BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU

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1 BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe. Hamburg. Ilmenau Fahrrinnenanpassung der Unterweser Fahrrinnenanpassung der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle Summationswirkung der Anpassungen von Unter- und Außenweser Gutachten zur ausbaubedingten Änderung von Hydrodynamik und Salztransport

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3 Fahrrinnenanpassung der Unterweser Fahrrinnenanpassung der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle Summationswirkung der Anpassungen von Unter- und Außenweser Gutachten zur ausbaubedingten Änderung von Hydrodynamik und Salztransport Auftraggeber: Wasser- und Schifffahrtsamt Bremerhaven Wasser- und Schifffahrtsamt Bremen bremenports GmbH & Co. KG Auftrag vom: 3.5. Auftrags-Nr.: BAW-Nr Aufgestellt von: Abteilung: Wasserbau im Küstenbereich Referat: Ästuarsysteme I (K) Bearbeiter: Dr.-Ing. R. Schubert Dr.-Ing. U. Vierfuß Dipl.-Ing. (FH) U. Schiller Dipl.-Ing. (FH) H. Brand Hamburg, Das Gutachten darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eine Veröffentlichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der BAW. Bundesanstalt für Wasserbau Wedeler Landstr Hamburg ( )

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5 Zusammenfassung Die Wasser- und Schifffahrtsämter Bremen und Bremerhaven, vertreten durch die Projektgruppe Weseranpassung (PG WAP), planen die Fahrrinnenanpassungen der Unterweser und der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie die Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle vor Bremerhaven. Für das Planfeststellungsverfahren war im Auftrag der Projektgruppe Weseranpassung und bremenports (Schreiben vom 3.5., Geschäftszeichen /31./WAP 7/1) von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) eine wasserbauliche Systemanalyse mit dem Ziel einer detaillierten Ermittlung ausbaubedingter Änderungen der abiotischen Systemparameter zu erstellen. Aufgrund getrennter Planfeststellungsverfahren waren die Wirkungen der Unterweservertiefung und die Wirkung der Außenweseranpassung mit Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle getrennt zu ermitteln und darüber hinaus auch die Summationswirkung (Überlagerung) aller geplanten Anpassungsmaßnahmen in Unter- und Außenweser zu untersuchen. In diesem Gutachten werden die Ergebnisse der umfangreichen Untersuchungen zu den ausbaubedingten Änderungen auf die Tidedynamik und den Salztransport vorgelegt. Durch die gewählte Methodik der Modellierung und der Bewertung wurde sichergestellt, dass die angegebenen Prognosewerte deutlich auf der sicheren Seite liegen. Es wurden für Normaltiden unterschiedliche Analysezeiträume herangezogen und weitere hydrologische Szenarien untersucht, um die Bandbreite der Änderungen sowohl in den Tidewasserständen und den Tideströmungen als auch in den Salzgehaltsänderungen zu erfassen. Die Szenarien Kantenflut und beschleunigter Meeresspiegelanstieg wurden mit aufgenommen, um darzulegen, dass bei einer höheren Füllung der Unterweser keine gegenüber den Normaltiden erhöhten ausbaubedingten Änderungen auftreten. Alle Untersuchungen wurden mit Hilfe eines hochaufgelösten 3D-HN-Modells (Weser, Hunte) bzw. detaillierter 1D-Modelle (Lesum/Wümme und Ochtum mit Nebengewässern) durchgeführt. Außenweservariante Infolge der geplanten Anpassung der Außenweser ergeben sich in der Außen- und Unterweser nur geringe Änderungen der Tidewasserstände. In der Prognose ergibt sich eine Erhöhung des Tidehochwassers um bis zu +1 cm, eine Absenkung des Tideniedrigwassers um bis -1 cm und damit ein Anstieg des Tidehubs um bis zu + cm. In den Nebenflüssen der Unterweser werden die Änderungen der Tidewasserstände gedämpft. Die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterweser sind gering, die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten erhöhen sich bis zu + cm/s. Die ausbaubedingten Änderungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in der Außenweser schwanken je nach Örtlichkeit zwischen ±6 cm/s. Im Bereich der vertieften hafenbezogenen Wendestelle wird eine Abnahme um bis zu -9 cm/s erwartet. Die ausbaubedingte Erhöhung des Salzgehalts in der Unterweser erreicht Werte von,5 bis 1 PSU. Es wird von einer Stromaufverschiebung des Brackwasserzone von bis zu,5 km ausgegangen. Seite I

6 Unterweservariante Infolge der geplanten Anpassung der Unterweser steigt das Tidehochwasser um bis zu + cm an, fällt das Tideniedrigwasser um bis zu -5 cm ab und der Tidehub erhöht sich um bis zu +7 cm. Die Wasserstandsänderungen klingen in der Außenweser relativ schnell ab. Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterweser ergeben sich aus dem erhöhten Tidevolumen und den lokalen Änderungen der Fließquerschnitte. Die mittleren Geschwindigkeiten erhöhen sich um bis zu +5 cm/s, in Vertiefungsabschnitten sind lokal auch Abnahmen von bis zu -5 cm/s zu erwarten. In der Außenweser ergeben sich nur geringfügige Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten infolge des erhöhten Tidevolumens der Unterweser. Die Salzintrusion verstärkt sich ausbaubedingt in der Unterweservariante. Der Salzgehalt erhöht sich in der Unterweser um,5 bis 1 PSU; die Brackwasserzone wird bis zu 1 km weiter stromauf vordringen. In den Nebenflüssen ergeben sich geringere Ausbauwirkungen als in der Unterweser. Beispielsweise hebt das Ochtumsperrwerk die Tnw-Absenkung an der Ochtummündung nahezu vollständig auf. Von der Zunahme des Tidehubs an der Lesummündung verbleibt an der Hammemündung weniger als die Hälfte. So ergeben sich in den Nebenflüssen auch nur geringe Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten. Überlagerungsvariante (Summationswirkung) Die Ausbauwirkung der Überlagerungsvariante ergibt sich aus der Summe der Einzelwirkungen der Anpassung von Unter- und Außenweser. Signifikante nichtlineare Effekte, die zu einer größeren Gesamtwirkung als die Summe der Einzelwirkungen führen könnten, treten nicht auf. In der Unterweser steigt das Tidehochwasser bis zu +3 cm an, fällt das Tideniedrigwasser bis zu -6 cm ab und erhöht sich infolgedessen der Tidehub um bis zu +9 cm. Die prognostizierten ausbaubedingten Änderungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in Außen- und Unterweser schwanken je nach Örtlichkeit zwischen +5 und - cm/s. Im Bereich der vertieften hafenbezogenen Wendestelle wird eine Abnahme um bis zu -8 cm/s erwartet. Der Salzgehalt erhöht sich in der Unterweser um,5 bis 1 PSU; die Brackwasserzone wird bis zu 1 km weiter stromauf vordringen. In den Nebenflüssen ergeben sich geringere Ausbauwirkungen als in der Unterweser. Beispielsweise hebt das Ochtumsperrwerk die Tnw-Absenkung an der Ochtummündung nahezu vollständig auf. Von der Zunahme des Tidehubs an der Lesummündung verbleibt an der Hammemündung weniger als die Hälfte. So ergeben sich in den Nebenflüssen auch nur geringe Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten. Seite II

