KLIWAS Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserstraßen und Schifffahrt Entwicklung von Anpassungsoptionen

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KLIWAS Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserstraßen und Schifffahrt Entwicklung von Anpassungsoptionen Klimawandel und Auswirkungen auf Quantität und Qualität ästuariner Sedimenthaushalte Carmen

1 KLIWAS Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserstraßen und Schifffahrt Entwicklung von Anpassungsoptionen Klimawandel und Auswirkungen auf Quantität und Qualität ästuariner Sedimenthaushalte Carmen Kleisinger, Axel Winterscheid Projekte Sedimenthaushalt / Transportverhalten schadstoffbelasteter Sedimente in Nordsee-Ästuaren 3. KLIWAS Statuskonferenz, 12./13. November 2013 Projektziele Auswirkungen Klimawandel auf: Originaldaten: MERIS FR ESA 2006 Bildbearbeitung: Brockmann Consult 2010 Quantität z.b. - Sedimenttransport - Zustand Feinsedimenthaushalt - Baggermengenentwicklung Ems Elbe Weser Qualität z.b. - binnenseitiger Schadstoffeintrag - Belastungsverteilung innerhalb des Ästuars - Remobilisierung Altablagerungen Systemverständnis und Projektionen

Klimasensitive Einflussfaktoren Originaldaten: MERIS FR ESA 2006 Bildbearbeitung: Brockmann Consult 2010 Messzeitreihen Systemzustand Quantität und Qualität Meeresspiegellage Trübung /

2 Klimasensitive Einflussfaktoren Originaldaten: MERIS FR ESA 2006 Bildbearbeitung: Brockmann Consult 2010 Messzeitreihen Systemzustand Quantität und Qualität Meeresspiegellage Trübung / Schwebstoffgehalt Sohltopographie Korngrößen und Schadstoffbelastung (Proben von Schwebstoffen und Sedimenten) Oberwasserzufluss Sedimentmanagement Tideelbe Gegenwärtige Umlagerungswege Feinsedimente Wirkungskette in Phasen anhaltend niedriger Oberwasserzuflüsse -> Intensivierung Stromauftransport Tidal Pumping -> Anstieg Sedimentation, Baggermengen -> Intensivierung Kreislaufbaggerung -> Starke Anreicherung Feinsedimenthaushalt -> ggfls. temporäre Wassertiefenbeschränkungen -> ökologische Auswirkungen Quelle: Sedimentmanagement Tideelbe Strategien und Potenziale - Systemstudie II - BfG-1783, 2013

3 Randbedingung Oberwasserzufluss Randbedingung Oberwasserzufluss 2003/04

4 Randbedingung Oberwasserzufluss 2012 Randbedingung Oberwasserzufluss 2010

5 Untersuchungsmethodik Schwellwerte Zeitreihenanalyse: Dauer und Häufigkeit von Unterschreitung fester Schwellwerte: 578 m³/s (Median für tägliche Abflüsse ) 400 m³/s 300 m³/s (etwa Hauptwert MNQ für Gesamtjahr) Untersuchungsmethodik Schwellwerte Schwellwert Q = 578 m³/s ferne Zukunft ( )

6 Änderungssignale Oberwasserzufluss Elbe Pegel Neu Darchau Schwellwert Q = 578 m³/s Änderungssignale Oberwasserzufluss Elbe - Pegel Neu Darchau Schwellwert Q = 400 m³/s

7 Änderungssignale Oberwasserzufluss Elbe - Pegel Neu Darchau Schwellwert Q = 300 m³/s Änderungssignal Oberwasserzufluss Elbe Pegel Neu Darchau Änderungssignal und Trend Nahe Zukunft Ferne Zukunft Schwellwerte Q = 578 m³/s mögliches Signal Signal nicht eindeutig Q = 400 m³/s mögliches Signal Signal nicht eindeutig Q = 300 m³/s Signal nicht eindeutig mögliches Signal Zwischenfazit für Analyse Oberwasserzufluss zentrale Einflussgröße für (Fein-)Sedimentmanagement Änderungssignale - nicht eindeutig für Gesamtensemble, aber (!) - beachte mögliches Signal in ferner Zukunft bei Mehrzahl der Einzelprojektionen: häufigere und länger anhaltende Niedrigwasserphasen (Schwellwert Q = 300 m³/s) in ferner Zukunft Baggermehrmengen möglich (im Mittel über mehrere Jahre)

<20 µm) (2000-2012) Wedel Brunsbüttel 01/00 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 7000 6000 5000 4000

8 Von der Quantität zur Qualität Foto: Michael Schlüsener Randbedingung Oberwasserzufluss - Elbeästuar Konzentration Konzentration (mg/kg) (mg/kg) Abfluss Cadmiumkonzentration (in <20 µm) ( ) Wedel Brunsbüttel 01/00 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/ Abfluss Neu Q [m³/s] Darchau (m³/s) hohe Oberwasserzuflüsse = steigende Schadstoffgehalte

$Schwebstoffgehalte - Elbe Änderungssignal der Jahresschwebstofffracht (SOBEK), Messstation Hitzacker (Elbe-km 522) Änderungssignale Jahresschwebstofffracht meist im Bereich +/-20 % (max.$

9 Längsgradient Schadstoffgehalte - Elbeästuar Dauermessstellen (Mittelwert ) Geesthacht Hauptquelle für die meisten Schadstoffe: Cuxhaven Hamburg Mittel- und Oberelbe Tidegrenze Projektion Schwebstoffgehalte - Elbe Änderungssignal der Jahresschwebstofffracht (SOBEK), Messstation Hitzacker (Elbe-km 522) Änderungssignale Jahresschwebstofffracht meist im Bereich +/-20 % (max. +56/-31 %) Aus: Projekt Schwebstoffmodellierung im Oberlauf der Elbe

10 Projektion Schadstoffgehalte - Elbeästuar 7 p,p-dde (µg/kg) Konzentration (mg/kg) nz Cadmium fz nz: Nahe Zukunft fz: Ferne Zukunft Referenz nz Quecksilber fz Referenz RW2: Richtwert der Baggergutrichtlinie Küste (GÜBAK) Abnahme 3. KLIWAS Statuskonferenz 2013, 12./ , Schwebstoffgehalte Berlin nz fz Referenz Zunahme Schwebstoffgehalte Projektion Schadstoffgehalte - Elbeästuar Projizierte Zunahme Schwebstoffeintrag Nahe Zukunft [%] Ferne Zukunft [%] 2 bis bis 35-4 bis bis -25 Projizierte Abnahme Schwebstoffeintrag

Sensitivitätsstudie Schadstoffgehalte Weser und Emsästuar Elbe Weser Ems Zunahme Schadstoffgehalte [%] Zunahme Schadstoffgehalte [%] Zunahme Schadstoffgehalte [%] Zunahme Schwebstoffeintrag um 56%

11 Sensitivitätsstudie Schadstoffgehalte Weser und Emsästuar Elbe Weser Ems Zunahme Schadstoffgehalte [%] Zunahme Schadstoffgehalte [%] Zunahme Schadstoffgehalte [%] Zunahme Schwebstoffeintrag um 56% ,5-20 Originaldaten: MERIS FR ESA 2006 Bildbearbeitung: Brockmann Consult 2010 Elbe Ems Weser Sensitivitätsstudie Schadstoffgehalte (BAW) Schwebstoff IST Schwebstoff + 80cm Cadmium IST Cadmium + 80cm Gemessene Belastung April 2006 Meeresspiegelanstieg 80 cm und sehr hoher Oberwasserzufluss (max m³/s) -> Verringerung Schadstoffgehalte im Längsverlauf Ästuar Cuxhaven Hamburg September 2006 Meeresspiegelanstieg 80 cm und niedriger Oberwasserzufluss ( m³/s) -> Verringerung Schadstoffgehalte beschränkt auf oberes Ästuar Ergebnisse aus Projekt : Anpassungsoptionen für Wasserstraßen und Häfen an der deutschen Küste sowie für den Küstenschutz bei Extremereignissen Cuxhaven Hamburg

Schadstoffrichtwerten möglich (ferne Zuk

12 Kernaussagen Elbeästuar fluvialer Eintrag ungünstigster Fall (!): Zunahme fluvialer Schwebstoffeinträge um 56% in ferner Zukunft => Erhöhung der Schadstoffgehalte um 10-35% Betroffenheit WSV Geringer Effekt auf Baggermengen Verstärkte Überschreitungen von Schadstoffrichtwerten möglich (ferne Zukunft) Anpassungsoption u.u. Anpassung Sedimentmanagement Foto: Bernd Mockenhaupt gezielte Entnahme schadstoffbelasteter Sedimente im Oberlauf der Elbe (WRRL) Kernaussagen Elbeästuar mariner Eintrag Oberwasserzufluss in ferner Zukunft: häufigere und länger anhaltende Niedrigwasserphasen (nq) in Kombination mit Meeresspiegelanstieg => Verstärkung Stromauftransport und Anreicherung Feinsedimenthaushalt Betroffenheit WSV u.u. deutliche Baggermehrmengen (im Mittel über mehrere Jahre) Anpassungsoption Meeresspiegelanstieg: Leichte Verringerung der Schadstoffgehalte im Baggergut, aber gleichbleibende Schadstoffmengen Häufung nq: Verringerung Schadstoffgehalte und -mengen Strombau- und Sedimentmanagement, z.b. - situationsbedingte Unterbringung von Baggergut auf weiter seewärtig gelegene Stellen (Konfliktpotenzial Schadstoffe) - Unterstützung durch Sedimentfänge, Schaffung von Fluträumen Foto: Michael Schlüsener

Kernaussagen Elbe- und Weserästuar Schadstoffe in Seitenbereichen Hohe Schadstoffmengen in Seitenbereichen der Weser und Elbe Betroffenheit WSV Klimabedingte Remobilisierung

schadstoffbelasteter Sedimente aus Seitenbereichen bei Auswirkungsprognosen Auswirkungen Klimawandel versus weitere Veränderungen Weitere anthropogene Veränderungen im

Oberelbe oder in den Zuflüssen (WRRL): Verringerung der Schadstoffeinträge => Verringerung des Konfliktpotenzials bei Baggergutunterhaltung Baumaßnahmen im Elbeästuar (z.b. Fahrrinnenanpassung oder Bauwerke): u.

13 Kernaussagen Elbe- und Weserästuar Schadstoffe in Seitenbereichen Hohe Schadstoffmengen in Seitenbereichen der Weser und Elbe Betroffenheit WSV Klimabedingte Remobilisierung der schadstoffbelasteten Sedimente wenig wahrscheinlich Foto: Norbert Grope Keine Anpassung erforderlich Generell: Bei baulichen Maßnahmen beachten: Remobilisierung schadstoffbelasteter Sedimente aus Seitenbereichen bei Auswirkungsprognosen Auswirkungen Klimawandel versus weitere Veränderungen Weitere anthropogene Veränderungen im Elbeästuar oder in Mittelbzw. Oberelbe => schnellere und stärkere Auswirkungen auf die Schadstoffbelastung als Klimawandel Foto: Vijgen 2006 Tabellenforma t anpassen u.u. Baggermehrmengen Sanierungsmaßnahmen in Mittel- bzw. Oberelbe oder in den Zuflüssen (WRRL): Verringerung der Schadstoffeinträge => Verringerung des Konfliktpotenzials bei Baggergutunterhaltung Baumaßnahmen im Elbeästuar (z.b. Fahrrinnenanpassung oder Bauwerke): u.u. Verdünnung der Schadstoffbelastung bei gleichbleibenden Schadstoffmengen Anpassung Sedimentmanagementstrategie

Kernaussage Weser- und Emsästuar - Schadstoffgehalte Keine Auswirkungen auf Schadstoffgehalte in Sedimenten und Baggergut zu erwarten (Annahme: Auswirkungen des Klimawandels auf Hydrologie und

mögliches Änderungssignal für ferne Zukunft (Schwellwert Q = 300 m³/s)!

14 Kernaussage Weser- und Emsästuar - Schadstoffgehalte Keine Auswirkungen auf Schadstoffgehalte in Sedimenten und Baggergut zu erwarten (Annahme: Auswirkungen des Klimawandels auf Hydrologie und Schwebstoffeinträge von Elbe auf Ems und Weser ähnlich) Keine Betroffenheit und keine Anpassungsoptionen Weser Ems Foto: Norbert Grope Foto: Dirk Löffler Schlussfolgerungen Oberwasserzufluss -> mögliches Änderungssignal für ferne Zukunft (Schwellwert Q = 300 m³/s)! = wichtige Managementgröße in Sedimentmanagement Weiterentwicklung Strombau- und Sedimentmanagement sowie Verbesserung Systemverständnis => beste Vorbereitung auf Anforderungen Klimawandel Umsetzung WRRL und Bewirtschaftungsplan Elbe => beste Voraussetzung zur Verbesserung der Schadstoffbelastung Weiterentwicklung von Methoden zur Bilanzierung Feinsedimenthaushalt und der Schadstofffrachten

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ressortforschungsprogramm Deutscher Wetterdienst (DWD) Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Foto: Norbert Grope Projekt 3.03: Einfluss von klimabedingten Änderungen auf den Sedimenthaushalt der Nordsee-Ästuare Axel Winterscheid, Nicole Gehres, Nathalie Cron Ressortforschungsprogramm Deutscher Wetterdienst (DWD) Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) Projekt 3.06: Einfluss von Klimaänderungen auf das Transportverhalten schadstoffbelasteter Sedimente und dessen Auswirkung auf die Unterhaltung von Schifffahrtsstraßen in den Nordseeästuaren Carmen Kleisinger, Norbert Grope, Beate Burger, Holger Haase, Birgit Schubert Auftragnehmer: Franzius Institut, Universität Hannover Quodata GmbH, Dresden Limnologisches Institut Dr. Nowack, Ottersberg GBA, Gesellschaft für Bioanalytik, Pinneberg FTZ, Büsum

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