Perspektive Lebendige Unterems. Abschlussbericht

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1 Perspektive Lebendige Unterems Praxis- und umsetzungsnahes Konzept zur Renaturierung der Unterems als Impuls für die nachhaltige Entwicklung der Region Abschlussbericht AZ bis Beatrice Claus, Vera Konermann, Elke Meier, Claudia Stocksieker, Marike Boekhoff WWF Deutschland, BUND Niedersachsen, NABU Niedersachsen, TU Berlin Hamburg/Hannover 2014 Band 1 Hauptbericht

2 06/02 Projektkennblatt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Az Referat 33/2 Fördersumme ,00 Antragstitel Perspektive lebendige Unterems: Praxis- und umsetzungsnahes Konzept zur Renaturierung der Unterems als Impuls für die nachhaltige Entwicklung der Region Stichworte Naturschutz, Ästuare, Renaturierung, nachhaltige Entwicklung Laufzeit Projektbeginn Projektende Projektphase(n) 45 Monate Abschlussbericht Bewilligungsempfänger Umweltstiftung WWF Deutschland Tel 040/ Reinhardstr. 14 Fax Projektleitung Beatrice Claus Bearbeiterinnen Berlin M. Boekhoff, V. Konermann, Kooperationspartner Bund für Umwelt und Naturschutz (BUND) LV Niedersachsen Goebenstr. 3a Hannover E. Meier, C. Stocksieker Naturschutzbund Deutschland (NABU) Technische Universität Berlin LV Niedersachsen Straße des 17. Juni 135 Alleestr Berlin Hannover Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Sukzessive Vertiefungen und Begradigungen der Flussmündung der Ems insbesondere für die Auslieferung immer größerer Kreuzfahrtschiffe vom Werftstandort Papenburg in die Nordsee haben zu einer massiven Verschlechterung der ökologischen Situation geführt. Aufgrund des dringenden Renaturierungsbedarfs haben verschiedene Akteure begonnen, gemeinsam nach Lösungsmöglichkeiten für den Interessenskonflikt zwischen Ökologie und Ökonomie an der Ems zu suchen. Das Vorhaben soll unter der Rahmenbedingung des Erhalts der vorhandenen Nutzung die Perspektive einer lebendigen, renaturierten Unterems erarbeiten, visualisieren und Möglichkeiten zu deren Umsetzung aufzeigen. Ziel ist es, im Dialog mit den Natur- und Umweltschützern vor Ort sowie den aktuellen Gremien und Prozessen, praxis- und umsetzungsnahe Renaturierungskonzepte für die Unterems zu erarbeiten. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden Im Teilprojekt (TP) Wasserbau wurde die Wirksamkeit der Lösungsansätze Verflachung der Unterems, Ästuarverlängerung und Anlage von Tidepoldern auf die Wasserstände, Strömungsverhältnisse und den Schwebstofftransport der Ems mit Hilfe eines hydronumerischen Modells untersucht. Die Entwicklung von Naturschutzzielen für die Unterems; der Entwurf mehrerer Renaturierungsszenarien, die Bewertung der Szenarien hinsichtlich der Erreichung der Naturschutzziele, der Auswirkungen auf die aktuellen Nutzungen an der Ems und der Realisierbarkeit sowie die Vorbereitung der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen sind Bestandteil des TP Naturschutz. Das TP Visualisierung diente der Visualisierung des Ist-Zustandes und der Renaturierungsszenarien mit Hilfe von 3D-Landschaftsvisualisierungen. Im Rahmen des TP Kommunikation erfolgte der Aufbau eines Dialogprozesses mit Natur- und Umweltschützern vor Ort, die interaktive Weiterentwicklung der Renaturierungsszenarien mit den regionalen Akteuren im Rahmen von fünf Workshops sowie ein EU-weiter Erfahrungsaustausch mit ähnlichen Projekten durch die Veranstaltung einer Konferenz. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/

3 Ergebnisse und Diskussion Die ökologischen Defizite in der Unterems und ihre Ursachen sind so tiefgreifend, dass die deutliche Verbesserung der ökologischen Situation dringend erforderlich ist. Dazu sind 3 Ziele des Naturschutzes formuliert worden: (1) die Wiederherstellung einer Gewässergüte, die die Wiederansiedlung der charakteristischen aquatischen Fauna ermöglicht; (2) die Regeneration ästuariner Lebensräume, um räumliche und funktionale Verluste der Vergangenheit zu kompensieren und die Sauerstoffproduktion zu verbessern; (3) die Sicherung der vorhandenen Wertigkeiten v.a. für die Avifauna; ggfls. unter Nutzung von Binnendeichsflächen. Die Analyse der aktuellen Situation hat deutlich gemacht, dass aufgrund der engen Wechselwirkungen alle drei Ziele gleichzeitig erreicht werden müssen und dass voraussichtlich sehr umfangreiche Maßnahmen erforderlich sein werden. Im Projekt Perspektive Lebendige Unterems sind dazu drei mögliche Szenarien entwickelt worden, die den sehr umfangreichen Flächenbedarf anschaulich machen und dabei die zu erwartenden Konflikte in unterschiedlicher Art und Weise zu berücksichtigen versuchen. Während zum Umgang mit den zu erwartenden Konflikten innerhalb des Naturschutzes damit Handlungsoptionen aufgezeigt sind, ist gleichzeitig deutlich geworden, dass die Konflikte mit der Landwirtschaft aufgrund des erheblichen Flächenbedarfs in allen Szenarien ausgeprägt zu erwarten sind. Aus methodischen Gründen sind wir als Arbeitshypothese während der Bearbeitung davon ausgegangen, dass mit den 3 Szenarien das Ziel (1) erreicht werden kann. Da die Ergebnisse der parallel durchgeführten Modellierungen im Teilprojekt Wasserbau diese Hypothese nicht vollständig bestätigen können, bietet keines der vorgestellten Szenarien in seiner jetzigen Form eine in sich geschlossene Perspektive zur Revitalisierung der Unterems. Eine Kombination mit weiteren Maßnahmen ist voraussichtlich erforderlich. Um verschiedene Varianten einer Ems-Renaturierung in hydro-numerischen Modellrechnungen untersuchen zu können wurde ein numerisches Modell für die Außen- und Unterems aufgebaut. Die hierzu verwendete hydro-numerische Software ist das Finite-Volumen-Verfahren MIKE 3 FM von DHI. Die Auswertung der Szenarien erfolgte auf Basis sogenannter hydraulischer und sedimentologischer Kennwerte, um im Weiteren eine Vorauswahl von Maßnahmenvorschlägen zu ermöglichen. Als Ergebnis der wasserbaulichen Untersuchungen zeigte die Anlage einer Kette von Tidepoldern oberhalb von Leer mit einer deutlichen flussabwärtigen Verschiebung der Trübungszone und einer Abnahme der Schwebstoffgehalte das größte Renaturierungspotential der untersuchten Varianten. Auch die Veränderung der Nettosedimenttransportprozesse zeigte mit einem Sedimentaustrag über das Emder Fahrwasser bis Knock eine Entwicklung in die gewünschte Richtung. Die Landschaftsvisualisierung konnte als Kommunikationsmittel im Projekt Lebendige Unterems erfolgreich genutzt werden. Neben dem Ist-Zustand ausgewählter Flächen wurde auf Workshops auch die zugehörige, stark landschaftsverändernde, Planung gezeigt. Dadurch offenbarte das Werkzeug 3D- Landschaftsvisualisierung als Kommunikationsmittel eindeutig seine Stärken. Auf Grundlage der im Projekt gewonnen wissenschaftlichen Ergebnisse haben die Projektpartner mit Blick auf die Politik den Vorschlag eines Masterplan Ems 2030 entwickelt. Dieser Masterplan enthält Eckpunkte und Meilensteine für die Sanierung des Emsästuars bis zum Jahre Der im Projekt entwickelte Masterplan bildete Anstoß und Grundlage für die zwischen Umweltverbänden, dem Land Niedersachsen und weiteren Stakeholdern im Juni 2014 geschlossene Absichtserklärung zu einem Masterplan Ems Mit dieser ist es erstmals gelungen einen breiten Konsens zu erzielen mit dem gemeinsamen Ziel Ökologie und Ökonomie an der Ems in Einklang zu bringen. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Auf fünf Workshops wurden regionale Naturschutzaktive in die Entwicklung der Renaturierungsszenarien eingebunden. Mit der Konferenz Renaturierung Europäischer Ästuare konnte das Projekt auch international vernetzt werden. Mit den Printmedien eines Faltblattes und einer Broschüre wurden die Projektgebnisse in der Öffentlichkeit verbreitet. Eine Präsentation der Zwischenstände und Ergebnisse hat vor den Gremien der Projektgruppe Ems und der Planungsgruppe IBP Ems stattgefunden. Fazit Die drei entwickelten Renaturierungsszenarien liefern bzgl. der Erreichung von Ziel (2) ein deutliches Bild der Möglichkeiten und Herausforderungen auch und besonders unter Berücksichtigung unterschiedlicher Zielstellungen innerhalb des Naturschutzes und zeigen damit Perspektiven auf. Deutlich ist auch geworden, dass Ziel (3) nur unter Inanspruchnahme großer zusätzlicher Flächen im Binnenland für Maßnahmen für Brut- und Gastvögel zu erreichen ist. Insgesamt liefern die im Rahmen des Projektes Perspektive Lebende Unterems entstandenen Ergebnisse eine gute Grundlage und eine Perspektive für den weiteren Prozess hin zu einer deutlichen Verbesserung der ökologischen Situation an der Unterems. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/

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5 Projektleiterin Beatrice Claus Fachbereich Naturschutz Deutschland WWF Deutschland Reinhardtstr Berlin Direkt: +49 (40) Projektbearbeitung Beatrice Claus (WWF Deutschland), Marike Boekhoff (NABU Niedersachsen), Vera Konermann (BUND Niedersachsen), Elke Meier (NABU Niedersachsen) und Claudia Stocksieker (WWF Deutschland) Dieses Projekt wird finanziell gefördert durch Cover BioConsult 2011

6 Inhaltsverzeichnis BAND 1 Hauptbericht 0 Zusammenfassung... 1 A Anlass und Zielsetzung des Projektes... A 1.1 Anlass des Projektes Ziele des Projektes Perspektive Lebendige Unterems... 2 B Darstellung der Arbeitsschritte und angewandten Methoden... B 1.1 Projektaufbau Projektablauf... 2 C Ergebnisse Teilprojekt Wasserbau...C 1. Einleitung Vorgehen und Aufgabenstellung Allgemeiner Ablauf Zu untersuchende Szenarien und Fragestellungen Szenario A Szenario B Szenario C Verwendete Unterlagen und Daten Modell Verwendete Module Hydrodynamik (HD) Sediment- und Schwebstofftransport (MT) Schwebstofftransport und Flokkulation (EcoLab) Modellaufbau Hydrologische Rand- und Anfangsbedingungen Sedimentologische Rand- und Anfangsbedingungen Anfangs- und Randbedingungen für den Schwebstofftransport Sedimentologische Randbedingungen an der Sohle Sonstige Rand- und Anfangsbedingungen Sohlrauigkeit Modellgenauigkeit Hydrodynamik Hydrodynamische Modellparameter Kalibrierungsergebnis Schwebstofftransport Modellparameter für den Schwebstofftransport... 26

7 5.2.2 Interpretation der Kalibrierungsergebnisse und Fazit Szenarienaufbau und -interpretation Auswertung und hydraulische Kennwerte Auswertung mittels sedimentologischer Kennwerte Modellaufbau der Szenarien Modellaufbau für Szenario A1 und A1s Modellaufbau für Szenario A2 und A2s Modellaufbau für Szenario B Modellaufbau für Szenario C Modellaufbau für Szenario C Modellaufbau für Szenario C Hydrodynamische Randbedingungen Sedimentologische Randbedingungen Hydrodynamische Ergebnisse der Szenarien Veränderung der Tidewasserstände und der Strömungen Veränderung der Tidewasserstände für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung der Tidewasserstände für B Veränderung der Tidewasserstände für C1, C2 und C Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für Szenario B Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für C1, C2 und C Vergleich und Fazit der Szenarien (Hydrodynamik) Tabellarische Zusammenstellung aller Szenarien (Hydrodynamik) Fazit zu den Szenarien (Hydrodynamik) Ergebnisse der Szenarien zum Schwebstofftransport Ergebnisse zum Schwebstofftransport Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für Szenario B Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für C1, C2 und C Veränderung der Nettosedimenttransports für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung des Nettosedimenttransports für Szenario B Veränderung des Nettosedimenttransports für Szenario C Vergleich und Fazit der Szenarien (Schwebstofftransport) Tabellarische Zusammenstellung der Szenarien (Schwebstofftransport) D-Längsschnitte zum sedimentologischen Wirkungsvergleich der Szenarien Fazit zu den Szenarien (Schwebstofftransport) Wirkungsanalyse der Einzelmaßnahmen in den Szenarien Wirkung der Tidepolder Tidepolder im Szenario A2, A2s, B, C1 und C Wirkung der Verflachung Abschätzung zur morphologischen Stabilität der Verflachung Wirkung der Ästuarverlängerung

8 9.4 Wirkung der Stromspaltung Wirkung der Flussschleifen inkl. Flachwasser Zusammenfassung Zusammenfassende Bewertung der Szenarien A Zusammenfassende Bewertung für Szenario B Zusammenfassende Bewertung für Szenario C Zusammenfassende Bewertung für Szenario C Zusammenfassende Bewertung für Szenario C Abschlussbewertung Staffelung der Kennwerte Sortierung der Bedeutung der hydrodynamischen Kennwerte Sortierung der Bedeutung der sedimentologischen Kennwerte Bewertung des Sanierungspotentials der Szenarien Qualitative Einstufung der Kennwerte zur kurzfristigen Veränderung Qualitative Einstufung der Kennwerte zur Abschätzung eines mittelfristigen Sanierungspotentials Fazit zum mittelfristigen Sanierungspotential Literatur D Ergebnisse Teilprojekt Naturschutz... D 1. Hintergrund und Ziele Ökologische Bestandssituation mit Defizitanalyse Vorgehensweise Drei Naturschutzziele Allgemeine Naturschutzziele Konkretisierung der Naturschutzziele Sieben zentrale Maßnahmentypen Anlage von Tidepoldern (Typ 1) Entwicklung von Nebenarmen (Typ 2) Öffnung von Sommerdeichen (Typ 3) Extensivierung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland (Typ 4) Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland (Typ 5) Verbesserung der Durchgängigkeit (Typ 6) Rückbau von Uferbefestigungen mit Uferabflachungen (Typ 7) Drei Renaturierungsszenarien Leitbild Maßnahmenumfang und -verortung Szenario B Ästuarverlängerung Szenario C Tidepolder Wiesenvogelschutz binnendeichs Szenario D Tidepolder Wiesenvogelschutz außendeichs Wird das Leitbild durch die einzelnen Szenarien realisiert?... 29

9 6.7 Konfliktanalyse Fazit Literatur Anhang E Ergebnisse Teilprojekt Visualisierung...E 1 Einführung Bereiche zur Visualisierung Darstellung des Ist-Zustandes (2. Workshop Naturschutz ) Darstellung der Maßnahmen (3. und 4. Workshop Naturschutz ) Tidepolder Westoverledingen (Maßnahme C) Tidepolder Mitling (Maßnahme F) Natürliche Vegetationszonierung (Rückbau der Uferbefestigung) nahe Lehe Stromspaltung bei Midlum Erstellung des Modells Datenquellen und Datenaufbereitung Biotoptypenkartierung und Vegetation Schutzgebiete Einzelbäume Digitales Geländemodell Bathymetriedaten Fotos Texturen D-Landmarks D-Menschen Vorarbeit zur Visualisierung Vegetation Datenexport für Biosphere3D Erstellung der Visualisierung Ergebnisse D-Visualisierung als Kommunikationsinstrument Erfahrungen mit und Bewertung der Methode Probleme und Grenzen Treffen, Konferenzen, Austausch Anhang Visualisierungen und Filme... siehe beigefügte CD F Ergebnisse Teilprojekt Kommunikation... F 1. Workshops zur Vernetzung des Projektes mit regionalen und lokalen Akteuren Allgemeine Öffentlichkeitsarbeit Verknüpfung mit aktuellen Forschungsprogrammen auf nationaler und europäischer Ebene... 4

10 3.1 Konferenz zur "Renaturierung Europäischer Ästuare: Möglichkeiten, Planungen und Umsetzung" Exkursion an die Schelde Vernetzung des Projektes mit den laufenden Prozessen und Gremien "Lenkungsgruppe Ems" und Unterarbeitsgruppen Integrierter Bewirtschaftungsplan für das Ems-Ästuar Ems-Dollart-Plattform... 8 G Vorbereitung der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen... G 1. Analyse der Realisierbarkeit und Vorbereitung der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen Konzept eines Beweidungsprojektes im Vorland zwischen Herbrum und Rhede Maßnahmenbausteine aus dem Masterplan Ems Pilotpolder oberhalb Papenburg Maßnahme Coldemüntje Finanzierungsmöglichkeiten für die Renaturierungsmaßnahmen und Vorbereitung der Antragstellung für weitere Mittel / Initiierung von Folgeprojekten... 3 H Diskussion... H I Öffentlichkeitsarbeit... I J Fazit... J K Literaturangaben... K

11 Abbildungsverzeichnis Teil 0 Abb. 1: Pilotpolder bei Lippenbroek... 3 Teil B Abb. 1: Übersicht der Teilprojekte...1 Teil C Abb. 1-1: Abb. 1-2: Abb. 1-3: Abb. 4-1: Abb. 4-2: Abb. 5-1: Abb. 5-2: Abb. 5-3: Abb. 5-4: Abb. 5-5: Abb. 6-1: Historische Entwicklung des Tidehubs auf Basis gemessener Daten (vgl. Jürges & Winkel (2003) und Herrling (2008)) Längsschnitt der Trübung in der Ems auf Basis zum Teil lokal gemessener Schwebstoffkonzentrationen aus dem Jahr 2008 (vgl. Tabelle 5-1) und historischer Daten nach BioConsult (Juni 2011, Zwischenbericht 1) Betrachteter Gewässerausschnittes der Ems inkl. Lage des Untersuchungsgebietes der Unterems zwischen Dörpen und Leerort Vertikaler Schichtenaufbau des Emsmodells in 10 Layern im Querschnitt ca. bei Gandersum Zeitliche Entwicklung der Schwebstoffkonzentration in der Unterems zur Flutphase (Quelle: NLWKN Aurich) Verwendete Kalibrierungszeiträume dargestellt anhand der Abflusskurve zur Steuerung des oberstromigen Modellrandes Vergleich der mittleren relativen und absoluten Abweichungen für Wasserstand und Strömungsgeschwindigkeit für alle drei Zeiträume Vergleich der mittleren relativen und absoluten Abweichungen für die Salinität für die zwei Sommerzeiträume Gemessene und simulierte Schwebstoffkonzentration (MT und EcoLab) und Sohlschubspannung bei Knock, Pogum, Gandersum und Terborg Gemessene und simulierte Schwebstoffkonzentration (MT und EcoLab) und Sohlschubspannung bei Leerort, Weener und Papenburg Erläuterungsskizze der hydraulischen Kennwerte auf Basis der Strömungszeitreihen Abb. 6-2: Szenario A1 mit der Verflachung zwischen Leer bis Papenburg Abb. 6-3: Szenario A2 mit den drei Poldern im Oberwasser Abb. 6-4: Szenario B mit Tidepoldern beim Sautelertief und bei Weekeborg (oben) und dem Rückbau des Wehrs Herbrum (unten) Abb. 6-5: Szenario C1 mit sechs Tidepoldern zwischen Terborg und Herbrum Abb. 6-6: Szenario C2 mit neun Tidepoldern zwischen Leer und Herbrum Abb. 6-7: Szenario C3 mit einer Stromspaltung bei Terborg (Vorland Midlum) und sieben Flussschleifen zwischen Leer und Herbrum Abb. 6-8: Nipp-Springzyklus am Pegel Knock und Auswertungszeitraum Abb. 7-1: Abb. 7-2: Vergleich der mittleren Tidehoch- (oben) und Tideniedrigwasserstände (Mitte) zwischen Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt... 56

12 Abb. 7-3: Vergleich der mittleren Tidehoch- (oben) und Tideniedrigwasserstände (Mitte) zwischen Ausgangszustand, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt Abb. 7-4: Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt Abb. 7-5: Abb. 7-6: Abb. 7-7: Abb. 7-8: Abb. 7-9: Abb. 8-1: Abb. 8-2: Abb. 8-3: Abb. 8-4: Abb. 8-5: Abb. 8-6: Vergleich der mittleren Tideniedrigwasserstände zwischen Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand AZ, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt Querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s Querschnitts- und tidegemittelte mittlere Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien A s und Szenario B Querschnitts- und tidegemittelte mittlere Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien C1, C2 und C Querschnittsintegrierter und tidegemittelter Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand und das Szenario A Querschnittsintegrierter und tidegemittelter mittlerer Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien A s und Szenario B Querschnittsintegrierter und tidegemittelter mittlerer Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien C1, C2 und C Abb. 8-7: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand AZ Abb. 8-8: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A Abb. 8-9: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A1s Abb. 8-10: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A Abb. 8-11: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A2s Abb. 8-12: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand B Abb. 8-13: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C Abb. 8-14: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C Abb. 8-15: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C Abb. 9-1: Wasserstände und Strömungen an und in den Poldern (hier für A2) Abb. 9-2: Wasserstände und Schwebstoffkonzentrationen an und in den Poldern (hier für A2) Abb. 9-3: Wirkung der Verflachung zwischen Leerort und Papenburg Abb. 9-4: Wirkung der Verflachung und deren Ursachen