7 Inhaltsverzeichnis Seite 1 Veranlassung und Aufgabenstellung 1 Verwendete Unterlagen und Daten 3 Bearbeitungskonzept 3.1 Mathematische Simulationsverfahren 3. Analyse und Bewertung 5 Untersuchungsgebiet und Untersuchungsvarianten 7.1 Modellgebiet 7. Vergleichszustand (planerischer Ist-Zustand) 7.3 Ausbauzustände Allgemeines 1.3. Ausbauvariante Außenweser (Kürzel aw8) Ausbauvariante Unterweser (Kürzel uw8) 1.3. Überlagerungsvariante (Kürzel uwaw8) 13 5 Untersuchungsszenarien Normaltiden (Spring-Nipp-Zyklus) 1 5. Kantenflut Beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels Nebenflüsse 16 6 Analyse der Berechnungsergebnisse Hinweise zu den Ergebnisdarstellungen Weser bei Normaltiden Tidewasserstände Systemverhalten des Tidewasserstandes im Vergleichszustand Wirkungsmechanismen der Wasserstandsänderungen Tidehub Tidehochwasser Tideniedrigwasser Tidemittelwasser Überflutungsdauer Eintrittszeiten der Tidewasserstandscheitel Tideströmungen Systemverhalten der Strömungen im Vergleichszustand Wirkungsmechanismen der Strömungsänderungen Mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit 6... Maximale Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten 5 Seite III

8 6...5 Stauwasserdauer bei Kenterung Flut und Ebbe Mittlere Flut- und Ebbestromdauer Kenterpunktabstände Mittleres Flut- und Ebbestromvolumen Systemverhalten zur Salzintrusion für den Vergleichszustand Wirkungsmechanismen der durch Ausbauten veränderten Salzintrusion Salzgehalte und Salzgehaltsvariation Kantenflut 6 6. Meeresspiegelanstieg Tidewasserstände Tideströmungen Zusammenfassung der ausbaubedingten Änderungen in der Weser bei Normaltiden, Kantenflut und Meeresspiegelanstieg Geeste Hunte Tidewasserstände Wirkungsmechanismen der Wasserstandsänderungen Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen der Tidewasserstände Strömungen Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen der Strömung Zusammenfassung der ausbaubedingten Änderungen in der Hunte Lesum Wümme System Ochtum 93 7 Bewertung der ausbaubedingten Änderungen unter Berücksichtigung der Betroffenheiten Langlütjensand und Fedderwarder Priel 1 7. Wurster Watt Strandbad Nordenham Schweiburg Rechter Nebenarm Außentiefs und Siele im Bereich Blexen - Nordenham Außentiefs und Siele im Bereich Schweiburg Außentiefs und Siele im Bereich Brake und Rechter Nebenarm Außentiefs und Siele im Bereich Elsfleth Bremen Farge Überströmung von Sommerdeichen Bereiche der Hamenfischerei Lesum-Wümme-System Ochtum 11 8 Zusammenfassung 13 Seite IV

9 9 ANHANG: Beschreibung der HN Modelle Unter- und Außenweser Mathematisches Modell Modellgitternetz Modellkalibrierung Allgemeines Hunte Modell des Lesum Wümme Systems Topographie und Bauwerke Hydrologie Kalibrierung Systemzustände und Randbedingungen bei der Ermittlung der ausbaubedingten Änderungen Modell des Ochtum Systems Topographie und Bauwerke Hydrologie Kalibrierung Systemzustände und Randbedingungen bei der Ermittlung der ausbaubedingten Änderungen Nordseemodell 15 Seite V

10 Bildverzeichnis Seite Abbildung 1: Untersuchungsgebiet (Vergleichszustand als planerischer IST Zustand) 9 Abbildung : Zunahme der Baggereingriffsflächen bei durchgängiger Berücksichtigung eines Baggervorratsmaßes von,5 m und einer Baggertoleranz von,3 m 11 Abbildung 3: Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Außenweser (aw8) 1 Abbildung : Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Unterweser (uw8) 13 Abbildung 5: Gesteuerte Wasserstands- und Abflusskurve im Simulationszeitraum 1 Abbildung 6: Untersuchungsszenario Kantenflut, Wasserstandsganglinie am Pegel Brake 15 Abbildung 7: Berechnete Wasserstandskurven an den Pegelpositionen der Weser Abbildung 8: Berechnete (Linien) und gemessene (Punkte) Tidewasserstände entlang der Unter- und Außenweser Abbildung 9: Zunahme des Tidehubs 1 Abbildung 1: Strömung im Bereich der inneren Außenweser 3 Abbildung 11: Vergleichszustand MThb entlang der RFL der Weser für unterschiedliche Analysezeiträume Abbildung 1: Vergleichszustand MThw entlang der RFL der Weser 6 Abbildung 13: Vergleichszustand MTnw entlang der RFL der Weser 8 Abbildung 1: Vergleichszustand Tidemittelwasser entlang der RFL der Weser für unterschiedliche Analysezeiträume 9 Abbildung 15: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 31 Abbildung 16: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen des Tidewasserstandes 3 Abbildung 17: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen des Tidewasserstandes 33 Abbildung 18: Vergleichszustand mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit, deren Verhältniswert und mittlerer Reststrom entlang der RFL 37 Abbildung 19: Prinzipbeispiel - mögliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten infolge Fahrrinnenvertiefung 39 Abbildung : Prinzipbeispiel ausbaubedingte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im Vertikalprofil (oben: Bezug NN, unten: Bezug Gewässersohle) 1 Abbildung 1: Vergleichszustand mittlere Flut- (v fm ) und mittlere Ebbestromgeschwindigkeit (v em ) entlang der RFL der Weser 3 Abbildung : Vergleichszustand maximale Flut- (v fx ) und maximale Ebbestromgeschwindigkeit (v ex ) entlang der RFL der Weser für unterschiedliche Analysezeiträume 7 Abbildung 3: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie 9 Abbildung : Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie 5 Seite VI

