Verlandungsproblematik Oberwasser Iffezheim

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1 zurück zum Inhaltsverzeichnis zur Kurzfassung Verlandungsproblematik Oberwasser Iffezheim Präsentation zum wasserbaulichen Kolloquium am in der BAW in Karlsruhe Autoren: Huber, Brudy-Zippelius, Kempmann

2 Einführung Staustufe Iffezheim

3 Pressespiegel

4 Stromausbau von Gambsheim bis Iffezheim

5 Schwebstofftransport in der Stauhaltung Iffezheim

6 Ablagerungen im oberen Wehrkanal Iffezheim

7 Wasserspiegellagenberechnung aus dem Jahr 2000, Q = 4800 m³/s 2 Baggerung 112,5 m+nn 1,8 Sohle 113,0 m+nn Sohle 114,0 m+nn Freibord [m] 1,6 1,4 Sohle 115,0 m+nn vertraglich vereinbarter Freibord 1,2 1 0, , , , , ,5 335 Stationierung Rh-km

8 Baggerkampagne 2005 Herstellung des Einvernehmens: Abstimmung der Planung mit: Landratsamt Rastatt Regierungspräsidium Karlsruhe Staatl. Vermögens- und Hochbauamt Pforzheim Staatl. Forstamt Rastatt Gewässerdirektion Nördlicher Oberrhein Landesamt für Umweltschutz Landratsamt Karlsruhe Landesnaturschutzverband Baden-Württemberg Stadt Karlsruhe Stadtwerke Karlsruhe Bezirksstelle für Naturschutz und Landschaftspflege Naturschutzbeauftragter Stadt Rastatt Naturschutzbeauftragter Stadt Karlsruhe Gemeinde Steinmauern Gemeinde Elchesheim-Illingen Gemeinde Au am Rhein Gemeinde Iffezheim...

9 Baggerkampagne 2005 Verspülung des Baggergutes in die fließende Welle im Bereich der Wintersdorfer Brücke unterhalb der Staustufe Iffezheim: Bordvolle Einspülung des Baggergutes in die Unterwassermole der Staustufe Iffezheim: Einbau des Baggergutes in die Leitmole im Oberwasser der Staustufe Gambsheim:

10 Baggerkampagne 2005 Einlauf Auslauf Sedimentationskasten Durchlaufzentrifuge Schwebstoffsammler Abstimmung einer Referenzmessmethodik

11 Lösungsstrategie BAW BfG Untersuchung einer wasserbaulichen Optimierung des oberen Wehrkanals zur Reduzierung der Baggermengen. Überprüfung der Wasserspiegellagenberechnung 2000 der Stauhaltung Iffezheim Internationale Abstimmung einer Referenzmessmethodik sowie der Randbedingungen einer weiteren Umlagerungsmaßnahme. Optimierung der Umlagerungsstrategie stationäres 1-D HN Modell 2000 instationäres 1-D HN Modell 2005 stationäres 2-D HN Modell 2006 Wasserspiegellagenfixierungen Abflussmessungen Reduzierung der Baggermengen Optimierung der Strategie

12 Grundlagen der neuen Wasserspiegellagenberechnung WSP Fixierungen und Peilungen mit DGPS ADCP Strömungsmessungen (zukünftig mit DGPS) WSP [m+nn] Sohle [m+nn] Messkampagne Okt Feb. 2005: Druckmessdosen zur Wasserspiegellagenmessung Druckmessdosen zur Erfassung der Instationarität Zusätzliche Pegel für die Stauhaltungen Gambsheim und Iffezheim Bau von 2 weiteren Dauer-Pegeln bei Rhein-km 320,000 und 325,000 zur Herstellung einer W-Q Beziehung. Umsetzung als Drucksonde mit GSM- Datenübertragung im Rahmen des Projekts OpDyMo

13 Wasserspiegellagenberechnung für Q = m³/s Pegel Helmlingen Stand 2000, Arcadis 1D-Modell Stand 2006, 2D-Modell Wasserspiegel [m+nn] Pegel Grauelsbaum Der Rench-Zufluss bei Rh-km 314,75 konnte mangels Datengrundlage nicht angemessen erfasst werden. Daher sind die Ergebnisse oberhalb der Rench- Mündung (grau hinterlegt) nicht belastbar Rench-Mündung

14 Neuer Untersuchungsschwerpunkt Gibt es einen Gleichgewichtszustand im Oberwasser, der bezüglich der Dammsicherheit unkritisch ist? Fragestellung: Wie sind die Zusammenhänge zwischen Anlandungsniveau, Wasserspiegellage und Freibord? Welche Ursachen hat die Sedimentation im Wehrkanal? Wie können die Sedimentationsprozesse prognostiziert werden? Welche Wirksamkeit haben die Baggerungen? Wie hoch liegt ein neues maximales Sohlniveau im Wehrarm?