13 Abb. 9-5: Abb. 9-6: Abb. 9-7 Abb. 9-8 Abb. 9-9 Abb Mittelwert aller mittleren Sohländerungen (dunkelblau), obere und untere Hüllkurve der Sohländerungen (grau), mittlere Sohländerung April 2004 bis Mai 2005 (grün) und mittlere Sohländerung März 2008 bis Juli 2008 (hellblau) in den unterhaltungsfreien Zeiträumen je Kontrollfläche gemittelte und im zeitlichen Mittel (Daten WSA, Auswertung Smile Consult, 2004 bis 2008) Qualitativer Vergleich der mittleren Sohlentwicklung: Mittelwert aller mittleren Sohländerungen (lila), mittlere Sohländerung April 2004 bis Mai 2005 (grün) und mittlere Sohländerung März 2008 bis Juli 2008 (orange) in den unterhaltungsfreien Zeiträumen je Kontrollfläche gemittelte und im zeitlichen Mittel (Daten WSA, Auswertung Smile Consult, 2004 bis 2008) in Gegenüberstellung zur mittleren simulierten Sohlentwicklung über ca. 3 Wochen im Ausgangszustand (AZ, dunkelblau), für Szenario A2s (rosa) und A1s (grün) Wasserstände und Strömungen an und in der Stromspaltung Hatzumer Sand (Bestand, unten) und der Stromspaltung Midlum (Szenario C3, Mitte) Wasserstände und Schwebstoffkonzentrationen an und in der Stromspaltung Hatzumer Sand (Bestand, unten) und der Stromspaltung Midlum (Szenario C3, Mitte) Wasserstände und Strömungen an und in der Flussschleife Coldam (Mitte) und bei Driever (unten) Wasserstände und Schwebstoffkonzentration an und in der Flussschleife Coldam (Mitte) und bei Driever (unten) Abb. 10-1: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für alle vier Szenarien A (bunt) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-2: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), das Szenario B (blau) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-3: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A s (lila & magenta), das Szenario B (blau) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-4: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für alle vier Szenarien A (bunt) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-5: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-6: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-7: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün), C2 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb. 10-8: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A1s (lila), B (blau), C1 (grün), C2 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz)

14 Abb. 10-9: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für das Szenario A1s (lila), B (blau), C1 (grün), C2 (orange), C3 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Abb : Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für das Szenario B (blau), C1 (grün), C2 (orange), C3 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Teil D Abb. 1: Darstellung und Abgrenzung des Betrachtungsraumes Abb. 2: Natura 2000-Gebiete von der Emsmündung bis Bollingerfähr Abb. 3: Abb. 4: Abb. 5: Abb. 6: links: Tidepolder, hydraulisch optimiert mit Siel ohne Rückdeichung (braun, Hauptdeich mit neugebautem niedrigerem Ringdeich; blau, Emswasserkörper) rechts: Tidepolder ökologisch optimiert mit Rückdeichung, (braun, neuangelegter Ringdeich; grün Tideauwald und Röhricht; hellbraun, Brackwasserwatt; blau: Flachwasserzone bzw. Ems), eigene Darstellung Tidepolder Westoverledigen, hydraulisch optimierte Variante, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Ringdeich MTHW + 1 m / 5 Außentief / 6 Sielbauwerk / 7 Brücke Tidepolder Westoverledigen, ökologisch optimierte Variante, ohne Rückverlegung des Hauptdeichs, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Ringdeich MTHW + 1 m / 5 Außentief / 6 Sielbauwerk / 7 Brücke / 8 Tideauwald Tidepolder Mitling, ökologisch optimiert mit Rückverlegung des Hauptdeichs, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Rückbau Deichzone / 5 Neubau Deich / 6 Tideauwald / 7 offene Anbindung Abb. 7: Rückbau der Uferbefestigung südlich von Herbrum (ca. Ems km 210), eigene Darstellung, unmaßstäblich / 1 Süßwasserwatt-Röhricht mit Uferabflachung / 2 Tide-Weiden-Auengebüsch / 3 Tide-Hartholzauwald Abb. 8: Oberer Teil des Betrachtungsraums, der im Szenario B unter Tideeinfluss kommt (rot: Deichlinien) Teil F Abb. 1: Verknüpfung des Projektes mit aktuellen Gremien, laufenden Prozessen und Projekte... 6

15 Tabellenverzeichnis Teil B Tabelle 1: Projektablauf mit erzielten Meilensteinen... 3 Teil C Tabelle 5-1: Messstationen und Sondenpositionen für die Schwebstoffkonzentrationen Tabelle 5-2: Parameter für die Schwebstoffkonzentrationen Tabelle 5-3: Abweichungen und Streubreiten zwischen den gemessenen und den simulierten Schwebstoffkonzentrationen Tabelle 6-1: Übersicht der berechneten Szenarien Tabelle 6-2: Übersicht der berechneten Szenarien mit den Besonderheiten für die Sedimentologie...51 Tabelle 7-1: Auswertung und Vergleich aller Kennwerte für die Wasserstände Tabelle 7-2: Auswertung aller Kennwerte des maximalen Flut- und Ebbstroms Tabelle 7-3: Auswertung aller Kennwerte des mittleren Flut- und Ebbstroms Tabelle 7-4: Auswertung aller Kennwerte der maximalen Flut- und Ebbstromgradienten Tabelle 7-5: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A Tabelle 7-6: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A1s... 6 Tabelle 7-7: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A Tabelle 7-8: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A2s... 7 Tabelle 7-9: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario B Tabelle 7-10: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C Tabelle 7-11: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C Tabelle 7-12: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C Tabelle 8-1: Auswertung aller Kennwerte für die breitengemittelte Schwebstoffkonzentration Tabelle 8-2: Auswertung aller Kennwerte für die breiten- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentration Tabelle 8-3: Auswertung aller Kennwerte für die Nettosedimenttransportrate Tabelle 8-4: Auswertung aller Kennwerte für den Nettosedimenttransport Tabelle 8-5: Übersicht zur Veränderung der Schwebstoffkonzentration unter den Szenarien Tabelle 8-6: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A Tabelle 8-7: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A1s Tabelle 8-8: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A Tabelle 8-9: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A2s Tabelle 8-10: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario B

16 Tabelle 8-11: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C Tabelle 8-12: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C Tabelle 8-13: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C Tabelle 9-1: Lage der Polder für Szenario A2 zwischen Papenburg und Herbrum Tabelle 9-2: Lage der Polder für Szenario B zwischen Gandersum und Papenburg Tabelle 9-3: Lage der Polder für Szenario C1 zwischen Gandersum und Rhede Tabelle 9-4: Lage der Polder für Szenario C2 zwischen Ledamündung und Brahe Tabelle 9-5: Lage der Stromspaltungen für Szenario C3 zwischen Gandersum und Leerort Tabelle 9-6: Lage der Flussschleifen für Szenario C3 zwischen Leerort und Herbrum Tabelle 11-1 Sortierung der hydrodynamischen Kennwerte inkl. Zielrichtung und Bedeutung Tabelle 11-2 Sortierung der morphodynamischen Kennwerte inkl. Zielrichtung und Bedeutung Tabelle 11-3 Szenarienauswertung der kurzfristigen Kennwerte Tabelle 11-4 Szenarienauswertung der Kennwerte für das mittelfristige Sanierungspotential Teil H Tabelle 1: Szenarien gemäß Projektplanung...1 Tabelle 2: Weiterentwicklung der Szenarien im Teilprojekt Wasserbau... 2 Tabelle 3: Weiterentwicklung der Szenarien im Teilprojekt Naturschutz... 3

17 Anhang Band 2 Teilprojekt Wasserbau, Endbericht Juni 2012 Anlage 2-1 Anlage 2-2 Anlage 2-3 Anlage 2-4 Anlage 2-5 Allgemeiner Teil & Kalibrierung Ergebnisse Szenarien A Ergebnisse Szenarien B Ergebnisse Szenarien C Abschlussbewertung Band 3 Anlage 3-1 Anlage 3-2 Anlage 3-3 Anlage 3-4 Anlage 3-5 Anlage 3-6 Anlage 3-7 Anlage 3-8 Anlage 3-9 Anlage 3-10 Anlage 3-11 Anlage 3-12 Anlage 3-13 Anlage 3-14 Teilprojekt Naturschutz, Zwischenbericht 1 Entwicklung von Naturschutzzielen und Maßnahmenkonzepten Teilprojekt Naturschutz, Zwischenbericht 2 Entwicklung von Naturschutzzielen und Maßnahmenkonzepten Teilprojekt Naturschutz, Zwischenbericht 3 Leitartenkulisse und Übersicht Maßnahmentypen Teilprojekt Naturschutz, Zwischenbericht 4 Maßnahmenkulissen für 3 Renaturierungsszenarien Dokumentation 1. Workshop Naturschutz Dokumentation 2. Workshop Naturschutz Dokumentation 3. Workshop Naturschutz Dokumentation 4. Workshop Naturschutz Dokumentation 5. Workshop Naturschutz Dokumentation der Konferenz Renaturierung Europäischer Ästuare: Möglichkeiten, Planung und Umsetzung Dokumentation der Exkursion an die Schelde Avifaunistisches Fachgutachten Präsentation: Beweidungsprojekt bei Papenburg Szenarien für eine Entwicklung des Grotegaster Altarms (Maßnahme Coldemüntje) an der Unterems im Sinne der Naturschutzziele des Projektes Perspektive Lebendige Unterems Diesem Bericht sind folgende eigenständige Dokumente als Anlage beigefügt: Anlage I Anlage II Anlage III Faltblatt Naturschutzziele für die Unterems Broschüre Ems-Ästuar 2030 Ein Masterplan für die Ems Broschüre Realisierungsprogramm Aussenems Dollart Unterems

18 0 Zusammenfassung Vor dem Hintergrund der ökologischen Situation der Unterems, die im aquatischen Bereich durch extrem hohe Schwebstoff-Konzentrationen und massive Sauerstoffdefizite gekennzeichnet ist, führten die Umweltverbände BUND, NABU und WWF sowie die TU Berlin das Projekt Perspektive Lebendige Unterems durch. Das Projekt wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt sowie der Niedersächsischen BINGO-Umweltstiftung gefördert. Das Projekt soll im Dialog mit den Akteuren vor Ort Perspektiven für eine lebendige renaturierte Unterems entwickeln und Möglichkeiten zu deren Umsetzung aufzeigen. Es besteht aus den Teilprojekten Wasserbau, Naturschutz, Visualisierung und Kommunikation. Als Consultants haben das DHI-WASY im Teilprojekt Wasserbau, BioConsult im Teilprojekt Naturschutz und Lenne3D im Teilprojekt Visualisierung mitgearbeitet. Betrachtungsraum war die tidebeeinflusste Unterems zwischen dem Wehr bei Herbrum und der Mündung in den Dollart (Länge: ca. 48 km). Zusätzlich wurde der tidefreie Bereich oberhalb des Wehrs Herbrum bis etwa Höhe Dörpen/Heede (Einmündung Küstenkanal) berücksichtigt (weitere 10 km). Lateral umfasste der Betrachtungsraum zusätzlich zum Wasserkörper der Ems die Vorlandflächen zwischen den Hauptdeichen und zusätzlich einen ca. 3 km breiten Bereich binnenseitig der Hauptdeiche. Im Einzelnen umfasste das Projekt folgende Aktivitäten: (1) Formulierung übergeordneter Naturschutzziele für die Unterems auf der Basis naturschutzrechtlicher Grundlagen und des Entwicklungspotentials der Ems (2) Hydromorphologische Analyse der möglichen wasserbaulichen Varianten (3) Entwicklung und Visualisierung von Renaturierungsszenarien unter definierten Rahmenbedingungen (4) Dialogprozess mit Akteuren vor Ort sowie politischen und behördlichen Entscheidungsträgern (5) EU-weiter Erfahrungsaustausch mit ähnlichen Projekten; (6) Vergleich und Bewertung der Szenarien v.a. hinsichtlich der Erreichung der Naturschutzziele und der Erfüllung bisheriger ökonomischer Funktionen (7) Vorbereitung zur Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen Drei verschiedene Maßnahmenplanungen für die Renaturierung der Unterems sind das Ergebnis der Projektarbeit. Diese wurden schrittweise und im Rahmen von Workshops unter Beteiligung von Naturschützern aus der Region entwickelt. Im gemeinsamen Konsens wurden drei Ziele des Naturschutzes formuliert. Das erste Ziel ist die Wiederherstellung einer Gewässergüte, die die Wiederansiedlung der charakteristischen aquatischen Fauna ermöglicht. Dazu würde gehören, dass sich die Finte wieder erfolgreich in der Unterems vermehren kann. Das zweite Ziel benennt die Regeneration ästuariner Lebensräume, um räumliche und funktionale Verluste der Vergangenheit zu kompensieren und die Sauerstoffproduktion zu verbessern. Hierfür sind noch mindestens 380 Hektar ästuartypische Lebensräume wie Tideauwald, Röhrichte und Flachwasserzonen im Deichvorland zu entwickeln. Und als drittes gilt es die vorhandenen Wertigkeiten für Brut- und 1

19 Gastvögel zu sichern. Für den Schutz von Wiesenvögeln wie Kiebitz, Uferschnepfe und Rotschenkel wird es im Rahmen einer Renaturierung notwendig sein, auch Flächen im Binnenland zu entwickeln und in ein Schutzkonzept einzubinden. Voraussetzung für eine erfolgreiche Renaturierung der Unterems ist die Sanierung der Gewässergüte. Der im Projekt untersuchte Ansatz ist es, dem Fluss wieder mehr Raum zu geben um die Tideverhältnisse wieder ins Gleichgewicht zu bringen, die Verschlickung drastisch einzudämmen und natürliche Sauerstoffverhältnisse zu schaffen. Dazu wurden drei Szenarien entwickelt, die sich nicht in den Zielen, sondern in den Wegen der Zielerreichung unterscheiden. In der Länge neuen Raum für Ästuarlebensräume schafft das Szenario Ästuarverlängerung. Durch einen Abbau des Wehrs in Herbrum könnte der Tideeinfluss um 8 Kilometer Flusslänge verlängert werden. Die beiden anderen entwickelten Naturschutzkonzepte basieren dagegen auf dem Konzept durch die Anlage von Tidepoldern Raum in der Breite zu schaffen. Um für den Umgang mit den zu erwartenden Konflikten innerhalb des Naturschutzes Handlungsoptionen aufzuzeigen, wurden zwei Tidepolderkonzepte entwickelt. Die eine Variante sieht die Anlage von hydraulisch optimierten Poldern entlang der Unterems in einer Größenordnung von mehreren hundert Hektar vor. Die Entwicklung ästuartypischer Lebensräume erfolgt im Vorland der Ems. Der damit einhergehende Verlust von Grünlandflächen mit Bedeutung für den Vogelschutz wird durch die Entwicklung von Wiesenvogelschutzgebieten im Binnenland ausgeglichen. Bei der anderen Variante erfolgt die Anlage von ökologisch optimierten Tidepoldern entlang der Unterems, die im Vergleich zu den hydraulisch optimierten einen größeren Flächenumfang erfordern. Da hierbei aber die Entwicklung von ästuartypischen Lebensräumen in den neu angelegten Tidepoldern erfolgen könnte, kann die Wertigkeit des schon vorhandenen Grünlandes im Vorland mit seiner Bedeutung für Wiesenvögel erhalten und verbessert werden. Bestandteil aller drei Szenarien sind die Maßnahmen: Entwicklung und Wiederanbindung von Nebenarmen mit und ohne Rückverlagerung des Hauptdeiches; die Öffnung oder der Rückbau von Sommerdeichen; die Extensivierung und Vernässung der landwirtschaftlich genutzten Flächen im tideoffenen Vorland; die Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland, die Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen und Schöpfwerken und Wehren und der Rückbau von Uferbefestigungen mit anschließenden Uferabflachungen. Die Ergebnisse der durchgeführten Modellierungen im Teilprojekt Wasserbau zeigen, dass es mit keinem der im Projekt untersuchten Szenarien möglich ist, das Schlick- und Sauerstoffproblem vollständig zu lösen und die angestrebten Zielwerte kurzfristig zu erreichen. Eine Kombination mit weiteren Maßnahmen ist voraussichtlich erforderlich. Die drei Szenarien liefern jedoch bzgl. der Erreichung der anderen beiden Ziele, der Schaffung typischer Ästuarlebensräume und der Sicherung des Vogelschutzes ein deutliches Bild der Möglichkeiten und Herausforderungen auch und besonders unter Berücksichtigung unterschiedlicher Zielstellungen innerhalb des Naturschutzes und zeigen damit Perspektiven auf. Insgesamt bieten die im Rahmen des Projektes Perspektive Lebende Unterems entstandenen Ergebnisse eine gute Grundlage und eine Perspektive für den weiteren Prozess hin zu einer deutlichen Verbesserung der ökologischen Situation an der Unterems. Die Ergebnisse sowie die im Projekt Perspektive Lebendige Unterems angestoßenen Kommunikationsprozesse haben nicht zuletzt den Boden für eine Wende im Umgang mit der Ems bereitet. Die Absichtserklärung für einen Masterplan Ems 2050 kann dabei als erster wichtiger Schritt für die Renaturierung der Unterems angesehen werden. Mit dieser im Juni 2014 unterzeichneten Absichtserklärung zur Sanierung der Unterems ist man einer Lösung zur Beilegung des Jahrzehnte langen Streits um die Ems einen Schritt näher gekommen. Erstmals haben das Land Niedersachsen, der Bund und die Landkreise ihre Verantwortung für die dringend notwendige Verbesserung der ökologischen Situation an der Ems übernommen und sich die Renaturierung der Ems auf die Fahnen geschrieben. Die Pläne, die Ökonomie und 2

20 Ökologie an der Ems wieder in ein Gleichgewicht bringen sollen, wurden der Öffentlichkeit am 16. Juni 2014 durch den Niedersächsischen Ministerpräsidenten vorgestellt. Der im Rahmen dieses Projektes entwickelte Ansatz eines Masterplans für die Ems wurde dabei aufgegriffen. Als Vorbild hat der Integrierte Managementplan für die Schelde (Belgien, Niederlande) gedient. Die dortigen Erfahrungen und bereits umgesetzte Tidepolder und Renaturierungsmaßnahmen wurden den niedersächsischen Entscheidungsträgern im Rahmen einer vom Projekt durchgeführten Exkursion im März 2014 vorgestellt. Auf die gemeinsame Absichtserklärung haben sich das Land Niedersachsen, der Bund, die Landkreise Leer und Emsland, die Meyer Werft sowie die Umweltverbände BUND, NABU und WWF geeinigt. Sie bekräftigen das Ziel bis Ende 2014 einen Masterplan Ems 2050 gemeinsam zu entwickeln und vertraglich bindend zu fixieren. Neben der Erklärung den Sedimenttransport stromaufwärts einzudämmen und die Gewässerqualität zu verbessern beinhaltet die Vereinbarung ein umfangreiches Paket an Sofortmaßnahmen. Das Land Niedersachsen wird für die kommenden Jahre Mittel bereitstellen, die es ermöglichen einzelne Maßnahmenbausteine aus den im Projekt entwickelten Renaturierungsszenarien umzusetzen. So soll anhand eines Pilotpolders das Tidepolderkonzept zur Reduzierung des Schlicks in der Natur erprobt und vorangetrieben werben. Auch die im Rahmen des Projektes konzeptionell bereits vorbereitete Maßnahme bei Coldemüntje zur Entwicklung natürlicher auentypischer Lebensräume steht vor der Umsetzung. Die Verhandlungen über einen bindenden Vertrag Masterplan Ems 2050 mit Zeit- und Maßnahmenplanung haben im Juli 2014 begonnen und werden erst nach Ablauf der Projektlaufzeit beendet werden. Deren Ergebnis wird zeigen, ob eine Lösung für die Wiederherstellung einer gesunden und ökologisch intakten Flusslandschaft gefunden werden kann. Abb. 1: Ein Pilotpolder, wie hier der Tidepolder Lippenbroek an der Schelde (Belgien), soll Teil des Masterplans Ems 2050 werden. 3

