Anforderungen an Verfahren und Methoden wasserbaulicher Systemanalysen

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1 Anforderungen an Verfahren und Methoden wasserbaulicher Systemanalysen Dipl.-Ing. Ulrich Günther SBL 2 WSA Bremerhaven und Leiter Projektgruppe Weseranpassung (WAP) Ausbauten Dr. Frank der Kösters Seehafenzufahrten Referatsleiter K2 Kösters und Projektleiter / Günther WAP bei der BAW Seite BAW 1 Kolloquium Hamburg 18. Juni 2015

2 Anforderungen an Verfahren und Methoden wasserbaulicher Systemanalysen Inhalt Teil I: Anforderungen an das Verfahren Bedarf und technischer Ausbauumfang Planrechtliche Umsetzung Aktueller Sachstand und Herausforderungen aus Sicht des Vorhabensträgers Teil II: Anforderungen an die Methoden Untersuchungsbereiche wasserbaulicher Systemanalysen Untersuchungsmethoden wasserbaulicher Systemanalysen Anforderungen an die Untersuchungsmethoden Seite 2

3 Anforderungen an Verfahren und Methoden wasserbaulicher Systemanalysen Inhalt Teil I: Anforderungen an das Verfahren Bedarf und technischer Ausbauumfang Planrechtliche Umsetzung Aktueller Sachstand und Herausforderungen aus Sicht des Vorhabenträgers Teil II: Anforderungen an die Methoden Untersuchungsbereiche wasserbaulicher Systemanalysen Untersuchungsmethoden wasserbaulicher Systemanalysen Anforderungen an die Untersuchungsmethoden Seite 3

4 Anforderungen an das Verfahren Bedarf Kontinuierlicher Steigerung des Umschlags in den bremischen Häfen und Brake Änderung der Flottenstruktur zu größeren Schiffseinheiten Zunahme des Verkehrs auf Unter- und Außenweser Seite 4

5 Anforderungen an das Verfahren Ausbauziel und technischer Ausbauumfang Unterweseranpassung: Größere tideabhängige Erreichbarkeit des Hafens Brake [11,9m 12,8m] und des Hafens Bremen [10,7m 11,1m]. Außenweseranpassung: Tideunabhängigen Erreichbarkeit des CT Bremerhaven für Großcontainerschiffe mit einem Abladetiefgang von 13,50m Zulassung von Begegnungsverkehren von Post-Panmax-Schiffen mit Panmax-Schiffen in der äußeren Außenweser zur Reduzierung von Wartezeiten. Ausbauziel Anpassung hafenbezogene Wendestelle: Anpassung der bestehenden hafenbezogenen Wendestelle an die neuen Fahrrinnentiefe. Seite 5

6 Anforderungen an das Verfahren Planrechtliche Umsetzung Ausbauerfordernis / Antragsstellung (2000) Anträge der Länder Bremen & Niedersachsen Voruntersuchungen Hochwassertestat MKU, URE, NKU Vorhaben im BVWP Auftrag an WSV Festlegung Untersuchungsrahmen (2004) gemäß 5 UVPG Auftrag an Projektgruppe Weseranpassung Erstellung Planunterlagen (Gutachten, UVU, LBP, etc.) Planauslegung (2006 und 2008) Einwendungen & Stellungnahmen Planerörterung (2007) Planfeststellungsbeschluss (15. Juli 2011) Einvernehmen Bremen & Niedersachsen Seite 6

7 Anforderungen an das Verfahren Planrechtliche Umsetzung Planfeststellungsbeschluss (15. Juli 2011) Einvernehmen Bremen & Niedersachsen Klagen vor dem BVerwG Ortstermin des BVerwG im Mai 2012 Termin beim BVerwG im September 2012 jeweils Klageerörterung durch den Berichterstatter des BVerwG Mdl. Verhandlung der Klage des BUND beim BVerwG im Mai 2013 Hinweis- und Vorlagebschluss des BVerwG im Juli 2013 Verfahren bis zur Klärung der Vorlagenfragen ausgesetzt Bearbeitung der Hinweise des BVerwG Seite 7

8 Anforderungen an das Verfahren Aktueller Sachstand Im Nachgang der mdl. Verhandlung der Klage des BUND hat das BVerwG zwei Beschlüsse erlassen. Vorlagebeschluss: Das Verfahren vor dem BVerwG wurde ausgesetzt. Der Gerichtshof der Europäischen Union wird um Klärung von Fragen zur Auslegung der WRRL gebeten. Hinweisbeschluss des BVerwG: Gegen die Rechtmäßigkeit des Planfeststellungsbeschlusses bestehen durchgreifende Bedenken. Das BVerwG weist auf Fehler und Zweifel an der Rechtmäßigkeit des Planfeststellungsbeschlusses hin und sieht Auflagen als ergänzungsbedürftig an. Seite 8

