Sedimentmanagement Tideelbe Strategien und Potenziale - Systemstudie II Ökologische Auswirkungen der Unterbringung

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1 Bericht -

2 Zitiervorschlag: BfG (2014): Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hamburg. Bundesanstalt für, Koblenz, BfG Der Bericht darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eine Veröffentlichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der Bundesanstalt für.

3 Bericht - Auftraggeber: Wasser- und Schifffahrtsamt Hamburg Auftragsnummer: M Anzahl der Seiten: 10

4 0 In dem vergangenen und aktuellen Jahrzehnt ist es mehrfach zu deutlich erhöhten jährlichen Baggermengen im Hamburger Raum (Delegationsstrecke und Hafenbecken) gekommen. Im angrenzenden WSV-Bereich haben sich die Baggerschwerpunkte nach stromauf verlagert. Darüber hinaus haben sich die umweltrechtlichen Anforderungen maßgeblich verändert. Die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) und Hamburg Port Authority (HPA) sehen daher vor, mit einer nachhaltigen Strategie zum die anfallenden Baggermengen zu begrenzen und die Unterhaltung der auch hinsichtlich ökologischer Aspekte zu optimieren. Dies trägt dauerhaft zur rechtlichen Absicherung der notwendigen Unterhaltung bei. Der vorliegende Bericht () ist die Fortführung der Systemstudie I (BfG 2008a), in soptionen für das bei Wedel gebaggerte Feinmaterial erarbeitet wurden. In der werden nunmehr das bei der Unterhaltung anfallende Feinmaterial 1 der gesamten (HPA- und WSV-Bereich) und dessen Unterbringungsmöglichkeiten sowie die damit verbundenen ökologischen betrachtet. Das Feinmaterial stammt im Wesentlichen aus den Baggerbereichen Hamburg, Wedel/Juelssand, NOK (Vorhafenbereiche) und Osteriff (Abbildung 01). Das Baggergut in den anderen regelmäßig zu unterhaltenden Bereichen der ist hingegen überwiegend sandig. Zu Empfehlungen zur Unterhaltungsstrategie für die sandig geprägten WSV-Fahrrinnenabschnitte der wird auf separate Berichte verwiesen (BAW 2013, BfG 2014 in Vorbereitung). Für eine Analyse der aktuellen Unterhaltungsstrategie, deren Defizite (bezüglich Kreislaufbaggerungen und Baggermengen) und ihrer Optimierungspotenziale, wurde die Methode einer szenariobasierten Sensitivitätsanalyse verwendet. In fünf betrachteten Szenarien wird davon ausgegangen, dass die gebaggerten Sedimente im Gewässer verbleiben (Tabelle 1, Kapitel 2.4). Betrachtet wurde die Unterbringung des gesamten Baggergutes (Feinmaterial) jeweils eines Baggerbereiches in verschiedene Bereiche der : Maximum Trübungszone (MaxTrüb), stromab MaxTrüb und Nordsee (zur Lage der Feinmaterialbereiche und Zonen siehe Abbildung 01). Die unterschiedlichen Optionen zur Unterbringung mit den jeweiligen Vorund Nachteilen für die verschiedenen Fachaspekte (Hydrologie, Morphologie, Schadstoffe, Ökotoxikologie, Sauerstoffhaushalt, wirbellose Tiere, Fische und Pflanzen) wurden vergleichend dargestellt und bewertet. Anhand der szenariobasierten Sensitivitätsanalyse wird deutlich, dass es aufgrund der teilweisen Gegenläufigkeit von Wirkpfaden und -prozessen keine aus Sicht aller Fachaspekte optimale Unterhaltungsstrategie geben kann. Basierend auf den morphologischen Grundsätzen wird der Fokus in Bezug auf die ökologischen auf das Thema Schadstoffe und Ökotoxikologie gelegt, da vor allem die Belastung der Sedimente der noch immer hoch ist und die Entscheidung über die Unterbrin- 1 Definition: Als Feinmaterial bzw. Feinsediment gilt Sediment mit einem hohen Anteil in der Kornfraktion < 63 μm (Tone und Schluffe). Dieses Material besitzt aber zugleich auch größere Feinsandanteile ( µm), wobei schluffiger Feinsand das gröbste Sediment darstellt, welches in dieser Systemstudie noch zum Feinmaterial gezählt wird. Seite 4

5 gungsbereiche für Baggergut beeinflusst. Dementsprechend sind die Empfehlungen entwickelt und formuliert. Nach aktueller Unterhaltungspraxis werden die zur Herstellung der planfestgestellten Fahrwassertiefen in den Feinsedimentationsschwerpunkten zu entnehmenden Sedimente weiter stromab im Gewässer umgelagert (Abbildung 01, oben rechts). Empfehlungen Das aus morphologischer Sicht zu verfolgende Ziel eines ausgeglichenen Feinmaterialhaushaltes wird derzeit nicht erreicht. Notwendig ist ein verstärkter Austrag aus dem Ästuar, um unter anderem eine Reduzierung bestehender Kreislaufbaggerungen, insbesondere im Bereich Hamburg (Minimierung der Umlagerungen im Bereich stromauf MaxTrüb), zu erreichen. Zu Zeiten hohen Oberwasserabflusses bewirkt die aktuelle Unterhaltungsstrategie bereits jetzt durch die Unterbringung des Baggerguts aus dem Bereich Wedel/Juelssand in den Bereich MaxTrüb einen Feinmaterialaustrag aus dem Bereich stromauf MaxTrüb. Dieser erfolgt bislang nicht mit dem erklärten Ziel, eine definierte zusätzliche Menge - unter Berücksichtigung der Schadstoff- und Ökotoxikologieproblematik - aus dem System zu entfernen. Unter Einbeziehung der Erfahrungen aus der zeitlich befristeten Unterbringung von Baggergut aus dem Bereich Hamburg in das Schlickfallgebiet der Nordsee (Tonne E3) und der Analyse der morphologischen und Defizite der verschiedenen Szenarien wurde eine Empfehlung für eine neue adaptive und flexible Unterhaltungsstrategie entwickelt: Ergänzend zur aktuellen Strategie ist nach erster Abschätzung ein zusätzlicher Austrag von Feinmaterialmengen in der Größenordnung von 1 Mio. m³/a Feinmaterialmenge (0,5 Mio. t TS/a) aus der erforderlich. Dieser Strategievorschlag beinhaltet eine Abwägung zwischen den für den Feinsedimenthaushalt gesetzten Zielen und den aus der Zielerreichung resultierenden ökologischen - vorrangig die Aspekte Schadstoffe, Ökotoxikologie (Tabelle 8, Kapitel 8.4). Seite 5

6 Abbildung 01: Empfohlene Unterhaltungsstrategie: Unterbringungspfade zur Erreichung des zusätzlichen Austrags aus dem System (Details siehe Text). Im Fenster rechts oben ist die aktuelle Strategie dargestellt, die grundsätzlich weiterhin bestehen bleibt und durch den zusätzlichen Austrag optimiert wird. In Abbildung 01 sind die Unterbringungspfade zur Erreichung der zusätzlichen Austragsmenge (Kapitel 8) dargestellt. Die Auswahl spfade richtet sich nach der Schadstoffbelastung der Sedimente und der Höhe des Oberwasserabflusses (Tabelle 01). Der zusätzliche Austrag soll durch eine gezielte Unterbringung des Baggerguts zu Zeiten mit hohem Oberwasserabfluss in den Bereich MaxTrüb und zu Zeiten mit niedrigem Oberwasserabfluss in den Bereich stromab MaxTrüb erreicht werden. Eine Unterbringung weiter seewärts bewirkt dagegen keinen zusätzlichen Effekt bezüglich der beabsichtigten Austragsmenge. Zudem wird für die Unterhaltung die Einbeziehung von Vorratsbaggerungen und Sedimentfängen empfohlen (Sedimentfang Wedel ist eingerichtet); in Zeiten hoher Oberwasserabflüsse kann damit eine bestmögliche Entlastung des Feinsedimenthaushaltes erreicht werden. Die Erreichung der Austragsmenge ist durch ein entsprechendes Monitoring zu überprüfen und gegebenenfalls auf der Basis neuer Erkenntnisse anzupassen. Seite 6

7 Tabelle 01: Optionen zur Erreichung der erforderlichen zusätzlichen Austragsmenge an Feinmaterial; gering belastetes Baggergut ist zu bevorzugen. Der zusätzliche Austrag von etwa 1 Mio. m³/a soll über den in der aktuellen Unterhaltungspraxis erreichten Austrag hinausgehen. Baggerbereich Oberwasserabfluss Unterbringung NOK niedrig stromab MaxTrüb Wedel/Juelssand hoch MaxTrüb Wedel/Juelssand niedrig stromab MaxTrüb Hamburg hoch MaxTrüb Hamburg niedrig stromab MaxTrüb Bei der Auswahl des Feinmaterials soll für den zusätzlichen Austrag nach Möglichkeit das Feinmaterial verwendet werden, welches die geringste Schadstoffbelastung und das geringste ökotoxikologische Potenzial aufweist. Zu beachten ist, dass entsprechend dem bestehenden Gradienten der Schadstoffbelastung (von Hamburg bis Nordsee abnehmend) mit zunehmender Entfernung die Unterschiede der Schadstoffbelastungen und des ökotoxikologischen Potenzials zwischen Baggergut/-bereich und weiter seewärtigen Unterbringungsbereichen größer werden. Die weiteren geprüften ökologischen Aspekte spielen bei den vorgeschlagenen Unterbringungspfaden eine untergeordnete Rolle. Im Folgenden werden die einzelnen Optionen der empfohlenen Strategie (Erreichung des zusätzlichen Austrages mit Reduktion Baggerkreislauf) mit ihrer Abfolge skizziert, Details sind dem Kapitel 8 zu entnehmen. Werden die Prioritäten anders als in diesen Empfehlungen gesetzt, können andere Handlungsoptionen in den Vordergrund treten. Zur Erreichung der zusätzlichen Austragsmenge wird als vorrangige Option empfohlen, Baggergut aus dem Bereich NOK bei niedrigem Oberwasserabfluss in den Bereich stromab MaxTrüb unterzubringen (blauer Pfeil, Abbildung 01), da dieses sich durch die geringste Schadstoffbelastung und das geringste ökotoxikologische Potenzial auszeichnet. Ob die erforderliche zusätzliche Austragsmenge an Feinsedimenten allein im Bereich NOK erreicht wird, kann aufgrund noch ungeklärter sedimentologischer Bedingungen nicht sicher ausgesagt werden. Zudem bedarf es vertiefter Analysen, um die Effekte auf den zusätzlichen Austrag sowie insbesondere auf die Feinsedimentdynamik im weiter entfernten Bereich Hamburg abschätzen zu können. Die Bearbeitung dieser Fragestellungen ist erforderlich, um zukünftig eine aus ökologischer Sicht weitgehend optimierte Unterhaltungsstrategie verfolgen zu können. Aus morphologischer Sicht müssen noch fehlende Austragsmengen aus der Unterhaltung der stromauf gelegenen und daher stärker schadstoffbelasteten Bereiche Wedel/Juelssand und ggf. auch Hamburg mit höherem ökotoxikologischen Potenzial herangezogen werden. Das Baggergut des Bereichs Wedel/Juelssand wird derzeit schon im Bereich MaxTrüb untergebracht, um einen Austragseffekt und eine Entlastung des Feinsedimenthaushaltes zu erzielen. Durch die Unterhaltung dieses Bereiches sowie die Nutzung von Sedimentfängen Seite 7

8 konsequent zu Zeiten hoher Oberwasserabflüsse können zusätzliche Austragsmengen zur weiteren Entlastung des Feinsedimenthaushaltes erreicht werden (grüner Pfeil, Abbildung 01). Unter diesen Bedingungen wird das untergebrachte Baggergut durch die Strömung weiter stromab transportiert und eine Unterbringung des Baggergutes in den Bereich stromab MaxTrüb würde zu keinem zusätzlichen Austrag führen. Wenn durch die Unterhaltung von Sedimentfängen zu Ende des Winterhalbjahres baggerfreie Zeiten im Sommerhalbjahr erreicht werden können, würde dies zudem helfen, die Notwendigkeit von Baggerungen zu vorgegebenen Baggerausschlusszeiten zu vermeiden. In Fällen lang anhaltend niedriger Oberwasserabflüsse kann es zur Erreichung der zusätzlichen Austragsmenge erforderlich sein, Material aus dem Bereich Wedel/Juelssand (roter Pfeil, Abbildung 01) nach stromab MaxTrüb zu bringen. Falls auch damit die zusätzlichen Austragsmengen nicht erreicht werden, kann es erforderlich sein, zu Zeiten hoher Oberwasserabflüsse zusätzlich Baggergut aus dem Bereich Hamburg in den Bereich Max Trüb (gepunkteter grüner Pfeil, Abbildung 01) unterzubringen. Werden die Austragsmengen bei sehr lang anhaltend niedrigen Oberwasserabflüssen durch die oben genannten Optionen nicht erreicht, besteht zur Erreichung der zusätzlichen Austragsmenge die Option, Baggergut aus dem Bereich Hamburg in den Bereich stromab MaxTrüb (gepunkteter roter Pfeil, Abbildung 01) unterzubringen. Die Unterbringung von Baggergut im Bereich Nordsee (Schlickfallgebiet) wird im Rahmen der strategischen Überlegungen nicht betrachtet, da dieses aus morphologischer Sicht keinen zusätzlichen Austragseffekt gegenüber stromab MaxTrüb hat; zudem wird diese Option hinsichtlich der Schadstoffbelastung und ökotoxikologischer Risiken schlechter bewertet als eine Unterbringung im Ästuar. Durch Sicherstellung der zusätzlichen Austragsmenge wird der Feinsedimenthaushalt der - unabhängig vom Ort der Materialentnahme (Baggerbereiche) - entlastet. Die kleinräumige Wirkung auf Kreislaufbaggerungen bzw. auf die Feinsedimentdynamik hängt jedoch von den Entnahmebereichen ab. Bei außergewöhnlich niedrigen Oberwasserabflüssen kann trotz Erreichen der zusätzlichen Austragsmengen > im Bereich Hamburg Baggergut in ökologisch bedingten Ausschlusszeiten (1. April bis 6. November) anfallen und daher nicht auf der Stelle Neßsand untergebracht werden (HPA & BSU 2012). > im Zeitraum November bis März durch Unterbringung des Baggerguts auf der Stelle Neßsand im Bereich Hamburg eine sehr starke Intensivierung der Kreislaufbaggerungen erfolgen ( Umlagerungszeitraum Neßsand, hydrologische Randbedingungen sind noch zu spezifizieren). In diesen beiden Fällen sollte eine Unterbringung dieses Baggerguts im Bereich MaxTrüb zur Gewährleistung der Unterhaltung in Betracht gezogen werden. Seite 8

9 Aufgrund der Schadstoffbelastung bedarf die Unterbringung von Baggergut aus dem Bereich Hamburg einer vorherigen Überprüfung der Schadstoffbelastungen und des ökotoxikologischen Potenzials sowie eines anschließenden geeigneten Monitoringprogramms. Es ist zu beachten, dass Baggergut aus dem Bereich Hamburg nicht wesentlich höher als Baggergut aus dem Bereich Wedel/Juelssand belastet ist: Im Hamburger Bereich trifft das vor allem auf die Teilgebiete der Westlichen Häfen, Unterelbe, Köhlbrand und Norderelbe/ Delegationsstrecke zu. Bei der Umsetzung des Strategievorschlags ist ein begleitendes Monitoring (Kapitel 9) erforderlich, welches ermöglicht, 1. die vom Oberwasserabfluss abhängige Strategie umzusetzen (flexibles Management) und 2. auf unerwünschte Effekte durch Anpassungen beim Baggergut- und reagieren zu können (adaptives Management). Ein entsprechendes Monitoringprogramm ist zu entwickeln und mit bestehenden Programmen und Zuständigkeiten des Bundes (WSV), der Länder und Dritter hinsichtlich Synergien abzugleichen. Abstimmungen und ein gemeinsames Vorgehen aller Akteure sind unabdingbar. Das Monitoring dient zudem der zielgerichteten Förderung eines gemeinsamen Systemverständnisses und damit einer gemeinsamen Entscheidungsbasis für zukünftige Handlungsoptionen, außerdem können durch Synergieeffekte Kosten und Aufwand reduziert werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass es sich bei der um ein hochdynamisches und komplexes System handelt und daher Lösungsansätze kontinuierlich zu überprüfen und anzupassen sind. Vorschläge für ein begleitendes Monitoringkonzept sind in Kapitel 9 des Berichtes beschrieben. Fazit Im Ergebnis wurde eine adaptive und flexible Strategie für das Feinmaterialmanagement der gesamten (WSV und HPA) vorgeschlagen, um das Ziel einer wirtschaftlichen Baggergutunterbringung unter Minimierung negativer für Natur und Umwelt zu erreichen. Die vorliegende Studie bildet die Grundlage für neue Wege eines gemeinsamen s für WSV und HPA im System. Sie führen von dem Vorgehen nach festen Vorgaben hin zu einem Handeln, das sich an sich ändernde Verhältnisse anpasst, um das übergeordnete Ziel der Gewährleistung der Unterhaltung zur Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs mit möglichst wenigen nachteiligen ökologischen zu erreichen. Die vorhandene Schadstoffbelastung und das ökotoxikologische Potenzial des Feinmaterials schränken die Optionen eines Feinmaterialmanagements innerhalb des Ästuars ein. Die Ursachen hierfür liegen weitgehend im Bereich oberhalb des Ästuars, so dass vorrangig Maßnahmen im Rahmen des Flussgebiets-s erforderlich sind, damit Seite 9

10 zukünftig noch effizientere Strategien der Sedimentbewirtschaftung möglich werden. Solange aber keine Verbesserung erfolgt, sind die aus dem Umgang mit Elbesedimenten resultierenden Wirkungen unvermeidlich und können nur verringert, nicht aber vermieden werden. Die Unterhaltung wird dabei je nach Vorgehensweise entweder mehr die Schadstoffrisiken, oder mehr die Risiken des unausgeglichenen Sedimenthaushaltes in Kauf nehmen müssen. Mit den vorgeschlagenen Empfehlungen werden bestehende/zu erwartende negative abgewogen. Die geltenden rechtlichen Vorschriften aus der Meeresstrategie-Rahmen-, der Wasserrahmenund der FFH-Richtlinie sowie des Artenschutzes führen in ihrer Anwendung zu Zielkonflikten, die nur in einer integrierenden Gesamtbewertung der lösbar sind. Zitierte Literatur BAW - Bundesanstalt für Wasserbau (2013): Handlungsoptionen zur Optimierung der Unterhaltungsstrategie im Mündungstrichter der, A , Hamburg. BfG - Bundesanstalt für (2014, in Vorbereitung): - von sandigem Material. HPA - Hamburg Port Authority & BSU - Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (2012): Übergangsregelung zum Handlungskonzept Unterbringung von Baggergut aus dem Hamburger Hafen in der Stromelbe, Hauptbericht BfG (2014): Band 1 (2), Endbericht. Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hamburg. Bundesanstalt für, Koblenz,. BfG (2014): Band 2 (2), Anlagenband. Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hamburg. Bundesanstalt für, Koblenz,. DOI: / Seite 10