11 Abbildung 5: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie 51 Abbildung 6: Langjährige Zeitreihe des Salzgehalts am Pegel Robbensüdsteert (aus Beweissicherung SKN-1m, WSA Bremerhaven) 56 Abbildung 7: Langjährige Zeitreihe des Salzgehalts am Pegel Brake (aus Beweissicherung SKN-1m, WSA Bremerhaven) 57 Abbildung 8: Verlauf des maximalen und minimalen Salzgehalts für den Vergleichszustand und für die Überlagerungsvariante bei 35 und 16 m 3 /s 59 Abbildung 9: Ausbaubedingte Veränderungen des mittleren, maximalen und minimalen Salzgehalts im Überlagerungsfall bei 35 und 16 m 3 /s 6 Abbildung 3: Maximaler Salzgehalt für Vergleichszustand und Überlagerungsvariante bei geringem Oberwasser (16 m 3 /s) entlang der RFL der Weser (Ausschnitt), Prognosewerte 61 Abbildung 31: Durch den Ausbau induzierter Stromauftransport des maximalen und minimalen Salzgehalts im Überlagerungsfall bei 35 und 16 m 3 /s 61 Abbildung 3: Längsschnitt der mittleren Salzgehaltsvariationen und berechneten ausbaubedingten Änderungen für den Spring-Nipp-Zeitraum und einem Oberwasserzufluss von 35 m 3 /s (Überlagerungs- (oben), Außenweser- (Mitte) und Unterweservariante (unten)) 63 Abbildung 33: Überlagerungsvariante - ΔThw und Prognosewerte für Kantenflut entlang RFL der Weser 6 Abbildung 3: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Wasserstandes für das Szenario Meeresspiegelanstieg 66 Abbildung 35: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen für das Szenario Meeresspiegelanstieg 67 Abbildung 36: Hunte - Überlagerungsvariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 76 Abbildung 37: Hunte - Außenweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 77 Abbildung 38: Hunte - Unterweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 78 Abbildung 39: Hunte - Überlagerungsvariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen 81 Abbildung : Hunte - Außenweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen 8 Abbildung 1: Hunte - Unterweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen 83 Abbildung : Modellgebiet des Lesum-Wümme-Systems (Skizze, Quelle: IMS - Bericht) 86 Abbildung 3: Lesum-Wümme: Längsschnitt mit Tidehoch- und Tideniedrigwasser im Vergleichszustand (Quelle: IMS - Bericht) 87 Abbildung : Modellgebiet des Ochtum-Systems (Skizze, Quelle: IMS - Bericht) 93 Seite VII

12 Abbildung 5: Ochtum Grollander Ochtum: Längsschnitt mit Tidehoch- und -niedrigwasser im Vergleichszustand bei niedrigem Oberwasserzufluss (Quelle: IMS-Bericht)9 Abbildung 6: Ochtum Grollander Ochtum: Längsschnitt mit Tidehoch- und -niedrigwasser im Vergleichszustand bei hohem Oberwasserzufluss (Quelle: IMS-Bericht) 95 Abbildung 7: Strandbad Nordenham - Ausbaubedingte Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante) 13 Abbildung 8: Schweiburg - Ausbaubedingte Änderung der Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante) 1 Abbildung 9: Rechter Nebenarm und Harriersand, Baggereingriffsflächen und Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante) 16 Abbildung 5: Außentiefs und Siele im Bereich Blexen Nordenham 18 Abbildung 51: Siele und Außentiefs im Bereich der Schweiburg 11 Abbildung 5: Siele und Außentiefs im Bereich Brake und Rechter Nebenarm 111 Abbildung 53: Siele und Außentiefs im Bereich Elsfleth Bremen Farge 113 Abbildung 5: Positionen der Hamenfischerei in der Weser 115 Abbildung 55: Überlagerungsvariante - Bereich Nordenham - Ausbaubedingte Änderungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten in ausgewählten Querschnitten 117 Abbildung 56 Überlagerungsvariante - Bereich Strohauser Plate - Ausbaubedingte Änderungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten in ausgewählten Querschnitten 118 Abbildung 57: Modellgitternetz - Ausschnitte von Außen- (oben) und Unterweser (unten) 13 Abbildung 58: Lage der Pegelstationen der Außen- und Unterweser 13 Abbildung 59: Pegel Leuchtturm Alte Weser - Gegenüberstellung Simulation - Messung 13 Abbildung 6: Pegel Dwarsgat - Gegenüberstellung Simulation - Messung 135 Abbildung 61: Pegel Robbensüdsteert - Gegenüberstellung Simulation - Messung 136 Abbildung 6: Messpfahl Bremerhaven - Gegenüberstellung Simulation - Messung 137 Abbildung 63: Pegel Nordenham Unterfeuer - Gegenüberstellung Simulation - Messung 138 Abbildung 6: Pegel Rechtenfleth - Gegenüberstellung Simulation - Messung 139 Abbildung 65: Pegel Brake - Gegenüberstellung Simulation - Messung 1 Abbildung 66: Pegel Elsfleth - Gegenüberstellung Simulation - Messung 1 Abbildung 67: Pegel Farge - Gegenüberstellung Simulation - Messung 11 Abbildung 68: Pegel Vegesack - Gegenüberstellung Simulation - Messung 11 Abbildung 69: Pegel Oslebshausen - Gegenüberstellung Simulation - Messung 1 Abbildung 7: Pegel Weserbrücke - Gegenüberstellung Simulation - Messung 1 Abbildung 71: Hunte Vergleich des berechneten (Linie) und gemessenen (Punkte) gemittelten Tidehoch- und Tideniedrigwassers (Längsschnitt) 13 Abbildung 7: Schematische Darstellung des Lesum-Wümme-Systems innerhalb der Modellgrenzen mit Lage der wichtigen Messpegel und Bauwerke (Quelle: IMS-Bericht) 1 Abbildung 73: Ausschnitt der Wasserstandszeitreihe am Pegel Wasserhorst / Lesum (Modell-km 7+53) mit Kalibrierergebnis (Quelle: IMS - Bericht) 17 Seite VIII

13 Abbildung 7: Ausschnitt der Wasserstandszeitreihe am Pegel Borgfeld / Wümme (Modellkm 18+5) mit Kalibrierergebnis (Quelle: IMS - Bericht) 17 Abbildung 75: Schematische Darstellung des Ochtum-Systems innerhalb der Modellgrenzen mit Lage der wichtigen Messpegel und Bauwerke (Quelle: IMS-Bericht) 15 Seite IX

14 Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1: Gewählte Schwellenwerte der Tide- und Transportkenngrößen 17 Tabelle : Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen in der Weser (Prognosewerte) 7 Tabelle 3: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen in der Weser (Prognosewerte) 71 Tabelle : Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen in der Weser (Prognosewerte) 7 Tabelle 5: Hunte - Ausbaubedingte Änderungen für Überlagerungs-, Außenweser- und Unterweservariante (Prognosewerte) 85 Tabelle 6: Lesum-Wümme-Hamme Ausbaubedingte Änderungen infolge Überlagerungsvariante (Prognosewerte) 9 Tabelle 7: Lesum-Wümme-Hamme Ausbaubedingte Änderungen infolge Außenweserausbau (Prognosewerte) 91 Tabelle 8: Lesum-Wümme-Hamme Ausbaubedingte Änderungen infolge Unterweservariante (Prognosewerte) 9 Tabelle 9: Ochtum Ausbaubedingte Änderungen infolge Überlagerungsvariante (Prognosewerte) 97 Tabelle 1: Ochtum Ausbaubedingte Änderungen infolge Außenweservariante (Prognosewerte) 98 Tabelle 11: Ochtum Ausbaubedingte Änderung infolge Unterweservariante (Prognosewerte) 99 Tabelle 1: Gewässerabschnitte und topographische Datengrundlagen 1 Tabelle 13: Gewässerabschnitte und Modellgrenzen 15 Tabelle 1: Mittlere Niedrigwasserabflüsse im Lesum Wümme System 19 Tabelle 15: Gewässerabschnitte und Modellgrenzen 19 Tabelle 16: Gewässerabschnitte und topographische Datengrundlagen 151 Tabelle 17: Annahmen für die mittleren Niedrig- und Hochwasserabflüsse im Ochtum - System 153 Seite X