15 Gleichgewichtszustand Maßnahmenplanung Zentrale Frage: Gleichgewichtszustand und Auswirkungen auf den HW-Schutz Zur Beantwortung notwendig sind: Prozessverständnis, maßgebliche Abflusssituationen identifizieren Kenntnis über Auswirkungen der Maßnahmen auf Hydraulik und Sedimentation Schwebstoffe, Sedimente Fließgeschwindigkeiten Peilungen (Bagger- und Anlandungsvolumina) Natur- messungen Analyse- werkzeug Mehrdimensionale Modelle zur Simulation und Prognose von Strömung und Schwebstofftransport

16 3D-Modell für Strömung und Schwebstofftransport Methoden: 3-dimensionales FE-Programm Telemac-3D gekoppelt mit Schwebstofftransportmodul Sedi3D kein Geschiebetransport k-ω-turbulenzmodell Rh-km 334,0 Modell: Rhein-km 331,0 bis 334,0 vertikale Auflösung: 20 Ebenen Rh-km 331,0 horizontale Auflösung: ca. 6 Meter ca. 1,1 Mio Elemente

17 Morphologisches Gleichgewicht? m³/s Sedimentation [m³] März Abfluss [m³/s] Nov Verlandung Rh-km 332,0-333,9 [m³] Q Grauelsbaum [m³/s] Gleitmittel 100 Tage [m³/s] Keine Wehrüberströmung

18 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen synthetische Sohlzustände A bis E Sohlzustand A entspricht Nov repräsentative Punkte A Sohlzustand Volumenzuwachs [m³] Gesamtvolumen [m³] A - - B C D E

19 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen synthetische Sohlzustände A bis E Sohlzustand A entspricht Nov repräsentative Punkte B Sohlzustand Volumenzuwachs [m³] Gesamtvolumen [m³] A - - B C D E

20 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen synthetische Sohlzustände A bis E Sohlzustand A entspricht Nov repräsentative Punkte C Sohlzustand Volumenzuwachs [m³] Gesamtvolumen [m³] A - - B C D E

21 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen synthetische Sohlzustände A bis E Sohlzustand A entspricht Nov repräsentative Punkte D Sohlzustand Volumenzuwachs [m³] Gesamtvolumen [m³] A - - B C D E

22 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen synthetische Sohlzustände A bis E Sohlzustand A entspricht Nov repräsentative Punkte E Sohlzustand Volumenzuwachs [m³] Gesamtvolumen [m³] A - - B C D E

23 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen: nicht konsolidiertes Material τ CE = 0,75 N/m² Sohlzustand C: ΔV m³ Erosion τ CE = 0,75 N/m² τ CD = 0,20 N/m² stabil Deposition

24 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen: konsolidiertes Material τ CE = 1,50 N/m² Sohlzustand C: ΔV m³ τ CE = 1,50 N/m² Erosion τ CE = 0,75 N/m² stabil τ CD = 0,20 N/m² Deposition

25 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen: Sohlzustand C Q = m³/s >> MQ = Erosion konsolidiertes Material = Erosion nicht konsolidiertes Material = Stabil = Deposition

26 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen: Sohlzustand C Q = m³/s = Erosion konsolidiertes Material = Erosion nicht konsolidiertes Material = Stabil = Deposition

27 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen: Sohlzustand C Q=3.200 m³/s HQ 2 = Erosion konsolidiertes Material = Erosion nicht konsolidiertes Material = Stabil = Deposition

28 Morphologisches Gleichgewicht Stationäre Abflussrandbedingungen: Sohlzustand A: November 2003 Q=3.200 m³/s HQ 2 = Erosion konsolidiertes Material = Erosion nicht konsolidiertes Material = Stabil = Deposition

29 Morphologisches Gleichgewicht Instationäre Abflussrandbedingungen und Schwebstofftransportsimulation: synthetische Jahresganglinie aus Häufigkeitsverteilung der Abflüsse am Pegel Maxau Synthetische Jahresganglinie Abfluss [m³/s] Stunden zukünftige Unterhaltungsstrategie unter Berücksichtigung von: dynamischem Gleichgewichtszustand maximal möglichem Sohlniveau bei gegebenem Freibord Gegebenenfalls Maßnahmenplanung

30 Einfluss konstruktiver / operativer Maßnahmen auf die Hydraulik Ist-Zustand Tiefengemittelte Fließgeschwindigkeiten und Strömungsstrukturen: QZufluss = 1300 m³/s QKrafthaus = 1100 m³/s QWehr = 200 m³/s v_skalar [m/s]: Wasser- und Schifffahrtsamt Freiburg / BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

31 Einfluss konstruktiver / operativer Maßnahmen auf die Hydraulik Planungszustand mit Leitwand und einseitigem Wehrbetrieb Tiefengemittelte Fließgeschwindigkeiten und Strömungsstrukturen: QZufluss = 1300 m³/s QKrafthaus = 1100 m³/s QWehr = 200 m³/s v_skalar [m/s]: Wasser- und Schifffahrtsamt Freiburg / BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

32 Einfluss konstruktiver / operativer Maßnahmen auf die Bodenevolution Planungszustand mit Leitwand Ist-Zustand Q < 1800 m³/s: linke Wehrfelder geschlossen Reduktion des Anlandungsvolumens um ca. 50 % Wasser- und Schifffahrtsamt Freiburg / BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

33 Wirtschaftlichkeit Geschätzte aufsummierte Kosten für Baggerkampagnen bis 2026 (Ausgehend von einer jährlichen Anlandung von m³) 60 Mio Kosten für alternative Verbringung von Baggergut (20 / m³) Kosten 15 Mio 5 Mio Kosten für Umlagerung in die fließende Welle (5 / m³) Kosten für wirtschaftlich optimierte Baggerstrategie mit neuer WSP Berechnung Zeit

34 zurück zum Inhaltsverzeichnis Zukünftiger Handlungsbedarf zur Kurzfassung Weiterführung der 1-D und 2-D HN Modelle Durchführung eines zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Messprogramms im oberen Wehrkanal Simulation der Anlandungsprozesse mit einem 3-D morphologischen Modell des Oberwassers Erkundung eines möglichen, für die Dammsicherheit unkritischen, Gleichgewichtszustandes im Wehrkanal Weiterentwicklung von ergänzenden Maßnahmen zur Reduktion der Anlandungen Erarbeitung eines neuen Umlagerungskonzeptes