9 Anforderungen an das Verfahren Herausforderungen für die PG Weseranpassung und die BAW Heilung des Verfahrens ab dem Punkt wo der Fehler aufgetreten ist: d. h. ab der Erstellung der UVU Durch die Teilung der Unterweser in zwei Verfahren sind sieben [7] Varianten zu untersuchen. Seite 9

10 Anforderungen an Verfahren und Methoden wasserbaulicher Systemanalysen Inhalt Teil I: Anforderungen an das Verfahren Bedarf und technischer Ausbauumfang Planrechtliche Umsetzung Aktueller Sachstand und Herausforderungen aus Sicht des Vorhabenträgers Teil II: Anforderungen an die Methoden Untersuchungsbereiche wasserbaulicher Systemanalysen Untersuchungsmethoden wasserbaulicher Systemanalysen Anforderungen an die Untersuchungsmethoden Seite 10

11 Untersuchungsbereiche wasserbaulicher Systemanalysen Grundlage für UVU Gutachten Foto: Foto: IDN Grundlage für Umweltverträglichkeitsuntersuchungen (UVU) Gerichtliche Belastbarkeit der Gutachten Aussagen zu ausbaubedingten Änderungen der abiotischen Systemparameter im Hinblick auf mögliche Betroffenheiten aus wasserbaulicher Sicht Hohe Wahrnehmung der Öffentlichkeit erfordert Nachvollziehbarkeit und Verständlichkeit, auch für interessierte Dritte wiki.baw.de Foto: WSA Bremerhaven Seite 11

12 Untersuchungsbereiche wasserbaulicher Systemanalysen Wirkung von Fahrrinnenanpassungen Elbe Weser Heute zu untersuchende Maßnahmen sind klein verglichen mit historischen Eingriffen Detaillierte Abbildung der Topographie ist zur Untersuchung von hydrodynamischen Änderungen notwendig Seite 12

13 Untersuchungsbereiche wasserbaulicher Systemanalysen Untersuchungsprogramm BAW Fachgutachten für Tidedynamik und Salztransport Sturmfluten Fokus heute Nebenflüsse Sedimenttransport und Morphodynamik Grundwasser Schiffserzeugte Belastungen Bearbeitung 6 Projektteams, insgesamt bis zu 18 Mitarbeiter Referats- und abteilungsübergreifend (K1, K2, K3, G3) Zusammenarbeit WSV / BAW Vergabe an Dritte Langzeit- und Großprojekt Für die Weseranpassung (WAP) heißt das 42 Gutachten Seite 13

14 Untersuchungsmethoden wasserbaulicher Systemanalysen Bearbeitungsmethodik HN-Modelle 3D-HN-Modellierung Messungen in der Natur Kalibrierung mit Hilfe von Messungen Sensitivitätsstudien Prüfung der Sensitivität des Modells Untersuchung des Ausbauvorhabens charakteristische Systemverhältnisse* Schrifttum Aufbau von Prozessverständnis Fachwissenschaftliche Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Plan. IST-Zustand (PIZ) Ausbauzustand (AZ) Differenz AZ - PIZ BAW Gutachten zur Prognose ausbaubedingter Änderungen der abiotischen Systemparameter Seite 14

15 Untersuchungsmethoden wasserbaulicher Systemanalysen 3D-HN-Modellierung Eingesetzte numerisches Verfahren UnTRIM SediMorph UnK Delft3D Arbeiten auf dem Stand der Wissenschaft setzt den Einsatz kontinuierlich weiterentwickelter Modellverfahren und aktueller Modelle voraus Beispiel: HN-Modell Weser 2012 Topographie-Grundlage: DGMW Randwerte 2012: aus übergeordneten HN-Modellen (Modellkette Nordsee Deutsche Bucht Ästuare) bzw. Messungen (z.b. Sedimentinventar) Seite 15

16 Anforderungen an Untersuchungsmethoden Modellvalidierung Typische Anforderungen nach Stand der Wissenschaft umfassen heute (Bsp. Hydrodynamik und Salztransport) Verlauf und Form der Tidekurve, Differenz Messung / Modell Tidekennwerte Statistische Analysen (z.b. Bias, mittlere Phasenverschiebung) Vergleich mit gewässerkundlichen Daten (z.b. Querprofile) Die Güte des eingesetzten HN-Modells und damit die Belastbarkeit der Ergebnisse muss nachvollziehbar dokumentiert sein. Notwendige Grundlage einer Modellvalidierung sind umfassende, qualitativ hochwertige Messungen im Ästuar Seite 16

17 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 Wasserstand [mnhn] Anforderungen an Untersuchungsmethoden Modellvalidierung Dauermessungen (langjährig, Einzelpositionen) Wasserstände Salzgehalte Trübung Gewässerkundliche Messungen (Einzeltiden, zahlreiche Geräte im Querschnitt) Strömungen Salzgehalte Wasserstand Pegel: RFL Sim: bm2012 h_mess h_sim Zeit Seite 17

18 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Salzgehalt (-) Anforderungen an Untersuchungsmethoden Modellvalidierung Dauermessungen (langjährig, Einzelpositionen) Wasserstände Salzgehalte Trübung Gewässerkundliche Messungen (Einzeltiden, zahlreiche Geräte im Querschnitt) Strömungen Salzgehalte Sondermessungen ADCP-Profile (Einzeltiden, Querprofil) Strömungen Sedimentkonzentrationen Vortrag S. Grünler So10W108 4 So10W108 8 So10W So10W108 B 4 So10W108 B 8 So10W108 B 11 durchmischt geschichtet 0 Uhrzeit Seite 18

19 Anforderungen an Untersuchungsmethoden Genauigkeit der eingesetzten Verfahren Ausbaubedingte Änderungen der Wasserstände sind klein (~2,5%) verglichen mit Tidewasserständen (Bsp. Weser: dthb ~10 cm vs. Thb ~4,0 m), liegen in der Größenordnung langjähriger Variabilität (Nodaltide ~8 cm) und im Bereich des mittleren Meeresspiegelanstiegs 4-8 cm / 10 Jahre), sind in gemessenen Zeitreihen überlagert durch natürliche Variabilität (z.b. Windstau). Korrekte Abbildung ausbaubedingter Änderungen stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten numerischen Verfahren, z.b. zur Abbildung der Topographie (Tiefenverteilung, Tidevolumen), damit Abgrenzung zu idealisierten Prozessstudien Entsprechend umfangreich sind die Anforderungen an Messungen in der Natur zur Beweissicherung: lange Zeiträume und hohe räumliche Abdeckung Seite 19

20 Anforderungen an Untersuchungsmethoden Berücksichtigung natürlicher Variabilität Tidegemittelter Salzgehalt Wasserbauliche Systemanalysen basieren auf charakteristischen Systemzuständen Absicherung, dass Prognose auf der sicheren Seite liegend ist durch Betrachtungen von (Extrem-) Szenarien oder Langzeitrechnungen Seite 20

21 Anforderungen an Untersuchungsmethoden Salzintrusion Ausbaubedingte Änderungen Maximaler Salzgehalt Q=120 m³/s Q=320 m³/s Berechnete maximale Salzintrusion maxs für zwei unterschiedliche Abflüsse Q Änderungen in den Rechenwerten bilden Grundlage für Prognose für ortsfeste Erhöhung der Salzgehalte bzw. Verschiebung der Brackwasserzone (vorläufige Modellergebnisse) Seite 21

22 Anforderungen an Untersuchungsmethoden Salzintrusion Ausbaubedingte Änderungen Q=120 m³/s Q=320 m³/s (vorläufige Modellergebnisse) Differenz (AZ - PIZ) Maximaler Salzgehalt Berechnete Änderungen des maximalen Salzgehaltes maxs für zwei unterschiedliche Abflüsse Q Natürliche Variabilität ist groß im Vergleich zu Änderungen durch geplante Ausbauvorhaben; ausbaubedingte Änderungen in Extremszenarien können durch Messungen nicht nachweisbar sein. Seite 22

23 Anforderungen an Methoden und Verfahren wasserbaulicher Systemanalysen Fazit Anforderungen an eingesetzte Methoden Gerichtliche Belastbarkeit, das heißt Qualität ist wesentlich Nachvollziehbarkeit und Verständlichkeit für Dritte Effiziente Durchführung für eine große Anzahl von Untersuchungsvarianten Speziell: Fahrrinnenanpassungen Auf der sicheren Seite liegende Prognosen im Spannungsfeld von Politik, Umweltverbänden und Wissenschaft Notwendige Voraussetzungen Fortlaufende Weiterentwicklung von Methoden und Verfahren, sowohl für numerische Modellierung als auch für Messungen in Natur und physikalischem Modell Quasi-operationelle Modelle zur Gewährleistung der geforderten Projektlaufzeiten Messungen in der Natur als Basis für Modellvalidierung Seite 23