fall ist und erlaubt stattdessen die Vermutung, dass es lokal mit der Zeit zu Anhebungen gefolgt von Absenkungen über die verschiedenen Bereiche kommt, die keine eindeutige Tendenz zeigen, sondern vielmehr auf eine bewegliche Struktur der Gewässersohle hindeuten. Entsprechend kann es bei der Ausbildung von lokalen Sohlerhöhungen auch zu geringfügigen Auswirkungen auf die Wasserspiegel kommen. Es kann aber nicht von einem generellen Einfluss auf die Wasserspiegellage bei Hochwasser gesprochen werden. Einfluss von Sturmfluten: Anhand der Simulationen von veränderten Unterwasserrandbedingungen wird deutlich, dass eine Sperrwerkschließung von 35 Stunden erhebliche Auswirkungen auf die Hochwasserstände in Kellinghusen bis oberhalb von Rensing hätte. Der Einfluss in der Bramau ist oberhalb der Eisenbahnbrücke in Wrist nicht mehr signifikant. Die Steuerung des Sperrwerks, Sielzug bei erhöhten Tidewasserständen, während des Weihnachtshochwassers 2014/15 hatte keinen signifikanten Einfluss