21 A Anlass und Zielsetzung des Projekts Anlass des Projektes Hintergrund der Projektinitiierung ist der dringende Renaturierungsbedarf der Ems sowie die Tatsache, dass verschiedene Akteure begonnen haben, gemeinsam nach Lösungsmöglichkeiten für den Jahrzehnte lang währenden Konflikt zwischen Ökologie und Ökonomie an der Unterems zu suchen. Die Ökologische Situation der Ems Noch Ende der 1970er Jahre galt das Emsästuar als ökologisch intakte Flussmündung und relativ naturnah. Seit 1984 wurde die Unterems zwischen Papenburg und Emden zunehmend für die Überführung von Kreuzfahrtschiffen ausgebaut und ausgebaggert und seit 2001 regelmäßig für die Schiffsüberführungen aufgestaut. Als Folge dieser Maßnahmen hat sich die Gewässergüte innerhalb der 90iger Jahre um drei Güteklassestufen verschlechtert. Seit Jahren sind die Sauerstoffwerte in den warmen Monaten des Jahres so niedrig, dass das Emsästuar seine Funktion als Fischlebensraum und wanderweg verliert. Flusstypische Lebensräume sind durch Uferbefestigungen, Verschlickung und Absinken der Wasserstände in großem Umfang verloren gegangen. Heute gilt das Emsästuar als ein Beispiel dafür, wie fortlaufende wasserbauliche Veränderungen das hydromorphologische und ökologische Gleichgewicht eines Gewässers zerstören können. Dennoch ist die Unterems ein Naturraum mit besonderem Wert bzw. Entwicklungspotenzial für die Natur geblieben. So liegen umfangreiche europäische Vogelschutzgebiete im Vorlandbereich der Unterems und der Fluss selbst und seine Uferbereiche sind gemäß der Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie als europäisches Naturschutzgebiet für den Lebensraumtyp Ästuar ausgewiesen. Der Konflikt zwischen Ökologie und Ökonomie Während der letzten 25 Jahre haben die wirtschaftlichen Belange im Zusammenhang mit der Meyer Werft die Entwicklung der Unterems dominiert und die ökologische Situation kontinuierlich verschlechtert. Inzwischen ist die Region zunehmend gespalten in Menschen, deren Arbeitsplatz von der Meyer Werft abhängt und in Menschen, die von den negativen Folgen der ständigen Ausbaggerungen des Flusses betroffen sind, wie Kommunen, Hafenbetreiber, Emsanrainer, Wassersportler, Touristikinitiativen und Landwirte. Die Umweltverbände BUND, NABU und WWF engagieren sich seit 25 Jahren intensiv für den Schutz der Unterems. Gemeinsame Suche nach einer nachhaltigen Gesamtlösung Nach 25 Jahren Konfrontation und juristischen Auseinandersetzungen haben WWF und BUND das Gespräch über Lösungsmöglichkeiten für den Konflikt zwischen Ökonomie und Ökologie an der Unterems mit der Meyer Werft und der niedersächsischen Landesregierung gesucht. Als ersten konkreten Schritt haben Umweltverbände und Meyer Werft im Juni 2009 eine Vereinbarung zum Vogelschutz geschlossen. Im Rahmen dieser Vereinbarung respektiert die Werft die Brutzeiten der geschützten Vögel und verpflichtet sich für mindestens 30 Jahre keine Schiffe im Zeitraum vom 1.4. bis zum eines Jahre zu überführen, für die die europäischen Vogelschutzgebiete überflutet werden müssen. 1

22 Zur Lösung des Gewässergüteproblems und zur Renaturierung des Emsästuars haben WWF und BUND im Herbst 2008 den Bau eines Kanals parallel zur Unterems auf einer Strecke von 15 km von Leer bis Papenburg vorgeschlagen. Ziele waren die vollständige Verlagerung des Schiffsverkehrs auf den Kanal und eine Verflachung der Ems in diesem Bereich auf die natürliche Tiefe von ca. 2 m, einschließlich Renaturierung. Basis für diesen Vorschlag war u.a. die Annahme, dass durch die Verflachung der Ems oberhalb von Leer die negativen Auswirkungen der bisherigen Vertiefungen auf Strömungsverhältnisse und Wasserstände in der Ems in großem Umfang rückgängig gemacht werden und dadurch das Schlick- und Sauerstoffproblem für die gesamte Unterems auf ca. 45 Kilometern gelöst wird. Seitens des Landes Niedersachsens, der Meyer Werft und der Landkreise wurde dieser Vorschlag positiv aufgegriffen mit dem Vorschlag, den Kanals um weitere ca. 15 Kilometer bis nach Dörpen zu verlängern. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie sollen nun innerhalb der nächsten zwei Jahre die tatsächliche Wirksamkeit dieses Vorschlags für die Lösung des Gewässergüte- und Schlickproblems, die Kosten, sowie die Auswirkungen auf Umwelt, Wasser- und Landwirtschaft, Tourismus, Verkehr und Industrie untersucht werden. Mit der rechtsverbindlichen Vereinbarung zum Vogelschutz zwischen den Umweltverbänden und der Werft sowie die gemeinsame Prüfung des Baus und der Wirksamkeit eines Kanals zur Lösung des Konflikts zwischen Ökonomie und Ökologie an der Ems hat eine Kooperation langjähriger Gegner begonnen. Jetzt gilt es, diese Kooperation zu festigen und insbesondere mit Naturschutzinhalten zu füllen sowie die angestoßene Entwicklung fachkompetent zu begleiten Ziele des Projektes Perspektive Lebendige Unterems Übergeordnetes Ziel für dieses Vorhaben ist die Verbesserung der ökologischen Situation an der Ems unter Berücksichtigung der europäischen Umwelt- und Naturschutzrichtlinien. Vor dem Hintergrund der ökologischen Situation der Unterems, die im aquatischen Bereich durch extrem hohe Schwebstoff-Konzentrationen und massive Sauerstoffdefizite gekennzeichnet ist, führen die Umweltverbände BUND, NABU und WWF sowie die TU Berlin das Projekt Perspektive Lebendige Unterems durch. Das Vorhaben soll die Perspektive einer lebendigen, renaturierten Unterems entwickeln und Möglichkeiten zu deren Umsetzung aufzeigen. Im Dialog mit Akteuren vor Ort, Politik und Verwaltung soll Akzeptanz für ein nachhaltiges Renaturierungskonzept für die Unterems aufgebaut und konkrete Schritte zur Umsetzung der Renaturierung vorbereitet werden. Um dieses Ziel umzusetzen, sollen zunächst folgende Teilziele erreicht werden: (1) Formulierung übergeordneter Naturschutzziele für die Unterems auf der Basis naturschutzrechtlicher Grundlagen und des Entwicklungspotentials der Ems (2) Hydromorphologische Analyse der möglichen wasserbaulichen Varianten (3) Entwicklung und Visualisierung von Renaturierungsszenarien unter definierten Rahmenbedingungen (4) Dialogprozess mit Akteuren vor Ort sowie politischen und behördlichen Entscheidungsträgern (5) Vergleich und Bewertung der Szenarien v.a. hinsichtlich der Erreichung der Naturschutzziele und der Erfüllung bisheriger ökonomischer Funktionen (6) Vorbereitung zur Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen 2

23 B Darstellung der Arbeitsschritte und angewandten Methoden 1.1 Projektaufbau Das Projekt Perspektive Lebendige Unterems ist in vier miteinander verzahnte Teilprojekte untergliedert: Abb. 1: Übersicht der Teilprojekte Als Consultant im Teilprojekt Naturschutz wurde das Unternehmen BioConsult Schuchardt & Scholle beauftragt. Die Untersuchungen im Teilprojekt Wasserbau wurden von DHI-Wasy durchgeführt. Die TU Berlin ist für das Teilprojekt Visualisierung verantwortlich und führt die Arbeiten zusammen mit dem Auftragnehmer Lenné3D durch. Im Teilprojekt (TP) Wasserbau wurde die Wirksamkeit der Lösungsansätze Verflachung der Unterems, Ästuarverlängerung und Anlage von Tidepoldern auf die Wasserstände, Strömungsverhältnisse und den Schwebstofftransport der Ems mit Hilfe eines hydronumerischen Modells untersucht. Im Teilprojekt Wasserbau begleitet ein Expertengremium, die Arbeitsgruppe Wasserbau, die fachliche Arbeit von DHI-Wasy. Diesem Gremium gehören u.a. Vertreter der Wasser- und Schifffahrtsdirektion Nord-West, der Bundesanstalt für Wasserbau und des Niedersächsischen Umweltministeriums an. Die Entwicklung von Naturschutzzielen für die Unterems; der Entwurf mehrerer Renaturierungsszenarien, die Bewertung der Szenarien hinsichtlich der Erreichung der Naturschutzziele, der Auswirkungen auf die aktuellen Nutzungen an der Ems und der Realisierbarkeit sowie die Vorbereitung der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen sind Bestandteil des TP Naturschutz. Das TP Visualisierung diente der Visualisierung des Ist-Zustandes und der Renaturierungsszenarien mit Hilfe von 3D-Landschaftsvisualisierungen. Im Rahmen des TP Kommunikation erfolgte der Aufbau eines Dialogprozesses mit Natur- und Umweltschützern vor Ort, die interaktive Weiterentwicklung der Renaturierungsszenarien mit den regionalen Akteuren im Rahmen von fünf Workshops sowie ein EU-weiter Erfahrungsaustausch mit ähnlichen Projekten durch die Veranstaltung einer Konferenz. 1

24 Projektablauf Die einzelnen Teilprojekte des Projektes Perspektive Lebendige Unterems sind eng miteinander verknüpft. Grundsätzlich orientiert sich der Projektablauf an den Meilensteinen des Teilprojektes Naturschutz, wobei die inhaltliche Arbeit des Teilprojektes Naturschutz seinerseits auf den Untersuchungsergebnissen des Teilprojektes Wasserbau aufbaut. In einem dritten Schritt werden auf Grundlage der Zuarbeit aus dem Teilprojekt Naturschutz die Szenarien schließlich im Teilprojekt Visualisierung veranschaulicht und im Teilprojekt Kommunikation mit örtlichen Akteuren diskutiert. Folgende tabellarische Übersicht zeigt den Projektablauf und die einzelnen Arbeitsschritte in den Teilprojekten. 2

25 Tabelle 2 Projektablauf mit erzielten Meilensteinen Quartal Teilprojekt Teilprojekt Naturschutz Wasserbau Allgemeine Anpassung des Naturschutzziele; bestehenden Ems- 1. Quartal Bestandsaufnahme Modells und 2011 Ist-Zustand Kalibrierung für Wasserstände und Strömungen Analyse der Hydrodynamische ökologischen Berechnungen für Defizite und ihrer Szenario A 1, Ursachen Kalibrierung des Ist- 2. Quartal Zustandes für 2011 Schwebstoffe und Sedimentation Sedimentologische Berechnungen für Szenario A Konkretisierung der Anpassung des Naturschutzziele; Projektes an die Renaturierungspote Zwischenergebnisse; ntiale und Skizzen Entscheidung über 3. Quartal für Szenario B 2011 ; Renaturierungsszen Entwurf für arien Retentionsräume für Szenario C 3 Analyse vorliegender Modelluntersuchung Maßnahmenvorschl en zur äge hinsichtlich morphodynamische ihrer Eignung und n Stabilität von ihres Beitrags zur Szenario A; Erreichung der Modellanpassung Entwicklungsziele für 4. Quartal für die drei Retentensionsräume 2011 Szenarien; (Szenario C) in drei Entwicklung verschiedenen weiterer Varianten; Maßnahmenvorschl hydrologische und äge sedimentologische Berechnungen für die Szenarien B und C Vorstellung Entwurf Endbericht vor der AG Wasserbau 1. Quartal 2012 Teilprojekt Visualisierung Visualisierung des Ist-Zustandes Visualisierung des Entwurfs für ein Szenario Visualisierung der Entwürfe für alle drei Szenarien Teilprojekt Kommunikation Workshop 1 mit Umweltschützern vor Ort (Naturschutzziele) Informationsveranst altung: Tidewehrlegung mit lokalen Umweltschützern vor Ort Workshop 2 mit Umweltschützern und Vertretern der Behörden vor Ort (Konkrete Naturschutzziele, Renaturierungspote ntiale und Skizzen für Szenarien) Workshop 3 mit Umweltschützern vor Ort (Vorstellung und Diskussion der Maßnamenvorschlä ge u. Entwürfe von drei Renaturierungsszen arien) 1 Szenario A: Verflachung des Ästuars 2 Szenario B: Verlängerung des Ästuars 3 Szenario C: Schaffung von Retentionsräumen/Tidepoldern 3

26 2. Quartal 2012 Endbericht TP Wasserbau Faltblatt Naturschutzziele für die Unterems 3. Quartal 2012 Verdichtung der Maßnahmenvorschl äge zu konkreten konsistenten Maßnahmenkulissen für die 3 Szenarien, Bestandsaufnahme Status quo der wesentlichen Nutzungen Anpassung an die überarbeiteten Szenarien 4. Quartal 2012 Qualitative Analyse der Auswirkungen der Umsetzung der drei Szenarien auf die wesentlichen Nutzungen Visualisierung der finalen Szenarien Workshop 4 mit Umweltschützern vor Ort (Vorstellung und Diskussion der überarbeiteten Szenarien) 1. Quartal 2013 Prognose der sich durch die Renaturierungsszen arien ggf. ergebenden Beeinträchtigungen für die Avifauna und Erarbeitung von Empfehlungen für ggf. erforderliche Kohärenzsicherungs maßnahmen Abschlussbericht TP Visualisierung Konferenz Renaturierung europäischer Ästuare zur Vernetzung mit anderen ähnlichen nationalen und internationalen Projekten 2. Quartal 2013 Abschlussbericht TP Naturschutz Vorbereitung der 3. Quartal 2013 Umsetzung von Renaturierungsmaß nahmen Konzept für ein 4. Quartal 2013 Beweidungsprojekt im Vorland bei Papenburg 1. Quartal 2014 Entwurf eines Masterplan Ems- Ästuar 2030 Exkursion mit Entscheidungsträger n an die Schelde (Belgien) u.a. zur Besichtigung der Tidepolder Broschüre Ems- 2. Quartal 2014 Ästuar 2030 Ein Masterplan für die Ems 3. Quartal 2014 Konzept für die Umsetzung eines Tidepolders bei Coldemüntje Workshop 5 mit Umweltschützern vor Ort (Vorstellung Projektergebnisse und Diskussion Masterplan Ems) 4

27 Perspektive Leben ndige Teilprojekt Wasser rbau Ems. Kurzbericht Kurzbericht Juni 2012

28 DHI-WASY GmbH Perspektive Lebendige Ems. Teilprojekt Wasserbau Niederlassung Syke Max-Planck-Str. 6 D Syke Tel: Gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt und die Niedersächsische Bingo-Umweltstiftung Fax: mail@dhi-wasy.de Web: Amtsgericht Charlottenburg HRB Geschäftsführer Prof. Dr. Stefan Kaden Member of the DHI-Group WATER ENVIRONMENT HEALTH Auftraggeber Auftraggeber vertreten durch WWF Deutschland Mönckebergstraße 27 Frau Beatrice Claus Hamburg Projekt DBU-Forschungsvorhaben Perspektive lebendige Ems Erstellt Monika Donner Florian Ladage Oliver Stoschek Bericht Nr Datum Juni 2012 Genehmigt Dr. Oliver Stoschek 1 Kurzbericht MOD FLL OST Ausgabe Beschreibung Erstellt Geprüft Genehmigt Datum Klassifikation Kurzbericht Frei Geschützt Intern Forschung Verteiler Anzahl Kopien WWF: DHI-WASY: Frau Claus MOD, FLL, OST PDF PDF

29 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Inhaltsverzeichnis 1. EINLEITUNG VORGEHEN UND AUFGABENSTELLUNG Allgemeiner Ablauf Zu untersuchende Szenarien und Fragestellungen Szenario A Szenario B Szenario C VERWENDETE UNTERLAGEN UND DATEN MODELL Verwendete Module Hydrodynamik (HD) Sediment- und Schwebstofftransport (MT) Schwebstofftransport und Flokkulation (EcoLab) Modellaufbau Hydrologische Rand- und Anfangsbedingungen Sedimentologische Rand- und Anfangsbedingungen Anfangs- und Randbedingungen für den Schwebstofftransport Sedimentologische Randbedingungen an der Sohle Sonstige Rand- und Anfangsbedingungen Sohlrauigkeit MODELLGENAUIGKEIT Hydrodynamik Hydrodynamische Modellparameter Kalibrierungsergebnis Schwebstofftransport Modellparameter für den Schwebstofftransport Interpretation der Kalibrierungsergebnisse und Fazit SZENARIENAUFBAU UND -INTERPRETATION Auswertung und hydraulische Kennwerte Auswertung mittels sedimentologischer Kennwerte Modellaufbau der Szenarien Modellaufbau für Szenario A1 und A1s 34 DHI-WASY 1/156

30 6.3.2 Modellaufbau für Szenario A2 und A2s Modellaufbau für Szenario B Modellaufbau für Szenario C Modellaufbau für Szenario C Modellaufbau für Szenario C Hydrodynamische Randbedingungen Sedimentologische Randbedingungen HYDRODYNAMISCHE ERGEBNISSE DER SZENARIEN Veränderung der Tidewasserstände und der Strömungen Veränderung der Tidewasserstände für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung der Tidewasserstände für B Veränderung der Tidewasserstände für C1, C2 und C Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für Szenario B Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für C1, C2 und C Vergleich und Fazit der Szenarien (Hydrodynamik) Tabellarische Zusammenstellung aller Szenarien (Hydrodynamik) Fazit zu den Szenarien (Hydrodynamik) ERGEBNISSE DER SZENARIEN ZUM SCHWEBSTOFFTRANSPORT Ergebnisse zum Schwebstofftransport Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für Szenario B Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für C1, C2 und C Veränderung der Nettosedimenttransports für A1, A1s, A2 und A2s Veränderung des Nettosedimenttransports für Szenario B Veränderung des Nettosedimenttransports für Szenario C Vergleich und Fazit der Szenarien (Schwebstofftransport) Tabellarische Zusammenstellung der Szenarien (Schwebstofftransport) D-Längsschnitte zum sedimentologischen Wirkungsvergleich der Szenarien Fazit zu den Szenarien (Schwebstofftransport) WIRKUNGSANALYSE DER EINZELMAßNAHMEN IN DEN SZENARIEN Wirkung der Tidepolder Tidepolder im Szenario A2, A2s, B, C1 und C Wirkung der Verflachung Abschätzung zur morphologischen Stabilität der Verflachung Wirkung der Ästuarverlängerung 118 DHI-WASY 2/156

31 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Wirkung der Stromspaltung Wirkung der Flussschleifen inkl. Flachwasser ZUSAMMENFASSUNG Zusammenfassende Bewertung der Szenarien A Zusammenfassende Bewertung für Szenario B Zusammenfassende Bewertung für Szenario C Zusammenfassende Bewertung für Szenario C Zusammenfassende Bewertung für Szenario C ABSCHLUSSBEWERTUNG Staffelung der Kennwerte Sortierung der Bedeutung der hydrodynamischen Kennwerte Sortierung der Bedeutung der sedimentologischen Kennwerte Bewertung des Sanierungspotentials der Szenarien Qualitative Einstufung der Kennwerte zur kurzfristigen Veränderung Qualitative Einstufung der Kennwerte zur Abschätzung eines mittelfristigen Sanierungspotentials Fazit zum mittelfristigen Sanierungspotential LITERATUR 151 DHI-WASY 3/156

32 Abbildungsverzeichnis Abb. 1-1: Abb. 1-2: Abb. 1-3: Abb. 4-1: Abb. 4-2: Abb. 5-1: Abb. 5-2: Abb. 5-3: Abb. 5-4: Abb. 5-5: Abb. 6-1: Historische Entwicklung des Tidehubs auf Basis gemessener Daten (vgl. Jürges & Winkel (2003) und Herrling (2008)) 10 Längsschnitt der Trübung in der Ems auf Basis zum Teil lokal gemessener Schwebstoffkonzentrationen aus dem Jahr 2008 (vgl. Tabelle 5-1) und historischer Daten nach BioConsult (Juni 2011, Zwischenbericht 1) 11 Betrachteter Gewässerausschnittes der Ems inkl. Lage des Untersuchungsgebietes der Unterems zwischen Dörpen und Leerort 12 Vertikaler Schichtenaufbau des Emsmodells in 10 Layern im Querschnitt ca. bei Gandersum 18 Zeitliche Entwicklung der Schwebstoffkonzentration in der Unterems zur Flutphase (Quelle: NLWKN Aurich) 19 Verwendete Kalibrierungszeiträume dargestellt anhand der Abflusskurve zur Steuerung des oberstromigen Modellrandes 22 Vergleich der mittleren relativen und absoluten Abweichungen für Wasserstand und Strömungsgeschwindigkeit für alle drei Zeiträume 24 Vergleich der mittleren relativen und absoluten Abweichungen für die Salinität für die zwei Sommerzeiträume 25 Gemessene und simulierte Schwebstoffkonzentration (MT und EcoLab) und Sohlschubspannung bei Knock, Pogum, Gandersum und Terborg 28 Gemessene und simulierte Schwebstoffkonzentration (MT und EcoLab) und Sohlschubspannung bei Leerort, Weener und Papenburg 29 Erläuterungsskizze der hydraulischen Kennwerte auf Basis der Strömungszeitreihen 31 Abb. 6-2: Szenario A1 mit der Verflachung zwischen Leer bis Papenburg 35 Abb. 6-3: Szenario A2 mit den drei Poldern im Oberwasser 37 Abb. 6-4: Szenario B mit Tidepoldern beim Sautelertief und bei Weekeborg (oben) und dem Rückbau des Wehrs Herbrum (unten) 39 Abb. 6-5: Szenario C1 mit sechs Tidepoldern zwischen Terborg und Herbrum 42 Abb. 6-6: Szenario C2 mit neun Tidepoldern zwischen Leer und Herbrum 45 Abb. 6-7: Szenario C3 mit einer Stromspaltung bei Terborg (Vorland Midlum) und sieben Flussschleifen zwischen Leer und Herbrum 48 Abb. 6-8: Nipp-Springzyklus am Pegel Knock und Auswertungszeitraum 49 Abb. 7-1: Abb. 7-2: Abb. 7-3: Abb. 7-4: Vergleich der mittleren Tidehoch- (oben) und Tideniedrigwasserstände (Mitte) zwischen Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt 55 Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt 56 Vergleich der mittleren Tidehoch- (oben) und Tideniedrigwasserstände (Mitte) zwischen Ausgangszustand, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt 57 Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt 57 DHI-WASY 4/156

