Modellierungen der Oder zwischen Warthemündung und Hohensaaten

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1 zurück zum Inhaltsverzeichnis zur Kurzfassung Modellierungen der Oder zwischen Warthemündung und Hohensaaten Bernd Hentschel Abteilung Wasserbau im Binnenbereich, Referat W2 BAW-Kolloquium: Aktualisierung der Stromregelungskonzeption für die Grenzoder BMVBS Berlin, 14. Mai 2009

2 Veranlassung 2.00 Fahrrinnentiefen bei gleichen Wasserständen (jeweils bezogen auf MNW) Fahrrinnentiefe [m] Jan 1955 Jan 1960 Jan 1965 Jan 1970 Jan 1975 Jan 1980 Jan 1985 Jan 1990 Datum Strecke 1 Strecke 2 Abschnitt Strecke 3 A Strecke 1 (Mittelwert) Strecke Abschnitt 2 (Mittelwert) B Strecke 3 (Mittelwert)

4 Gliederung Abschnitt B, Warthemündung bis Hohensaaten Oder-km 617,6 bis 667,0 1. Untersuchungsgebiet 2. Numerische Modellierung (1D-Feststofftransportmodell) 3. Hydraulische Modellierung (Detailuntersuchungen) 4. Fazit

5 Untersuchungsgebiet Abschnitt C: Hohensaaten - Widuchowa Od-km Teilabschnitt beeinflusst von Wasserstand und meteorologischen Verhältnissen über der Ostsee und dem Stettiner Haff. MQ: 501 m³/s Abschnitt B : Warthemündung - Hohensaaten Od-km 617,6-667 MQ: 501 m³/s Abschnitt A: Ratzdorf - Warthemündung Od-km 542,4-617,4 MQ: 291 m³/s

6 Untersuchungsgebiet, Abschnitt B Untersuchungsgebiet in Zahlen: Länge: 49,6 km Gefälle: 0,15 MNQ: 245 m³/s MQ: 501 m³/s Sohlsubstrat: Mittel- bzw. Grobsand, dm: 1 bis 2 mm Geschiebekorn = Sohlkorn Geschiebetransport bei allen Abflüssen

7 Historische Entwicklung - Trockenlegung des Oderbruchs im 18. Jhd. - Neutrassierung der Oder. - Teilweise ungünstige Linienführung.

8 Datengrundlage: Kornverteilung der Gewässersohle d90 oberhalb Warthe = 3,8 Wartemündung d90 unterhalb Warthe = 2,23 d50 d90 dm d [mm] dm oberhalb Warthe = 1,6 dm unterhalb Warthe = 1, d50 oberhalb Warthe = 0, d50 unterhalb Warthe = 0,59 Od-km Abschnitt B [BfG 1997] Sandiges Sohlmaterial dm = 1 bis 2 mm

9 Morphologisch aktive Sohle Transportkörper (Düne) bei Oder - Km 651 Feines Sohlmaterial (dm hier ca. 1 mm) Hoher Feststofftransport in Form von Transportkörpern

10 Alternierende Bänke und der Fahrrinnenverlauf Fahrrinne für die Schifffahrt kaum zu finden oder nicht vorhanden Farbig: Tiefen mit weniger als 1,60 m unter MNW Wandernde Bänke

11 Zustand der Stromregelungsbauwerke - Auf beiden Ufern unterschiedliche Regelungskonzepte: Buhnen auf der deutschen Seite. Buhnen und Parallelwerke auf der polnischen Seite. - Unterschiedliche Höhen der Stromregelungsbauwerke auf beiden Seiten. - Abweichungen in Lage und Höhe vom Sollkonzept. - Fehlende Bauwerke aus dem Sollkonzept (einzelne Buhnen fehlen).

12 Unterschiedliche Regelungskonzepte Parallelwerke am polnischen Ufer Buhnen am deutschen Ufer

13 Soll- und Istwerte der Bauwerkshöhen Sollhöhen Isthöhen Links Isthöhen rechts Höhe [m+nhn] Oder Kilometer Die Höhe der Bauwerke liegt deutlich unter der Sollhöhe.

14 Soll- und Istwerte der Streichlinienabstände Höhe [m+nhn] Abstand [m] Warthe Abschnitt B Oder-km Oder - Kilometer Streichlinienabstand Ist (V0) Streichlinienabstand Soll (V2a)

15 Fehlende Bauwerke Fehlende Buhnen auf dem linken Ufer Transportkörper im Bereich fehlender Buhnen

16 Numerische Modellierung (1D-FTM) Numerisches 1D-Feststofftransportmodell Od-km 617,4 bis Od-km 667 (49,6 km) Langfristige und großräumige morphologische Simulationen der mittleren Veränderungen von Wasserständen und Sohlhöhen.

17 Numerische Modellierung (1D-FTM) 1D Feststofftransportmodell (HEC-6) Geschiebetransportberechnungen nach Toffaleti Aufbau, Kalibrierung und Betrieb wie in Abschnitt A (s. Vortrag von Hr. Hüsener) Feststofftransport: Mittlere Tagesfracht: ca t/d Mittlere Jahresfracht: ca t/a davon etwa 25% als Geschiebe

18 Numerische Modellierung (1D-FTM), Übersicht SO Viele Nebengewässer auf dem Vorland.

19 Numerische Modellierung (1D-FTM), Übersicht, NW Viele Nebengewässer auf dem Vorland. Tiefliegendes Vorland (Höhe des Geländes im Oderbruch unter dem MW-Wasserspiegel in der Oder)

20 Variantenübersicht (1D-FTM, Abschnitt B) Variante V0 Variante V1 Variante V2a Streichlinienabstände Uneinheitlich Zwischen 150 und 230 m Uneinheitlich Zwischen 150 und 230 m 165 bis 190 m Bauwerke Buhnen und Parallelwerke Buhnen und Parallelwerke Buhnen Buhnenkopfneigungen Buhnenkopfhöhen Uneinheitlich Zwischen 1:2 und 1:20 bis 2,0 m unter der Sollhöhe (im Mittel 0,5 m unter Sollhöhe) 1:10 1:10 bis 2,0 m unter der Sollhöhe (im Mittel 0,5 m unter Sollhöhe) Sollhöhe Linienführung Uneinheitlich Uneinheitlich Geraden und Korbbögen Maßnahme Ist-Zustand Buhnenkopfneigungen einheitlich auf 1:10 Anpassung der Streichlinienabstände und der Bauwerkshöhen an den Sollzustand MW MW MW Variante V0, Ist-Zustand Variante V0, Ist-Zustand Variante V0, Ist-Zustand Variante V1, Anpassung der Buhnenköpfe Variante V2a, Herstellung des Sollzustandes Variante V0 Variante V1 Variante V2a

21 Variante V0: Mittlere Sohlhöhenänderungen im Ist-Zustand nach 21 Jahren Od-km Od-km Od-km Od-km mittl. dsohle [m] Zeit [a] Aufhöhungen der mittleren Flusssohle wenige Zentimeter im oberen und etwa 15 Zentimeter im unteren Bereich innerhalb von 20 Jahren.

22 Variantenbeschreibung, Variante V1, Anpassung der Buhnenköpfe MW Variante V0, Ist-Zustand Variante V1, Anpassung der Buhnenköpfe

23 Variantenbeschreibung, Variante V1, Anpassung der Buhnenköpfe Buhnenkopfneigung 1 : x Kopfneigung links V0 Kopfneigung rechts V0 Kopfneigung links V1c Kopfneigung rechts V1c Od-km Tauchtiefenverbesserungen ca. 10 bis 20 Zentimeter relativ gleichmäßig über den Abschnitt B

24 Variantenbeschreibung, Variante V2a, Sollgeometrie der Buhnen MW Variante V0, Ist-Zustand Variante V2a, Herstellung des Sollzustandes Der Sollzustand entspricht der Oder-Dokumentation aus den 60er Jahren.

25 Ergebnisse: Variante V2a, Sollgeometrie der Buhnen Oder - Kilometer Mittlere Wassertiefe im Regelprofil NW (NQ = 234 m³/s) MW (MQ = 566 m³/s) Kaum Verbesserungen Wesentliche Verbesserungen

26 Uneinheitliche Sollstreichlinienabstände Höhe [m+nhn] Abstand [m] Warthe Uneinheitliche Abstände der Streichlinien führen zu einem uneinheitlichen Regelungseffekt. Abschnitt B Oder-km Oder - Kilometer Streichlinienabstand Ist (V0) Streichlinienabstand Soll (V2a)

28 Hydraulisches Geschiebetransportmodell (Hyd-GTM) Hydraulisches Geschiebetransportmodell Od-km 654,7 bis Od-km 662,5 (7,8 Km) Lokale und räumliche Untersuchungen zum Strömungsverhalten und Geschiebetransport (Musterstrecke Hohenwutzen).

29 Naturdaten für das hydraulisches Modell der Oder bei Hohenwutzen Laserscan-Daten der Untersuchungsstrecke Vielfältige Naturdaten: - Laserscandaten des Vorlandes, - Flächen- und Profilpeilungen des Flussbettes, - Einzelaufmessungen von Bauwerken, - Wasserspiegelmessungen, - Abflussmessungen, - Geschiebe- und Sohlproben, - Gefrierkernprobe

30 Laborplan des hydraulisches Modells der Oder bei Hohenwutzen Längenmaßstab 1 : 100 Modelllänge = 72 m Modellierungslänge = 78 m (7,8 Kilometer)

31 Aufbau des hydraulischen Modells der Oder bei Hohenwutzen WSP-Messtopf im Geschiebekoffer

32 Naturmaterial Sand ρ s = 2,65 g/cm³ d m = 0,92 mm U = 2,1 (Ungleichförmigkeit) d 60 /d 10 Modelmaterial Polystyrolgranulat ρ s = 1,055 g/cm³ d m = 2,1 mm U = 2,0

33 Füllen des Modells mit Polystyrolgranulat (ca. 40 m³) Festes Ufer Bewegliches Bett

34 Übersicht über das hydraulische Modell der Oder bei Hohenwutzen Länge Natur: 7,8 km Längenmaßstab: 1 : 100 Höhenmaßstab: 1 : 40 Messbrücke 23 x 120 m

35 Untersuchung unterschiedlicher Unterhaltungs- und Regelungsvarianten Untersuchungsschwerpunkte: - Beobachten der Strömung und des Geschiebetransportes - Zeitliche und räumlich Entwicklung der Sohllagen (der morphologische Zeitmaßstab des Modells beträgt etwa 1 : 5000, d.h. ein Modelltag mit 8 Stunden entspricht in der Natur etwa 4 Jahren) - Wasserspiegellagen (lokal als Zeitreihe, räumlich als Momentaufnahme) - Fließgeschwindigkeiten (flächige Oberflächengeschwindigkeiten)

36 Beobachten der Strömung und des Geschiebetransportes (Ist-Zustand) Fahrrinne Abfluss Durchgehende und sehr große Kolke vor den steilen Buhnenköpfen

37 Hydraulisch / morphologische Anomalie Hochwasserengstelle bei Hohenwutzen Engstelle: < 200 m Hochwasserprofil: ~ m

38 Geschiebetransport als Funktion von Abfluss und Flussbettgeometrie Geschiebetransport Rechteck Gerinne Fluss mit Vorland Oder oberhalb Km 660 NW HW Abfluss

39 Zeitrafferfilm, Geschiebetransportanomalie bei Hohenwutzen 125-fache Zeitraffung zum Modell, fache zur Natur 1 Min Film 1 Jahr Natur Minimale Transportkörpergeschwindigkeit beim Wasserstandsscheitel um 12:45 Uhr

40 Photogrammetrisches Messsystem zur 3D-Sohlvermessung Videokameras Messraster ca. 2,5 x 2,5 cm Diaprojektor Messsystem Statisch Raster Passpunkt Codemarke zur Lageorientierung Entwicklung zusammen mit Fa. AICON 3D-Systems in Braunschweig

41 Vermessene Modellsohle; ca. 75 x 2 m; ca D-Punkte Die hohe Dynamik der Flusssohle kann im Modell vermessen werden. BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

42 Photogrammetrische Sohlaufnahme; Messung unter Wasser; const. MW 4000 Flächenmessungen, Natur 6 Jahre (Intervall: 10 s Modell, 14 h Natur); Zeitmaßstab: 1s Film = 250 s Modell entsprechen etwa 5 Tage Natur m+nhn 4,0 Dünen 0,0 Kolke -4,0

43 Ergebnisse aus dem hydraulischen Modell Eine wesentliche Kernaussage aus den wissenschaftlichen Analysen von Transportkörpern: Es gibt nicht den einen typischen Transportkörper!

44 Auswertung räumlicher Transportkörperdaten aus dem hydr. Modell Beispielauswertung: Kreuzkorrelation von Längsschnitten Funktionaler Zusammenhang der Dünenhöhe und -länge mit der Wandergeschwindigkeit.

45 Fazit Das vorhandene Regelungssystem der Oder ist extrem uneinheitlich und in einem unzureichenden Unterhaltungszustand. Dadurch haben sich die Verhältnisse für die Schifffahrt in den letzten Jahrzehnten erheblich verschlechtert. Der untere Bereich des Abschnittes B neigt zur Sohlaufhöhung (ca. 1 cm / a). Der gültige Sollzustand nach der Oderdokumentation für den Abschnitt B ist sehr heterogen und stellt keine befriedigende Lösung dar. Eine konsequente Umsetzung wird nicht empfohlen. Die von der BAW verwendeten Modelle sind in der Lage, die Hydraulik und den Geschiebetransport in der Oder zu simulieren und langjährige Prognosen zu ermöglichen. Die Untersuchungen ergaben einen hohen Erkenntnisgewinn für die Praxis. Mit dem hydraulischen Geschiebetransportmodell konnten fundierte Grundlagendaten über den Geschiebetransport in der Oder und ganz Allgemein zu Transportkörperbewegungen erzeugt und der wissenschaftlichen Analyse zugeführt werden.

46 Ergebnisse aus dem hydraulischen Modell Weitere Ergebnisse aus dem hydraulischen Geschiebetransportmodell wird Martin Henning in seinem nachfolgenden Vortrag präsentieren.

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