Untersuchungen zur Minderung des Schlickeintrags in die Unterems Vergleich von Lösungsvarianten
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- Ingelore Schwarz
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1 Untersuchungen zur Minderung des Schlickeintrags in die Unterems Vergleich von Lösungsvarianten Katja Rollenhagen
2 Gliederung Systemverständnis: Was können wir aus den derzeitigen Zustand der Ems lernen? Welche hydrodynamischen Änderungen für den Systemzustand ergeben sich daraus? Vergleich dreier möglichen Varianten zur Besserung der Schlickproblematik in der Ems Untersuchungen zur Minderung des Schlickeintrags in die Seite 2 Unterems Vergleich von Varianten Wasserbau Referat K3 Katja Rollenhagen 22. September 2011
3 Systemverständnis: Tide-Asymmetrie, Partialtidenanalyse Überlagerung M2 / M4 / M6 für Papenburg Tnw verspätet & Absunk Thw verfrüht! kurze Flutdauer lange Kenterung um Thw Huibertgat M4:M M6:M Emden M4:M M6:M Papenburg M4:M M6:M SUMME M_2 M_4 M_6 Grad Seite 3
4 Warum importiert die Ems so viel Material Erkenntnisse Asymmetrie der Tidekurve in der Ems : kurze Flutstromdauer Tidevolumen in kürzerer Zeit in das Ästuar (hohe Flutstromgeschwindigkeiten) lange Stauwasserdauer Kenterung Flut stromauf transportiertes Material kann absinken längere Ebbestromdauer Tidevolumen länger Zeit abzufließen (niedrigere Ebbestromgeschwindigkeiten) kurze Stauwasserdauer Kenterung Ebbe stromab transportiertes Material kaum Zeit abzusinken tidal pumping und Verschlickung weitere Informationen (frühere Kolloquien) über die Verkehswasserbauliche Zentralbibliothek (VZB): Seite 4
5 Warum importiert die Ems so viel Material Schlussfolgerungen für Schwebstofftransport Flut Fluid Mud Flutstromkenterung Ebbe modifiziert nach Winterwerp (2011) Flutstrommaximum Flutstromkenterung Ebbestrommaximum Flut: durchmischte Wassersäule, große Flocken oberflächennah weit stromauf Flutstromkenterung: schnelles Absinken zusätzlich verstärkte Flockenbildung Ebbe: Flocken bodennah nach stromab; stabiles Konzentrationsprofil mit ausgeprägter Dämpfung der vertikalen Durchmischung effektiver trapping mechanism (tritt auf sobald Schwebstoffgehalt einige hundert mg/l (Winterwerp, 2011)) Schwebstoffgehalt kg/m** MES Nord MES Nord MES Nord MES Su Querprofilmessungen Gandersum (Maushake, 2009) Seite 5
6 Systemverständnis Welche Intentionen und Konsequenzen resultieren daraus? Dämpfung der Tidedynamik: einhergehend: Geschwindigkeit Geschwindigkeit Feststofftransportkapazität Schwebstoffgehalte Turbulenz ZIEL-Zustand langfristig (angestrebt): IST-Zustand Schwebstoffangebot Schwebstoffimport Seite 6
7 Übersicht der Lösungsvarianten Sohlschwelle Retentionsbecken Tideeinfluss bis Ems km 9 und 11 Küstenkanal stromauf, Richtung Papenburg stromab, Richtung Leerort Retentionsraum 2 ca. 43 ha Retentionsraum 1 ca. 58 ha Herbrum stromab, Richtung Emden stromauf, Richtung Papenburg Zulaufbreite: Retentionsraum 1: ca. 20m; (über Altarm - vertieft) Retentionsraum 2: ca. 30m; (durch Deich) zusätzliche 10km Seite 7
8 Untersuchungen zur Minimierung des Schlickeintrags in die Unterems Lage der Lösungsvarianten Variante 1: Sohlschwelle Variante 2: Retentionsbecken Variante 3: Erweiterung Tideeinfluss Seite 8
9 Varianten im Vergleich Rahmenbedingungen für die Varianten Zielvorgabe: Reduzierung der Baggerkosten Vermeidung des Reimports von Schlick stromauf des Emssperrwerks ( lang anhaltenden Effekt erzielen) Beitrag zur Zustandsverbesserung (ökologisch) Randbedingungen Binnenschifffahrt Schiffsüberführungen Sturmflutsicherheit (Kehrung und Flutung) ästuartypischer Lebensraum Seite 9