33 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 7-5: Abb. 7-6: Abb. 7-7: Abb. 7-8: Abb. 7-9: Abb. 8-1: Abb. 8-2: Abb. 8-3: Abb. 8-4: Abb. 8-5: Abb. 8-6: Vergleich der mittleren Tideniedrigwasserstände zwischen Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt 58 Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt 59 Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt 60 Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand AZ, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt 61 Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt 62 Querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s 76 Querschnitts- und tidegemittelte mittlere Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien A s und Szenario B 77 Querschnitts- und tidegemittelte mittlere Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien C1, C2 und C3 78 Querschnittsintegrierter und tidegemittelter Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand und das Szenario A1 79 Querschnittsintegrierter und tidegemittelter mittlerer Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien A s und Szenario B 80 Querschnittsintegrierter und tidegemittelter mittlerer Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien C1, C2 und C3 81 Abb. 8-7: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand AZ 90 Abb. 8-8: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A1 91 Abb. 8-9: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A1s 92 Abb. 8-10: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A2 93 Abb. 8-11: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A2s 94 Abb. 8-12: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand B 95 Abb. 8-13: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C1 96 Abb. 8-14: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C2 97 Abb. 8-15: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C3 98 Abb. 9-1: Wasserstände und Strömungen an und in den Poldern (hier für A2) 113 Abb. 9-2: Wasserstände und Schwebstoffkonzentrationen an und in den Poldern (hier für A2) 114 Abb. 9-3: Wirkung der Verflachung zwischen Leerort und Papenburg 115 Abb. 9-4: Wirkung der Verflachung und deren Ursachen 116 Abb. 9-5: Mittelwert aller mittleren Sohländerungen (dunkelblau), obere und untere Hüllkurve der Sohländerungen (grau), mittlere Sohländerung April 2004 bis Mai 2005 (grün) und mittlere Sohländerung März 2008 bis DHI-WASY 5/156

34 Abb. 9-6: Abb. 9-7 Abb. 9-8 Abb. 9-9 Abb Abb. 10-1: Abb. 10-2: Abb. 10-3: Abb. 10-4: Abb. 10-5: Abb. 10-6: Abb. 10-7: Abb. 10-8: Juli 2008 (hellblau) in den unterhaltungsfreien Zeiträumen je Kontrollfläche gemittelte und im zeitlichen Mittel (Daten WSA, Auswertung Smile Consult, 2004 bis 2008) 116 Qualitativer Vergleich der mittleren Sohlentwicklung: Mittelwert aller mittleren Sohländerungen (lila), mittlere Sohländerung April 2004 bis Mai 2005 (grün) und mittlere Sohländerung März 2008 bis Juli 2008 (orange) in den unterhaltungsfreien Zeiträumen je Kontrollfläche gemittelte und im zeitlichen Mittel (Daten WSA, Auswertung Smile Consult, 2004 bis 2008) in Gegenüberstellung zur mittleren simulierten Sohlentwicklung über ca. 3 Wochen im Ausgangszustand (AZ, dunkelblau), für Szenario A2s (rosa) und A1s (grün) 117 Wasserstände und Strömungen an und in der Stromspaltung Hatzumer Sand (Bestand, unten) und der Stromspaltung Midlum (Szenario C3, Mitte) 121 Wasserstände und Schwebstoffkonzentrationen an und in der Stromspaltung Hatzumer Sand (Bestand, unten) und der Stromspaltung Midlum (Szenario C3, Mitte) 122 Wasserstände und Strömungen an und in der Flussschleife Coldam (Mitte) und bei Driever (unten) 125 Wasserstände und Schwebstoffkonzentration an und in der Flussschleife Coldam (Mitte) und bei Driever (unten) 126 Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für alle vier Szenarien A (bunt) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 128 Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), das Szenario B (blau) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 129 Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A s (lila & magenta), das Szenario B (blau) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 131 Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für alle vier Szenarien A (bunt) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 132 Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 133 Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 135 Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün), C2 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 136 Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien DHI-WASY 6/156

35 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 10-9: Abb : A1s (lila), B (blau), C1 (grün), C2 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 138 Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für das Szenario A1s (lila), B (blau), C1 (grün), C2 (orange), C3 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 139 Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für das Szenario B (blau), C1 (grün), C2 (orange), C3 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) 141 DHI-WASY 7/156

36 Tabellenverzeichnis Tabelle 5-1: Messstationen und Sondenpositionen für die Schwebstoffkonzentrationen 25 Tabelle 5-2: Parameter für die Schwebstoffkonzentrationen 26 Tabelle 5-3: Abweichungen und Streubreiten zwischen den gemessenen und den simulierten Schwebstoffkonzentrationen 30 Tabelle 6-1: Übersicht der berechneten Szenarien 49 Tabelle 6-2: Übersicht der berechneten Szenarien mit den Besonderheiten für die Sedimentologie 51 Tabelle 7-1: Auswertung und Vergleich aller Kennwerte für die Wasserstände 64 Tabelle 7-2: Auswertung aller Kennwerte des maximalen Flut- und Ebbstroms 65 Tabelle 7-3: Auswertung aller Kennwerte des mittleren Flut- und Ebbstroms 66 Tabelle 7-4: Auswertung aller Kennwerte der maximalen Flut- und Ebbstromgradienten 67 Tabelle 7-5: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A1 68 Tabelle 7-6: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A1s 69 Tabelle 7-7: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A2 70 Tabelle 7-8: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A2s 71 Tabelle 7-9: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario B 72 Tabelle 7-10: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C1 73 Tabelle 7-11: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C2 74 Tabelle 7-12: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C3 75 Tabelle 8-1: Auswertung aller Kennwerte für die breitengemittelte Schwebstoffkonzentration 83 Tabelle 8-2: Auswertung aller Kennwerte für die breiten- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentration 84 Tabelle 8-3: Auswertung aller Kennwerte für die Nettosedimenttransportrate 85 Tabelle 8-4: Auswertung aller Kennwerte für den Nettosedimenttransport 86 Tabelle 8-5: Übersicht zur Veränderung der Schwebstoffkonzentration unter den Szenarien 87 Tabelle 8-6: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A1 99 Tabelle 8-7: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A1s 100 Tabelle 8-8: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A2 101 Tabelle 8-9: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A2s 102 DHI-WASY 8/156

37 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 8-10: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario B 103 Tabelle 8-11: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C1 104 Tabelle 8-12: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C2 105 Tabelle 8-13: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C3 106 Tabelle 9-1: Lage der Polder für Szenario A2 zwischen Papenburg und Herbrum 110 Tabelle 9-2: Lage der Polder für Szenario B zwischen Gandersum und Papenburg 110 Tabelle 9-3: Lage der Polder für Szenario C1 zwischen Gandersum und Rhede 111 Tabelle 9-4: Lage der Polder für Szenario C2 zwischen Ledamündung und Brahe 111 Tabelle 9-5: Lage der Stromspaltungen für Szenario C3 zwischen Gandersum und Leerort 119 Tabelle 9-6: Lage der Flussschleifen für Szenario C3 zwischen Leerort und Herbrum 123 Tabelle 11-1 Sortierung der hydrodynamischen Kennwerte inkl. Zielrichtung und Bedeutung 143 Tabelle 11-2 Sortierung der morphodynamischen Kennwerte inkl. Zielrichtung und Bedeutung 145 Tabelle 11-3 Szenarienauswertung der kurzfristigen Kennwerte 147 Tabelle 11-4 Szenarienauswertung der Kennwerte für das mittelfristige Sanierungspotential 148 DHI-WASY 9/156

38 1. Einleitung Im Rahmen des Projektes Perspektive lebendige Unterems werden Perspektiven für ein praxis- und umsetzungsnahes Konzept zur Renaturierung der Unterems als Impuls für eine nachhaltige Entwicklung der Region untersucht und deren Wirkung sowie Umsetzungsmöglichkeiten aufgezeigt. Hintergrund dieser Untersuchungen ist der dringende Sanierungsbedarf der Ems. Die ökologische Situation der Ems hat sich seit den 80er Jahren infolge verschiedenster anthropogener Eingriffe massiv verschlechtert. So wird die Unterems heute der Gewässergüteklasse III (stark verschmutzt) zugeordnet (NLKWN 1 ). Infolge dessen sind die Sauerstoffwerte in den Sommermonaten so niedrig, dass das Emsästuar seine Funktion als Fischlebensraum und -wanderweg verliert. Durch Uferbefestigungen, Verschlickungen und Absinken der Wasserstände sind bis heute flusstypische Lebensräume in großem Umfang verlorengegangen. Die dennoch hohe ökologische Bedeutung der Unterems mit ihrem ausgeprägten Entwicklungspotential für die Natur zeigt den notwendigen Handlungsbedarf für eine Renaturierung auf. Ziel ist es hierbei unter anderem, das Sauerstoff- und Schlickproblem in der Unterems zu lösen. Die hohen Trübungen bzw. Schwebstofffrachten der Ems von über 50 g/l (bei Weener) führen zur Beeinträchtigung der Gewässergüte der Ems. Folglich spielt die Schwebstofffracht der Ems und somit indirekt die Hydrodynamik eine maßgebliche Rolle. Die Reduktion der Schwebstofffracht und folglich eine Verbesserung der Gewässergüte ist die Kernzielstellung im Projekt Perspektive lebendige Unterems. Zur Wirkungsanalyse verschiedener Sanierungsmaßnahmen wird hierzu nicht nur die Veränderung des Schwebstoffhaushaltes, sondern auch die Verformung der hydrodynamischen Kennwerte (sogenannte HD- Indikatoren wie zum Beispiel dem Tidehub, vgl. Abb. 1-1), die mit zur Veränderung des Gesamtsystemverhaltens beitragen, analysiert Historischen Entwicklung des Tidehubs im Längsschnitt 3.50 Tidehub [m] gemessen unter NQ, Jürges& Winkel (2003) 1981 gemessen unter NQ, Jürges & Winkel (2003) 1937 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) 2005 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 1-1: Historische Entwicklung des Tidehubs auf Basis gemessener Daten (vgl. Jürges & Winkel (2003) und Herrling (2008)) 1 Gewässergütekarte (regionalspezifisch) der Ems: DHI-WASY 10/156

39 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Gemittelte Schwebstoffkonzentrationen gemessen im Längsschnitt Schwebstoffkonzentration [g/l] gemessen, De Jonge (2009) 1975 gemessen, De Jonge (2009) 2004 gemessen, BfG (2008) 2005 gemessen, De Jonge (2009) 2008/09 gemessen, NLWKN Aurich Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 1-2: Längsschnitt der Trübung in der Ems auf Basis zum Teil lokal gemessener Schwebstoffkonzentrationen aus dem Jahr 2008 (vgl. Tabelle 5-1) und historischer Daten nach BioConsult (Juni 2011, Zwischenbericht 1) Mit diesen für das Projekt grundlegenden Problemstellungen beschäftigt sich der vorliegende Bericht. Zur Analyse der Transportprozesse im derzeitigen und für zukünftige Systemzustände werden dreidimensionale numerische hydro- und morphodynamische Untersuchungen durchgeführt und die Ergebnisse analysiert. Generell sollen 3 Szenarien betrachtet werden, um zu prüfen, inwiefern sich das Schlickund Gewässergüteproblem in der Ems mit oder ohne Bau eines Emskanals lösen lässt: Szenario A: Renaturierung der Ems von Leer bis Papenburg (14 km) mit einer Verflachung der Gewässersohle. Szenario B: Szenario C: Renaturierung der Ems mit einem Wehrrückbau bei Herbrum und dem Anschluss von zwei Tidepoldern im Unterwasser 2. Renaturierung der Ems durch die Einrichtung von Retentionsräumen und Anbindung von Altwasser. 2 Das ursprüngliche Szenario B umfasste eine 2. verlängerte Verflachungsvariante. DHI-WASY 11/156

40 Abb. 1-3: Betrachteter Gewässerausschnittes der Ems inkl. Lage des Untersuchungsgebietes der Unterems zwischen Dörpen und Leerort DHI-WASY 12/156

41 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Vorgehen und Aufgabenstellung 2.1 Allgemeiner Ablauf Um verschiedene Varianten einer Ems-Renaturierung in hydro-numerischen Modellrechnungen untersuchen zu können, ist der Aufbau eines numerischen Modells für die Außenund Unterems notwendig. Die hierzu verwendete hydro-numerische Software ist das weltweit anerkannte und eingesetzte Finite-Volumen-Verfahren MIKE 3 FM von DHI. Die Ems wird mit möglichst hoher Netzauflösung aufgebaut, um auch die advektive und dissipative Ausbreitung des salinen Emswassers genau abbilden zu können. Das numerische Modell eignet sich sowohl für zweidimensionale als auch für dreidimensionale Untersuchungen. Aufgrund der vorhandenen Schichtung im Brackwasserbereich ist eine dreidimensionale Betrachtung des Problems erforderlich. Das aufgebaute hydrodynamische Modell wird dann anhand von Messwerten für Wasserstände, Strömungen und Salzgehalte kalibriert und die Modellgenauigkeit nachgewiesen. Im weiteren Verlauf des Projektes sind auch sedimentologische und morphologische Fragestellungen u.a. mit Hilfe des Mud-Transport-Moduls von MIKE 3 FM und dem bestehenden 3D-Modell zu beantworten. Das morphodynamische Modell und deren empirische Parameter werden im IST-Zustand auf Basis gemessener Schwebstoffkonzentration in der Ems kalibriert. Schwebstoffmessungen stehen an zahlreichen Messstellen entlang der Außen- und Unterems von Seiten des WSA und des NLWKN zur Verfügung. Auf Grundlage dieser Messdaten werden Aussagen zur Modellgenauigkeit bezüglich der Schwebstoffkonzentration getroffen. Eine Abbildung der in der Ems existierenden Fluid-Mud-Schichten über ihre bodenmechanischen Eigenschaften ist im Modell theoretisch möglich. Bei jetzigem Stand der Forschung ist jedoch eine Modellierung des organischen Anteils innerhalb des Fluid-Mud noch nicht zu realisieren. Somit ist aufgrund der modelltechnischen Voraussetzungen nicht vorab zu sagen, wie realitätsnah die Modellierung des Sedimenttransports in Bereichen mit Fluid-Mud möglich sein kann. Alle oben genannten Kalibrierungen sollten für einen repräsentativen Zeitraum mit mittleren Oberwasserverhältnissen (MQ mit ca. 88 m³/s, Details in 4.3) erfolgen. Mit dem für Hydrodynamik und Sedimenttransport kalibrierten Modell werden anschließend verschiedene Renaturierungsszenarien simuliert und dann entsprechend ausgewertet. 2.2 Zu untersuchende Szenarien und Fragestellungen Für verschiedene Maßnahmen zur Sanierung der Unterems werden folgende Fragestellungen bearbeitet: Wie werden sich unter Berücksichtigung der o.g. Änderungen im System die Wasserstände (u.a. Tidehub, Thw, Tnw), die Strömungen (u.a. Flut- und Ebbstromgeschwindigkeiten) und die Salzgehalte in der Unterems und Außenems entwickeln? Ist es möglich, die Schwebstoffkonzentrationen auf weniger als 100 mg/l im Süßwasserbereich (oberhalb von Leer) zu vermindern? Welche Schwebstoffkonzentrationen werden unterhalb von Leer auftreten? Welche hydrodynamische Wirkung haben die Szenarien (Wasserstände und Strömungen)? DHI-WASY 13/156

42 In welchem Umfang kann ein Tidal-Pumping 3 reduziert werden? Wie wirken die Einzelmaßnahmen, welche Vor- und Nachteile haben sie bezüglich Hydrodynamik und Schwebstoffhaushalt? Szenario A Für Szenario A (Renaturierung der Ems von Leer bis Papenburg) wird neben einer ausführlichen hydrodynamischen Systemanalyse auch eine umfangreiche sedimentologische Untersuchung mit Hilfe des kalibrierten 3D-Modells durchgeführt. Zunächst ist eine Bathymetrie zu definieren, die einer von Leer bis Papenburg renaturierten und auf natürliche Tiefe (NN -3,0 m) aufgelandeten Ems entspricht. In Fließrichtung wird dabei eine Böschungsneigung von mindestens 1:20 berücksichtigt. Die hydrodynamischen Ergebnisse für dieses Modell stellen die Grundlage für die Beantwortung weiterer Fragen dar Szenario B Anstatt des ursprünglich geplanten Szenarios B (Renaturierung der Ems von Leer bis Dörpen) wurde aufgrund der Erkenntnisse aus Szenario A der Rückbau des Wehres in Herbrum mit einer kombinierten Tidespeicherung im Unterwasser untersucht. Für die Tidespeicherung wurde zwei Retentionsräume, einer im Sautelertief (zwischen Terborg und Leer) und einer bei Weekeborg (zwischen Leer und Weener) genutzt. Zur Umsetzung des Szenarios B wird zunächst das Modell an die geänderte Situation angepasst und die bisherige Stauhaltung bei Herbrum entfernt und an das Tidegewässer angeschlossen. Unter gleichen Randbedingungen wie zuvor im Ausgangszustand und in Szenario A werden für einen Nipp-Springtidezeitraum und unter konstanten Oberwasserverhältnissen (MQ) die selektierten hydrodynamischen Parameter, der Salzgehalt und der Sedimenttransport berechnet Szenario C Die Szenarien C gehen vom heutigen Zustand der Unterems aus und sollen die unterschiedliche Wirkungsweise von Retentionsräumen und reaktivierten Altarmen analysieren. Mit diesem alternativen Ansatz wird geprüft, ob und wie die Tidedynamik in der Unterems beeinflusst werden kann, um die Schlickproblematik zu lösen. Es soll untersucht werden, durch welche Maßnahmen Schwebstoffgehalte in der Unterems unterhalb von Leer von weniger als 200 mg/l und oberhalb von Leer von weniger als 100 mg/l erreicht werden können. Die Einhaltung dieser Grenzwerte ist als Voraussetzung für die Sanierung der Gewässergüte anzusehen. Im bestehenden 3D-Modell werden realistische Speicherräume an unterschiedlichen Positionen entlang der Ems eingerichtet. Dieses könnte z.b. im Abschnitt zwischen Gandersum und Terborg sowie im Bereich um Leer und zwischen Papenburg und Weener erfolgen. Dabei wird die Anbindung von existierenden Altarmen und naturnahen Flutraumerweiterungen angestrebt. Die weitere Auswahl der drei Varianten verschiedener Retentionsräume erfolgt in Abstimmung mit den am Forschungsvorhaben beteiligten Partnern, um Interessen interdisziplinär berücksichtigen zu können. Die hydrodynamischen Modellrechnungen werden dann unter analogen Randbedingungen zu Szenario A und B durchgeführt, so dass ein Vergleich der Wirkungen auf die Tidedynamik 3 tidal pumping: Ist der Nettosedimenttransport unabhängig von seiner Transportform flussaufwärtsgerichtet, spricht man von tidal pumping (Fischer et al., 1979, S. 237). DHI-WASY 14/156

