Beschreibung der Hochwasser- und Küstenschutz- Systeme und Komponenten

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1 Beschreibung der Hochwasser- und Küstenschutz- Systeme und Komponenten Zwischenbericht Naulin, M.; Pförtner, S.; Geisenhainer, P.; Kortenhaus, A.; Oumeraci, H. August 2009 (Aktualisiert: Dezember 2012) Zusammenfassung: Der vorliegende Bericht beschreibt die Hochwasser- und Küstenschutzsysteme (HWKS) und ihre Komponenten der im X trem R isk Projekt behandelten Pilotgebiete Sylt (für die offene Küste) und Hamburg (für eine Mega-City in einem Tideästuar). Dabei wird zunächst ein geschichtlicher Überblick gegeben, bevor alle möglichen Teilgebiete auf Sylt und in Hamburg näher beschrieben werden. Der wesentliche Beitrag des Berichts besteht in einer nachvollziehbaren Methodik (Multi-Kriterien-Analyse) zur Auswahl möglicher Teilgebiete für eine weitere Bearbeitung im Projekt sowie eine Abschnittseinteilung der HWKS in den ausgewählten Teilgebieten. Für jeden der so ausgewählten Abschnitte wird eine Beschreibung gegeben und die vorhandenen Parameter für die weitere Bearbeitung zusammengestellt. Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03F0483A gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

2 Beschreibung der HWKS-Systeme ZUSAMMENFASSUNG Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierte Verbundprojekt X trem R isk - Extremsturmfluten an offenen Küsten und Ästuargebieten, Risikoermittlung und beherrschung im Klimawandel analysiert das Auftreten und die Auswirkungen von Extremsturmfluten im Klimawandel, um die daraus resultierende Gefährdung zu bestimmen und Handlungsempfehlungen für die präventive Begegnung der Gefährdung unter Berücksichtigung aller Unsicherheiten herzuleiten. Für die Untersuchungen wird das Source-Pathway-Receptor -Konzept als Grundlage für ein integriertes Vorgehen für die Risikoanalyse und das Risikomanagement herangezogen. Als Pilotgebiete werden eine offene Küste am Beispiel von Sylt und eine Großstadt im Ästuargebiet am Beispiel von Hamburg betrachtet. Das Hauptziel des vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau untersuchten Teilprojekts 2 Belastung, Bruch und Bruchentwicklung von Hochwasserschutzwerken (Risikowege) besteht in der Untersuchung der Belastung und des Stabilitätsverhaltens der Komponenten der Hochwasser-Küstenschutz-Systeme (HWKS-Systeme) unter Einwirkungen extremer Sturmfluten. Als Hauptergebnisse sollen die Versagenswahrscheinlichkeit des HWKS-Bauwerkes sowie die Initialbedingungen für die Flutwelle an der HWKS-Linie bestimmt werden. Ziel des hier vorliegenden Berichtes und der ersten Aktivität 2.1 des Teilprojekts 2 ist es, die HWKS-Systeme und komponenten für die Pilotgebiete Hamburg und Sylt bzw. deren Teilgebiete zu beschreiben und so aufzubereiten, dass im weiteren Projektverlauf eine Gefährdungsanalyse mit den dargestellten Daten durchgeführt werden kann. Der Bericht gibt daher zunächst einen kurzen Überblick über historische Ereignisse und bedeutende Sturmfluten mit den dort aufgetretenen Schäden. Im Anschluss wird der heutige Stand der HWKS-Systeme für Sylt und Hamburg dargestellt. Die Größe der ausgewählten Pilotgebiete legt nahe, dass für eine detaillierte Bearbeitung hier nur besonders exponierte oder gefährdete Teilgebiete herangezogen werden können. Um eine entsprechende Auswahl zu treffen, werden zunächst geeignete Teilgebiete für Sylt und Hamburg zusammengestellt und kurz beschrieben. Im Anschluss werden Kriterien angeführt und zusammengestellt, die für eine Auswahl der Teilgebiete herangezogen werden können. Dabei liegt ein Schwerpunkt der Bearbeitung auf den im Teilprojekt 2 bearbeiteten Hochwasser- und Küstenschutzsystemen, wobei aber auch das gegebenenfalls betroffene Hinterland und die dort lebenden Menschen berücksichtigt werden. Eine Gewichtung dieser Kriterien führt schließlich zu einer Multi-Kriterien-Analyse, nach der die Auswahl der Teilgebiete für Sylt und Hamburg nachvollziehbar durchgeführt wird. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - i - Dezember 2012

3 Beschreibung der HWKS-Systeme Die ausgewählten Teilgebiete für Sylt (Westerland, Hörnum West und Ost) und Hamburg (Wilhelmsburg, Polder Hamburg Süd, Teilbereich Innenstadt) werden im Folgenden mit ihren HWKS-Elementen im Detail beschrieben. Dabei erfolgt eine Zusammenstellung der wesentlichen abschnittsrelevanten Merkmale, eine Darstellung der verfügbaren Daten, eine Dokumentation anhand von Querschnitten, Karten und Fotos sowie eine Auflistung der für die weitere Bearbeitung erforderlichen Parameter. Mit dieser Zusammenstellung ist der vorliegende Bericht die wesentliche Grundlage für die weitere Bearbeitung im Rahmen einer Gefährdungsanalyse, so dass im weiteren Verlauf des Projekts die Versagenswahrscheinlichkeit der HWKS-Elemente bestimmt werden kann. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - ii - Dezember 2012

4 Beschreibung der HWKS-Systeme INHALT Zusammenfassung... i 1 Einleitung Motivation und Zielsetzung Methodik 3 2 Überblick Pilotgebiete Hochwasserschutz in Hamburg Geschichtlicher Rückblick Heutiger Stand Beschreibung möglicher Teilgebiete in Hamburg Innenstadt HafenCity Privater Polder Wilhelmsburg Küstenschutz auf Sylt Geschichtlicher Rückblick Beschreibung möglicher Teilgebiete auf Sylt Abschnitt Ellenbogen Abschnitt Westküste Nord Abschnitt Westküste Mitte Westerland Westerland Südost Rantum Hörnum Bewertung und Festlegung der Teilgebiete Methodik der Multi-Kriterien-Analyse Ergebnisse und Diskussion Hamburg Sylt Methodik zur Abschnittseinteilung und Beschreibung der HWKS-Systeme und -Elemente Datengrundlage Hamburg Sylt Geographisches Informationssystem Abschnittseinteilung 64 5 HWKS-Abschnittseinteilung Hamburg XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - iii - Dezember 2012

5 Beschreibung der HWKS-Systeme 5.1 HWKS-Elemente Hamburg Deich HWS-Wand HWS-Tor Schleuse Sperrwerk Siel, Schöpfwerk Dammbalkenverschluss Sandsackwall Übergänge Wilhelmsburg Abschnittseinteilung Zusammenfassung der Abschnitte Privater Polder Hamburg Süd Abschnittseinteilung Zusammenfassung der Abschnitte Teilbereich der Innenstadt Abschnittseinteilung Zusammenfassung der Abschnitte HWKS-Abschnittseinteilung Sylt Allgemeiner Küstenschutz Buhnen Dünenküste Sandaufspülungen Biotechnischer Küstenschutz Westerland West Dünenküste Tetrapoden-Längswerk Nord Deckwerk Strandmauer mit vorgelagerten Tetrapoden Strandmauer Panzermauer Süd Tetrapoden-Längswerk Süd Dünenküste Strandübergänge und Stöpen Westerland Südost Nössedeich Rantumbecken Mitteldeich Zusammenfassung der Abschnitte Westerland Hörnum West Dünenküste Strandübergänge und Stöpen Tetrapoden-Werk XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - iv - Dezember 2012

6 Beschreibung der HWKS-Systeme 6.6 Hörnum Ost Deckwerk Hafenanlagen Regionaldeich Zusammenfassung der Abschnitte Hörnum Zusammenfassung Schrifttum Anhang Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse 144 XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - v - Dezember 2012

7 Beschreibung der HWKS-Systeme ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abb. 1: Source-Pathway-Receptor -Konzept für die Analyse und das Management von Überflutungsrisiken mit Angabe der Teilprojekte (TP) im BMBF-Verbundprojekt X trem R isk... 1 Abb. 2: Ablaufdiagramm der Bearbeitung zur Ermittlung der Gesamt- Versagenswahrscheinlichkeit... 3 Abb. 3: Schutz vor Überflutung für die tiefliegenden Gebiete in Hamburg (LSBG, 2007b)... 6 Abb. 4: Alte Deichlinie 1962 (rot) und Verlauf der neuen Abb. 5: Hochwasserschutzanlagen 1964 (grün) (nach (Laucht, 1966))... 8 Entwicklung der Hamburger Deichprofile von 1962 bis 2007 (nach (LSBG, 2007a))... 9 Abb. 6: Deichbrüche und überflutete Gebiete infolge der Sturmflut 16./17. Februar 1962 (Sönnichsen & Moseberg, 1997) Abb. 7: Verlauf der öffentlichen Deichlinie in der Stadt Hamburg (LSBG, 2007a). 13 Abb. 8: Hafengebietsgrenze für den privaten Hochwasserschutz in Hamburg (HPA, 2007) Abb. 9: Wasserstände der Bemessungssturmflut im Hamburger Hafen (HPA, 2008) Abb. 10: Mögliche Teilgebiete für die Untersuchung der HWKS-Systeme in Hamburg (Kartengrundlage: (LSBG, 2007a)) Abb. 11: Überblick der Hochwasserschutzanlagen in der Innenstadt (LSBG, 2007b) Abb. 12: Lage der HafenCity (BSU, 2005) Abb. 13: Privater Hochwasserschutz (Polder) im Hamburger Hafen (HPA, 2008).. 21 Abb. 14: Überblick der Hochwasserschutzanlagen in Wilhelmsburg (LSBG, 2008b) Abb. 15: Übersichtskarte Sylt mit möglichen Teilgebieten (basiert auf Google Earth) Abb. 16: Übersichtskarte Sylt (ALW, 1985b) Abb. 17: Übersichtsplan des Ellenbogens und des anschließenden Gebietes nördlich von Kampen (Westküstenabschnitt Nord) Abb. 18: Querschnitt durch die engste Stelle im Ellenbogen (links Nordsee) Abb. 19: Schmalste Stelle des Ellenbogens Blick nach Süden auf den Königshafen (links im Bild) und die offene Nordsee (rechts im Bild) Abb. 20: Lage des Randdünendurchbruchs (Stadelmann, 2008) Abb. 21: Strand am Übergang Klappholttal Abb. 22: Übersicht über den Westküstenabschnitt Nord Abb. 23: Lage der Bebauung der Akademie am Meer ( 35 Abb. 24: Übersicht über den Abschnitt Westküste Mitte Abb. 25: Steilküste südlich vom Haus Kliffende XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - vi - Dezember 2012

8 Beschreibung der HWKS-Systeme Abb. 26: Steilküste mit Erosionsprofil infolge Oberflächenwasserablauf Abb. 27: Küstenschutz in Westerland Abb. 28: Übersicht über den Küstenabschnitt aus Südwest (Stadelmann, 2008) Abb. 29: Dünen nördlich der Übergangstelle Seenothilfe Abb. 30: Panzermauer Nord Blick von Norden Abb. 31: Strandmauer mit vorgelagerten Tetrapoden Abb. 32: Unterschiedliche Deckwerke Abb. 33: Tetrapoden südlich des Übergangs Nordseeklinik Abb. 34: Küstenschutz im Südosten von Westerland Abb. 35: Küstenschutz in Rantum mit Profilen 10s bis 15s (Kartengrundlage: TK25) Abb. 36: Dünenlandschaft bei Rantum Abb. 37: Küstenschutz in Hörnum mit Profilen 31s bis 44s sowie weiteren Hochwasserschutzelementen an der Ostküste (Kartengrundlage: TK25) 44 Abb. 38: Dünendurchbrüche auf der Westseite der Gemeinde Hörnum Abb. 39: Wieder aufgebaute Düne am Zeltplatz Hörnum Abb. 40; Übergang durch die aufgebaute Düne Blick Richtung Inselinneres Abb. 41: Konzept der Integrierten Probabilistischen Risikoanalyse vereinfacht nach (Oumeraci, 2004) Abb. 42: Ergebnisse des Multikriterienverfahrens zur Bestimmung der Teilgebiete in Hamburg Abb. 43: Ergebnisse des Multikriterienverfahrens zur Bestimmung der Teilgebiete in Hamburg mit einer größeren Gewichtung der Ökonomischen Vulnerabilität Abb. 44: Ergebnisse des Multikriterienverfahrens zur Bestimmung der Teilgebiete auf Sylt Abb. 45: Deichquerschnitt eines Ästuardeichs und Idealisierung im Modell für eine probabilistische Bemessung (Kortenhaus, 2003) Abb. 46: Koordinatenraster Hamburger Hafen Abb. 47: Ausschnitt aus dem Digitalen Geländemodell für Wilhelmsburg Abb. 48: Geoinformationssystem der HWKS-Systeme am Beispiel für Wilhelmsburg für die Stadt Hamburg Abb. 49: Deich Abb. 50: HWS-Wand Abb. 51: HWS-Tor Abb. 52: Schleuse Abb. 53: Sperrwerk Abb. 54: Auslass eines Siels Abb. 55: Dammbalken Abb. 56: Skizze eines typischen Ästuardeichs in Hamburg Abb. 57: Skizze einer HWS-Wand (Schluisgrover Hauptdeich, Hamburg Wilhelmsburg, Baubehörde, Amt für Wasserwirtschaft, Freie und Hansestadt Hamburg, 2000) Abb. 58: Prinzipskizze der Bauarten der HWS-Tore Abb. 59: Prinzipskizze eines Siels (Deichsiel Stackort, Hamburg Wilhelmsburg) XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - vii - Dezember 2012

9 Beschreibung der HWKS-Systeme Abb. 60: Dammbalkenverschluss mit Lager für Aluminiumprofile am Beispiel des Dammbalkens 29/1 Gleiskreuzung Hafenbahn, Klütjenfelder Hauptdeich, Hamburg Wilhelmsburg Abb. 61: Soll Höhen der Hochwasserschutzanlagen für die Elbinsel Wilhelmsburg nach (LSBG, 2008b) Abb. 62: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für das Teilgebiet Hamburg Wilhelmsburg Abb. 63: Digitales Geländemodell des privaten Polders Hamburg Süd Abb. 64: Übersichtsplan des westlichen Bereichs vom Polder Hamburg Süd (HPA, 2007) Abb. 65: Übersichtsplan des östlichen Bereichs vom Polder Hamburg Süd (HPA, 2007) Abb. 66: Öffnungen in der HWS-Linie des Polders Hamburg Süd (links: HWS- Schiebetor, HPA-Betriebsgelände, Polder Ost; rechts: Dammbalken, Klütjenfelder Straße, Polder West) Abb. 67: HWS-Wand des Polders Hamburg Süd (links: Niedernfelder Ufer, Polder Ost; Brandenburger Ufer, Polder West) Abb. 69: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für das Abb. 70: Teilgebiet Polder Hamburg Süd HWS-Anlagen für das Teilgebiet der Innenstadt (Altstadt) zwischen den Deichkilometern 38,6 Dkm bis 39,9 Dkm (LSBG, 2008a) Abb. 71: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für das Hamburg Innenstadt Abb. 72: Lageplan der Buhnen auf Sylt, Stand: 1956 (Stadelmann, 2008) Abb. 73: Standardprofil Westküste Sylt für den Abschnitt Kampen Westerland Rantum (ALW, 1985) Abb. 74: Bisherige Sandausspülungen Sylt im Zeitraum von 1972 bis 2008 (LKN, 2009) Abb. 75: Profil der Sand- und Depotaufspülung (ALW, 1985) Abb. 76: Lage der Küstenschutzelemente für das Teilgebiet Westerland West Abb. 77: Höhe der Küstenschutzelemente Westerland West (Datenquelle: KIS LKN, 2000) Abb. 78: Regelquerschnitt des Tetrapoden-Längswerks Westerland (ALW, 1985) 94 Abb. 79: Höhe des Tetrapodenlängswerk Nord mit Baujahrsangaben der einzelnen Abschnitte (Datenquelle: KIS LKN, 2000) Abb. 80: Deckwerk Westerland; l.: Höhenunterschied der Promenade (rd. 1,50 m) beim Übergang zwischen dem Basaltdeckwerk mit Panzermauer Nord und dem Betonplattendeckwerk, r.: Spritzschutz oberhalb der Promenade Abb. 81: Asphalt-Rauhdeckwerk Westerland - Baujahr: 1954 (ALW, 1985) Abb. 82: Ausbildung einer Vordüne und Sandfangzäune über dem Asphalt- Rauhdeckwerk im Bereich des Strandübergangs Café Seenot Abb. 83: Basaltdeckwerk Westerland Baujahr: 1937/38 (ALW, 1985) Abb. 84: Skizze der Panzermauer Nord gemäß Vermessung LWI, April XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - viii - Dezember 2012

10 Beschreibung der HWKS-Systeme Abb. 85: Ausbildung einer Vordüne über dem Deckwerk mit Sandfangzäunen aus Busch (LWI Begehung April 2009) Abb. 86: Betonplattendeckwerk mit den restlichen Beverkoppen Abb. 87: Strandmauer Westerland vor der Brandenburger Straße (ALW, 1985) Abb. 88: Strandmauer Westerland vor Hotel Miramar Baujahr: 1907/ 1922/23 Abb. 89: (ALW, 1985) Skizze Panzermauer Süd und Promenade gemäß Vermessung LWI, April Abb. 90: Strandübergänge der offiziellen Dünenschutzwege in Westerland - Bake mit grüner Nummer (Kompass, 2004) Abb. 91: Übergang Seenotstelle (Bake Nr. 41) Abb. 92: Stöpe Straße Nordhedig (Bake Nr. 42) Abb. 93: Stöpe Friesische Straße (Bake Nr. 43) Abb. 94: Übergang Brandenburger Straße (Bake Nr. 44) Abb. 95: Stöpe Straße Nordhedig (Bake Nr. 42) Abb. 96: Stöpe Friesische Straße (Bake Nr. 43) Abb. 97: Lage der Küstenschutzelemente für das Teilgebiet Westerland Südost. 109 Abb. 98: Lage der Küstenschutzbauwerke im Bereich Nössedeich (Stadelmann, 2008) Abb. 99: Nössedeich: Profil für die Deichverstärkung gemäß Entwurf von 1980 (Stadelmann, 2008) Abb. 100: Deckwerksbauten Nössedeich, Entwurf 1980, 1: Regelprofil zur Regulierung vorhandener Deckwerke, 2: Ergänzung eines bestehenden Deckwerks durch eine Wellenüberschlagsicherung, 3: Bau eines Treibselabfuhrweges dort wo die Überschlagssicherung nicht als Fahrbahn genutzt werden kann (Stadelmann, 2008) Abb. 101: Längsschnitt Nössedeich I, Station 0,0 bis 2,2 Dkm (LKN, 1998) Abb. 102: Querschnitt Nössedeich Messzeitpunkt: , Profil Abb. 103: Querschnitt Nössedeich Messzeitpunkt: , Profil Abb. 104: Längs- und Querschnitt des Schöpfwerks Nössekoog, Mündungsgebiet der Krüts-Wial (Stadelmann, 2008) Abb. 105: Lage der Küstenschutzbauwerke im Rantumbecken (Stadelmann, 2008) Abb. 106: Regelprofil des Rantumdamms (Stadelmann, 2008) Abb. 107: Verklammertes Schüttstein-Deckwerk mit Pfahlreihe zur seeseitigen Deichfußsicherung des Rantumdamms (Stadelmann, 2008) Abb. 108: Lose Schüttsteinvorlage mit verklammertem Übergang zur Plattenabdeckung zur landseitigen Deichfußsicherung des Rantumdamms (Stadelmann, 2008) Abb. 109: Längsschnitt Rantumdamm, Profil , Station 102,50 bis 107,75 Dkm (LKN, 1998) Abb. 110: Querschnitt Rantumdamm Messzeitpunkt: , Profil Abb. 111: Querschnitt Rantumdamm Messzeitpunkt: , Profil Abb. 112: Rantumer Binnendeich, 1: Regelprofil 1 (Stat.: 0,400-1,900), 2: Regelprofil 2 (Stat.: 1,922-3,786) (Stadelmann, 2008) XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - ix - Dezember 2012

11 Beschreibung der HWKS-Systeme Abb. 113: Horizontal-, Längs- und Querschnitt der Anlage Rantumdamm Süd (ALW, 1981) Abb. 114: Mitteldeich Westerland Abb. 115: Widerlager der Stöpe Lorens-de-Hahn-Straße Blickrichtung Westen124 Abb. 116: Widerlager der Stöpe Lorens-de-Hahn-Straße Blickrichtung Osten Abb. 117: Skizze der Stöpe Lorens-de-Hahn-Straße im Mitteldeich Abb. 118: Blick auf die 2. Deichlinie Abb. 119: Östliches Ende der 2. Deichlinie Abb. 120: Längsschnitt Mitteldeich Goesingweg, Profil 2+101, Messzeitpunkt Abb. 121: Querschnitt Mitteldeich Goesingweg, Messgebiet 2101, Profil 0+100, Messzeitpunkt Abb. 122: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für Westerland. 127 Abb. 123: Lage der Küstenschutzelemente für das Teilgebiet Hörnum Abb. 124: Ausschnitt aus dem digitalen Geländemodell Hörnum West mit Darstellung von zwei Vorstrand- und Dünenprofilen Abb. 125: Stöpe an der Straße zum Zeltplatz in Hörnum Blick in Richtung Osten130 Abb. 126: Skizze des Bauwerks Stöpe Zeltplatz Hörnum Abb. 127: Tetrapoden-Werk Hörnum Abb. 128: Lage der Küstenschutzelemente für das Teilgebiet Hörnum Ost Abb. 129: Verklebtes Deckwerk Hörnum Abb. 130: Loses Deckwerk Hörnum Abb. 131: Kaimauer Hafen Hörnum Abb. 132: Hafenmole Hörnum Abb. 133: Regionaldeich Hörnum Hafen - Grasabdeckung Abb. 134: Regionaldeich Hörnum Hafen Asphaltabdeckung Abb. 135: Längsprofil des Regionaldeichs Hörnum Hafen (LKN, 2008) Abb. 136: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für Hörnum XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - x - Dezember 2012

12 Beschreibung der HWKS-Systeme TABELLENVERZEICHNIS Tab. 1 Extremwerte des Tidehochwassers seit 1788, Stand (HPA, 2006)... 7 Tab. 2: Überblick Hochwasserschutz Hamburg (LSBG, 2007a) Tab. 3: Übersicht über die wichtigsten Sturmfluten und ihre Schäden an der Insel Sylt (Berger, 2008) Tab. 4: Bewertung der Indikatoren für die Multi-Kriterien-Analyse am Beispiel für Hamburg Tab. 5: Überblick der wichtigsten geometrischen Parameter für das HWKS- Element Deich (Kortenhaus & Lambrecht, 2006) Tab. 6: Überblick der wichtigsten geotechnischen Parameter für das HWKS- Element Deich (Kortenhaus & Lambrecht, 2006) Tab. 7: Überblick der Seegangs- und Wasserparameter (Kortenhaus & Lambrecht, 2006) Tab. 8: Überblick zur vorhandenen Datengrundlage zur Beschreibung der HWKS-Systeme in Hamburg (Stand: 5. Mai 2009) Tab. 9: Überblick zur vorhandenen Datengrundlage zur Beschreibung der HWKS-Systeme auf der Insel Sylt Tab. 10: Detaillierte Übersicht über die vorhandenen digitalen Geodaten von Tab. 11: Hamburg Überblick der HWS-Anlagen für die Elbinsel Wilhelmsburg nach Angaben von (LSBG, 2008b) Tab. 12: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für das Teilgebiet Hamburg Wilhelmsburg Tab. 13: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für das Teilgebiet Polder Hamburg Süd Tab. 14: Überblick der HWS-Anlagen für die Innenstadt - Altstadt nach Angaben von (LSBG, 2008a) Tab. 15: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für das Hamburg Innenstadt Tab. 16: Angaben zu den Abschnitten des Nössedeichs (MLR, 2001) Tab. 17: Angaben zu den Abschnitten des Rantumdamms (MLR, 2001) Tab. 18: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für Westerland. 126 Tab. 19: Überlauf- und sonstige Deiche auf der Insel Sylt (nach MLR, 2001) Tab. 20: Ergebnis der Abschnittseinteilung des HWKS-Systems für Hörnum Tab. 21: Tab. 22: Tab. 23: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Innenstadt, Hamburg Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet HafenCity, Hamburg Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Wilhelmsburg, Hamburg XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - xi - Dezember 2012

13 Beschreibung der HWKS-Systeme Tab. 24: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet private HWS- Anlage, Hamburg Tab. 25: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Lister Ellenborgen, Sylt Tab. 26: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet List Nord, Sylt149 Tab. 27: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet List, Sylt Tab. 28: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet List-Kampen, Sylt Tab. 29: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Wenningstedt- Kampen, Sylt Tab. 30: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Westerland, Sylt Tab. 31: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Westerland - Rantum, Sylt Tab. 32: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Rantum, Sylt. 155 Tab. 33: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Rantum - Hörnum, Sylt Tab. 34: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Hörnum, Sylt. 157 Tab. 35: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Hörnum Odde, Sylt Tab. 36: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Hörnum (Ost), Sylt Tab. 37: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Rantumdamm (Ost), Sylt Tab. 38: Ergebnisse der Multi-Kriterien-Analyse für das Teilgebiet Nössedeich (Ost), Sylt XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc - xii - Dezember 2012

14 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 1 Einleitung 1 Einleitung 1.1 Motivation und Zielsetzung Sturmfluten haben in der Vergangenheit immer wieder zu Schäden entlang der deutschen Küsten geführt. Infolge der zu erwartenden klimabedingten Veränderungen und größeren Häufigkeiten von Sturmfluten ist damit zu rechnen, dass die Gefährdung infolge von Sturmfluten mittel- und langfristig deutlich ansteigen wird. Deshalb besteht die dringlichste Aufgabe darin, die Zunahme extremer Sturmfluten hinsichtlich der Häufigkeit, Intensität und Verweildauer für den Hochwasser- und Küstenschutz abzuschätzen, um mögliche Katastrophen abzuwenden. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierte Verbundprojekt X trem R isk - Extremsturmfluten an offenen Küsten und Ästuargebieten, Risikoermittlung und beherrschung im Klimawandel analysiert daher das Auftreten und die Auswirkungen von Extremsturmfluten im Klimawandel, um die daraus resultierende Gefährdung zu bestimmen und Handlungsempfehlungen für die präventive Begegnung der Gefährdung unter Berücksichtigung aller Unsicherheiten herzuleiten. Für die Untersuchungen wird das Source-Pathway-Receptor -Konzept (Abb. 1) als Grundlage für ein integriertes Vorgehen für die Risikoanalyse und das Risikomanagement herangezogen. Als Pilotgebiete werden eine offene Küste am Beispiel von Sylt und eine Großstadt im Ästuargebiet am Beispiel von Hamburg betrachtet. Abb. 1: Source-Pathway-Receptor -Konzept für die Analyse und das Management von Überflutungsrisiken mit Angabe der Teilprojekte (TP) im BMBF-Verbundprojekt X trem R isk XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

15 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 1 Einleitung Das gesamtheitliche Vorgehen des Verbundprojekts erfordert vier Teilprojekte (TP), die sich mit der Risikoquelle, den Risikowegen, den Risikoempfängern sowie deren Integration befassen (Abb. 1): Teilprojekt 1 - Extreme Sturmfluten (Risikoquelle): Prof. Jensen (Teilprojektleiter) und Dr. Gönnert (Teilprojektleiter) Teilprojekt 2 - Belastung, Bruch und Bruchentwicklung von Hochwasserschutzwerken (Risikowege): Prof. Oumeraci (Teilprojektleiter) und Dr. Kortenhaus Teilprojekt 3 - Schadensermittlung und -bewertung (Risikoempfänger): Prof. Pasche (Teilprojektleiter) und Prof. von Lieberman Teilprojekt 4 - Risikoanalyse, Risikobewertung und Empfehlungen für Risikobeherrschung (Integration): Prof. Oumeraci (Teilprojektleiter), Dr. Gönnert, Prof. Jensen, Dr. Kortenhaus, Prof. von Lieberman und Prof. Pasche Das Hauptziel des vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau untersuchten Teilprojekts 2 Belastung, Bruch und Bruchentwicklung von Hochwasserschutzwerken (Risikowege) besteht in der Untersuchung der Belastung und des Stabilitätsverhaltens der Komponenten der Hochwasser-Küstenschutz-Systeme (HWKS-Systeme) unter Einwirkungen extremer Sturmfluten. Als Hauptergebnisse sollen die Versagenswahrscheinlichkeit des HWKS-Bauwerkes sowie die Initialbedingungen für die Flutwelle an der HWKS-Linie bestimmt werden. Die Bearbeitung des Teilprojekts 2 gliedert sich dabei in folgende Aktivitäten auf: A2.1: Beschreibung der HWKS-Systeme und komponenten für Hamburg und Sylt A2.2: Versagensformen und Grenzzustandsgleichungen für Hamburg und Sylt A2.3: Fehlerbaumanalyse A2.4: Bruchentwicklung und Initialbedingungen für die Flutwelle an der HWKS- Linie Die für die Bearbeitung erforderlichen Schritte sind in einem Ablaufdiagramm in Abb. 2 dargestellt und sollen hier kurz beschrieben werden. Auf Grundlage der Beschreibung der in den Pilotgebieten vorhandenen Bauwerke wird ein Katalog aller Versagensmechanismen erstellt und die Grenzzustandsgleichungen der Versagensformen mit den Unsicherheiten der Eingangsparameter für jeden Bauwerkstyp aus dem Schrifttum zusammengefasst. Dabei müssen fehlende Versagensmechanismen ergänzt werden. Auf Basis der Grenzzustandsgleichungen und der Unsicherheiten der Eingangsparameter bzw. der Gleichungen selbst wird die jeweilige Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt. In einem Fehlerbaum für jedes HWKS-Element werden die zugehörigen Grenzzustandsgleichungen zusammengeführt. Über die Abschnittseinteilung der Teilgebiete wird der Fehlerbaum für das ge- XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

16 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 1 Einleitung samte Teilgebiet aufgestellt und die Gesamt-Überflutungswahrscheinlichkeit bestimmt. Abb. 2: Ablaufdiagramm der Bearbeitung zur Ermittlung der Gesamt-Versagenswahrscheinlichkeit Ziel des hier vorliegenden Berichtes ist es, die Ergebnisse der ersten Aktivität 2.1 des Teilprojekts 2 Beschreibung der HWKS-Systeme und komponenten für die Pilotgebiete Hamburg und Sylt darzustellen. 1.2 Methodik Um einen Überblick der Pilotgebiete zu erhalten, erfolgt auf Grundlage einer Literaturstudie eine Beschreibung des Hochwasserschutzes in Hamburg und des Küstenschutzes auf Sylt. Es werden mögliche Teilgebiete mit den jeweiligen HWKS- Anlagen beschrieben, wobei insbesondere auch auf vergangene Schäden in den HWKS-Systemen infolge von Sturmfluten eingegangen wird. Für eine Beschreibung aller HWKS-Elemente ist es dann erforderlich, aus den beiden Pilotgebieten Hamburg und Sylt Teilgebiete auszuwählen, die bei einer Sturmflut besonders gefährdet bzw. ein voraussichtlich hohes Überflutungsrisiko aufweisen. Eine Auswahl muss erfolgen, da für beide Pilotgebiete keine komplette, umfassende Analyse und Bewertung des Risikos im Rahmen des Verbundprojektes erstellt werden kann. Aus diesem Grund werden die Pilotgebiete in Teilgebiete gegliedert und beschrieben. Zur Bewertung und Festlegung der Teilgebiete von Hamburg und Sylt wird eine Multi-Kriterien-Analyse durchgeführt. Anhand der Beurteilung unterschiedlicher Kriterien werden die Teilgebiete mit einem besonders hohen Gefährdungs- und Schadenspotential hinsichtlich des Auftretens einer Extremsturmflut bestimmt. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

17 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 1 Einleitung Für die ausgewählten Teilgebiete erfolgt eine detaillierte Darstellung der vorhandenen HWKS-Anlagen. Hierfür werden die vorhandenen HWKS-Bauwerke identifiziert und in Abschnitte gleicher Charakteristiken eingeteilt. Die Beschreibung der Abschnitte basiert auf Datenangaben der HWKS-Systeme, die von den Kooperativen Partnern (KP) wie dem Landesbetrieb Straßen, Brücken und Gewässer (LSBG) und der Hamburg Port Authority (HPA) in Hamburg sowie dem Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein (LKN) zur Verfügung gestellt wurden. Eine weitere Grundlage der Beschreibung bildet die Begehung der Teilgebiete, wobei eine Bilddokumentation sowie die Art und die Lage der HWKS-Komponenten aufgenommen und für einige Details der HWKS-Anlagen eine Vermessung durchgeführt wurde. Die durch die Datenauswertung und durch die Begehung gewonnenen Daten und Informationen wurden in einem Geoinformationssystem (GIS) der HWKS- Systeme für jedes Teilgebiet zusammengestellt. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

18 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete 2 Überblick Pilotgebiete Die Auswahl der Pilotgebiete Hamburg und Sylt ist auf verschiedene Aspekte zurückzuführen. Für Hamburg als repräsentativer Standort einer Megacity in einem Tideästuar liegen beträchtliche Datenmengen über Sturmfluten und deren Beeinflussung durch Ausbaumaßnahmen über mehr als 100 Jahre aus verschiedenen Quellen vor (u.a. (Unabhängige Kommission, 1989), (Gönnert, 2003), (Müller-Navarra et al., 2006)). Außerdem hat keine andere Metropole im Tideästuar eine derartige rasante sozio-ökonomische Entwicklung seit der letzten Sturmflutkatastrophe 1962 und daher erhebliche Veränderungen der Vulnerabilität und Resilienz gegen undenkbar extreme Sturmfluten erfahren. Zusätzlich liegen eine Reihe wertvoller Informationen aus abgeschlossenen Projekten und Studien über Hochwasserschutz, Flutrisiken und Klimafolgen vor (u.a. (Oumeraci & Kortenhaus, 1999), (Motor Columbus AG, 1986), (Grossmann et al., 2006), (Von Storch et al., 2006)). Sylt als Beispiel für die offene Küste ist damit zu begründen, dass kein anderer Standort über so viele zuverlässige Daten verfügt und Gegenstand so vieler Studien und Untersuchungen gewesen ist (siehe Referenzen in (Daschkeit & Schottes, 2002)). Sylt gilt bereits jetzt als eine der durch Sturmfluten erosionsgefährdetsten Nordseeinseln und ist ohne Schutz nicht zu halten. Durch mögliche Klimaänderungen gilt Sylt als potentiell stark gefährdet und dadurch auch die dahinterliegende Festlandküste. 2.1 Hochwasserschutz in Hamburg Der folgende Abschnitt gibt eine Einführung über den Hochwasserschutz in Hamburg, der die tiefliegenden Gebiete vor einer Überflutung schützen soll (Abb. 3). In einem geschichtlichen Rückblick wird das frühere Hochwasserschutzsystem vor 1962 mit seinen Schwachpunkten beschrieben. Anschließend wird insbesondere auf die Sturmflut mit den verheerenden Auswirkungen vom 16./17. Februar 1962 eingegangen. Weiterhin wird die Sturmflut vom 3. Januar 1976 mit dem höchsten gemessenen Tidehochwasserstand (HHThw) beschrieben. Anschließend erfolgt eine Beschreibung des heutigen Zustands des Hochwasserschutzes in Hamburg, der sich überwiegend auf das Bauprogramm der Stadt Hamburg aus dem Jahr 2007 bezieht. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

19 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Abb. 3: Schutz vor Überflutung für die tiefliegenden Gebiete in Hamburg (LSBG, 2007b) Geschichtlicher Rückblick Die Geschichte der Sturmfluten in Hamburg kann nach (Von Storch et al., 2006) seit den Aufzeichnungen ab 1750 in drei Phasen aufgeteilt werden: Bis 1850 ergab sich eine Periode mit häufigen Sturmfluten, die diverse Schäden verursachten, von 1855 bis 1962 fand eine ruhige Periode statt, in der keine größeren Beanstandungen infolge von Sturmfluten verzeichnet wurden, und seit 1962 schließt sich eine Periode an, in der erhöhte Sturmflutereignisse auftreten, die jedoch seit den Verbesserungen im Hochwasserschutz nach den katastrophalen Auswirkungen der Sturmflut vom erfolgreicher abgewehrt werden können. Eine Auflistung der Extremwerte des Tidehochwassers (Thw) am Pegel Hamburg St. Pauli zeigt Tab. 1. Der höchste seit der Aufzeichnung 1788 gemessene Tidehochwasserstand HHThw mit +6,45 mnn wurde am 3. Januar 1976 aufgezeichnet. Aufgrund der neuen Hochwasserschutzanlagen kam es jedoch in Hamburg zu keinen größeren Schäden. Von dieser Sturmflut schwer getroffen wurden jedoch die sogenannten Außendeichgebiete, die sich außerhalb der Hochwasserschutzlinie befinden. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

20 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Tab. 1 Extremwerte des Tidehochwassers seit 1788, Stand (HPA, 2006) Thw Sturmflut 1. NN + 6,45 m ( ) = HHThw 2. NN + 6,02 m ( u ) 3. NN + 5,95 m ( ) 4. NN + 5,81 m ( ) 5. NN + 5,76 m ( ) 6. NN + 5,75 m ( ) 7. NN + 5,74 m ( ) 8. NN + 5,70 m ( ) 9. NN + 5,58 m ( ) 10. NN + 5,53 m ( ) Hochwasserschutzanlagen vor 1962 Zu Beginn des Jahres 1962 bestand der Hochwasserschutz in Hamburg überwiegend aus Deichen und Hochwasserschutzmauern. Der Bau der heutigen Hochwasserschutzanlagen mit zusätzlichen Sperrwerken, Schleusen, Schöpfwerken, Sielen und Poldern war im wesentlichen eine Folge der Katastrophenflut von 1962 und der daraufhin neu festgelegten Ziele des Hochwasserschutzes. Im Vergleich zur heutigen Hochwasserschutzlinie in Hamburg, die über eine Gesamtlänge von 100 Kilometern gestrafft mit einer zügigen Trassenführung ist, war die Deichlinie vor 1962 ungleichförmig und kurvenreich mit einer Gesamtlänge von 140 Kilometern. Das veraltete Deichsystem verfügte außerdem über eine Deichlinie, die nicht durchgehend entlang des Elbestroms geschlossen war. Den Verlauf der alten und der neuen Deichlinie zeigt Abb. 4. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

21 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Abb. 4: Alte Deichlinie 1962 (rot) und Verlauf der neuen Hochwasserschutzanlagen 1964 (grün) (nach (Laucht, 1966)) XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

22 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Die Deiche bestanden aus niedrigen, meist in Handarbeit aufgeschütteten Erddeichen, die nur über eine niedrige Kronenhöhe von 5,70 mnn verfügten (Abb. 5). Das Deichprofil war schmal mit steilen Böschungsneigungen von 1:1,5 bis 1:1 und mit einem durchschnittlichen Deichlager von rd. 12 m, das oftmals zwischen Bäumen und Häusern eingezwängt war. Die Entwicklung des Hamburger Deichprofils von 1962 bis hin zum flachen, heutigen Profil mit einem Deichlager von rd. 54 m zeigt Abb. 5. Neben dem zu steilen Profil kamen weitere Mängel in der Überflutungs- und Standsicherheit hinzu wie beispielsweise ene unzureichende Verdichtung, fehlerhafte Gründung sowie Inhomogenitäten infolge verlegter Versorgungsleitungen im Deichkörper. Folglich konnten die Deiche den Anforderungen der Sturmflut von 1962 nicht standhalten und es kam zu zahlreichen Deichbrüchen (LSBG, 2007a). Über den konstruktiven Aufbau der vor 1962 vorhandenen Hochwasserschutzmauern sind in der Literatur so gut wie keine Angaben gemacht. Mauern wurden überall dort erstellt, wo es die beengten Platzverhältnisse erforderlich machten, so z.b. in der Hamburger Innenstadt und in St. Pauli. Über Mängel an den Mauern, die während der Sturmflut von 1962 festgestellt wurden, wird wenig berichtet. Lediglich die zu geringe Bauwerkshöhe wird in verschiedenen Veröffentlichungen angesprochen (Lüken, 1989). Abb. 5: Entwicklung der Hamburger Deichprofile von 1962 bis 2007 (nach (LSBG, 2007a)) XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

23 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Sturmflut vom 16./17. Februar 1962 Die Sturmflut in der Nacht vom 16. auf den 17. Februar 1962 mit einem HThw von + 5,70 mnn hatte für Hamburg katastrophale Folgen (Freie und Hansestadt Hamburg, 1982 zitiert in Lüken, 1989): 315 Menschen kamen ums Leben. Rd ha Land, das sind etwa 1/6 des Hamburger Staatsgebietes, wurden überflutet. Dabei strömten rd. 200 Mio. m³ Wasser, 60 mal soviel wie Binnenund Außenalster zusammen fassen, in die Niedergebiete. Mehr als Hamburger mussten für längere Zeit evakuiert werden. 42 massive Wohngebäude mit 74 Wohnungen wurden total zerstört Behelfsheime wurden vernichtet, beschädigt oder vorübergehend unbewohnbar. Es kam zu Deichüberströmungen und innenhalb weniger Stunden zu über 60 Deichbrüchen durch Erosionen der Deichbinnenböschungen, drei davon waren große Grundbrüche. Die Lage der Deichbrüche sowie die überfluteten Gebiete in Hamburg infolge der Sturmflut 1962 zeigt Abb. 6. Die größten Schäden traten im Bereich der Alten Süderelbe zwischen Moorburg und Neuenfelde/ Cranz auf. Hier brachen die Deiche an 48 Stellen. Um in diesem Gebiet einen Sturmflutschutz in kurzer Zeit wiederherzustellen, wurde der Verlauf der Alten Süderelbe eingedeicht. Die schwersten Folgen hatten jedoch die Deichbrüche am Ufer des Spreehafens, wodurch die Elbinsel Wilhelmsburg überschwemmt wurde. Die Straßen wurden in reißende Ströme mit meterhohen Wellen verwandelt. Hier verloren die meisten der 315 Opfer in Hamburg ihr Leben (Lüken, 1989). XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

24 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Abb. 6: Deichbrüche und überflutete Gebiete infolge der Sturmflut 16./17. Februar 1962 (Sönnichsen & Moseberg, 1997) Sturmflut vom 3. Januar 1976 Aufgrund der Anpassungsmaßnahmen der Sturmflut von 1962 hielt die neue Öffentliche HWS-Linie den Belastungen der Sturmflut vom 3. Januar 1976 mit einem HHThw von 6,45 mnn stand. Von dieser Sturmflut wurden jedoch die sogenannten Außendeichgebiete schwer getroffen, die sich außerhalb der Hochwasserschutzlinie befinden. Zu den Außendeichgebieten zählen u. a. der größte Teil des Hafens sowie die Uferstreifen von Altona bis Blankenese. Aufgrund der Schäden im Hafenbereich wurde vom Hamburger Senat im Juni 1976 ein Rahmenkonzept für den Sturmflutschutz im Hafen verabschiedet, der den privaten Hochwasserschutz mit Hilfe eines Förderprogramms verbesserte. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

25 2.1.2 Heutiger Stand Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Die HWS-Bauwerke wurden im Laufe der Zeit kontinuierlich verbessert, was insbesondere ab dem 20. Jahrhundert durch den Einsatz von Maschinen, z.b. für den Bau von Deichen, ermöglicht wurde. Eine Anpassung des Hochwasserschutzes erfolgte nach den katastrophalen Auswirkungen der Sturmflut von Weitere Anpassungsmaßnahmen wurden im Verlauf der Zeit durchgeführt, wie z.b. im Rahmen des aktuellen Bauprogramms 2007 der Hansestadt Hamburg, wobei die HWS-Anlagen an klimabedingte Änderungen angepasst werden. Im Folgenden wird nach einer allgemeinen Beschreibung des öffentlichen und des privaten Hochwasserschutzes in Hamburg auf die Bemessung der Hochwasserschutzanlagen eingegangen Öffentlicher Hochwasserschutz Der Öffentliche Hochwasserschutz umfasst die Hauptdeichlinie (Abb. 7) und ist in erster Linie für den Schutz der Bevölkerung verantwortlich. Die Länge der Hochwasserschutzlinie in Hamburg beträgt insgesamt 103 km, wovon 77,5 km aus Deichen und 25,5 km aus Hochwasserschutzwänden bestehen. In der Hochwasserschutzlinie befinden sich 6 Sturmflutsperrwerke, 6 Schleusen, 27 Schöpfwerke und Deichsiele, 38 Hochwasserschutztore, d.h. insgesamt 77 Bauwerke. Die Höhe der Hamburger Hochwasserschutzanlagen betragen in Abhängigkeit vom Bemessungswasserstand und Bemessungsseegang zwischen NN +7,60 bis zu NN +9,00 m (vgl. Kapitel ). Diese und weitere Daten können dem aktuellen Bauprogramm 2007 für den Hochwasserschutz in Hamburg (LSBG, 2007a) entnommen werden. Eine Zusammenfassung einiger Fakten über den Hamburger Hochwasserschutz zeigt Tab. 2. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

26 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Tab. 2: Überblick Hochwasserschutz Hamburg (LSBG, 2007a) Länge der Hochwasserschutzlinie Insgesamt davon Deiche Hochwasserschutzwände Bauwerke der Hochwasserschutzlinie Sturmflutsperrwerke Schleusen Schöpfwerke und Deichsiele Hochwasserschutztore 77 Bauwerke Durch Deiche und Wände geschützten Gebiete Höchste Sturmflut Hamburgs Höhe der Wasserschutzanlagen vor 1962 Das Bauprogramm Hochwasserschutz (2007) Überblick Pilotgebiete 103 km 77,5 km 25,5 km Fläche von 270 km², rund 1/3 des Hamburger Staatsgebietes hier leben mehr als Einwohner/innen hier arbeiten Bürger/innen hier lagern Waren und Güter mit einem Wert von mehr als 10 Milliarden EUR 3. Januar 1976: NN +6,45 m nach 1962 Zielhöhe des laufenden Bauprogramms (2007) Fertigstellung Baukosten davon in 2007 NN +5,70 m NN +7,20 m NN +7,60 bis 9,0 m bis 2012 rd. 600 Mio. EUR ca. 32 Mio. EUR Abb. 7: Verlauf der öffentlichen Deichlinie in der Stadt Hamburg (LSBG, 2007a) XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

27 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel Privater Hochwasserschutz Überblick Pilotgebiete Zum privaten Hochwasserschutz zählen die Polder im Bereich des Hamburger Hafens, die in Abb. 8 zu sehen sind. (Gönnert & Triebner, 2004) beschreiben den privaten Hochwasserschutz in Hamburg wie folgt: Nach 1976 wurde der öffentliche Hochwasserschutz ergänzt durch einen privaten Hochwasserschutz, der zu 75% staatlich gefördert wird. [ ] Der private Hochwasserschutz dient dem Schutz von in der Regel privaten Industriebzw. Hafenanlagen, in Ausnahmefällen auch eingepolderten Wohnanlagen (wie z.b. Neumühlen). Die privaten Anlagen werden von ihren Eigentümern Instand gehalten und verteidigt. Der private Hochwasserschutz besteht im Hafen aus 48 Einzel- und Gemeinschaftspoldern sowie drei Sperrwerken, die mit insgesamt 109 km Länge und rd ha Fläche etwa 70% des Hafengebietes vor Sturmfluten schützen. Die privaten Anlagen bestehen aufgrund des geringeren Flächenbedarfes überwiegend aus Spundwandbzw. Stahlbetonkonstruktionen, die die Umschlags- und Lagereinrichtungen mit einer einheitlichen Höhe von NN+7,50 m schützen. Eingeschlossen sind viele infrastrukturelle Bereiche wie Straßen und Hafenbahnanlagen. Abb. 8: Hafengebietsgrenze für den privaten Hochwasserschutz in Hamburg (HPA, 2007) XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

28 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Durch den Hafenbetrieb ist eine Vielzahl von Öffnungen in den Poldergrenzen und somit in der Verteidigungslinie erforderlich. Folglich müssen bei einer Sturmflutwarnung über 800 Tore und Schieber im Hamburger Hafen geschlossen werden. Seit 2008 unterstützt die Freie und Hansestadt Hamburg unter Beauftragung der Hamburg Port Authority (HPA) als Bewilligungsbehörde erneut den privaten Hochwasserschutz mit einem 94 Mio. Euro Förderprogramm. Hierbei können maximal 50% der Investitionskosten gefördert werden, die für Maßnahmen zur Beseitigung von Defiziten bei bestehenden Poldern eingesetzt werden. Die Errichtung der bestehenden Polder wurde bereits in den Jahren nach 1976 gefördert Weitere Hochwasserschutzarten Neben der Öffentlichen HWS-Linie und den privaten Poldern kommen noch weitere Maßnahmen für den Hochwasserschutz hinzu, die überwiegend jedoch zum privaten Hochwasserschutz zählen und in den außendeichs liegenden Gebieten Anwendung finden. Zum einen sind hier die Anlagen des Flutschutzes der Hafencity zu nennen. In diesem Bereich wird durch die Aufhöhung des Geländes auf mindestens 7,50 mnn das sogenannte Warftenkonzept verfolgt. Zum anderen besteht als weitere Möglichkeit des Hochwasserschutzes, ein Gebäude mit Objektschutz gegen Überflutungen zu schützen Bemessung der Hochwasserschutzanlagen Zur Bemessung der HWS-Anlagen wird eine erforderliche Sollhöhe der Anlagen festgelegt, die die gewünschte Funktion der Bauwerke (Schutz vor Überflutung) im Bemessungsfall gewährleistet. Entlang der Deichlinie kommt es zu Schwankungen in der Kronenhöhe der HWS-Bauwerke, da für den Sturmflutschutz das Konzept der gleichen Sicherheit verfolgt wird, was jedoch nicht mit einer einheitlichen Höhe gleichzusetzen ist. Es werden örtliche Gegebenheiten und Erfordernisse, die insbesondere das lokal vorherrschende Wellenklima einbeziehen, berücksichtigt. Folglich besteht die Sollhöhe aus der Summe von Bemessungswasserstand und Freibord, als Zuschlag zur Berücksichtigung des örtlichen Wellenklimas, sowie einem Aufschlag für ein Sicherheitsmaß. a) Bemessungswasserstand Für die Bemessungswasserstände in Hamburg werden die Ergebnisse der Bemessungssturmflut 2085a verwendet. Hierbei handelt es sich um eine synthetische Sturmflut entlang der Elbe, die von der Länderarbeitsgruppe der Bundesländer Niedersachsen, Hamburg und Schleswig-Holstein (Siefert et al., 1988) aus der Sturmflut vom (HHThw) entwickelt wurde. Für den Ruhewasserstand wird ein säkularer Meeresspiegelanstieg von 30 cm pro Jahrhundert sowie ein Bemessungs- Windstau von 385 cm beim Thw berücksichtigt. Der definierte Oberwasserzufluss der Elbe beträgt m³/s. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

29 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Die für die Bemessungssturmflut festgelegten Wasserstände steigen stromaufwärts der Elbe. Die Höhe des Wasserspiegels beim Eintritt der Bemessungssturmflut ergibt für das Hamburger Gebiet beispielsweise folgende Werte (LSBG, 2007a): an der westlichen Landesgrenze bei Tinsdal NN +7,00 m am Pegel St. Pauli-Landungsbrücken NN +7,30 m an der östlichen Landesgrenze bei Altengamme NN +7,80 m Eine Übersicht über die Wasserstände der Bemessungssturmflut im Hamburger Hafen zeigt Abb. 9. Für den Innenstadtbereich beträgt der Bemessungswasserstand +7,30 mnn. Stromaufwärts wird ein Wert von +7,40 mnn für die Norderelbe ab Georgswerder und für die Süderelbe ab Moorwerder erreicht. Weiter stromauf am Pegel Bunthaus südöstlich der Elbinsel Wilhelmsburg beträgt der Bemessungswasserstand +7,50 mnn. Abb. 9: Wasserstände der Bemessungssturmflut im Hamburger Hafen (HPA, 2008) b) Freibord Eine Beschreibung zur Bestimmung der Freibordhöhe zur Bemessung der Hamburger HWS-Anlagen wird in (Möller & Wiemer, 2003) gegeben und im Folgenden kurz zusammengefasst. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

30 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete Die erforderliche Freibordhöhe richtet sich nach dem örtlichen Wellenklima. In den Luv-Bereichen (windzugewandt) ergibt sich die Freibordhöhe aus der Wellenhöhe, dem Wellenangriffswinkel sowie dem Wellenüberschlag an HWS-Wänden bzw. Wellenauflauf und -überlauf an Deichen. Für die Lee-Bereiche (windabgewandt) wird das Einhalten eines Mindestfreibords als ausreichend angesehen. Die Beschreibung des Wellenklimas vor den HWS-Anlagen basiert auf Berechnungen der Firma Alkyon (Niederlande), die das Wellenklima für einen Bereich des Hamburger Hafens mit dem numerischen Modell HISWA (Hindcast of Shallow Water Waves) berechnet hat. Das HISWA-Modell berechnet kurzkämmige, in der Richtung gestreute Wellen. Die Simulation wurde für ein Windspektrum von gegen Nord und einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s durchgeführt. Das Resultat der Modellberechnung sind Daten der Tiefwasserwellen, die unter Berücksichtigung der Vorlandgeometrie in Flachwasserwellen transformiert werden. Diese Ergebnisse können anschließend beispielsweise in Form von eines Lageplans dargestellt werden. Zur Ermittlung von Wellenüberschlag an HWS-Wänden bzw. Wellenauflauf und - überlauf an Deichen wurden Untersuchungen vom Danish Hydraulic Institute (DHI, Dänemark) durchgeführt. Basierend auf physikalischen Modellversuchen im Maßstab 1:10 mit Wellenspektren wurden Nomogramme zur Bemessung der erforderlichen Freibordhöhe entwickelt. In Abhängigkeit von der signifikanten Wellenhöhe an der Wand, dem zugehörigen Wellenangriffswinkel und dem Windeinfluss ermöglichen die Nomogramme eine Ermittlung der Freibordhöhe oder der Spitzenwellenüberschlagsrate im Tidescheitel. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012

31 Beschreibung der HWKS-Systeme Kapitel 2 Überblick Pilotgebiete 2.2 Beschreibung möglicher Teilgebiete in Hamburg Im Rahmen des Forschungsprojektes X trem R isk erfolgt eine Untersuchung der vorhandenen Hochwasserschutzanlagen in Hamburg. Zunächst werden hierfür mögliche Teilgebiete (Abb. 10), die charakteristisch für das Ästuargebiet der Hafenstadt Hamburg sind, beschrieben. Es folgt ein kurzer Überblick über die Lage und Art des Hochwasserschutzes sowie eine Beschreibung des Hinterlandes. Hierbei werden die möglichen Teilgebiete mit einer Aufzählung in der Reihenfolge von Nord nach Süd beschrieben. Abb. 10: Mögliche Teilgebiete für die Untersuchung der HWKS-Systeme in Hamburg (Kartengrundlage: (LSBG, 2007a)) Innenstadt Der Bereich der Innenstadt bildet das Zentrum der Stadt Hamburg. In diesem Abschnitt werden folgende Stadtteile im Hafenbereich durch die öffentliche HWS-Linie geschützt (von Ost nach West): Rothenburgsort, Hammerbrook, Altstadt, Neustadt und St. Pauli. Die Öffentliche Hochwasserschutzlinie im Innenstadtbereich läuft vom Ufer der Norderelbe ausgehend vom Sperrwerk Billwerder Bucht (Dkm 34,3) entlang der Kanäle Oberhafen und Zollkanal über den Niederhafen, die Landungsbrücken bis zum St. Pauli Fischmarkt (Dkm 42,8) (Abb. 11). In westlicher Richtung schließt der natürlich Geesthang mit einer erhöhten Geländelage an die HWS-Linie an und bildet somit einen natürlichen Schutz gegen eine Überflutung des Hinterlands. XtremRisK_2-1_HWKS_final.doc Dezember 2012