Alternative Lösungsvorschläge zur Minderung des Schlickeintrags in die Unterems

Transkript

1 Dipl. Ing. Wilfried Rodiek (WSD Nordwest) BAW-Kolloquium Untersuchungen zur Minderung von Sediment- und Schwebstoffmengen in den Seeschifffahrtsstraßen am in Hamburg

2 Systemzustand der Tideems Das Schlickproblem Hohes natürliches Sedimentaufkommen im Mündungstrichter der Ems Dollart liegt im Zentrum der Brackwasserzone Hohe Schlickbildungsrate Schwebstoffkonzentration im Mündungstrichter der Ems ist deutlich höher als in Weser und Elbe (Faktor 100!) Kritische Sauerstoffgehalte S2

3 Systemzustand der Tideems - Tidedynamik Geringe Räumkraft des Ebbstroms Verkürzung der Flutdauer von See nach Binnen Flutdauer Borkum Flutdauer Borkum Höhe über Pegelnull [cm] Flutast der Tidewelle in Richtung Unterems steiler und kürzer (hohe Flutstromdominanz ) Wenig Oberwasserabfluss 300 Flutdauer Herbrum Flutdauer Herbrum Borkum Fischerbalje Borkum Fischerbaje Herbrum Herbrum :01 22:01 21:01 20:01 19:01 18:01 17:01 16:01 15:01 14:01 13:01 12:01 11:01 10:01 09:01 08:01 07:01 06:01 05:01 04:01 03:01 02:01 01:01 00:01 Zeit S3

4 Systemzustand der Tideems Tideverhältnisse Maximaler Tidehub an der oberen Tidegrenze Vergleich Tidekennwerte Quelle: BfG Quelle: BfG

5 Systemzustand der Tideems Auswirkungen auf den Feststofftransport - Tidebedingte Prozesse tragen weit mehr Sedimente in die Unterems als das Oberwasser - Niedrige und mittlere Oberwasserzuflüsse: in die Unterems eingetragene Sedimente werden weiter stromaufwärts transportiert (tidal pumping) - Hohe Oberwasserzuflüsse: Sedimente werden stromabwärts gespült, verbleiben jedoch in der Tideems (werden nicht in die Nordsee gespült.) Abschätzung: die Unterems importiert im Mittel 3,5 Mio. t/a Analyseergebnisse der Bundesanstalt für Wasserbau Quelle: Vortrag Dr.-Ing. Harro Heyer (BAW) vom 8. Juli 2010 S5

6 Folgen Nutzernachteile S6

7 Folgen und Konsequenzen Stoffhaushalt / Wassergüte Funktionsverluste Abwertung des Lebensraums Gewässergüte 1987 Gewässergüte 2004 mäßig verändert sehr stark verändert Handlungsbedarf aus ökonomischen und ökologischen Gründen S7

8 Ziele künftiger Maßnahmen Stoffhaushalt / Wassergüte Deutlich verbesserte Gewässergüte (als Grundlage für die Wiederansiedlung charakteristischer aquatischer Lebensgemeinschaften) Fahrwasserunterhaltung Reduzierung der Unterhaltungsbaggermengen bei gleichzeitiger Minimierung der Verschlickung Nutzungen Erhaltung und Förderung vorhandener Nutzungen (Schifffahrt, Häfen, Wasserwirtschaft, Entwässerung, Fischerei,..) Fauna / Flora / Habitate / Artenschutz Regeneration ästuariner Lebensräume S8

9 Lösungsansätze - Übersicht Sohlschwelle Damm in in der der Dollartmündung Sohlverflachung (Emskanal) Polder an an der der Mündung Tidespeicherbecken Lösungsansätze Rückverlegung des Tidewehres Herbrum Dauerstau des Emssperrwerkes Tidesteuerung mit mit dem Emssperrwerk

10 Projektorganisation Emskanal Lenkungsgruppe Leitung Chefin der nds. Staatskanzlei Mitglieder Staatssekretäre (nds. MW, MU, ML) Landräte der Lke. Leer und Emsland Präsident WSD Nordwest BUND Nieders. (Landesgeschäftsführer) WWF NABU Nds. (Landesvorsitzender) Meyer-Werft (Herr Zerrahn) Projektgruppe Leitung Leiter der Regierungsvertretung Oldenburg Mitglieder NLWKN Landräte der Lke. Leer und Emsland WSD Nordwest BUND WWF (Frau Claus) NABU Nds.

11 Zwischenergebnis der Lenkungsgruppe Emssperrwerk

12 Lösungsansatz Sohlschwelle - Systemansatz Nachhaltige Verminderung des Materialeintrags von der Seeseite in die Unterems und Stärkung des Ebbstroms durch Emssperrwerk Dämpfung der Tidedynamik mit einem Bauwerk in Höhe des Emssperrwerkes zur Querschnittseinschnürung Leer Sohlschwelle Papenburg

13 Lösungsansatz Sohlschwelle - Technisches Konzept

14 Lösungsansatz Sohlschwelle - Technisches Konzept Prinzipskizze

15 Lösungsansatz Sohlschwelle - Zwischenfazit Sohlschwelle mit Schleuse: technisch machbar Hydromorphologische Wirksamkeit: nachgewiesen Erhebliche Verminderung des Schlicktransports in die Unterems Mittel- und langfristig erheblich geringere Baggermengen Nettoschwebstofftransport Die Sohlschwelle kehrt das Systemverhalten um: Resultierender Sedimenttransport über weite Strecken stromab (im Ist Zustand stromauf) S15

16 Lösungsansatz Tidesteuerung mit Emssperrwerk - Systemansatz Reduzierung der Gezeitenasymmetrie der Ems (möglichst unter Erhaltung des Tidevolumens) durch Dämpfung einzelner Phasen des Tidestiegs Einsatz des Emssperrwerkes mit seinen Verschlussorganen als Flutbremse und Regelventil (möglichst unter Aufrechterhaltung der Schifffahrt) S16

17 Lösungsansatz Tidesteuerung mit Emssperrwerk Ziele Ökonomische und ökologische Ziele Stabilisierung des derzeitigen Ausbauzustandes (Reduzierung der Unterhaltungskosten) Verbesserung der Gewässergüte (Reduzierung der Suspensionskonzentration) S17

18 Lösungsansatz Tidesteuerung mit Emssperrwerk Untersuchungsprogramm Simulation des Tidesteuerungsbetriebs mit math. Modellierung (NLWKN-FSK) Belastbarkeitsgrenzen Steuerungsmodus Eingangsgrößen Steuerungsmodus Eingangsdaten Steuerungsmodus Validierungsdaten Validierungsdaten Geschwindigkeitsfelder Steuerungsmodus Naturversuch Tidesteuerungsbetrieb mit Messprogramm (NLWKN, WSV, andere) Validierungsdaten Gutachten Bauwerkssicherheit (Kolkschutz) im Tidesteuerungsbetrieb (extern) S18 Untersuchung zur morphodynamischen Entwicklung infolge Tidesteuerungsbetrieb (extern) Gutachten Schiffsführungssimulation (extern)

19 Lösungsansatz Tidesteuerung mit Emssperrwerk Zeitplan 05/2011 Beginn der Untersuchungen seit 05/2011 Vorbereitung Naturversuch seit 07/2011 Kolkschutzgutachten seit 08/2011 Morphologische Entwicklung der Ems 05/2012 Naturversuch Tidesteuerung mit Emssperrwerk 05/2013 Schiffsführungssimulation (noch nicht beauftragt) 11/2013 Abschluss aller Untersuchungen S19

20 Lösungsansatz: Verlegung der oberen Tidegrenze in Verbindung mit ergänzenden Maßnahmen - Systemansatz Flussabwärtsverlagerung der Haupttrübungszone und Verminderung des seewärtigen Eintrags von Schwebstoffen über eine Verminderung der Resonanz der Tidewelle (Verstärkung der Charakteristik als fortschreitende (statt stehende ) Tidewelle durch Ausdehnung des Tideeinflusses in die Stauhaltung zwischen Herbrum und Bollingerfähr in Verbindung mit der Schaffung von 3 Tidepoldern und (evtl.) Sohlverflachung über einen begrenzten Bereich in der Tidestrecke S20

21 Lösungsansatz: Verlegung der oberen Tidegrenze in Verbindung mit ergänzenden Maßnahmen Maßnahmenbeschreibung Neue Tidegrenze evtl. Sohlverflachung um 80 cm Herbrum - Papenburg 3 Tidespeicherbecken Abbau Wehr Herbrum Alte Tidegrenze S21

22 Lösungsansatz: Verlegung der oberen Tidegrenze in Verbindung mit ergänzenden Maßnahmen Wahrung der Schifffahrtsbelange Schleuse/ Wehr Bollingerfähr Schleuse/ Wehr Herbrum Papenburg Drempel NN + 2,00 m MThw NN + 2,00 m NN +0,30m Drempel NN -1,50 m MTnw NN 0,80 m MTnw NN 1,60 m Wasserspiegel sinkt bei Wehrlegung tidebedingt ab Drempel NN -4,80 m Ausgleich absinkender Wasserstände durch Anlage von Tidespeicherbecken ggf. Sohlaufhöhung in der Tidestrecke Benötigte Wassertiefe für die Schifffahrt: 3,50 m S22

23 Lösungsansatz Polder an der Mündung - Systemansatz Reduzierung des Eintrags von Schwebstoffen in die Unterems und Reduzierung des Tidalpumping durch über die Dämpfung des Tideingangssignals in die Unterems und Anhebung des Tnw und Reduzierung der Tideasymmetrie Einrichtung eines Tidepolders (435 ha; Füllvolumen: ca. 15 Mio. m3) zur Angestrebter Zusatzeffekt: Schaffung bzw. Wiederherstellung ökologischer Funktionen S23

24 Lösungsansatz Tidespeicherbecken entlang der Unterems - Systemansatz Reduzierung des Eintrags von Schwebstoffen in die Unterems und Reduzierung des Tidalpumping durch Stärkung des Ebbstroms und Anhebung des Tnw und Reduzierung der Tideasymmetrie über die Anordnung mehrerer Tidespeicher entlang der unteren Ems (Annahme: 7 Lokationen; Füllvolumen: Total 29 Mio m³; Fläche: ca 840 ha); evtl. unterschiedliche Dimensionierung der Speicher in Abhangigkeit ihrer Lage S24

25 Ablaufplan für die Gutachtenbearbeitung Lenkungsgruppenbeschluss Projekt Lebendige Ems Polder a.d. Mündung Verlegung Tidegrenze Sohlverflachung Sohlschwelle Tidesteuerung Tidespeicherb. Dauerstau Hydrodyn. Untersuchung Untersuchung Sedimenttransport Gutachten Abbruch wg. Zielerreichungs- Defizite [Sep. 2011] Hydrodyn. Untersuchung verfolgenswert ja Ende nein Ggf. Hydrodyn. Untersuchung verfolgenswert ja Ende nein Hydrodyn. Untersuchung verfolgenswert ja Ende nein Gesonderte Untersuchung LK e Hydrodyn. Untersuchung, Nachw. der Sohlsicherheit und morphol. Unters. (Sedimenttransport und mittel/langfristige Sedimentation/Erosion) NLWKN S25 nein Ende verfolgenswert LK ja Erstellen der Leistungsbeschreibung Hydro-morphologisches Gutachten Projektgruppe Bearbeitung außerhalb des Untersuchungsauftrages der Projektgruppe

26 Zeitplan für die Umsetzung der Gutachten S26

27 Inhalte der Leistungsbeschreibung für das hydro-morphologische Gutachten Erstellen des Emsmodells Modellierung, Berechnung und Dokumentation des Vergleichszustandes und der Lösungsvarianten im Hinblick auf die Hydrodynamik Vergleichende Gegenüberstellung und Bewertung der Lösungsvarianten im Hinblick auf ihre grundsätzliche Eignung, die angestrebten Gesamtziele zu erreichen (in Abstimmung mit dem Auftraggeber) (benötigtes Instrument Tidekennwertsystem) Untersuchung der ausgewählten erfolgversprechenden Lösungsansätze hinsichtlich der Sedimentttransportes und der Wirkungen auf den Wasserkörper Vergleichende Bewertung der verbliebenen Lösungsvarianten Die abschließende Bewertung und Reihung der untersuchten Lösungsansätze obliegt dem Auftraggeber mit seiner Projektgruppe (benötigtes Instrument Übergeordnetes Ziel- und Bewertungssystem. S27

28 Tidekennwert-System zur Voreinschätzung, wie Lösungsansätze hydraulisch wirken ob die Lösungsansätze im Hinblick auf die Oberziele (deutliche Verminderung der Schlickkonzentration, keine weitere Akkumulation des resultierenden Festsstofftransportes in der Unterems) erfolgversprechend sind. und Vorauswahl, welche Alternativen im Hinblick auf die Feststofftransportprozesse weiter untersucht werden sollen mit Indikatoren wie : Tidewasserstände (Tidehub, Tnw, Thw) Stauwasserdauer Maximale Strömungen (VFX / VEX) Quotient der Strömungen in Flut- und Ebbestromrichtung [-] S28

29 Übergeordnetes Ziel- und Bewertungssystem für die Lösungs-Alternativen Schlüsselparameter: - Schwebstoffkonzentration - Resultierender Feststofftransport (Größenordnung und Richtung) - Lage der Haupttrübunszone Aber daneben bleiben Kernfragen wie: Was ist mit welchen Lösungen in welcher Qualität erreichbar? Wie sollen ökonomische und ökologische Kenngrößen in eine umfassende Bewertung einfließen? Wie sind diese zu gewichten? Wie bewertet man unterschiedlich hohe Veränderungen des Tidehubs? An welchem Zielsystem misst und bewertet man die Paramater?! S29

30 Ausblick Die Antworten zu einem geeigneten Ziel- und Bewertungssystem sind noch zu geben; wichtige Erkenntnisse werden von einem Workshop mit externer fachlicher Beteiligung erwartet. Dieses Instrument muss in 2012 für die Interpretation und Bewertung der gutachterlichen Ergebnisse rechtzeitig entwickelt werden. Erste Antworten, welcher(e) Lösungansatz(ansätze) am erfolgversprechendsten ist (sind), sind im Laufe der 2. Jahreshälfte 2013 zu erwarten. Wilfried Rodiek WSD Nordwest Schloßplatz Aurich S30