43 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht möglich ist. Zudem werden für Szenario C die zu erwartenden Schwebstoffgehalte in der Ems berechnet. Bei der Analyse dieser Ergebnisse ist ein direkter Vergleich mit dem jetzigen Zustand oder den Auswirkungen von Szenario A möglich. Weiterhin werden die Effektivität der einzelnen Retentionsräume analysiert und Empfehlungen für eine optimale Position dieser Speicherräume ausgesprochen. 3. Verwendete Unterlagen und Daten Für die wasserbaulichen Modelluntersuchungen werden im Rahmen des Forschungsprojekts u.a. hydrologische, bathymetrische und sedimentologische Daten herangezogen. Die erforderliche Datengrundlage stand den Projektpartnern nur zu einem kleinen Teil bereits zur Verfügung; die meisten Daten mussten bei den zuständigen Behörden angefragt werden. Anlehnend an die spätere Kalibrierungszeiträume und Referenzdaten für die Szenarien (MQ und Nipp-Springzeitreihe) wurden, soweit möglich, bathymetrische, hydrologische und sedimentologische Daten aus dem Jahr 2008 verwendet, um einen in sich konsistenten Ausgangszustand zu schaffen. Anpassungen und Baumaßnahmen seit 2008 wurden nicht mit in das Modell eingebunden. Randwerte für die hydrodynamische Kalibrierung und die Kalibrierung des Sedimenttransportmodells wurden vom WSA Emden bzw. NLWKN Aurich für das Kalenderjahr 2008 zur Verfügung gestellt. Zur Modellsteuerung am oberen Rand lagen Abflussmessungen am Oberwasserpegel Versen-Wehrdurchstich für 2008 bereits vor. 4. Modell 4.1 Verwendete Module Für die vorliegenden Untersuchungen wurde die Software MIKE 3 von DHI verwendet. Das Programmsystem MIKE 3 wurde speziell für die Modellierung von dreidimensionalen, dichteabhängigen, instationären Strömungszuständen (NEWTONsche Fluide) und Sedimenttransportprozessen in Ästuaren und im offenen Ozean modular entwickelt. Diese Ausrichtung spiegelt sich sowohl in der allgemeinen Konzeption als auch in der Kopplung der verschiedenen Module wieder. Eine Referenzierung erfolgt mittels einheitlichen Koordinatenbezugs für verschiedene Projektionen, gleicher Diskretisierung des Modellgebietes, einheitlicher Behandlung von Randbedingungen und Ansatz eines einheitlichen Verfahrens zur Lösung der approximierten Differentialgleichungssysteme mit Hilfe der Finite-Volumen-Methode Hydrodynamik (HD) Die hydrodynamische Modellsoftware MIKE 3 FM für freie Oberflächengewässer basiert auf einem dreidimensionalen Ansatz mit einem vertikal inhomogenen Fluid unter Beachtung des Geschwindigkeits- und Dichtegradienten in diskretisierter Form in der Vertikalen, was auch die Betrachtung dichtegeschichteter Fluide erlaubt. Zur Berechnung der hydrodynamischen Prozesse werden in den Gleichungen folgende Einflüsse berücksichtigt: Gezeitenströmungen Einfluss von Auftrieb und Schichtung auf Grund unterschiedlicher Dichten Turbulente Diffusion, Advektion und Dispersion Corioliskraft Barometrische Druckgradienten Windschubkraft Variable Bathymetrien und Sohlrauigkeiten Überflutung und Trockenfallen von gezeitenbeeinflussten Bereichen Effekte von Zuflüssen und Rückgabebauwerken Quellen und Senken (Massen- und Impulserhaltung) DHI-WASY 15/156

44 Wärmeaustausch mit der Atmosphäre inklusive Verdunstung und Niederschlag Impuls- und Massenerhaltung auch für die Inhaltsstoffe wie z.b. Salz und Temperatur werden in dem zugrunde liegenden Ansatz erfasst. Dieser basiert auf den inkompressiblen Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen unter Berücksichtigung der Annahmen von Boussinesq und unter Annahme einer hydrostatischen Druckverteilung und der 3d- Kontinuitätgleichung. Teil des hydrodynamischen Moduls ist die Erfassung des passiven Transportes des Salzgehalt im Fluid auf Basis der dreidimensionalen Advektions-Diffusions- Gleichung. Der Salzgehalt wird über Zustandsgleichungen an die lokalen Dichteverhältnisse gekoppelt (UNESCO, 1981). Für die Abbildung des Fließwiderstandes an der Sohle wurde der Nikuradse Rauheit k n, besser bekannt als äquivalente Sandrauheit k s, gewählt. Die Wirbelviskositäten ν t wurde als zeitveränderliche Funktion der lokalen Gradienten der Strömungsgeschwindigkeiten (Ansatz nach Smagorinsky) in der Horizontalen und mittels eines gemischten k-ε Modells (1D-k-ε- Modell) in der Vertikalen berücksichtigt. Die räumliche Diskretisierung wird mit Hilfe der elementzentrierten Finite-Volumen Methode vorgenommen. Die Topographie und Bathymetrie wird in der Ebene in ein unstrukturiertes FE-Mesh aus dreieckigen und viereckigen Elementen diskretisiert. Die vertikale Auflösung erfolgt strukturiert nach der sigma-methode mit 10 Schichten. Mittels der Sigma-Methode wird die vertikale Diskretisierung auf Basis der vertikalen Ausprägung der Wasserspiegeloberfläche und der Sohltopographie realisiert Sediment- und Schwebstofftransport (MT) Das Mud-Transport (MT) Modul in MIKE 3 dient zur numerischen Abbildung von kohäsiven und in Kombination mit nicht-kohäsiven Sedimenten auftretenden Sedimenttransportprozessen und deren initiierte morphologischen Veränderungen an der Gewässersohle. Neben dem advektiven, diffusiven Transport suspendierter Sedimente in der Wassersäule, bildet das MT-Modul den vertikalen Austausch zwischen kohäsivem Sediment in der Wassersäule und dem Sedimentkörper an der Gewässersohle als auch die zeitliche Veränderung der Sedimente an der Gewässersohle mittels layerbasiertem Sohlevolutionsprozess ab. Das MT-Modul ist dabei ein additives Modul und erfordert eine Kopplung zur Hydrodynamik (und dessen Solver) MIKE 21/ 3 HD und zum Transportprozess passiver Komponenten in MIKE 21/3 AD FM (und dessen Solver). Kohäsive Sedimente kennzeichnen sich durch feine, zum Teil tonige Sedimente aus organischem Material und anorganischen Mineralen (Hayter, 1983), die infolge Bindekräfte (u.a. elektrostatische Anziehung) miteinander interagieren. Im suspendierten Zustand aggregieren die feinen Partikel zu Flockenverbänden. Infolge dieser besonderen Eigenschaften treten vom nicht-kohäsiven Sediment abweichende physikalische Prozesse, wie Flockung und Zerbrechen von Flocken, behindertes Sinken, Re-Suspension, Alterung und Konsolidierung, auf. Folgende physikalische Prozesse können mit im MT berücksichtigt werden: Überlagerung strömungs- und windinduzierter Schubspannungen Sedimenttransport für mehrere Fraktionen, kohäsives und nicht kohäsives Sediment Flockenbildung infolge Schwebstoffkonzentration und/ oder Salinität Effekte infolge vertikaler Dichteschichtung Behindertes Absinken Morphologische Veränderung der Gewässersohle Multilayer Diskretisierung der Sedimente an der Gewässersohle Konsolidierungsprozesse Zur Lösung der 3d-Sedimenttransportgleichung werden zunächst die advektiven-diffusiven Terme gelöst und somit der Schwebstofftransport als passive Komponente betrachtet. Der kohäsive Sedimenttransport ist hierbei an das dreidimensionale hydrodynamische Modul MIKE 3 HD gekoppelt und löst die Transportgleichung auf Basis der Finiten-Volumen Methode. Die Rückwirkung auf die Hydrodynamik geht dabei über die Fluiddichte und die Verformung der kinematischen Viskosität mit ein. DHI-WASY 16/156

45 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Die Quellen- und Senkenterme werden in einer Splittingmethode separat gelöst. Die Berechnung der Erosionsrate erfolgt auf Basis des Ansatzes von Partheniades (1965) und der Depositionsrate nach Krone (1962). Beide Terme werden zusammen mit den vertikalen Austauschprozessen an der Sohle und deren Update im MT-Modul gelöst. Die Beschreibung der vertikalen Austauschprozesse kann über folgende Ansätze erfolgen Schwebstofftransport und Flokkulation (EcoLab) Zur Simulation des Sediment- und Schwebstofftransportes in der Ems wurde von Nguyen (2010 und 2009) eine Formulierung entwickelt und in das Modul EcoLab implementiert. Eine Kopplung zu der hydrodynamisch-numerischen Berechnung, MIKE21/3 HD und MIKE21/3 AD FM, ist für dieses Modul notwendig. Die Funktionsweise sowie wichtige Parallelen und Unterschiede zu dem MT-Modul werden in den folgenden Absätzen kurz erläutert. Der 3d-Sedimenttransport in der Wassersäule erfolgt in EcoLab analog zu der in Kapitel beschriebenen, allgemeinen, für das MT-Modul verwendeten Form. Ebenfalls analog erfolgt die Berechnung der Erosionsrate basierend auf dem Ansatz von Partheniades (1965) und der Depositionsrate nach Krone (1962). Das wesentlichste Unterscheidungsmerkmal zwischen dem MT-Modul und EcoLab stellt die Berechnung der Sinkgeschwindigkeit dar. Im Gegensatz zu dem im MT-Modul verwendeten Ansatz erfolgt in EcoLab die Berechnung der Flockengröße, der Flockendichte sowie des Widerstandsbeiwertes und beinhaltet Effekte induziert durch Salinität und Turbulenz. Die Berechnung der Sinkgeschwindigkeit erfolgt abschließend ähnlich zu Chien & Wan (1999) unter Einbeziehung aller zuvor genannter Variablen. Die Einbeziehung der Turbulenz zur Berechnung der Flockengröße und des Widerstandsbeiwertes ist dabei als wichtiges Alleinstellungsmerkmal dieses Ansatzes zu sehen. 4.2 Modellaufbau Das aufgebaute FV-Modell umfasst die Ems von Bollingerfähr bis Borkum und berücksichtigt das Leda-Jümme-Gebiet. Die Bathymetrie, welche die Grundlage des FV-Modells bildet, wurde aus verschiedenen Datensätzen, die zum Großteil im Jahr 2008 aufgenommen wurden, bereichsweise zusammengesetzt. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um per Laserscan erhobene Daten für die Vorländer und per Fächerecholot aufgenommene Daten für die benetzten Bereiche. Das Berechnungsgitter des Modells besteht aus einem unstrukturierten Netz aus Prismen und Quadern (Finite Volumen, FV). Die Diskretisierung richtet sich nach der vorliegenden Topographie und der zu erwartenden Komplexität der Strömungsprozesse. Im Verlauf der Hauptströmung (Hauptrinne) wurde das Modell in viereckige Elemente gegliedert, wodurch gute Ergebnisse bei geringer Rechenzeit erzielt werden. Im Bereich der Vorländer, Rezirkulationsbereiche und Nebenläufe wurde eine triangulare Struktur gewählt. In Außenbereichen wurde eine geringere Auflösung gewählt als in den hydrodynamisch aktiven Bereichen, wo mit hohen Auflösungen gearbeitet wurde, um Kenterungs- und Transportprozesse detailliert aufzulösen. Die Elementgröße der Vierecke für die Unterems wurde auf eine maximale Größe von 120 x 40 m begrenzt. Entsprechend hoch aufgelöst sind die in diesem Bereich angrenzenden Dreieckselemente. Im Emder Fahrwasser wurde eine maximale Auflösung von 200 x 100 m gewählt, in der Außenems von 900 x 300 m. Dreieckselemente im Dollart haben eine maximale Fläche von m², in der Außenems ist die maximale Dreiecksfläche auf m² begrenzt. Für den Leda-Jümme-Bereich ab dem Leda-Sperrwerk lagen keine flächendeckenden Vermessungsdaten, aber abschnittsweise Querprofile vor. Dieser Bereich dient im Modell hauptsächlich zur Berücksichtigung des Tidespeichervolumens, um im eigentlichen Untersuchungsgebiet in der Ems die Hydrodynamik korrekt abzubilden. DHI-WASY 17/156

46 In Abb. 4-1 ist exemplarisch an einem Schnittt nahe Gandersum diee im Modell verwendete vertikale Schichtung der 10 sogenannten Sigma-Schichten zu sehen. Dies sind Schichten, die sich variabel dem Wasserstand und der Bathymetrie anpassen a und untereinander immer einenn gleichen Abstand haben. Abb. 4-1: Vertikaler Schichtenau ufbau des Emsmodells in 10 Layern im Querschnitt ca. bei Gandersum Der abgebildetee Modellausschnitt von Borkum bis Bollingerfähr wird für die Kalibrierung der Hydrodynamik und des Sedimenttransportes sowie für diee Szenarienn A und C verwendet. 4.3 Für die Modellierung werden zur Steuerung des Modells die hydrologischen Daten des Jahres 2008 herangezogen. Als seeseitige hydrologische Randbedingung für das Emsmodell wurde der Pegel Borkum-Fischerbalje verwendet. Aus der Tideganglinie dess Jahres 2008 wurde ein homogener Tidenbereich zwischen April, Mai und Anfang Juni, für die das spätere ca. 3- bis 4-wöchigen Tideganglinie als Simulationszeitfenster der Szenarien herangezogen. Für die oberstromige Randbedingung bei Bollingerfähr wurde der Abfluss des nächstgelegenen Pegels Versen-Wehrdurchstich oberhalb des Untersuchungsgebiets herangezogen. Um der Fließzeit bis zum tatsächlichen Modellrand bei Bollingerfähr und den zusätzlichen Zuflüssen zwischen Versen und Bollingerfäh r Rechnungg zu tragen, wurden die Abflussdaten um 24 Stunden verschoben und um 10 % erhöht. Diesee Anpassung korrespondiert mit bisherigen Ansätzen für numerische Untersuchungen in diesem Gebiet (BAW 2008). Die Erhöhung des Abflusses um 10 % entspricht den Angaben zum hydrologischen Längsschnitt der Ems (DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH, WESER- UND EMSGEBIET 2006). Mit der Anpassungg des Abflusses für den d oberstromigen Modellrand gilt daher NQ = 5,72 m³/s, MQ = 88,11 m³/s und HQ = 1320 m³/s. 4.4 Hydrologische Rand- und Anfangsbedingungenn Sedimentologische Rand- und Anfangsb bedingungen Der Fokus für die analysierten Transportprozesse liegt auf demm Schwebstofftransport. Folglich wurde ausschließlich der Transport feiner kohäsiver Sedimente in einer Fraktion DHI-WASY 18/ /156

47 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht abgebildet. Für den Schwebstofftransport sind Anfangsbedingungen für die Schwebstoffverteilung im Modell, die Randbedingungen an den offenen Modellrändern und an der Gewässersohle zu definieren. Aus den Schwebstoffmessungen, die für 2008 vom NLWKN Aurich zur Verfügung gestellt wurden, zeigen sich sowohl Variationen auf saisonaler als auch auf tidaler Zeitskala. So wächst in den abflussschwachen und sturmflutarmen Frühjahrs- und Sommermonaten (April bis August) die Schwebstoffkonzentration in der mittleren Unterems (Weener und Papenburg) auf mehrere g/l an. Hohe Schwebstoffkonzentrationen von ca. 10 bis 25 g/l treten insbesondere in der Flutphase auf. In der Ebbphase reduzieren sich die Schwebstoffkonzentrationen auf ca. 5 bis 10 g/l. Abb. 4-2: Zeitliche Entwicklung der Schwebstoffkonzentration in der Unterems zur Flutphase (Quelle: NLWKN Aurich) Der Schwebstoffeintrag über das Oberwasser infolge binnenseitiger Hochwasserereignisse fällt marginal im Bereich von einigen mg/l aus und zeigt nahezu keine Verformung der Schwebstoffkonzentrationen in Papenburg (Abb. 4-2) Anfangs- und Randbedingungen für den Schwebstofftransport Da für die Schwebstoffzufuhr am seeseitigen und binnenseitigen Modellrand keine gemessenen Schwebstoffkonzentrationen (SSC) vorliegen wurden vereinfachte Annahmen getroffen: Konstante Schwebstoffrandbedingung am seeseitigen Rand bei Borkum: SSC = 20 mg/l Konstante Schwebstoffrandbedingung am Zuflussrand Bollingerfähr: SSC = 50 mg/l Die Schwebstoffkonzentration im Oberwasser wurde vereinfachend aus der Minimalkonzentration bei Papenburg, der obersten Schwebstoffmessstation, abgeleitet. Der Modellrand im Leda-Jümme-Gebiet wird als geschlossener Rand angesetzt. Die räumliche Anfangsverteilung der Schwebstoffkonzentration wird analog zur seeseitigen Randbedingung zu 20 mg/l konstant im Modellgebiet angesetzt. Diese vereinfachte Annahme für die Anfangsverteilung erwies sich im Hinblick auf die instationäre und räumliche Verteilung der Schwebstoffe im Modell bei der Kalibrierung als sinnvoll. DHI-WASY 19/156

48 4.4.2 Sedimentologische Randbedingungen an der Sohle Für die vertikalen Austauschprozesse zwischen der Gewässersohle und der Wassersäule sind die Erosions- und Depositionseigenschaften der Sedimente maßgebend. Durch die Anwesenheit von kohäsiven Sedimenten sind in der Wassersäule die Prozesse der Flockung und des Zerbrechens von Flocken zu beschreiben und im sohlnahen Bereich die Prozesse des behinderten Absinkens und der Re-Suspension mit zu quantifizieren. Diese Prozesse erfordern eine Festlegung folgender empirischer Modellparameter: Sinkgeschwindigkeit bzw. Flockung (Erfahrungswerte) Kritische Depositionsschubspannung (Erfahrungswerte) Trockene Bulkdichte (vereinfachte Abschätzung aus Korngrößenverteilung) Kritische Erosionsschubspannung (Erfahrungswerte, vereinfachte Abschätzung auf Basis der Bulkdichte) Erodibilität (vereinfachte Abschätzung auf Basis der Bulkdichte) Als Grundlage zur Eingrenzung und Abschätzung der sedimentologischen Modellparameter für den Sedimenttransport wurden die Korngrößenverteilung an der Gewässersohle und deren räumliche Verteilung zugrunde gelegt. Verschiedene Angaben zur Bodencharakteristik wurden für eine vereinfachte Zonierung herangezogen. In der räumlichen Sedimentkartierung der BAW dominieren im Bereich der Außenems Sande bzw. Feinsande. Zum Emder Fahrwasser hinnehmen die schluffigen und tonigen Anteile auf bis zu 50 % zu. In den Flachwasserbereichen des Dollarts und oberhalb von Papenburg liegen nahezu ausschließlich Schluffe mit tonigen Anteilen vor. Für die Abschätzung der trockenen Bulkdichte wurde ein empirischer Ansatz von Allersma (1988) unter Berücksichtigung des Konsolidierungsgrads herangezogen. Der Sandanteil ergibt sich dabei aus den Korngrößenverteilungen an der Gewässersohle. Für die sohlnahe weiche Schicht wird von keiner Konsolidierung (α=0) ausgegangen. Aus der feuchten Bulkdichte wurden Intervallbereiche für die kritische Erosionsschubspannung und die Erodibilität abgeleitet. Zur Eingrenzung der kritischen Erosionsschubspannung für weiche Sedimente wurde ein Ansatz nach Zanke (1982) herangezogen. Analog kann die Erodibilität grob mit einem von Schweim (2005) für feine Sedimente entwickelten Zusammenhang zur trockenen Bulkdichte abgeschätzt werden. Die kritische Depositionsschubspannung kann auf Basis von Literaturwerten zwischen 0,04 bis 0,15 N/m² Partheniades (1965) und 0,3 bis 0,5 N/m² Li et al. (1994) annehmen. Innerhalb der so grob abgeschätzten Streubreiten für die Seimentzonen entlang der Ems wurden die Parameter für die Kalibrierung des Schwebstofftransportes (Kap. 5.2) variiert. 4.5 Sonstige Rand- und Anfangsbedingungen Temperaturauswirkungen sind für die vorliegende Untersuchung ohne Bedeutung, da sie keine signifikanten Änderungen der Wasserdichte mit sich bringen. Ein Austausch mit der Atmosphäre wird daher nicht im Modell berücksichtigt. Da auch keine anderen temperaturändernden Faktoren im Untersuchungsgebiet bekannt sind, kann somit auf die Berücksichtigung der Temperatur im Modell vollständig verzichtet werden. Hinsichtlich des Windes wurde im Vorfeld der eigentlichen Berechnungen eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Dabei ergab sich, dass Wind auf das Modell und die hier durchgeführten Untersuchungen nur vernachlässigbare Auswirkungen hat. Daher wurde auf die Berücksichtigung von Windeinwirkungen ebenfalls verzichtet. Der Salzgehalt in der Ems variiert im untersuchten Gebiet stark. Das von Oberstrom kommende Süßwasser vermischt sich mit dem durch die Tidedynamik eingetragenen Seewasser. Der Salzgehalt hat einen starken Einfluss auf die Dichte des Wassers und somit auf die hydrodynamischen Prozesse im Modell. DHI-WASY 20/156