15 Anlagenverzeichnis Anlage Anlage 1 Anlage 1.1 Anlage 1. Anlage 1.3 Anlage Anlage.1 Anlage. Anlage.3 Anlage 3 Anlage 3.1 Anlage 3. Anlage 3.3 Flächenhafte Darstellung der ausbaubedingten Änderungen Vergleichszustand und Überlagerungsvariante Bereich Außenweser Bereich nördliche Unterweser Bereich südliche Unterweser Vergleichszustand und Außenweservariante Bereich Außenweser Bereich nördliche Unterweser Bereich südliche Unterweser Vergleichszustand und Unterweservariante Bereich Außenweser Bereich nördliche Unterweser Bereich südliche Unterweser Verwendete Abkürzungen Abk. Erläuterung ALW Pegel Alte Weser, Leuchtturm ATKIS aw8 BAL BRA DGM DHI DWG ELS FAR GMS KF MThb MThw MTmw MTnw NUF OSL PG WAP Amtliches Topographisch - Kartographisches Informationssystem Ein Projekt der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland Außenweservariante Pegel Bremerhaven Alter Leuchtturm Pegel Brake Digitales Geländemodell Danish Hydraulic Institute Pegel Dwarsgat Pegel Elsfleth Pegel Farge Fließgesetz nach Gauckler, Manning und Strickler Kantenflut mittlerer Tidehub (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) mittleres Tidehochwasser (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) mittleres Tidemittelwasser (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) mittleres Tideniedrigwasser (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) Pegel Nordenham Unterfeuer Pegel Oslebshausen Projektgruppe Weseranpassung Seite XI

16 PIZ RFL RSS uw8 uwaw8 VEG v em v ex v fm v fx vgl WBR ΔKenngröße Planerischer Ist-Zustand Richtfeuerlinie bzw. Pegel Rechtenfleth Pegel Robbensüdsteert Unterweservariante Überlagerungsvariante Pegel Vegesack mittlere Ebbestromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) maximale Ebbestromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) mittlere Flutstromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) maximale Flutstromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) Vergleichszustand Pegel Große Weserbrücke Änderung der Kenngröße bezogen auf den Vergleichszustand (PIZ) Seite XII

17 1 Veranlassung und Aufgabenstellung Die Wasser- und Schifffahrtsämter Bremen und Bremerhaven, vertreten durch die Projektgruppe Weseranpassung (PG WAP), planen die Fahrrinnenanpassungen der Unterweser und der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie die Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle vor Bremerhaven. Für das Planfeststellungsverfahren ist im Auftrag der Projektgruppe Weseranpassung und bremenports (Schreiben vom 3.5., Geschäftszeichen /31./WAP 7/1) von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) eine wasserbauliche Systemanalyse mit dem Ziel einer detaillierten Ermittlung ausbaubedingter Änderungen der abiotischen Systemparameter zu erstellen. Aufgrund getrennter Planfeststellungsverfahren sind die Wirkungen der Unterweservertiefung und die Wirkung der Außenweseranpassung mit Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle getrennt zu ermitteln und darüber hinaus auch die Summationswirkung (Überlagerung) aller geplanten Anpassungsmaßnahmen in Unter- und Außenweser zu untersuchen. Aufgrund der umfangreichen Untersuchungen wurde von der BAW das folgende strukturierte Bearbeitungskonzept zur Ermittlung der Auswirkungen der Fahrrinnenanpassung zugrunde gelegt: Tidedynamik und Salztransport Ermittlung der maßgebenden Kennwerte der Tidedynamik und des Salztransports auf der Basis einer hochauflösenden 3D HN-Modellierung eines Vergleichszustandes sowie Ermittlung der ausbaubedingten Auswirkungen auf die Kennwerte. Sturmfluten Ermittlung der heutigen Sturmflutverhältnisse auf der Basis einer hochauflösenden HN-Modellierung eines Vergleichszustandes sowie Ermittlung der ausbaubedingten Auswirkungen auf die Scheitelwasserstände sowie des Verlaufs unterschiedlicher Sturmfluten. Morphodynamik Beschreibung der heutigen Transportprozesse auf der Basis einer hochauflösenden 3D HN-Modellierung eines Vergleichszustandes sowie Ermittlung der ausbaubedingten Auswirkungen auf die Transportprozesse. Schiffserzeugte Belastungen Beschreibung der heutigen schiffserzeugten Belastungen auf der Basis von Naturuntersuchungen und hydraulischen Modellversuchen und Ermittlung der ausbaubedingten Änderungen der schiffserzeugten Belastungen. Grundwasser Beschreibung der heutigen Grundwasserverhältnisse und Ermittlung ausbaubedingter Änderungen auf der Basis bestehender Erkenntnisse und wasserbaulichen Systemstudien einer geohydraulischen Modellierung. Das vorliegende Gutachten behandelt ausschließlich die Untersuchungen zum Teilaspekt von Tidedynamik und Salztransport. In weiteren Gutachten der BAW werden die Teilaspekte Sturmfluten, Transportprozesse und Morphodynamik, schiffserzeugte Belastungen sowie Grundwasser behandelt. Seite 1

18 Verwendete Unterlagen und Daten Dokumente Hydrodynamische 1D-Modellierung der Wümme und der Ochtum. Bericht Nr , IMS Ingenieurgesellschaft mbh, Hamburg Ber Systemgeometrien Peilungen und Befliegungsdaten Vermessung Sommerdeiche Überflutungsflächen Bremen WSA HB WSA Brhv Systemgeometrie CT IV & Wendestelle Lageplan Hafenerweiterungsgebiet Nord Niedersachsen Ports, Niederlassung Brake Plan Hafenerweiterung Brake Übersichtsplan und Lagepläne Hafenerweiterungsgebiet Nord Niedersachsen Ports, Niederlassung Brake Erweiterung des Hafens in Brake Antrag auf Planfeststellung Erläuterungsbericht (Auszug) Niedersächsisches Hafenamt Brake Über den Einfluss einer Querschnittserweiterung für den Schiffsanleger Brake auf die Weser und ihre Nebenarme Bericht Nr. 6 Leichtweiss Institut für Wasserbau, Technische Universität Braunschweig Prof. Dr.-Ing. Führböter Plankopie Kopie Kopie Aug Hunte Bundeswasserstraße Hunte Anpassung der Unteren Hunte Übersicht der Maßnahmen Wasser- und Schifffahrtsdirektion Nordwest Wasser- und Schifffahrtsamt Bremen Plankopie Ausbau Außenweser Anpassung der Außenweser PG WAP Wassertiefen in der Fahrrinne der Außenweser AV1. WSA Bremerhaven Ende der Ausbaustrecke Vermerk Seite

19 WSA Bremerhaven Ausbau Unterweser Weseranpassung PG WAP WSA Bremerhaven 3.1. Messdaten für Systemzustände ADCP - Messungen Salzgehaltsmessung.5. bis 7.7. Sonstige Daten für Systemzustände Meteorologische Daten (Wind) Seite 3

20 3 Bearbeitungskonzept 3.1 Mathematische Simulationsverfahren Im vorliegenden Gutachten waren die Wirkungen der Maßnahmen Fahrrinnenanpassung der Unterweser, Fahrrinnenanpassung der Außenweser an die Entwicklung im Schiffsverkehr sowie Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle und die Summationswirkung der Anpassungen von Unter- und Außenweser auf die Tidedynamik und den Salztransport unter Berücksichtigung der detaillierten Anforderungen der Umweltverträglichkeitsstudie zu ermitteln und zu beschreiben, um damit eine Grundlage für die Bewertung der ökologischen Auswirkungen sowie der Nachbarbetroffenheiten zu schaffen. Durch die Anpassung der Fahrrinne wird infolge bereichsweiser Vertiefungen und Verbreiterungen, sowie der Vertiefung einer hafenbezogenen Wendestelle eine Wirkung auf das Fortschreiten der von der Nordsee her einschwingenden Tide erwartet, so dass es zu ausbaubedingten Veränderungen der Tidekennwerte (z.b. Tidehoch-, Tideniedrigwasser, Flut- und Ebbeströmungen) in der Weser kommt. Für die Prognose solcher Ausbauwirkungen sind nach Stand von Technik und Wissenschaft wasserbauliche Systemanalysen mit Hilfe einer dreidimensionalen hydrodynamisch numerischen Modellierung erforderlich. Das verwendete 3D HN-Modell bildet die physikalischen Prozesse im Jade-Weser-Ästuar mit Hilfe des numerischen Verfahrens UnTrim dreidimensional ab. Die örtliche Auflösung des Rechengitters und die zeitliche Auflösung der Simulation wurden so gewählt, dass alle charakteristischen, d.h. gewässerprägenden physikalischen Prozesse berücksichtigt und die durch die Ausbaumaßnahmen vorzunehmenden Änderungen der Topographie aufgelöst werden. Das Modell wurde zunächst an Naturmessungen (Wasserstands-, Strömungs- und Salzgehaltsmessungen) kalibriert und verifiziert, so dass es den IST - Zustand der Gewässer- und Tideverhältnisse beschrieb. Die verfahrensrelevanten ausbaubedingten Änderungen werden jedoch auf den Vergleichszustand als planerischer Ist - Zustand bezogen. Dieser unterscheidet sich vom Ist Zustand zum Einen dadurch, dass Mindertiefen in der Fahrrinne durch die aktuell planfestgestellten Solltiefen ersetzt werden (optimaler Unterhaltungszustand der Fahrrinne), zum Anderen werden alle weiteren baulichen Maßnahmen berücksichtigt, die zum Zeitpunkt der Ausführung der zu untersuchenden Maßnahmen realisiert sein werden. Dabei bleiben die Steuer- und Kalibrierungsdaten unverändert. In die Modelltopographie des Vergleichszustandes werden schließlich die Ausbaumaßnahmen eingebaut, so dass ein HN Modell des Ausbauzustandes entsteht. Die nun mit dem HN Modell unter Verwendung der exakt gleichen Modellparameter und Randwertsteuerungen ermittelten Wasserstände, Strömungsgeschwindigkeiten und Salzgehaltsverteilungen ergeben die Rechenwerte für den Ausbauzustand. Durch Differenzbildung Seite

21 der berechneten Tide-, Strömungs- und Transportkennwerte für den Ausbauzustand und den Vergleichszustand werden über das gesamte Modellgebiet ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte ermittelt. Durch diese Vorgehensweise können Änderungen eindeutig der Ausbaumaßnahme zugeordnet werden. Ausbaubedingte Veränderungen der Tidedynamik in der Unterweser können sich in die tidebeeinflussten Wesernebenflüsse (einschließlich der dort anschließenden tidebeeinflussten Gewässer) hinein fortpflanzen. Deshalb waren auch dort die ausbaubedingten Änderungen näher zu untersuchen. Dies betrifft - die Hunte, - die Geeste, - das Lesum Wümme - System mit Hamme und Wörpe, - das Ochtum - System mit Delme, Varreler Bäke, Huchtinger Fleet. Die Hunte ist im o.g. 3D HN-Modell so detailliert nachgebildet, dass die Ausbauwirkungen im Gesamtmodell mit untersucht werden konnten. Die anderen aufgeführten Nebenflüsse sind im dreidimensionalen Jade-Weser-Modell als vereinfachte Ersatzsysteme modelliert, so dass ihre Wirkung auf die Tidedynamik der Weser erfasst wird. Die Ausbauwirkungen in den umfangreichen, fein verzweigten Systemen von Lesum/Wümme und Ochtum wurden mit Hilfe eigenständiger eindimensionaler HN-Modelle untersucht (Modellverfahren Mike 11 des DHI, Horsholm, Dänemark). Die Geeste steht nur in dem kurzen Abschnitt zwischen ihrer Mündung und dem Tidesperrwerk unter Tideeinfluss; gutachterliche Aussagen zu den Ausbauwirkungen sind hier ohne eigenständige Modellierung möglich. Auch die 1-D-Modelle wurden mit Hilfe vorhandener Naturdaten kalibriert. Um die Sensitivität der Flusssysteme hinsichtlich der ausbaubedingten Veränderungen in der Weser zu ermitteln und die Prognosesicherheit zu erhöhen, wurde neben der so erhaltenen Parametrisierung zusätzlich ein ungünstiger Systemzustand definiert. Dabei wurden die Systemparameter so gewählt, dass Ausbauwirkungen sich weiter und stärker ausbreiten konnten ( glatteres System ). Ausbauwirkungen sind grundsätzlich bei geringen Oberwasserzuflüssen am größten, weil andernfalls die Tide und damit das Ausbausignal gedämpft wird. Dies wurde bei der Ermittlung der Ausbauwirkungen ebenso berücksichtigt, wie die Besonderheiten der Ochtum infolge der bei großem Oberwasserzufluss gelegten Stauhaltungen. 3. Analyse und Bewertung Aus den Ergebnissen der Simulationsrechnungen wurden die Tidekennwerte der Wasserstände, der Strömung und des Salzgehaltes errechnet um die Wirkungen der Ausbaumaßnahmen zu quantifizieren. Die Analyseverfahren und parameter sind ausführlich auf den Internetseiten der BAW dokumentiert ( Methoden/kenn/kenn-de1.html, Stand 5). Seite 5

22 Die Rechenwerte aus der Modellsimulation und analyse bedürfen der fachkundlichen Interpretation ( wasserbauliches Expertenwissen ), um fundierte Prognosen über die Ausbauwirkungen abzugeben. Die Berechnungsergebnisse sind somit nicht die alleinige Grundlage der gutachterlichen Aussagen, weil in die Bewertung sowohl die gewässerkundlichen Erkenntnisse über das Untersuchungsgebiet, als auch die revier- und methodenspezifische Erfahrungen des Modellierers in der wasserbaulichen Systemanalyse einfließen müssen. Dies schließt auch die Wirkung des morphologischen Nachlaufs (Reaktion des Systems auf die veränderten Systemzustände nach der Maßnahme) ein. Seite 6

23 Untersuchungsgebiet und Untersuchungsvarianten.1 Modellgebiet Die Gebiete der verwendeten HN Modelle wurden so gewählt, dass die maßgebenden physikalischen Prozesse (hier Tidedynamik und Salztransport bei Normaltiden und Kantenfluten) hinsichtlich der ausbaubedingten Änderungen simuliert werden konnten. Das Jade- Weser-Modell umfasst folgende Gebiete (Abbildung 1): Außenweser Unterweser Außen- und Innenjade Jadebusen Nebenflüsse (Hunte, Geeste, Lesum / Wümme / Hamme, Ochtum) Der offene seeseitige Rand des Jade-Weser-Modells verläuft von Spiekeroog bogenförmig entlang der SKN - m Tiefenlinie durch die Deutsche Bucht bis nach Sahlenburg westlich von Cuxhaven. Das Modellgebiet wurde seeseitig so großräumig gewählt, um sicherzustellen, dass erwartete ausbaubedingte Änderungen der Tide- und Transportkenngrößen innerhalb des Modellgebietes abklingen und somit nicht durch die Steuerung am Modellrand beeinflusst werden. Für das Lesum-Wümme-Hamme- und das Ochtum-System wurden separate 1D-HN-Modelle aufgebaut, um die ausbaubedingten Änderungen zu untersuchen (Kap. 9. und 9.3). Die Mittelweser oberhalb von Bremen ist bei den im vorliegenden Gutachten untersuchten Szenarien nicht vom Ausbau betroffen, da die Tide an der Staustufe Bremen reflektiert wird.. Vergleichszustand (planerischer Ist-Zustand) Nach Maßgabe des UVU Untersuchungsrahmens sind alle aktuell planfestgestellten Maßnahmen, ohne Rücksicht auf ihren Realisierungszustand, im Vergleichszustand der Untersuchung als planerischen Ist-Zustand zu berücksichtigen: Containerterminal CT IV in Bremerhaven, Erweiterte Wendestelle vor den Containerterminals in Bremerhaven, Erweiterung der Hafenanlage in Brake. Weiterhin wurden auch Maßnahmen außerhalb der Weser wie z.b. der JadeWeserPort berücksichtigt. Außenweser Die Modelltopographie der Außenweser basiert auf Vermessungen der Jahre und 3 (Fächerecholot und Linienpeilungen, Befliegungsdaten der Wattbereiche). Für den Vergleichszustand wurden im Bereich der Fahrrinne der Außenweser durchgängig die planfestgestellten Solltiefen des SKN 1m Ausbaus hergestellt. Die in den Peilungen vorhandenen Mindertiefen wurden hierdurch beseitigt, alle (natürlich) vorhandenen Übertiefen wurden Seite 7

24 beibehalten. Darüber hinaus berücksichtigt der Vergleichszustand das Containerterminal CT IV Bremerhaven inkl. Erweiterung der Wendestelle (Abbildung 1). Die Erweiterung der Wendestelle vor den Terminals wurde mit den Solltiefen des SKN 1m Ausbaus berücksichtigt. Die Verlegung des Sielbauwerks des Grauwallkanals wurde mit erfasst. Unterweser Die Topographie der Unterweser basiert auf Fächerecholotpeilungen der Jahre und 3, in den Randbereichen und den Vorländern auf Befliegungsdaten des Jahres Im Bereich der Unterweser wurden die Sommerdeiche auf Basis aktueller Vermessungen modelltechnisch erfasst. Wie Untersuchungen des WSA Bremerhaven gezeigt haben, ist die Sohlenform in der Unterweser (Transportkörper in der sog. Riffelstrecke ) maßgeblich von der Oberwassermenge beeinflusst. Bei großem Oberwasserzufluss werden die Transportkörperkuppen so weit abgesenkt, dass die zukünftig geplante Sollsohlenlage ohne zusätzliche Baggerung bereits heute vorhanden ist. Im Modell wurde jedoch der Zustand mit deutlicher Ausprägung der Transportkörper (1. Quartal ) simuliert, weil a) große Oberwasserzuflüsse weniger häufig vorkommen, b) die Ausbauwirkungen bei niedrigem Oberwasserzufluss am größten sind und dann die Transportkörper vorhanden sind, c) in dieser Situation die Baggermengen und damit die Ausbauwirkungen am größten sind. Diese Ausgangssituation legt fest, an welchen Orten das Sohlprofil aus der zukünftigen Sollsohle herausragt und somit gebaggert werden muss. Abhängig von der tatsächlichen Lage bei Ausführung der Maßnahme können diese Kuppen auch räumlich verschoben liegen. Für den Vergleichszustand wurden im Bereich der Fahrrinne der Unterweser durchgängig die planfestgestellten Solltiefen des SKN 9m Ausbaus hergestellt. Auch hier wurden dadurch in den Peilungen vorhandene Mindertiefen beseitigt, vorhandene Übertiefen aber beibehalten. Als weitere geplante Maßnahme wurde die planfestgestellte Erweiterung der Hafenfläche Brake berücksichtigt (Aufspülung der Hafenfläche auf NN + 8,m und Herstellung einer Liegewanne). Seite 8

25 Abbildung 1: Untersuchungsgebiet (Vergleichszustand als planerischer IST Zustand) Seite 9

26 Hunte Die Hunte wurde, ausgehend vom Zustand, in einem Systemzustand berücksichtigt, der folgende Ausbaumaßnahmen beinhaltet: Kurvenabflachung Huntebrücke (Hunte-km 16, bis 16,6) Kurvenabflachung Neuenhuntdorf Süd (Hunte-km 15,5 bis 16,) Querschnittsaufweitung (Hunte-km 1,5 bis 13,8) Kurvenabflachung Hollersiel Ost (Hunte-km 11,5 bis 1,5) Kurvenabflachung Hollersiel West (Hunte-km 9,5 bis 9,9) Querschnittsaufweitung (Hunte-km 8,8 bis 9,5) Querschnittsaufweitung (Hunte-km 6, bis 7,5) Nebenflusssysteme Geeste, Lesum-Wümme-Hamme und Ochtum Die Nebenflüsse bzw. Nebenflusssysteme Geeste Lesum / Wümme / Hamme und Ochtum wurden in dem Gesamtmodell Jade-Weser in Form von hydraulischen Ersatzsystemen berücksichtigt, um die ein- und ausströmenden Tidevolumen näherungsweise zu erfassen. Jade Die Peilungen im Bereich der Innenjade und des Jadebusens datieren aus den Jahren und 1. Die Abmessungen der Hafenfläche des Jade Weser Ports, die neue Fahrrinnentrasse und der Zufahrtsbereich zum Port wurden nach aktuellem Planungsstand berücksichtigt. Die heutige Fahrrinne wurde im Modell belassen. Randbereiche des Modellgebiets Am Rand des Modellgebiets musste auf ältere Topographiedaten zurückgegriffen werden, die teilweise bis in das Jahr 199 zurückreichen. Dabei handelt es sich überwiegend um Flächen in den Tiefwasserbereichen am Modellrand in der Nordsee, die geringen morphologischen Änderungen unterworfen sind..3 Ausbauzustände.3.1 Allgemeines Bei der Nachbildung der Maßnahmen zur Fahrrinnenanpassung im Modell und bei der Bewertung der Rechenergebnisse mussten folgende Gesichtspunkte beachtet werden: Baggertiefen werden bei der Herstellung mit einem Vorratsmaß beaufschlagt und können nur mit einer gewissen Toleranz hergestellt werden. Welche Transportkörper zum Zeitpunkt der Herstellung in die neue Sollsohle hineinragen und daher gekappt werden, lässt sich nicht im Detail vorhersagen. Seite 1

27 Die Topographie wird sich an das veränderte Strömungsregime anpassen. Dieser morphologische Nachlauf konnte erst nach zeitaufwendigen morphologischen Untersuchungen zuverlässig abgeschätzt werden, die parallel durchgeführt wurden und deren Ergebnisse erst gegen Ende der hier beschriebenen Untersuchungen vorlagen. Im Rahmen der vorgegebenen Terminplanung war es daher erforderlich, für die hydrodynamischen Untersuchungen hinsichtlich der Ausbauwirkungen auf der sicheren Seite liegende Modelltopographien zu verwenden. Unabhängig vom tatsächlich verwendeten Baggerverfahren (Hopperverfahren mit Entnahme / großräumiger Umlagerung, Injektionsverfahren mit ortsnaher Umlagerung) wurde deshalb im Modell in allen Ausbaubereichen ein Baggervorratsmaß von,5 m und eine Baggertoleranz von,3 m angesetzt, d.h. in der Modelltopographie wurde die Sollsohle durchgängig um,8 m weiter vertieft. Dadurch erhöhen sich nicht nur die örtlichen Baggermengen, sondern vergrößern sich auch die Baggerflächen, denn es werden dadurch auch Flächen und Transportkörperkuppen abgetragen, die für die neue Sollsohlenlage keine Mindertiefen darstellen (Abbildung ). Sollsohle Ausbau Sollsohle Ausbau +,8 m Sohlhöhe in mnn Abbildung : Zunahme der Baggereingriffsflächen bei durchgängiger Berücksichtigung eines Baggervorratsmaßes von,5 m und einer Baggertoleranz von,3 m Die so entnommenen Volumina wurden nicht umgelagert, sondern vollständig aus der Modelltopographie entfernt. Durch diese Vorgehensweise erfährt die Rinne eine deutlich höhere hydraulische Glättung und wird dadurch hydrodynamisch leistungsfähiger. Seite 11

28 Die Modelltopographien der Nebenflüsse erfahren in den Ausbauzuständen keine Änderungen. Sie reagieren lediglich auf die Änderungen der Tidedynamik an ihren Mündungen..3. Ausbauvariante Außenweser (Kürzel aw8) Im Bereich der Außenweser wird die Fahrrinne im Bereich von Weser-km 99 bis km 13 auf 38 m verbreitert, im Bereich Weser-km 65 bis 99 werden die vorhandenen Breiten erhalten. Diese Verbreiterung führt nicht zu großen Entnahmemengen, da in den betroffenen Bereichen die erforderlichen Wassertiefen streckenweise schon vorhanden sind bzw. durch eine Verschwenkung der Fahrrinne im Bereich der Hohen Weg Rinne zwischen Weser-km 99 und 11 die Böschungsbereiche der Tegeler Plate deutlich weniger betroffen sind. Die neue Sollsohlenlage wurde durchgängig im Ausbaubereich von Weser-km 68,65 bis Weser-km 13 um das o.g. Maß von,8 m tiefergelegt, um eine auf der sicheren Seite liegende Modelltopographie zu erhalten (Abbildung 3). Tiefe mnn Sollsohle AW SKN-1m Modelltopographie Überlagerungsvariante Ausbausohle AW Modelltopographie Vergleichszustand Weser-km Abbildung 3: Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Außenweser (aw8).3.3 Ausbauvariante Unterweser (Kürzel uw8) Im Bereich der Unterweser bleiben im Ausbauzustand die Fahrrinnenbreiten erhalten, die Lage der Fahrrinne wird im Bereich des Blexer Bogens hinsichtlich der Unterhaltung optimiert. Im Modell wurde die neue Sollsohle durchgängig im Ausbaubereich von Weser-km 8 bis Weser-km 58 um das o. g. Maß von,8 m tiefergelegt. Die Abbildung zeigt entlang der Richtfeuerlinie der Weser die Modelltiefen für den Vergleichszustand, die Unterweservariante zusammen mit der aktuellen Sollsohlenlage und der Ausbausohle für die Unterweservariante. Zu erkennen ist, dass für die Ausbausohlenlage die hauptsächliche Eingriffsfläche zwischen Weser-km 5 und 58 ( Schlickstrecke Nordenham ) liegt. Stromauf davon ragen nur noch wenige Transportkörperkuppen in die neue Sollsohlen- Seite 1

29 lage. Im Vergleich hierzu werden im Modell im Bereich zwischen Brake (Weser-km ) und Nordenham (Weser-km 6) deutlich mehr Transportkörperkuppen abgetragen. Auch im Bereich zwischen Bremen und Brake wird in die Sohllage durch Baggerung von Transportkörpern eingegriffen, die nicht in die neue Sohllage hineinragen. Tiefe mnn Modelltopographie Überlagerungsvariante Sollsohle UW SKN-9m Ausbausohle UW Modelltopographie Vergleichszustand Weser-km Abbildung : Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Unterweser (uw8).3. Überlagerungsvariante (Kürzel uwaw8) Die Überlagerungsvariante ergibt sich aus der Zusammenfassung der Variante Unterweserausbau und Außenweserausbau, ohne Änderung der Ausbaumaße, Ausbautiefen oder sonstige Anpassungen. Seite 13

30 5 Untersuchungsszenarien 5.1 Normaltiden (Spring-Nipp-Zyklus) Für die Steuerung des Modells werden Randwerte verwendet, die hinsichtlich der Wasserstände und Strömungen einen charakteristischen Systemzustand der Weser repräsentieren und den Zeitraum eines Spring-Nipp-Zyklus abdecken. Als Simulationszeitraum wurde der bis gewählt. Innerhalb dieses Zeitraums wurden 3 Analysezeiträume festgelegt (Abbildung 5) und zwar für Nipp-Tiden (.6. bis 6.6.), Spring-Tiden (11.6. bis 13.6.) und für den Spring-Nipp- Zeitraum (.6. bis 1.6.). Es wurden folgende Daten für die Simulationen verwendet: Wasserstände am offenen, seeseitigen Modellrand, die für den Simulationszeitraum an Positionen auf dem Rand gemessen wurden (Abbildung 5), tägliche Mittelwerte des Oberwasserabflusses der Weser am Pegel Intschede und stündliche Winddaten aus dem Lokalen Modell (LM) des Deutschen Wetterdienstes (DWD), die vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zur Verfügung gestellt wurden..5 mnn 1.5 Analysezeiträume Nipp Spring Nipp - Spring 5 m 3 /s Wasserstandsganglinie Oberwasserabfluss Datum Abbildung 5: Gesteuerte Wasserstands- und Abflusskurve im Simulationszeitraum Seite 1

31 Deutlich geringere Oberwasserabflüsse als die mittleren in Höhe von ca. 3 m 3 /s können infolge der verringerten Fliessquerschnitte zu erhöhten ausbaubedingten Änderungen der Tidekennwerte des Wasserstands und der Strömungen führen. Speziell hat dieses Szenario aber Auswirkungen auf die Salzintrusion und deren Änderung im Ausbauzustand, so dass Simulationen auch für einen konstanten Oberwasserabfluss von 16 m 3 /s durchgeführt wurden. 5. Kantenflut Die ausbaubedingten Änderungen einer Kantenflut werden zur Bewertung der Überflutungshäufigkeit von Sommerdeichen und weiteren Fragestellungen im Bereich der Vorländer und ihrer Be- und Entwässerung benötigt. Daher wurde hierfür eine separate Berechnung angesetzt. Zur Auswahl eines geeigneten Untersuchungszeitraumes wurden von der PG WAP die Tidehochwasserscheitelwerte der Messungen der letzten Jahre gesichtet und der Zeitraum vom bis zum als Simulationszeitraum ausgewählt. Hierin ist die Kantenflut am um 16:5 Uhr enthalten, deren ausbaubedingtes Änderungsmaß für die weiteren Untersuchungen herangezogen wird. Das Tidehochwasser erreicht am Pegel Brake einen Wert von 3,5 mnn (Abbildung 6). Da für diesen Zeitraum keine Messungen der Tidewasserstände am seeseitigen Rand vorliegen, wurden diese durch eine Berechung dieses Szenarios im Nordseemodell der BAW erzeugt. [ mnn ] : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Abbildung 6: Untersuchungsszenario Kantenflut, Wasserstandsganglinie am Pegel Brake 5.3 Beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels Das Szenario Beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels zeichnet sich dadurch aus, dass das Tidemittelwasser der Nordsee steigt. Es existieren verschiedene Klimaszenarien, die unterschiedliche Anstiege des Tidemittelwassers in den nächsten 1 Jahren zur Folge Seite 15

32 haben. In Absprache mit der PG WAP wurde für die hier durchzuführenden Untersuchungen von einem (pessimistischem) Anstieg von 9 cm ausgegangen. Eine Erhöhung des Tidemittelwassers in der Nordsee kann auch eine Änderung im Schwingungsverhalten der Tiden beinhalten und zu einer Verlagerung der Amphidromien führen. Daher mussten auch für diese Untersuchungen die Modellrandbedingungen über das Nordseemodell der BAW erzeugt werden. Die Vorgehensweise im Einzelnen: Die Partialtiden an den Modellrändern des Nordseemodells für den Untersuchungszeitraum bis (Spring-Nipp-Zyklus) wurden um 9 cm angehoben. Der Untersuchungszeitraum wurde im Nordseemodell simuliert. Die Wasserstände entlang des Modellrandes des Jade Weser Modells wurden extrahiert. Mit diesen Steuerdaten des Wasserstandes und dem gemessenen Oberwasserabfluss wurden der Vergleichszustand und die Überlagerungsvariante beschickt. Die Differenzen der Tidekennwerte stellen die ausbaubedingten Änderungen nach dem beschleunigtem Meeresspiegelanstieg dar. Zu beachten ist, dass für diese Systemuntersuchung keine veränderten Höhenniveaus der Wattflächen und der Fahrrinnensollsohlen angesetzt wurden, da solche Voraussagen nach dem Stand der Wissenschaft nicht möglich sind. 5. Nebenflüsse Bei der Ermittlung der Ausbauwirkungen in den Nebenflüssen wurde der unter Kapitel 5.1 genannte Spring-Nipp-Zyklus verwendet. Die Hunte ist im Gesamtmodell enthalten und die ausbaubedingten Änderungen werden dort ermittelt. Für das Lesum Wümme und das Ochtum System wurden separate 1D - Modelle aufgebaut und mit den aus dem Gesamtmodell extrahierten Wasserständen an ihren Mündungen betrieben. Wegen der geringeren Dämpfung der Tiden und damit der Ausbauwirkungen sind die ausbaubedingten Änderungen in den Nebenflüssen grundsätzlich bei geringem Oberwasserzufluss am größten. Deshalb wurde das jeweilige MNQ eingesteuert. Im Ochtum-System werden die Tiden dann aber sehr stark durch die Stauanlagen beeinflusst. Deshalb war dort zu überprüfen, ob bei höheren Oberwasserzuflüssen, aber in Verbindung mit den dann aufgehobenen Stauhaltungen, größere Ausbauwirkungen auftreten können (MHQ - Zufluss in Kombination mit dem o. g. Spring-Nipp-Zyklus). Seite 16

33 6 Analyse der Berechnungsergebnisse 6.1 Hinweise zu den Ergebnisdarstellungen Die in den Untersuchungsergebnissen angegebenen Wasserstands-, Strömungs- und Transportkenngrößen wurden, wenn nichts anders angegeben wird, für den Analysezeitraum.6. bis 1.6. (Spring-Nipp-Zyklus) ermittelt. Um die ausbaubedingten Änderungen der charakteristischen Kenngrößen infolge der Anpassung der Weser zu erfassen, werden unterschiedliche Differenzdarstellungen verwendet. Längsschnitte entlang der Richtfeuerlinie Die Analysen der Tidekennwerte werden entlang der Richtfeuerlinie (der Weser) an dicht nebeneinander liegenden Positionen (Abstand = 1 m) für den Vergleichs- und den Ausbauzustand durchgeführt. Die ausbaubedingten Änderungen ergeben sich durch Differenzbildung Ausbauzustand Vergleichszustand und werden entlang einer Achse für die Weserkilometrierung aufgetragen. Erhöhungen im Ausbauzustand ergeben sich so zu positiven Werten. Flächenhafte Darstellung tiefengemittelter Analysegrößen Dazu wird die Differenz aus den Kenngrößen der Analysen des Ausbauzustands und des Vergleichszustands für jedes Gitterelement gebildet und flächenhaft für das Untersuchungsgebiet dargestellt. Die Änderungen müssen hierfür farblich kodiert werden. Dies erfolgt über eine diskrete Farbskalierung, mit der eine Klasseneinteilung der Änderungen erfolgt. Ausbaubedingte Änderungen werden dabei nur farblich kodiert, wenn sie einen modelltechnisch sinnvollen Schwellenwert überschreiten, ansonsten erhalten sie die Farbe Weiß. Die gewählten Schwellenwerte sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Kenngröße Δ Wasserstand Δ Strömungsgeschwindigkeit Δ Salzgehaltskonzentration Δ zeitliche Änderung Schwellenwert 1 cm 1 cm/s, PSU 1 min Tabelle 1: Gewählte Schwellenwerte der Tide- und Transportkenngrößen Ausbaubedingte Änderungen mit Werten außerhalb der gewählten Legende erhalten separat gewählte Farbkodierungen. In den flächenhaften Darstellungen sind die Ergebnisse aus der 3D HN-Modellrechnung über die Tiefe gemittelt. Seite 17