10 Tidewellen der einzelnen Varianten Ist & Sohlschwelle Ist & Retentionsraum Ist & bis Küstenkanal Nachtrag: Tidewellenanimation befindet sich im Anhang der PDF-Datei, bitte separat aufrufen. Seite 10
11 Tidekennwerte im Vergleich Differenz max. Tideniedrigwasser 1.5 m Papenburg Leerort Emden Knock Eemshaven Hebung Senkung Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 11
12 Tidekennwerte im Vergleich Differenz max. Flutstromgeschwindigkeit m/s 2 3 Papenburg Leerort Emden Knock Eemshaven Zunahme Abnahme Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 12
13 Tidekennwerte im Vergleich Differenz max. Ebbestromgeschwindigkeit m/s 2 3 Papenburg Leerort Emden Knock Eemshaven Zunahme Abnahme Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 13
14 Tidekennwerte im Vergleich Differenz max. Flut- : max. Ebbestromgeschwindigkeit Papenburg Leerort Emden Knock Eemshaven Zunahme Abnahme (Schwächung Flutstromdominanz) Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 14
15 Tidekennwerte im Vergleich max. Flut- : max. Ebbestromgeschwindigkeit Papenburg Leerort Emden Knock Flutstromdominanz Ebbestromdominanz Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 15
16 Tidekennwerte im Vergleich Differenz max. Schwebstoffgehalt 1. g/l kg/m**3 Papenburg Leerort Emden Knock Eemshaven 0.5 Zunahme Abnahme Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 16
17 Tidekennwerte im Vergleich Differenz advektiver Rest-Schwebstofftransport E+3 kgpapenburg Leerort Emden Knock Eemshaven Zunahme Abnahme Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Seite 17
18 Tidekennwerte im Vergleich advektiver Rest-Schwebstofftransport E+3 kg Transport stromab Papenburg Leerort Emden Transport stromauf Verlängerung Retentionsbecken Schwelle Querprofilmessung t pro Tide (Maushake 2009) Seite 18
19 Fazit I Auswirkungen der Varianten im Vergleich alle Varianten: Hub des Tnw in unterschiedlichem Ausmaß Variante Sohlschwelle: deutlichste Auswirkungen auf Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit alle Varianten: Schwächung der Flutstromdominanz; Sohlschwellenvariante zw. Leerort und Knock Ebbestromdominanz Sohlschwelle und Retentionsbecken: Minderung des Schwebstoffgehaltes; Verlängerung des Tideeinflussgebiets: Verschiebung des Trübungsmaximums alle Varianten: Nettoschwebstofftransport nach stromauf reduziert Sohlschwellenvariante: zwischen Herbrum und Knock ausgeglichenen Nettoschwebstofftransport Schwebstoffimport in die Ems kann nicht im gesamten Ästuar unterbunden werden! Konvergenzzonen mit verstärkter Sedimentation können entstehen! Seite 19
20 Fazit II Potential der vorgestellten Lösungsvarianten Sohlschwelle Retentionsbecken Tideeinfluss bis Ems km 9 und 11 Küstenkanal geringes Potential Ablagerungsvolumen zu reduzieren, wirkt jedoch in die gewünschte Richtung hohes Potential Ablagerungsvolumen auf lange Sicht zu reduzieren geringes Potential Ablagerungsvolumen auf lange Sicht zu reduzieren, inkl. zusätzlicher Wartung der Retentionsbecken Sinnvolle Unterstützungsmaßnahmen Seite 20
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2 3 4 5 6 7 8 9 10 12,999,976 km 9,136,765 km 1,276,765 km 499,892 km 245,066 km 112,907 km 36,765 km 24,159 km 7899 km 2408 km 76 km 12 14 16 1 12 7 3 1 6 2 5 4 3 11 9 10 8 18 20 21 22 23 24 25 26 28
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