49 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Für den Bereich ab Knock seewärts sind keine Salzmessstellen vorhanden. Unter der Annahme, dass die Variation des Salzgehalts in der Nordsee im Bereich der Grenze des Emsmodells als nicht existent betrachtet werden kann, wurde zunächst für diesen Rand (bei Borkum) ein konstanter Wert von 30 und 32 PSU für alle Untersuchungszeiträume angesetzt. Am oberstromigen Rand wurden auf Grund der erwähnten Variation gemessene Salzdaten verwendet. Dazu wurde die Salzmessstelle Herbrum herangezogen, die dem oberstromigen Modellrand am nächsten liegt. Die Ganglinie zeigt eine geringe Oszillation des Salzgehaltes bei Herbrum zwischen ca. 0,2 und 0,8 PSU. Der Salzgehalt an der unterstromigen Modellgrenze bei Borkum liegt somit um ein Vielfaches höher, wodurch sich ein ausgeprägter Gradient im Modelllängsschnitt einstellt. Um das Einschwingen des Modells zu beschleunigen, wurde eine Anfangsverteilung, die eine räumliche abgestufte Verteilung des Salzgehaltes berücksichtigt, vorgegeben. Im Modellgebiet sind weiterhin zwei Soleeinleitungen durch die EWE und die E.ON bekannt und wurden mit konstanten Werten mit berücksichtigt. 4.6 Sohlrauigkeit Für die Hydro- und Morphodynamik wurde die Sohlrauigkeit auf Grundlage der Nikuradse Rauheit abgebildet. Für die Berücksichtigung der Sohlrauigkeiten im Emsmodell wurde eine tiefenabhängige Rauigkeitskarte für das gesamte Modellgebiet erstellt. Unterschieden wurde zwischen Vorländern, dem Gezeitenbereich und dem eigentlichen Flussschlauch. Im Untersuchungsraum variiert das Sohlmaterial zwischen Sand und Schluff. Dabei weist insbesondere die Außenems sandige Bereiche und Sohlformen auf. Im Bereich der Wattflächen und im Dollart wurde von feinsandigerem Sohlmaterial ausgegangen. Ab Emden bzw. dem Emdener Fahrwasser und im Bereich der Unterems liegt zunehmend schluffiges Material an der Sohle vor. Diese schlickige bis schluffige Sohle wird mit geringen Rauigkeitswerten im Millimeterbereich (5 bis 0,5 mm) abgebildet. Alle Vorlandbereiche werden aufgrund ihrer untergeordneten Relevanz für die vorliegende Untersuchung nicht weiter differenziert und mit einer einheitlichen Rauigkeitshöhe von 2 cm belegt. 5. Modellgenauigkeit Durch die in den verwendeten Gleichungssystemen getroffenen Annahmen und empirischen Parametern, die gewählte Modellauflösung, die Randwerte und die Ungenauigkeiten der Messstationen ist eine 100 %-ige Übereinstimmung zwischen Modellrechnung und Natur nicht möglich. Für den Abgleich zwischen Modell und Natur wurden vorliegende Messreihen (Wasserstände, Strömungen und Salzgehalte) verwendet. Bei der Auswahl der Kalibrierungszeiträume wurden Phasen mit einer Schiffsüberführung der Meyer-Werft ausgenommen. Ein Zeitfenster wurde im Februar mit einem relativ stationärem Zuflussgeschehen etwas über dem mittleren Abfluss ausgewählt. Ein weiterer Zeitraum wurde Ende Juni/ Anfang Juli mit niedrigerem Abfluss, der unter dem MQ liegt, selektiert. Die gewählten Kalibrierungszeiträume sind (vgl. Abb. 5-1): Februar: :10 bis :00 Mai: :10 bis :00 Juni/Juli: :00 bis :00 DHI-WASY 21/156

50 Abb. 5-1: Verwendete Kalibrierungszeiträume dargestellt anhand der Abflusskurve zur Steuerung des oberstromigen Modellrandes 5.1 Hydrodynamik Für die zur Überprüfung der hydrodynamischen Modellergebnisse verwendeten Messstationen (Abb. 1-3: Betrachteter Gewässerausschnittes der Ems inkl. Lage des Untersuchungsgebietes der Unterems zwischen Dörpen und LeerortAbb. 1-3) lagen Zeitreihen aus den untersuchten Zeiträumen für Wasserspiegellagen, Strömungen (Richtung und Geschwindigkeit) und Salzgehalte vor. Im Folgenden werden die Ergebnisse der Kalibrierung im Abgleich zwischen gemessenen und simulierten Wasserspiegellagen, Strömungsgeschwindigkeiten/ richtungen und Salzgehalten dargestellt, kurz erläutert Hydrodynamische Modellparameter Für die Abbildung aller hydrodynamischen und passiven Transportprozesse (Salinität) wurden folgende Parameter und physikalische Ansätze zugrunde gelegt. Für die Hydrodynamik wurde der Drying-Wetting-Bereich zu 0,1 m gewählt. Die Re- und Deaktivierungstiefe für den Prozess des Trockenfallens wurde zu 1 cm und für die Wiederbenetzungstiefe zu 5 cm gewählt. Die Rauheit wurde mittels des Fließwiderstandes nach Nikurasde parametrisiert. Für die Wirbelviskosität in der Horizontalen wurde der Smagorinsky-Ansatz mit einer Smagorinsky-Konstante von 0,28 gewählt. Die vertikale Wirbelviskosität wird mittels k-ɛ-modell abgebildet. Für die dispersiven Prozesse der Salinität wurden die horizontalen und vertikalen hydrodynamischen Diffusionskoeffizienten mit einer Wirbelviskosität von 0,01 m 2 /s skaliert. Die Wasserdichte wird in Abhängigkeit zur Salinität formuliert. DHI-WASY 22/156

51 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Kalibrierungsergebnis Von den vorgestellten hydrodynamischen Ergebnissen zur Modellgenauigkeit aus den drei verschiedenen Zeiträumen zeigen die Daten für Mai und Juni/Juli die geringsten Abweichungen. So überlagern sich insbesondere zwei Effekte: Einflüsse im Oberwasser infolge des Wehres bei Herbrum einschließlich unterschiedlicher Steuerungen am Wehr und saisonale Schwankungen der Salinität am seeseitigen Modellrand. So lagen im Juni/Juli 2008, dem Zeitraum mit den besten hydrodynamischen Ergebnissen, durchgängig niedrige Abflüsse vor. Die in den anderen Zeiträumen festgestellten Ungenauigkeiten können auf das Wehr bei Herbrum und das dortige Zusammentreffen des eingesteuerten Abflusses und der von Unterstrom einwirkenden Tide zurückgeführt werden. Über die Wehr- und Schleusensteuerung in Herbrum liegen dem DHI-WASY keine Daten vor, so dass eine entsprechende Berücksichtigung im Modell bisher nicht möglich war. Weiterhin wird die Schleuse in Herbrum unregelmäßig zu Spülzwecken geöffnet, hierzu liegen ebenfalls keine Daten vor, wurden jedoch beim WSA Meppen angefragt. Da diese Effekte folglich nicht im Modell berücksichtigt werden können, sind daher Ungenauigkeiten der berechneten gegenüber den simulierten Werten nicht zu vermeiden. Mit Hinblick auf die Szenarien können solche Ungenauigkeiten (auch für höhere Oberwasserabflüsse) jedoch weitestgehend ausgeschlossen werden, da in diesem Zusammenhang die Untersuchungen mit konstanten Oberwasserzuflüssen durchgeführt werden sollen. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass die Abweichungen in den Strömungsgeschwindigkeiten bei Knock und Emden ebenfalls vom Abfluss abhängen. Je höher der Abfluss ist, desto stärker scheint das Modell die Geschwindigkeiten in Knock zu unterschätzen und in Emden zu überschätzen. Bereits bei früheren Untersuchungen hat sich die Messstation Knock als problematisch erwiesen. Die Ergebnisse dieser und der früheren Untersuchungen suggerieren, dass die Messstation nicht ideal bzw. nicht frei angeströmt wird, somit die Position der Messung in der Ems nicht optimal ist. Die Abweichung bei Emden ist dagegen vermutlich eher auf bathymetrische Veränderungen zurückzuführen, die in den Peilungen nicht korrekt erfasst sind. Da keine entsprechenden Hinweise vorliegen, ist eine manuelle Anpassung der Bathymetrie in diesem Gebiet nicht zielgerichtet möglich. Am Pegel Emden treten die maximalen Abweichungen mit ca. 20 cm im Bereich des Tideniedrigwassers auf. Die Abweichungen im verbleibenden Tidefenster sind vergleichsweise gering und liegen unter 10 cm. Am Pegel Terborg zeigt sich unter Flutströmung eine Unterschätzung von gut 10 cm und bei Ebbstrom eine leichte Überschätzung des Tidewasserstandes um bis zu 25 cm. Die Asymmetrie der Tidekurve (steiler Tidestieg und mäßiger Tidefall) wird gut im numerischen Modell wieder gegeben, und weicht nur leicht in der Phase ab. An den Pegeln Leerort, Weener und Papenburg treten die maximalen Abweichungen mit ca. 30 bis 50 cm im Bereich des Tideniedrigwassers auf. So zeigt das numerische Modell eine Überschätzung des Tideniedrigwasserstandes. Der Tidehochwasserscheitel ist in der Amplitude gut getroffen, weicht jedoch in der Phase leicht ab. Die grundlegende Asymmetrie der Tidekurve (steiler Tidestieg und mäßiger Tidefall) wird vom numerischen Modell leicht phasenverschoben gut wieder gegeben. Eine Gegenüberstellung der Tidegradienten für alle Pegel lieferte Abweichungen zwischen 0,001 m/min (Knock, Mai 2008) bis 0,004 m/min (Herbrum, Mai 2008). Diese geringen Abweichungen in der Steigung sind kennzeichnend für eine gute bis sehr gute Übereinstimmung in der Tideform. Als Fazit zur hydrodynamischen Kalibrierung können folgende Schlussfolgerungen festgehalten werden: Die Tideasymmetrie wird vom numerischen Modell gut abgebildet (vgl. geringe Abweichungen in den Gradienten DWSP). Die Tidekurve inkl. Tidehoch- und Tideniedrigwasserscheitel weist eine leichte Phasenverschiebung auf. DHI-WASY 23/156

52 Die Amplitude der Tidehochwasser ist gut bis sehr gut getroffen (Abweichungen kleiner 10 cm). Die Amplitude der Tideniedrigwasser fällt zu gering aus und wird um wenige um wenige Dezimeter unterschätzt. Die folgende Abb. 5-2 fasst die Kalibrierungsergebnisse aller Zeiträume zusammen. Insgesamt haben sich die Kalibrierungsergebnisse der hydrodynamischen Parameter als zufriedenstellend bis gut erwiesen, so dass die Modellgenauigkeit als nachgewiesen betrachtet wird und für die Vergleiche der Szenarien eine geeinigte Grundlage stellen. Differenzen zwischen simulierten und gemessenen Werten (Feb. 2008) Knock Emden Terborg Leerort Weener Papenb. Herbrum (H) Rhede (v) Wasserstand [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] Mittel Mittel (Betrag) DWSP (Mittel) [m/min] Strömung [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] Mittel Mittel (Betrag) Differenzen zwischen simulierten und gemessenen Werten (Mai) Knock Emden Terborg Leerort Weener Papenb. Herbrum (H) Rhede (v) Wasserstand [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] Mittel Mittel (Betrag) DWSP (Mittel) [m/min] Strömung [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] Mittel Mittel (Betrag) Differenzen zwischen simulierten und gemessenen Werten (Juni/Juli) Knock Emden Terborg Leerort Weener Papenb. Herbrum (H) Rhede (v) Wasserstand [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] Mittel Mittel (Betrag) DWSP (Mittel) [m/min] Strömung [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] Mittel Mittel (Betrag) Abb. 5-2: Vergleich der mittleren relativen und absoluten Abweichungen 4 für Wasserstand und Strömungsgeschwindigkeit für alle drei Zeiträume Auf Basis der Messdaten zur Salinität am Pegel Knock und der vergleichsweise homogenen hydrodynamischen Randbedingungen im Zeitraum März bis Juli wurde abweichend von den bisherigen Ansätzen (32 PSU) auch ein geringer Salzgehalt mit 30 PSU angesetzt. 4 Auswertung der hydrodynamischen, absoluten Differenzen im zeitlichen Mittel: grün für Werte unter 0,10 m bzw. 0,10 m/s, gelb für Werte zwischen 0,10 und 0,20 m bzw. m/s und rot für Werte über 0,20 m bzw. m/s. In grau gekennzeichnete Werte weisen Abweichungen bzw. Unstimmigkeiten in den gemessenen Daten auf. DHI-WASY 24/156

53 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Um die Wirkung der saisonalen Schwankungen der Salinität am seeseitigen Modellrand konkreter zu quantifizieren, wurden zwei konstante Randwerte angesetzt und die Ergebnisse ausgewertet. Die Reduzierung der Salinität auf 30 PSU am seeseitigen Rand zeigt dabei folgende Effekte: Die vorgenommene Reduktion am seeseitigen Rand nimmt keinen Einfluss auf den Salzgehalt oberhalb von Weener (für MQ) bzw. Papenburg (für kleiner MQ). Die Reduktion zeigt eine deutliche Verbesserung der Simulationsergebnisse und reduziert die Abweichungen insbesondere im Untersuchungsgebiet zwischen Leerort und Papenburg auf gute Übereinstimmung. Im Unterwasser bei Terborg und Gandersum werden infolge Reduktion der Salzgehalte befriedigende Ergebnisse erzielt. Weitere Sensitivitätsanalysen zu den zwei Soleeinleitung ergaben keinen bzw. lediglich einen marginalen Einfluss der Einleitungen am Pegel Knock im Bereichen unter 0,1 PSU. Differenzen zwischen simulierten und gemessenen Werten (Mai 2008) Knock Pogum Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Herbrum Salinity (30 PSU) [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] Mittel Mittel (Betrag) Salinity (32 PSU) [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] Mittel Mittel (Betrag) Differenzen zwischen simulierten und gemessenen Werten (Juni/Juli 2008) Knock Pogum Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Herbrum Sali Salinity (30 PSU) [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] Mittel Mittel (Betrag) Knock Pogum Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Herbrum Sali Salinity (32 PSU) [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] [PSU] Mittel Mittel (Betrag) Abb. 5-3: Vergleich der mittleren relativen und absoluten Abweichungen für die Salinität für die zwei Sommerzeiträume 5.2 Schwebstofftransport Zum Vergleich der simulierten Schwebstoffkonzentrationen lagen gemessene Zeitreihen aus 2008 an sieben Messstationen vor. Tabelle 5-1: Messstationen und Sondenpositionen für die Schwebstoffkonzentrationen Messstation Höhenlage Messung Position Simulation Knock -3,5 m NN -3,5 m NN Pogum -2,7 m NN -2,7 m NN Gandersum 1 m unter WSP 2. 3.Layer unter WSP Terborg -3,5 m NN -3,5 m NN Leerort -3,0 m NN -3,0 m NN Weener -3,0 m NN -3,0 m NN Papenburg -2,4 m NN -2,4 m NN DHI-WASY 25/156

54 Der Kalibrierungszeitraum erstreckt sich vom bis zum und bindet einen mittleren Oberwasserzufluss zwischen 100 und 30 m³/s ein. Die Tiderandbedingung am Rand bei Borkum weist vergleichsweise homogene Tidebedingungen (ohne Sturmfluten o.ä.) zwischen +1,25 m NN und -1,9 m NN auf Modellparameter für den Schwebstofftransport Die wichtigsten Modellparameter wurden in Kapitel benannt. Die empirischen Parameter für die Erodibilität und die kritische Erosionsschubspannung wurden zonenbasiert differenziert Tabelle 5-2: Parameter für die Schwebstoffkonzentrationen Parameter für den Schwebstofftransport Fraktionen Werte bzw. Ansätze für räumliche Differenzierung 1, kohäsives Sediment Trockene Bulkdensity Kritische Erosionsschubspannung Kritische Depositionsschubspannung Erodibilität Turbulenzmodell (Dispersion, wie turbulente Diffusion in der Hydrodynamik, vgl ) Sohlevolution konstant 300 kg/m³ Außenems: 0,20 bis 0,28 N/m² Unterems: 0,11 bis 0,18 N/m² konstant 0,07 N/m² Außenems: 0,01 bis 0,015 g/m²/s Unterems: 0,02 bis 0,10 g/m²/s k-ε in der Vertikalen und Smagorinsky in der Horizontalen Keine Berücksichtigung Es wurde keine numerische Dämpfung der Erosions- oder Depositionsprozesse vorgenommen. Die maximal zulässige Sohlschubspannung für die Erosionsrate wurde auf 2,5 N/m² limitiert Interpretation der Kalibrierungsergebnisse und Fazit Die Gegenüberstellung beider numerischer Ergebnisse mit der gemessenen Schwebstoffkonzentration verdeutlicht auch die Unterschiede zwischen den beiden Ansätzen (MT und Ecolab). Zusätzlich wird in die Interpretation der Ergebnisse die zeitliche Entwicklung der Sohlschubspannung (aus der Simulation) mit eingebunden. Die Form der zeitlichen Entwicklung der Schubspannung gibt bereits Aufschluss über Erosions- und Depositionszeitfenster, da beide Raten im numerischen Modell auf Basis des Schubspannungsüberschusses (Erosion) bzw. einer Unterschreitung der Schubspannung (Deposition) ermittelt werden. Für hohe Schubspannung ist somit zeitlich verzögert mit einer Erhöhung der Schwebstoffkonzentration in der Wassersäule und in Phasen geringer Schubspannung mit einer allmählichen Abnahme der Schwebstoffkonzentration zu rechnen. Da dieser Zusammenhang für beide numerischen Ansätze (MT und EcoLab) gilt, unterscheiden sich beide Ergebnisse lediglich in der Amplitude und der Tiefenverteilung der Schwebstoffkonzentration. Die zeitlichen Verläufe bzw. die Phasen sind für beide Ansätze nahezu identisch. DHI-WASY 26/156

55 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Die Abweichungen in der Schwebstoffkonzentration zwischen beiden numerischen Ansätzen beruht insbesondere auf der differenzierteren Betrachtung des Absinkprozesses der Schwebstoffe im EcoLab-Modul (4.1.3). An den Stationen in Knock, Pogum, Gandersum und Terborg (Abb. 5-4, Abb. 5-5) zeigen sich leicht höhere Schwebstoffscheitelwerte als beim MT-Modul. Die Charakteristik im zeitlichen Verlauf ist nahezu identisch. An den fünf Stationen im Unterwasser von Knock bis Leerort (Abb. 5-4 und Abb. 5-5) ist zudem deutlich die leicht phasenverschobene Reaktion der (gemessenen und simulierten) Schwebstoffkonzentration zur einwirkenden Sohlschubspannung zu erkennen. Unter hohen Fließgeschwindigkeiten und Sohlschubspannungen kommt es zur (Re-)Mobilisierung der Sedimente und hohen Schwebstoffkonzentrationen. Nimmt die Fließgeschwindigkeit bzw. Sohlschubspannung ab, setzt sich in Abhängigkeit der Schwebstoffkonzentration und deren vertikaler Verteilung Sediment an der Sohle ab. Nicht in diese Charakteristik fallen die zwei Stationen Weener und Papenburg im Oberwasser (Abb. 5-5). Die Gegenüberstellung des Schubspannungsverlaufs mit dem Verlauf der gemessenen Schwebstoffkonzentration zeigt, dass im Bereich der Ebbstromkenterung und hin zur Entwicklung der Flutströmung (unter hohem Gradienten) extreme Schwebstoffpeaks von 30 bis 50 g/l auftreten. Somit treten hohe Schwebstoffkonzentrationen unter minimalen Fließgeschwindigkeiten und Sohlschubspannungen auf. Die extrem hohen Schwebstoffpeaks weisen einen Gradienten von +7,8 und -7,7 g/l/min bei Weener und +3,7 bis -3,6 g/l/min bei Papenburg auf. Dies entspricht in etwa einer Mobilisierungsrate ε( t) = h(t) dc(t)/dt von 1405 kg/m²/s bis 652 kg/m²/s für eine geschätzte mittlere Wassertiefe von 3 m. Diese extrem hohe Mobilisierungsrate und der Eintrittszeitpunkt bezogen auf die Strömungsgeschwindigkeit legt drei mögliche Ursachen nahe: 1) In der Wassersäule befindliche Schwebstoffe sammeln sich in sohlnahen Wasserschichten und bilden dort eine hoch konzentrierte Suspension. 2) Mit der vom Unterwasser einsetzenden Flutströmung werden hochkonzentrierte sohlnahe Schichten (Fluid-Mud) flussaufwärts bewegt und akkumulieren sich zwischen Weener und Papenburg. 3) Infolge des hohen Flutstromgradienten wird sohlnahes Sediment durch Turbulenz resuspendiert. Die These 1) wird durch die vergleichsweise sohlnahen Messpositionen von -3 m NN bei Weener und -2,4 m NN bei Papenburg unterstützt. Für diesen Prozess ist zu bedenken, dass das numerische Modell von einem Zwei-Phasen-System ausgeht: der Wassersäule mit ihrem advektiven, diffusiven Transport (3d) und den nicht-linearen Austauschprozessen zwischen Wassersäule und Sedimentkörper an der Gewässersohle (vertikal). Die Gewässersohle wird als festes Layer-System diskretisiert. Eine Übergangsschicht zwischen beiden Phasen gibt es nicht bzw. nur parametrisiert infolge vertikaler Austauschprozesse. Für die These 2) müsste zwischen Leerort und Weener bereits diese Schicht vorhanden sein. Darüber gibt es jedoch keine gesicherten aktuellen Aussagen (Van Leussen & Van Velzen 1989). So nimmt zwar die Schwebstoffkonzentration in Richtung oberstrom zu, weist jedoch kein vergleichbares Phänomen auf. Für die These 3) fällt der Gradient nicht überdimensional stark im Vergleich zu den im Unterwasser befindlichen Stationen auf. Hier könnten lediglich zusätzliche Turbulenzen z.b. infolge Gewässermorphologie verstärkend wirken. Insgesamt kann These 3.) nicht die alleinige Ursache für die hohen extrem rasch anschwellenden und gleichermaßen abschwellenden Schwebstoffkonzentrationen sein. Eine Überlagerung der drei diskutierten Effekte, insbesondere von 1) und 2), erscheint eher plausibel. DHI-WASY 27/156

56 Abb. 5-4: Gemessene und simulierte Schwebstoffkonzentration (MT und EcoLab) und Sohlschubspannung bei Knock, Pogum, Gandersum und Terborg DHI-WASY 28/156

57 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 5-5: Gemessene und simulierte Schwebstoffkonzentration (MT und EcoLab) und Sohlschubspannung bei Leerort, Weener und Papenburg Aus Tabelle 5-3 ist zu erkennen, dass beide Module vergleichbare Ergebnisse erzielen, jedoch das Eco-Lab Modul im Bereich hoher Schwebstoffkonzentrationen etwas bessere Ergebnisse erzielt. Insgesamt bildet das numerische Modell mit beiden Ansätzen die Schwebstoffdynamik in der Ems zwischen Knock und Leerort sehr gut ab. Der zeitliche Basisverlauf wird auch bei Weener und Papenburg wiedergegeben, jedoch können die temporären Schwebstoffpeaks nicht quantitativ abgebildet werden. Die Unterschätzung der temporären Scheitelwerte ist bei der Auswertung der Schwebstoffkonzentrationen in den Szenarien zu berücksichtigen. So werden in den Szenarien relative DHI-WASY 29/156

58 Änderungen und anteilige Veränderungen zum Ausgangszustand ausgewiesen. Zusätzlich erfolgt die Auswertung von tide- und profilgemittelten Schwebstoffkonzentrationen. Tabelle 5-3: Abweichungen und Streubreiten zwischen den gemessenen und den simulierten Schwebstoffkonzentrationen Differenzen zwischen simulierten und gemessenen Werten (Mai 2008) Knock Pogum Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg SSC (MudT) [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] Min Max Mittel Mittel (Betrag) Knock Pogum Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg SSC (EcoLab) [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] [g/l] Min Max Mittel Mittel (Betrag) Szenarienaufbau und -interpretation Generell werden 3 Szenarien betrachtet: Szenario A: Renaturierung der Ems und Verflachung der Gewässersohle von Leer bis Papenburg (14 km) Szenario B: Rückbau des Wehres in Herbrum mit einer kombinierten Tidespeicherung im Unterwasser. Szenario C: Renaturierung der Ems durch die Einrichtung von Retentionsräumen und Anbindung von Altwasser. Die Untersuchung der Szenarien erfolgt auf Basis eines drei bzw. vierwöchigen Zeitraumes und eines jeweilig konstanten mittleren Oberwasserzufluss (MQ = 88,11 m³/s). Die Wirkung der Szenarien wird in einem selektierten Nipp-Springtidezyklus innerhalb der Simulationszeitspanne ausgewertet. Für alle Szenarien ist eine Adaption des Finite-Volumen-Modells in Form verschiedener Veränderungen des Modellnetzes und ggf. zusätzlicher Definition von Anfangsbedingungen oder Randbedingungen an der Gewässersohle erforderlich. 6.1 Auswertung und hydraulische Kennwerte Die Auswertung der Szenarien erfolgt auf Basis sogenannter hydraulischer und sedimentologischer Kennwerte, um im Weiteren eine Vorauswahl von Maßnahmenvorschlägen zu ermöglichen. Zu diesen hydraulischen Kennwerten zählen neben Tidewasserständen, Tidehub und tidalen Strömungsgeschwindigkeiten auch Verhältniswerte, die Rückschlüsse auf die Tideasymmetrie zulassen. Als wesentliche Indikatoren zur Verbesserung der hydraulischen Situation in der Unterems gelten ein reduzierter Tidehub und eine Anhebung des Tideniedrigwassers. Beide Veränderungen stehen für eine Dämpfung der tidalen Strömungsprozesse. DHI-WASY 30/156

59 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Diesee Anhebung des Tideniedrigwassers in der Unterems muss allerdings nicht für alle Maßnahmen gleichermaßen geeignet sein. Zusätzlich spielen auch die flussauf- f und flussabwärts gerichteten Strömungsg größen einee wichtige Rolle. Mit der zusätzlichen Analyse der Strömungen, deren Extrema und Gradienten können vereinfachte Rückschlüsse zur Wirkung auf den Sedimenttransport infolge Tideasymmetrie getroffen werden. Eine Gegenüberstellung der zeitlich gemittelten Flut- und Ebbströmungg liefert Aussagen zum resultierenden Nettosedimenttransport für sohlnahe Sedimentee (Eisma, 1997). Das Verhältnis der maximalen Flut- zur maximalen Ebbströmung entscheidet über den resultierenden Nettosedimenttransport grober Sedimentee in Suspension (Dronkers, 1986). Das Gradientenverhältnis der Strömungsgradienten bei Flutkenterung gegenüber der Ebbekenterung prägt den resultierenden Nettosedime enttransport feiner suspendierter Sedimente (Eisma, 1997 und Dronkers, 1986). Folglich werden folgendee hydraulische Kennwerte für die Untersuchung der Szenarien analysiert: Veränderung der Tidewasserstände: des Tideniedrigw wassers, des Tidehochwassers und des Tidehubs Gegenüberstellung der zeitlichh gemittelten Flut- und Ebbströmung (Abb. 6-1, schraffierterr Bereich) Maximale Flut-, maximale Ebbströmung und deren Verhältnis zueinander (Abb. 6-1) Maximale Strömungsgradienten bei Flutstrom, Strömungsgradienten bei Ebbstrom und die Gradientenverhältnisse (zeitliche Änderung in [m/s²] oder in [m/s/min]) der Strömungsgradienten zueinanderr (Abb. 6-1) Abb. 6-1: Erläuterungsskizze derr hydraulischen Kennwerte auf Basis der Strömungszeit- reihen Zielrichtung für Tidewasserstände, der Tideströmungen und für die Verhältniswerte sind: Reduktion des Tidehochwassers und Tidehubs Anstieg des Tideniedrigwassers Schwächung der maximalen und mittleren Flutströmung Stärkung der maximalen und mittleren Ebbströmun ng Abnahme des maximalen Flut-/Ebbstroms (unter 1) Abnahme des mittleren Flut-/ /Ebbstromss DHI-WASY 31/ /156

60 Abbau des maximalen Flut-/Ebbgradienten (~ auf 1) Reduktion der Tideasymmetrie 6.2 Auswertung mittels sedimentologischer Kennwerte Die Auswertung der Szenarien erfolgt zusätzlich mittels sedimentologischer Kennwerte, um abschließend eine Bewertung der Maßnahmen zu ermöglichen. Als eines der wichtigsten Zielkriterien für die Sanierung der Ems wurde ein Schwellwert für die Schwebstoffkonzentration von 100 mg/l für den Süßwasserbereich festgelegt. Folglich sind die minimalen, maximalen und mittleren querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen entlang der Ems zu analysieren. SSC B_mean () t = n i= 1 () ( () ()) C t h t b t i i i n ( hi () t bi () t ) i= 1 mit: SSC B_mean (t) querschnittsgemittelte Schwebstoffkonzentrationen zur Zeit t [kg/m³] C i (t) tiefenintegrierte Schwebstoffkonzentration der Zelle i zur Zeit t [kg/m³] h i (t) mittlere Wassertiefe der Zelle i zur Zeit t [m] b i (t) mittlere benetzte Breite der Zelle i zur Zeit t [m] n Anzahl der Zellen des Querschnittes [-] Der minimale und maximale querschnittsgemittelte Wert gibt dabei den Schwankungsbereich auf der Zeitachse über den Verlauf einer Tide bzw. hier eines Nipp- Spring-Zyklus an. Der mittlere querschnittsgemittelte Wert zur Schwebstoffkonzentration entspricht dann dem zeitlichen Mittel über den Nipp-Spring-Zyklus. Zusätzlich werden auch die querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt ausgewertet. Aus dieser Auswertung wird die Variabilität der Schwebstoffkonzentration im Tidemittel (Nipp- und Springtiden) deutlich. m 1 SSCBT _ mean T = SSCB _ mean t ( ) () m t = 1 mit: SSC BT_mean (T) querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen [kg/m³] T Tide [-] SSC B_mean (t) querschnittsgemittelte Schwebstoffkonzentrationen zur Zeit t [kg/m³] m Anzahl der Zeitwerte je Tide T zwischen Ebb- und Ebbstromkenterung [-] Neben der Entwicklung der Schwebstoffkonzentration ist der sogenannte Netto- Sedimenttransport eine entscheidende Größe, die Aufschluss über die resultierende Transportrichtung der Schwebstoffe in der Wassersäule gibt. Der Nettosedimenttransport erfasst den residualen, advektiven Transport von Schwebstoffen oder auch Wie viel Sediment je Tide in der Bilanz (Eintrag Austrag) durch ein bestimmtes Querprofil (A) durch Strömung (u) transportiert wird. DHI-WASY 32/156

61 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Für den Nettosedimenttransport wird das Strömungsfeld mit den Schwebstoffkonzentrationen in einem Querprofil multipliziert und über die benetzte Fläche integriert. Die Transformation in einen senkrecht zum Querprofil gerichteten Netto- Sedimenttransport erfordert eine Rotation des Koordinatensystems für die Fließrichtungen u und v. Das Ergebnis ist die Sedimenttransportrate, die mit Integration über eine Tide die Nettosedimenttransportrate [kg/m²/s] ergibt: Sres B_mean () t = n i= 1 () () ( () ()) C t u t h t b t i i i i n ( hi () t bi () t ) i= 1 m 1 SresBT_mean ( T) = SresB_mean () t m t= 1 mit: Sres B_mean (t) querschnittsgemittelte Nettosedimenttransportrate zur Zeit t senkrecht zum Querschnitt [kg/m²/s] Sres BT_mean (T) querschnittsintegrierte und tidegemittelte Netto-Sedimenttransportrate senkrecht zum Querschnitt [kg/m²/s] C i (t) h i (t) b i (t) u i (t) tiefenintegrierte Schwebstoffkonzentration der Zelle i zur Zeit t [kg/m³] mittlere Wassertiefe der Zelle i zur Zeit t [m] mittlere benetzte Breite der Zelle i zur Zeit t [m] Strömungsgeschwindigkeit senkrecht zum Querschnitt [m/s] n Anzahl der Zellen des Querschnittes [-] bzw. den Nettosedimenttransport [kg/s] liefert: n () = () () ( () ()) Mres t C t u t h t b t B_mean i i i i i= 1 m 1 MresBT _ mean ( T) = MresB _ mean () t m t= 1 mit: Mres B_mean (t) querschnittsintegrierter Netto-Sedimenttransport zur Zeit t senkrecht zum Querschnitt [kg/s] Mres BT_mean (T) querschnittsintegrierter und tidegemittelter Netto-Sedimenttransport senkrecht zum Querschnitt [kg/s] C i (t) h i (t) b i (t) u i (t) tiefenintegrierte Schwebstoffkonzentration der Zelle i zur Zeit t [kg/m³] mittlere Wassertiefe der Zelle i zur Zeit t [m] mittlere benetzte Breite der Zelle i zur Zeit t [m] Strömungsgeschwindigkeit senkrecht zum Querschnitt [m/s] n Anzahl der Zellen des Querschnittes [-] Folglich werden folgende Kennwerte für die Untersuchung der Szenarien analysiert: Veränderung der minimalen, mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentration im Querschnittsmittel SCC B_mean DHI-WASY 33/156

62 Veränderung der minimalen, mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentration im Tide- und Querschnittsmittel SCC BT_mean Maximale, mittlere und minimale querschnitts- und tidegemittelte Nettosedimenttransportrate senkrecht zum Querschnitt Sres BT_mean Maximaler, mittlerer und minimaler querschnittsintegrierter und tidegemittelter Nettosedimenttransport Mres BT_mean 6.3 Modellaufbau der Szenarien Modellaufbau für Szenario A1 und A1s Für das Szenario A1, der Renaturierung der Ems von Leer bis Papenburg ist zunächst eine Verflachung im benannten Fließabschnitt auf -3,0 m NN erforderlich. In Fließrichtung wird dabei eine Böschungsneigung von mindestens 1:20 berücksichtigt. Für das Szenario A1 wird hinsichtlich der Sohlrauheit im Bereich der Verflachungsstrecke zunächst die ursprüngliche Sohlrauheit des Ausgangszustands (aktueller Systemzustand) angesetzt (Szenario A1) und anschließend im Szenario A1s abweichend eine erhöhte Sohlrauheit von 0,01 m angenommen. DHI-WASY 34/156

63 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 6-2: Szenario A1 mit der Verflachung zwischen Leer bis Papenburg DHI-WASY 35/156

64 6.3.2 Modellaufbau für Szenario A2 und A2s Für das Szenario A2 mit einer Renaturierung der Ems von Leer bis Papenburg und zusätzlichen Poldern im Oberlauf ist zunächst eine Verflachung im benannten Fließabschnitt auf -3,0 m NN erforderlich. In Fließrichtung wird dabei eine Böschungsneigung von mindestens 1:20 berücksichtigt. Zusätzlich werden drei Polder 5 zwischen Papenburg und Rhede eingebunden: bei Stapelmoor ca. 500 ha mit -2,10 m NN (Volumen: ca. 14,5 Mio m³) bei Tunxdorf ca. 250 ha mit -2,10 m NN (Volumen ca. 7,3 Mio m³) bei Rhede ca. 250 ha mit -1,95 m NN (Volumen ca. 9,6 Mio m³) Die Höhenlage der Polderflächen wurde konstant und auf Grundlage des mittleren Tideniedrigwassers am Pegel Papenburg (MTnw -2,50 m NN) und Herbrum (MTnw -1,57 m NN) abgeschätzt. Die Zuflussbreite aller Polderflächen wurde anlehnend an der Breite der Ems überschlägig dimensioniert. Die Zuflussrinnen in die Polder gleichen den Höhenunterschied zur Sohllage der Ems aus. Auch im Szenario A2 wird hinsichtlich der Sohlrauheit im Bereich der Verflachungsstrecke zunächst die ursprüngliche Sohlrauheit des Ausgangszustands (aktueller Systemzustand) angesetzt (Szenario A2) und anschließend im Szenario A2s abweichend eine erhöhte Sohlrauheit von 0,01 m angenommen. 5 Volumen vereinfachend abgeschätzt auf Basis des T1/2w zwischen Papenburg und Rhede von ca. +0,8 m NN DHI-WASY 36/156

65 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 6-3: Szenario A2 mit den drei Poldern im Oberwasser DHI-WASY 37/156

66 6.3.3 Modellaufbau für Szenario B Für die Renaturierung der Ems im Szenario B wurde der Rückbau des Wehres in Herbrum mit einer kombinierten Tidespeicherung im Unterwasser untersucht. Für die Tidespeicherung wurden zwei Retentionsräume, einer im Sautelertief (zwischen Terborg und Leer) mit ca. 200 ha und einer bei Weekeborg (zwischen Leer und Weener) mit ca. 400 ha genutzt. Für das Szenario B wurden folgende Veränderungen im Vergleich zum Ausgangszustand im Modell der Außen- und Unterems vorgenommen: Zunächst erfolgte die Verlängerung des finiten Volumen-Modells bei Bollingerfähr bis zum Wehr und der Rückbau des Wehrs bei Herbrum mit einer Anpassung der Sohldifferenzen am Wehr (Abb. 6-4, unten). Zusätzlich werden zwei Polder 6 zwischen Gandersum und Papenburg eingebunden: am Sautelertief ca. 200 ha mit -1,70 m NN (Volumen: ca. 7,0 Mio m³, Ems-km 23,5) bei Weekeborg ca. 400 ha mit -1,68 m NN (Volumen ca. 11,0 Mio m³, Ems-km 12) Die Höhenlage der Polderflächen wurde konstant und auf Grundlage des mittleren Tideniedrigwassers von 2006 (DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH, WESER- UND EMSGEBIET 2006) am Pegel Emden (MTnw -1,77 m NN), am Pegel Leerort (MTnw -1,68) und am Pegel Papenburg (MTnw -1,67 m NN) abgeschätzt. Die Sohlrauheit wird im Bereich der Zuflüsse in die Polder und im Bereich Tidespeicherbecken mit 0,005 m anlehnend an die Klassifizierung zur Rauheit (Teil 1 des vorliegenden Berichtes) als Bereiche mit sehr feinem Sediment angesetzt. Die Anbindung der Polderflächen erfolgte über ein offenes Rechteckprofil, das linear vom Fahrwasser aus bis zur Sohllage der Polderflächen geneigt wurde. Die Anbindung der Polderflächen erfolgt über möglichst kurze Distanzen von 300 m für den Polder am Sautelertief und von 150 m für den Polder bei Weekeborg. Die Öffnungsbreite wurde überschlägig zu 30 bis 50 % der Emsgewässerbreite bei Tmw gewählt, um eine optimale Wirkung der Polderflächen zu erzielen. Die Anschlussbreite lag bei 120 m für den Polder am Sautelertief (ca. 30 %) und bei 100 m für den Polder bei Weekeborg (ca. 50 %). Weitere Details zu den Tidewasserständen in den Poldern und im Bereich der Ems sind Kap. 9 zu entnehmen. Alle Dimensionierungen zielen auf eine Systemstudie zur Wirkung der Tidespeicherbecken. Sie waren nicht nach wasserbaulichen Kriterien oder in größerer Detaillierung zu planen. 6 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 38/156

67 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 6-4: Szenario B mit Tidepoldern beim Sautelertief und bei Weekeborg (oben) und dem Rückbau des Wehrs Herbrum (unten) DHI-WASY 39/156

68 6.3.4 Modellaufbau für Szenario C1 Für die Renaturierung der Ems im Szenario C1 wurden sechs Tidepolder entlang der Unterems eingebunden. Diese Retentionsräume sollen einerseits Wasser aus dem Hauptstrom der Ems speichern und bei Ebbstrom ins Unterwasser abgegeben (vgl. Ebbstromstärkung) werden. Gleichzeitig soll der Flutstrom in seiner Dauer verlängert, aber in seiner Intensität (nach Möglichkeit) reduziert werden. Mit einer Poldereinbindung wird sich jedoch immer das Flut- und Ebbstromvolumen unterhalb der Polder erhöhen. Folglich zielt die Speicherwirkung der Polder auf eine Dämpfung der maximalen Flutstromgeschwindigkeiten und ein langsameres Einströmen bei Flut (Dämpfung des Flutstroms). Neben der rein hydrodynamischen Wirkung werden die Tidepolder auch einen Teil der Schwebstoffe aus der Ems zurückhalten. Diese können durch längere Stauzeiten mit reduzierten Strömungsgeschwindigkeiten im Polderbereich ggf. sedimentieren. Die Staffelung der Volumen bzw. Polderflächen im Szenario C1 wurde auf folgende Erkenntnisse gestützt: Der mündungsnahe Polder am Sautelertief (Ems-km 23,5) zeigte im Szenario B eine deutliche Reduktion des Tideniedrigwassers, eine Stärkung des Ebbstroms und eine Verbesserung in der unteren Unterems zum flussabwärts gerichteten Nettosedimenttransport. Der Polder bei Weekeborg (Ems-km 12) zeigte im Szenario B ebenfalls eine speichernde Wirkung, die zur deutlichen Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen im Oberwasser von Leerort führte. Zur Steigerung dieser Wirkung wird nicht der Polder vergrößert, sondern ein kleinerer zusätzlicher Polder bei Hornhusen (Ems-km 9) angeordnet. Besonders kritisch zeigte sich in Szenario B die Verstärkung des flussaufwärtigen Nettosedimenttransports bei Papenburg. Folglich ist hier eine Reduktion dieses Tidal Pumpings erforderlich. Für die geeignete Größe und Anordnung der Polder bei Papenburg wurden die Erkenntnisse aus dem Szenario A2 genutzt. Hierin ergab sich eine zu große Dimensionierung der Polder bei Tunxdorf und Stapelmoor von 750 ha mit einer zu starken Verstärkung des Flutstroms 7. Folglich wurde eine Retentionsfläche von 400 ha auf zwei Retentionsräume bei Nesseburg (mit 150 ha, Ems-km 2,5) und bei Tunxdorf (mit 250 ha, Ems-km -2,5) verteilt. Der oberste Polder bei Rhede zeigte als Binnen- und Tidepolder bereits Vorteile im Szenario A2s war jedoch auch hier zu groß dimensioniert, so dass sich die Wasserstände oberhalb des Wehres bei Herbrum reduzierten. Ziel des obersten Polders bei Rhede soll die flussabwärtige Verschiebung des Übergangsbereiches (Tidehub ohne Strömungskenterung) mit einer Stärkung des Ebbstroms sein. Dieser Polder bei Rhede wurde daher mit einer weiten Öffnung aber für ein geringes Speichervolumen mit einer Fläche von ca. 50 ha dimensioniert. Für das Szenario C1 wurden folgende Veränderungen im Vergleich zum Ausgangszustand im Modell der Außen- und Unterems vorgenommen. Es wurden sechs Polder 8 zwischen Gandersum und Herbrum mit einer Fläche von insgesamt etwa 1200 ha und einem Speichervolumen von annähernd 29 Mio. m³ eingebunden (Abb. 6-4): Sautelertief ca. 300 ha mit -1,70 m NN (Volumen: ca. 10,0 Mio m³, Ems-km 23,5) Weekeborg ca. 400 ha mit -1,68 m NN (Volumen ca. 11,0 Mio m³, Ems-km 12) Hornhusen ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Volumen ca. 1 Mio m³, Ems-km 9) Nesseburg ca. 150 ha mit -1,67 m NN (Volumen ca. 2,5 Mio m³, Ems-km 2,5) 7 Eine leichte Erhöhung des Flutstromvolumens, aber auch des Ebbstromvolumens wird durch Tidepolder immer induziert 8 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 40/156

69 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tunxdorf ca. 250 ha mit -1,60 m NN (Volumen ca. 4 Mio m³, Ems-km -2,5) Rhede ca. 50 ha mit -1,30 m NN (Volumen ca. 0,5 Mio m³, Ems-km -7) Die Höhenlage der Polderflächen wurde konstant und auf Grundlage des mittleren Tideniedrigwassers von 2006 (DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH, WESER- UND EMSGEBIET 2006) am Pegel Emden (MTnw -1,77 m NN), am Pegel Leerort (MTnw -1,68) und am Pegel Papenburg (MTnw -1,67 m NN) abgeschätzt. Die Sohlrauheit wird im Bereich der Zuflüsse in die Polder und im Bereich Tidespeicherbecken mit 0,005 m anlehnend an die Klassifizierung zur Rauheit (Teil 1 des vorliegenden Berichtes) als Bereiche mit sehr feinem Sediment angesetzt. Die Anbindung der Polderflächen erfolgte über ein offenes Rechteckprofil, das linear vom Fahrwasser aus bis zur Sohllage der Polderflächen geneigt wurde. Die Anbindung der Polderflächen erfolgt über möglichst kurze Distanzen von 150 m bis 300 m. Die Öffnungsbreite wurde überschlägig zu 30 bis 60 % der Emsgewässerbreite bei Tmw gewählt, um eine optimale Retentionswirkung der Polderflächen zu erzielen. Lediglich der oberste Polder bei Rhede wurde abweichend mit einer Öffnungsbreite von ca. 100 % der Emsgewässerbreite bei Tmw gewählt, da hier die Ebbstromstärkung durch Speicherung von binnenseitigem und tideinduziertem Zufluss im Vordergrund stand. Weitere Details zu den Tidewasserständen in den Poldern sind Abschnitt 9 zu entnehmen. Alle Dimensionierungen zielen auf eine Systemstudie zur Wirkung der Tidespeicherbecken. Sie waren nicht nach wasserbaulichen Kriterien oder in größerer Detaillierung zu planen. DHI-WASY 41/156

70 Abb. 6-5: Szenario C1 mit sechs Tidepoldern zwischen Terborg und Herbrum DHI-WASY 42/156

71 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Modellaufbau für Szenario C2 Für das Sanierungsszenario C2 wurden neun Tidepolder entlang der Unterems eingebunden. Diese Retentionsräume sollen (analog wie in C1) einerseits Wasser aus dem Hauptstrom der Ems speichern und bei Ebbstrom ins Unterwasser abgegeben (vgl. Ebbstromstärkung). Gleichzeitig soll der Flutstrom in seiner Dauer verlängert, aber in seiner Intensität (nach Möglichkeit) reduziert werden. Mit einer Poldereinbindung wird sich jedoch immer das Flutund Ebbstromvolumen unterhalb der Polder erhöhen. Folglich zielt die Speicherwirkung der Polder auf eine Dämpfung der maximalen Flutstromgeschwindigkeiten und ein langsameres Einströmen bei Flut (Dämpfung des Flutstroms). Neben der rein hydrodynamischen Wirkung werden die Tidepolder auch einen Teil der Schwebstoffe aus der Ems zurückhalten. Diese können durch längere Stauzeiten mit reduzierten Strömungsgeschwindigkeiten im Polderbereich ggf. sedimentieren. Die Anordnung und Staffelung der Polderflächen im Szenario C2 wurde auf folgende Erkenntnisse aus A2s, B und C1 gestützt: Der mündungsnahe Polder am Sautelertief (Ems-km 23,5) zeigte im Szenario C1 zwar positive hydrodynamische Effekte und verbesserte im Bereich der Außenems die Wasserstände und Strömungsverhältnisse, wies jedoch auch nachteilige Effekte infolge Tidal Trapping auf. So führte die frühzeitige Strömungskenterung im untersten Polder zu einer temporären Stärkung des Flutstroms im Oberwasser des Polders P1. Durch diesen Effekt wurden der Tiderückhalt und der Sedimentexport in diesem Bereich nachteilig beeinträchtigt. Auch der vergrößerte Polder bei Weekeborg (Ems-km 12) zeigte im Szenario C1 nicht ausschließlich Vorteile. Besonders kritisch wurde hier die entstehende Diskontinuität im Nettosedimenttransport bewertet, die im Bereich dieses Polders P2 und flussaufwärts zu einem deutlichen Sedimentimport beiträgt. Aus beiden bisherigen Poldern P1 und P2 (in C1) wurde deutlich, dass mündungsnahe Polder unter zusätzlichen Aspekten aus hydrodynamischer Sicht detailliert werden müssen (Art, Form und Länge des Polderanschlusses). Aus strategischen Gründen wurde für das Szenario C2 nun zunächst auf Polder in der unteren Unterems verzichtet, um die alleinige Tidespeicherwirkung in der mittleren und oberen Unterems zu analysieren, um später auf eine Optimierung mündungsnaher Tideretention zurückzukehren. Die Tidespeicherung in der mittleren und oberen Unterems verspricht nicht nur aus den bisherigen Szenarien (C1 und A2) eine Verbesserung, auch Untersuchungen der BAW schlussfolgerten eine positiven Effekt von weiter flussaufwärtig gelegenen Polderflächen. Demzufolge wurden unter den bisherigen Erkenntnissen (Begrenzung der Polderflächen in der Größe, möglichst gleichmäßige Verteilung entlang der Ems) und der Vorauswahl aus naturschutzfachlicher Sicht neun Polderflächen entlang der mittleren bis oberen Unterems angeschlossen. Der oberste Polder bei Rhede zeigte als Binnen- und Tidepolder bereits Vorteile im Szenario A2s war jedoch auch hier zu groß dimensioniert, so dass sich die Wasserstände oberhalb des Wehres bei Herbrum reduzierten. Ziel des obersten Polders hier bei Brahe soll die flussabwärtige Verschiebung des Übergangsbereiches (Tidehub ohne Strömungskenterung) mit einer Stärkung des Ebbstroms sein. Dieser Polder wurde daher mit einer weiten Öffnung mit einer Fläche von ca. 75 ha dimensioniert. DHI-WASY 43/156

72 Für das Szenario C2 wurden folgende Veränderungen im Vergleich zum Ausgangszustand im Modell der Außen- und Unterems vorgenommen. Es wurden neun Polder 9 zwischen Leer und Herbrum mit einer Fläche von insgesamt etwa 845 ha (statt 1200 ha in C1) und einem Speichervolumen von 14,2 Mio. m³ (statt 29 Mio. m³ in C1) eingebunden (Abb. 6-4): Ledamündung ca. 50 ha mit -1,70 m NN (Volumen: ca. 1,3 Mio m³, Ems-km 14,0) Westoverledingen ca. 140 ha mit -1,69 m NN (Volumen ca. 3,0 Mio m³, Ems-km 11) Hornhusen ca. 80 ha mit -1,68 m NN (Volumen ca. 1,6 Mio m³, Ems-km 9,5) Grotegaste ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Volumen ca. 1,0 Mio m³, Ems-km 8,5) Mitlingen ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Volumen ca. 0,8 Mio m³, Ems-km 4,0) Nesseburg ca. 150 ha mit -1,67 m NN (Volumen ca. 2,4 Mio m³, Ems-km 2,5) Papenburg/ Tunxdorf ca. 150 ha mit -1,60 m NN (Volumen ca. 2 Mio m³, Ems-km -2,5) Brual ca. 100 ha mit mit -1,55 m NN (Volumen ca. 1,2 Mio m³, Ems-km -3,5) Brahe ca. 75 ha mit -1,30 m NN (Volumen ca. 0,9 Mio m³, Ems-km -5,5) Die Höhenlage der Polderflächen wurde konstant und auf Grundlage des mittleren Tideniedrigwassers von 2006 (DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH, WESER- UND EMSGEBIET 2006) am Pegel Emden (MTnw -1,77 m NN), am Pegel Leerort (MTnw -1,68) und am Pegel Papenburg (MTnw -1,67 m NN) abgeschätzt. Die Sohlrauheit wird im Bereich der Zuflüsse in die Polder und im Bereich Tidespeicherbecken mit 0,005 m anlehnend an die Klassifizierung zur Rauheit (Teil 1 des vorliegenden Berichtes) als Bereiche mit sehr feinem Sediment angesetzt. Die Anbindung der Polderflächen erfolgte über ein offenes Rechteckprofil, das linear vom Fahrwasser aus bis zur Sohllage der Polderflächen geneigt wurde. Die Anbindung der Polderflächen erfolgt über möglichst kurze Distanzen von 150 m bis 400 m. Die Öffnungsbreite wurde überschlägig zu 30 bis 70 % der Emsgewässerbreite bei Tmw gewählt, um eine optimale Retentionswirkung der Polderflächen zu erzielen. Lediglich der oberste Polder bei Brahe wurde abweichend mit einer Öffnungsbreite von ca. 100 % der Emsgewässerbreite bei Tmw gewählt, da hier die Ebbstromstärkung durch Speicherung von binnenseitigem und tideinduziertem Zufluss im Vordergrund stand. Weitere Details zu den Tidewasserständen in den Poldern sind Abschnitt 9 zu entnehmen. Alle Dimensionierungen zielen auf eine Systemstudie zur Wirkung der Tidespeicherbecken. Sie waren nicht nach wasserbaulichen Kriterien oder in größerer Detaillierung zu planen. 9 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 44/156

73 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 6-6: Szenario C2 mit neun Tidepoldern zwischen Leer und Herbrum DHI-WASY 45/156

74 6.3.6 Modellaufbau für Szenario C3 Anstelle der bisherigen großräumigen Polder wird eine Sanierungsvariante mit der Anbindung von sieben historischen Flussschleifen und der zusätzlichen Einbindung einer Stromspaltung bei Midlum betrachtet. Diese Sanierungsvariante wird zwar weniger Tidevolumen speichern als die Szenarien C1 und C2, und somit nicht so positiv auf die Tidewasserstände wirken wie die bisherigen Szenarien. Der Vorteil des Szenarios C3 liegt jedoch in der flächigen Anbindung seitlicher Flachwasserbereiche und der Flutstromdämpfung durch die vergleichsweise tiefen Flussschleifen. Hierbei wird insbesondere die Morphologie der Nebenarme und deren Flachwasserzonen eine dämpfende Wirkung auf die Tide- und Sedimentdynamik haben. Folglich zielt auch das Szenario C3 auf eine Dämpfung der maximalen Flutstromgeschwindigkeiten und ein langsameres Einströmen bei Flut. Neben der rein hydrodynamischen Wirkung werden die Nebenarme und die Stromspaltung auch einen Teil der Schwebstoffe aus der Ems zurückhalten. Die Anordnung der Stromspaltung und der historischen Flussschleifen im Szenario C3 wurde unter folgenden Annahmen getroffen, die auch auf Anforderungen seitens des Naturschutzes basieren: Die Stromspaltung bei Midlum (Ems-km 22) wird so angelegt, dass sie nach Möglichkeit zur Stärkung des Ebbstroms beiträgt. Hierbei wurden die derzeit bestehenden Stromspaltungen am Hatzumer Sand (zwischen Oldersum und Terborg) und Bingumer Sand (bei Leer) in ihrer Ausdehnung, Sohllage im Vergleich zum Hauptstrom und ihrer Anbindung analysiert. Die Insel bzw. die Sandbank zwischen der Nebenrinne und der Hauptfahrrinne bleibt hierbei auf der derzeitigen Höhenlage erhalten und wird nicht bei mittlerem Tidehochwasser überstaut. Die Sohllage der Nebenrinne wurde auf Basis der Tieflage der beiden bestehenden Stromspaltungen (MTnw 1,5 m) gewählt. Die Breitenverhältnisse der Nebenrinnen zur Hauptfahrrinne liegt beim Hatzumer Sand bei ca. 45% der Emsbreite und am Bingumer Sand bei ca. 30% des Emsbreite, so dass die Breite der Stromspaltung Midlum zu 40 % der Emsbreite angenommen wurde. Der Anschluss ins Oberwasser erfolgt dabei möglichst in Ebbströmungsrichtung, während der Anschluss im Unterwasser möglichst nicht stromparallel zum Flutstrom erfolgt, um eine hohe Durchströmung bei Flut zu vermeiden. Die Lage und Ausdehnung der sieben historischen Flussschleifen wurde seitens BioConsult auf Basis historischer Karten vorgegeben. Im Oberwasser des Wehrs bei Herbrum wurden im Szenario C3 keine weiteren Flussschleifen mehr an die Ems angebunden. Die Breite der Flussschleifen wurde zu ca. 75 bis 90 % der Emsbreite angenommen. Lediglich im Bereich des Naturschutzgebietes Vellage (NSG Vellage, Emskm -2,5) wurde die derzeitig bestehende Altarmbreite berücksichtigt und folglich eine Breite von ca. 120 % angesetzt. Die Sohllage der Flussschleifen wird jeweils mit MTnw 1,5 m angenommen, wobei das Vorland zwischen der Ems und dem Altarm auf MThw 1,0 m abgesenkt und folglich bei Thw überstaut wird. Für das Szenario C3 wurden folgende Veränderungen im Vergleich zum Ausgangszustand im Modell der Außen- und Unterems vorgenommen. Es wurden sieben Flussschleifen und eine Stromspaltung 10 zwischen Terborg und Herbrum auf einer Fläche (inkl. Flachwasserbereiche) von insgesamt etwa 400 ha und einem Speichervolumen von ca. 10 Mio. m³ eingebunden (Abb. 6-7). Von den nachfolgend aufgelisteten Flächen sind jedoch nur 275 ha zusätzliche, neu zurückgedeichte Vorlandfläche für die Flussschleifen F2, F3, F4, F5 und F7, die restlichen Flächen liegen bereits im Vorland zwischen den Deichen und der Ems und erfordern keine Rückdeichung: S1: Stromspaltung Vorland Midlum ca. 29 ha, Sohllage bei -3,32 m NN (Volumen: ca. 2,7 Mio m³, Ems-km 22) 10 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. Volumen entspricht nicht dem reinen Speichervolumen, da die Nebenarme im Oberwasser wieder in die Ems entwässern. DHI-WASY 46/156

75 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht F1: Flussschleifen Coldam ca. 27 ha, Sohllage bei -3,31 m NN (Volumen: ca. 1,3 Mio m³, Ems-km 13) F2: Flussschleifen Driever ca. 32 ha, Sohllage bei -3,31 m NN (Volumen: ca. 0,6 Mio m³, Ems-km 12) F3: Flussschleifen Grotegaste ca. 40 ha, Sohllage bei -3,32 m NN (Volumen: ca. 1,5 Mio m³, Ems-km 8,5) F4: Flussschleifen Altes Schöpfwerk ca. 26 ha, Sohllage bei -3,29 m NN (Volumen: ca. 1,2 Mio m³, Ems-km 5) F5: Flussschleifen Nesseborg ca. 50 ha, Sohllage bei -3,26 m NN (Volumen: ca. 0,1 Mio m³, Ems-km 1,0) F6: Flussschleifen NSG Vellage ca. 94 ha, Sohllage bei -2,95 m NN (Volumen: ca. 0,55 Mio m³, Ems-km -2,5) F7: Flussschleifen Spieksee ca. 127 ha, Sohllage bei -2,75 m NN (Binnenvolumen: ca. 0,7 Mio m³, Ems-km -7,5) Zu beachten, ist das die angegebenen Volumen nicht dem reinen Speichervolumen entsprechen, da alle Nebenarme im Ober- bzw. Unterwasser wieder an die Ems angeschlossen sind und folglich bei Flut und bei Ebbe durchströmt werden. Die Höhenlagen wurden nach den obigen Erläuterungen konstant und auf Grundlage der Tidekennwerte von 2006 (DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH, WESER- UND EMSGEBIET 2006) abgeschätzt. Die Sohlrauheit in den Nebenrinnen wird mit 0,005 m anlehnend an die Klassifizierung zur Rauheit (Teil 1 des vorliegenden Berichtes) als Bereiche mit sehr feinem Sediment angesetzt. Die Sohlrauheit im Flachwasserbereich wird mit 0,02 m anlehnend an die Klassifizierung zur Rauheit als Vorland angesetzt. Weitere Details zu den Tidewasserständen sind den Abschnitten 9.4 und 9.5 zu entnehmen. Alle Dimensionierungen zielen auf eine Systemstudie zur Wirkung von Flussschleifen und Stromspaltungen. Sie waren nicht nach wasserbaulichen Kriterien oder in größerer Detaillierung zu planen. DHI-WASY 47/156

76 Abb. 6-7: Szenario C3 mit einer Stromspaltung bei Terborg (Vorland Midlum) und sieben Flussschleifen zwischen Leer und Herbrum DHI-WASY 48/156

77 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Hydrodynamische Randbedingungen Die bereits in Teil 1 des vorliegenden Berichtes beschriebenen Randbedingungen gelten auch hier. Als geeigneter doppelter Nipp-Springzyklus wurde der Zeitraum von :00 bis :00 selektiert. Zusätzlich wurde ein Vorlauf von 48 Stunden mitberücksichtigt. Der Auswertungszeitraum erstreckt sich hierbei über den ersten Nipp- Springzyklus vom bis (ca. 28 Tiden, Abb. 6-8). Abb. 6-8: Nipp-Springzyklus am Pegel Knock und Auswertungszeitraum Am Oberwasserrand bei Bollingerfähr wird ein konstanter mittlerer Zufluss mit MQ = 88,11 m³/s und ein Salzeintrag von 0,34 PSU (MQ) angesetzt. Tabelle 6-1: Übersicht der berechneten Szenarien Szenario UW-Rand OW-Rand Besonderheit A1 Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf - 3,00 m NN Sohlrauheit wie im Ausgangszustand (schluffige bzw. schlickige Sohle) A1s Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf - 3,00 m NN Erhöhte Sohlrauheit im Verflachungsbereich (sandige Sohle mit ks = 0,01 m) A2 Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf - 3,00 m NN Einbindung von drei Poldern: bei Stapelmoor ca. 500 ha mit -2,10 m NN bei Tunxdorf ca. 250 ha mit -2,10 m NN bei Rhede ca. 250 ha mit -1,95 m NN Sohlrauheit wie im Ausgangszustand (schluffige bzw. schlickige Sohle) A2s Nipp- Konstanter Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf - Springzyklus MQ inkl. Salz 3,00 m NN mit DHI-WASY 49/156

78 inkl. Salz 88,11 m³/s Einbindung von drei Poldern: bei Stapelmoor ca. 500 ha mit -2,10 m NN bei Tunxdorf ca. 250 ha mit -2,10 m NN bei Rhede ca. 250 ha mit -1,95 m NN Erhöhte Sohlrauheit im Verflachungsbereich (sandige Sohle mit ks = 0,01 m) B Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Rückbau des Wehres in Herbrum mit einer kombinierten Tidespeicherung im Unterwasser Einbindung von zwei Poldern: Sautelertief ca. 200 ha mit -1,70 m NN (Ems-km 23,5) Weekeborg ca. 400 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 12) C1 (vgl. Abb. 6-4) Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Einbindung von sechs Poldern (ca ha): Sautelertief ca. 300 ha mit -1,70 m NN (Ems-km 23,5) Weekeborg ca. 400 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 12) Hornhusen ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 9) Nesseburg ca. 150 ha mit -1,67 m NN (Ems-km 2,5) Tunxdorf ca. 250 ha mit -1,60 m NN (Ems-km -2,5) Rhede ca. 50 ha mit -1,30 m NN (Ems-km -7) C2 Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Einbindung von neun Poldern in der mittleren bis oberen Unterems (ca. 845 ha): Ledamündung ca. 50 ha mit -1,70 m NN (Ems-km 14,0) Westoverledingen ca. 140 ha mit -1,69 m NN (Ems-km 11) Hornhusen ca. 80 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 9,5) Grotegaste ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 8,5) