Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen

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1 Block C2 Saal 4 Technische Universität Dresden Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik 36. Dresdner Wasserbaukolloquium 2013 Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen Holger Schüttrumpf Theide Wöffler Arne Arns Jürgen Jensen Sturmflut- bzw. Hochwasserschutz bedeutet vielfach, für Ereignisse mit sehr geringer Eintrittswahrscheinlichkeit einen ausreichenden Schutz zu gewährleisten. Die Wahrscheinlichkeit von Überflutungen ist sehr gering und insbesondere die betroffene Bevölkerung ist im Fall des Versagens der Hochwasserschutzeinrichtungen häufig nicht auf die Überflutung ihrer Grundstücke/Gebäude eingestellt. Dies ist anders auf den nordfriesischen Halligen. Die Halligbewohner leben mit den regelmäßigen Überflutungen der Halligflächen und sind u.u. mehrfach im Jahr von der Außenwelt abgeschnitten. Daher kann man insbesondere vom Sturmflutschutz der Halligen viele Lehren für den Hochwasserschutz ziehen. Sturmflutschutz, Küstenschutz, Halligen, Überflutung 1 Einführung Die Halligen (Abb.1) im nordfriesischen Wattenmeer stellen in ihrer exponierten Lage eine einzigartige Naturerscheinung dar und wurden schon von Theodor Storm als Schwimmende Träume bezeichnet. Aufgrund ihrer Lage zwingen sie ihren Bewohnern besondere Lebens- und Bauweisen auf. Weiterhin leisten die Halligen durch die Reduktion der von der Nordsee einlaufenden Wellen einen zusätzlichen Beitrag für den Sturmflutschutz der Festlandsküste. Sturmflutschutz auf den Halligen erfordert daher aufgrund ihrer besonderen geographischen Situation spezielle Hochwasserschutzkonzepte sowohl hinsichtlich des Technischen Hochwasserschutzes und des Objektschutzes wie auch in Hinblick auf die Organisation und die Hochwasservorsorge.

2 340 Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen Abb. 1: Lage der Halligen im Nordfriesischen Wattenmeer Aufgrund ihrer Abgeschiedenheit bei Sturmfluten und der fehlenden externen Hilfe im Extremfall sind daher auf den Halligen spezielle Hochwasserschutzkonzepte wie Warften (Abb. 2), Hochwasserschutzräume, Halligigel (Abb. 3), etc. entstanden. Abb. 2: Warft auf Hallig Oland Abb. 3. Halligigel auf Hallig Langeneß Infolge des steigenden Meeresspiegels sowie der vermuteten Zunahme von Sturmfluthäufigkeit und intensität werden die Halligen in Zukunft stark vom Klimawandel betroffen sein. Aufgrund der regelmäßigen Überflutungen bei

3 Block C2 Saal Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft Sturmflutereignissen ist zwar ein Anwachsen der Halligen durch eingetragene Sedimente möglich, ob diese Sedimentationsraten den Anstieg des Meeresspiegels ausgleichen können, ist jedoch fraglich. Im Rahmen des BMBF-Forschungsvorhabens Zukunft Hallig (BMBF KFKI 03KIS093/03KIS094/03KIS095/03KIS096) werden derzeit am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen in Kooperation mit dem Forschungsinstitut für Wasser und Umwelt der Universität Siegen, dem geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen sowie dem Landesbetrieb für Küsten- und Naturschutz des Landes Schleswig-Holstein neue Küstenschutzstrategien entwickelt, um damit für die Halligen auf die Herausforderungen infolge des steigenden Meeresspiegels und der Zunahme von Sturmfluthäufigkeit und intensität reagieren zu können. 2 Die Halligen im Nordfriesischen Wattenmeer Die insgesamt nur 20,8 km 2 großen Halligen sind Relikte des Festlandes. Die Halligen entstanden vereinzelt aus den Resten ehemaliger Küstenmarschen, der größte Teil resultiert jedoch weitestgehend aus Neuauflandungen durch Schlickablagerungen (Quedens 1992). Die Halligen stellen in Ihrer exponierten Lage eine einzigartige Naturerscheinung dar und zwingen ihren Bewohnern besondere Sturmflutschutzmaßnahmen auf. Die Häuser auf den Halligen sind auf Warften erbaut und besitzen zusätzliche Schutzräume für den Extremfall. Einige Halligen haben Sommerdeiche, andere höher gezogene Deckwerke. Nachfolgend sind die sechs bewohnten Halligen aufgelistet: Langeneß Nordstrandischmoor Gröde Oland Hooge Hamburger Hallig Nicht bewohnt bzw. nicht ganzjährig bewohnt sind: Habel Südfall Süderoog Norderoog

4 342 Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen Insgesamt leben auf den 38 Warften der zehn bewohnten Halligen derzeit etwa 350 Einwohner. Diese bestreiten ihren Lebensunterhalt im Wesentlichen im Küstenschutz, durch den Tourismus und die Landwirtschaft. Das Wattenmeer im Bereich der Halligen ist stark durch die Gezeiten geprägt und weist eine sehr flache Neigung auf, wodurch bei Tideniedrigwasser große Teile trocken fallen. Ein weiteres Merkmal des Wattenmeeres sind ausgedehnte Prielsysteme und die Inseln bzw. Halligen (Abb. 4). Abb. 4: Morphologie des Nordfriesischen Wattenmeers (Quelle: Bathymetrie vom LKN-SH und Topographie vom LVermGeo SH) Das Wattenmeer mit seinen Halligen hat neben der ökologisch und kulturhistorisch wichtigen Bedeutung auch großen Einfluss auf die Küstenschutzstrategien an der Festlandküste. Zum einen kann der Wind das Wasser aufgrund der geringen Wassertiefen stärker aufstauen als an Küsten mit großen Wassertiefen, zum anderen jedoch wird die Seegangsbelastung der Festlandküste während der Sturmfluten bereits im Wattenmeer durch die geringen Wassertiefen stark reduziert. Aufgrund ihrer exponierten Lage im schleswig-holsteinischen Wattenmeer werden die Halligen zuerst von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein. Der Anstieg des mittleren Meeresspiegels für die Station Wyk zwischen 1971 und 2008 beträgt 0,46 cm/jahr (Jensen et al., 2012). Die Halligen selber können mit diesem Anstieg nicht mithalten, da die Sedimentationsraten mit bis zu 0,38 cm/jahr niedriger sind als der Anstieg des Meeresspiegels (Karius et al., 2009). Dadurch bedingt kommt es zu häufigeren Überflutungen der niedrig gelegenen Halligbereiche.

5 Block C2 Saal Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft Überflutungshäufigkeiten und -intensitäten Die Häuser auf den Halligen sind auf Warften erbaut. Einige Halligen haben Sommerdeiche, andere höher gezogene Deckwerke. Hierdurch werden die einzelnen Halligen unterschiedlich häufig überflutet. Im stürmischen Frühjahr und Herbst heißt es z.b. auf der Hallig Hooge etwa fünf Mal und auf der Hallig Nordstrandischmoor etwa 30 Mal "Land unter". Während viele Folgen und Konsequenzen des projizierten anthropogenen Klimawandels noch nicht wissenschaftlich abgesichert sind, gilt eine Beschleunigung des Meeresspiegelanstiegs als gesichert. Unklar ist nur noch die Höhe des Meeresspiegelanstiegs in diesem Jahrhundert. Die aktuellen Klimaszenarien sprechen global von einem Anstieg zwischen 0,18 m/jahrhundert und 0,59 m/jahrhundert (IPCC, 2007). Unter anderem aufgrund neuerer Erkenntnisse über die Entwicklung des grönländischen Inlandeises wird sogar mit deutlich höheren Werten für den Meeresspiegelanstieg gerechnet (Rahmstorf, 2006; Schnellnhuber, 2008, Grinsted et al., 2009). Im Bereich der Halligen zeigen Untersuchungen der Universität Siegen für die Station Wittdün zwischen 1935 und 2009 einen Anstieg des Mittleren Tidehochwassers MThw von ca. 0,42 cm/jahr, des Mitteleren Tideniedrigwassers MTnw von ca. -0,018 cm/jahr und des Mittleren Tidehubs MThb von 0,44 cm/jahr. Dies resultiert in einer Zunahme der Überflutungshäufigkeiten und der Überflutungsintensitäten. Dadurch ist insgesamt mit häufigeren und länger andauernden Land unter Ereignissen zu rechnen. Es zeigt sich, dass der Sedimentaufwachs der Halligen grundsätzlich in der Größenordnung des Meeresspiegelanstiegs liegt. Allerdings können lokale Verhältnisse deutlich von den Mittelwerten abweichen. Für die größeren Halligen Hooge und Langeneß liegen die Sedimentzuwachsraten unterhalb des säkularen MThw-Anstiegs. Für Nordstrandischmoor liegen die Sedimentaufwachsraten oberhalb des MThw-Anstiegs. Um das Aufwachsen der Halligen zweifelsfrei zu klären, finden derzeit entsprechende Untersuchungen in Zusammenarbeit der Universität Göttingen und der RWTH Aachen auf den Halligen statt. Diese Feldmessungen werden durch umfassende hydro-numerische Untersuchungen ergänzt, um die Überflutungen der Halligen beschreiben und ggf. Anpassungsmaßnahmen entwickeln zu können. Ein Ergebnis der Überflutungssimulationen ist beispielhaft in Abb. 5 dargestellt.

6 344 Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen Abb. 5: Überflutungssimulation der Hallig Nordstrandischmoor für die Sturmflut vom (Simulation mit PROMAIDES (Bachmann, 2012)) 4 Sturmflutschutz auf den Halligen Der Sturmflutschutz auf den Halligen setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen und ist beispielhaft für Hallig Hooge in Abb. 6 im Profil dargestellt.

7 Block C2 Saal Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft Im Bereich des Wattenmeeres und der Vorländer werden die Strömungsgeschwindigkeiten sowie der bei Sturmflut einlaufende Seegang gedämpft. Die Halligkante mit dem sogenannten Halligigel (Abb. 3) stellt einen Überflutungsschutz dar und reduziert einerseits die Häufigkeit des Land unters, andererseits werden hohe Wellen am Halligigel gebrochen. Sommerdeiche auf der Hallig vermindern ebenfalls die Anzahl der Überflutungen bzw. reduzieren bei Sturmfluten die Energie des einlaufenden Seegangs. Warften (Abb. 2) haben die Aufgabe, die Hallighäuser gegen hohe Wasserstände und hohe Wellen zu schützen. Sie bilden während der Sturmflutsaison die hochwassersicheren Bereiche auf den Halligen. Hochgelegene Hochwasserschutzräume stellen im Extremfall eine weitere Schutzmöglichkeit für die Halligbewohner dar. Abb. 6: Querprofil Hallig Hooge Die Beschreibung der einzelnen Komponenten des Sturmflutschutzes der Halligen zeigt, dass lediglich mit einer Aufwarftung die Hallighäuser bei steigendem Meeresspiegel hochwasserfrei gehalten werden können. So wurden die 32 bewohnten Warften in den letzten Jahrzehnten mit Kosten in Höhe von etwa 18 Mio. verstärkt und den derzeitigen Randbedingungen angepasst. Neben der Aufwarftung und damit verbunden der Anpassung der Warfthöhe an die maßgebenden Sturmflutwasserstände kommt insbesondere der Seegangsdämpfung eine hohe Bedeutung zu. Eine Sensitivitätsanalyse in Abb. 7 für die Rixwarft auf Hallig Langeneß für Sturmflutwasserstände zwischen

8 346 Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen 3,0 mnn und 5,0 mnn zeigt, dass der Halligigel und die Warft unabhängig vom Sturmflutwasserstand eine starke seegangsreduzierende Wirkung haben. Abb. 7: Seegangsentwicklung am Beispiel der Rixwarft für die Hallig Langeneß Um den Sturmflutschutz der Halligen zu verbessern und an die Auswirkungen des Klimawandels anzupassen, sollten sich zukünftige Küstenschutzstrategien somit im Wesentlichen auf den Halligigel und die Warft selber konzentrieren. Deren Beitrag zur Seegangsdämpfung sowie zur Sicherstellung hochwasserfreier Bereiche ist am Größten. 5 Schlussfolgerungen Die Halligen im Nordfriesischen Wattenmeer stellen eine einzigartige Naturund Kulturlandschaft in Deutschland dar. Aufgrund der Exposition gegenüber Sturmfluten und der häufigen Überflutungen hat sich in der Vergangenheit ein spezieller Hochwasserschutz entwickelt. Aufgrund des Meeresspiegelanstiegs und vergleichsweise niedriger Sedimentationsraten ist ein Aufwachsen der Halligen nur bedingt möglich. Daher ist es notwendig, im Rahmen des BMBF- Projektes Zukunft Hallig zukünftige Küstenschutz- und Bewirtschaftungsstrategien zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass sich diese Maßnahmen auf den Halligigel einerseits zur Reduktion der Seegangsbelastung und auf die Warften andererseits zur Anpassung an steigende Wasserstände konzentrieren müssen.

9 Block C2 Saal Dresdner Wasserbaukolloquium 2013: Technischer und organisatorischer Hochwasserschutz Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft Literatur Bachmann, D. (2012) Beitrag zur Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems zur Bewertung und Planung von Hochwasserschutzmaßnahmen. Dissertation. Aachen. Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, RWTH Aachen Grinsted, A.; Moore, J. C.; Jevrejeva, S. (2009): Reconstructing sea level from paleo and projected temperatures 200 to 2100 AD. Clim. Dyn. doi: /s IPCC (2007): Intergovernmental Panel on Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. In: Solomon, S.; Quin, D.; Manning, M.; Chen, Z.; Marquis, M.; Averyt K. B.; Tignor, M.; Miller, H. L. (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York. Jensen, J., Frank, T., Wahl, T. (im Druck): Analyse von hochaufgelösten Tidewasserständen und Ermittlung des MSL an der deutschen Nordseeküste (AMSeL), Die Küste, Heft 78. Karius V., Deicke M., von Eynatten H. (2009): Über das Oberflächenwachstum der Nordfriesischen Halligen. In: Ratter, B.M.W. (Hrsg.) Hamburger Symposium Geographie, Band 1: Küste und Klima, S , Hamburg (ISBN: ). Quedens, G. (1992) Die Halligen. Breklumer Verlag Rahmstorf, S. (2006): Fact Sheet zum Klimawandel. Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung Schellnhuber, H. J. (2008): Global warming: Stop worrying, start panicking? - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. PNAS 105, 38. Wöffler, T.; Schüttrumpf, H.; Arns, A.; von Eynatten, H.; Häußling, R.; Jensen, J.; Schindler, M. (2012) Development of Coastal Protection Measures for small Islands in the Wadden Sea using a risk-based approach. Proceedings 33 rd International Conference on Coastal Engineering. Santander. Spain

10 348 Sturmflutschutz auf den nordfriesischen Halligen Autoren: Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf Dipl.-Geogr. Theide Wöffler Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft RWTH Aachen University Mies-van-der-Rohe-Str Aachen Tel.: Fax: schuettrumpf@iww.rwthaachen.de woeffler@iww.rwth-aachen.de Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen Dipl.-Ing. Arne Arns Institut für Wasser und Umwelt Universität Siegen Paul-Bonatz-Str Siegen, Germany Tel.: Fax: juergen.jensen@uni-siegen.de Arne.arns@uni-siegen.de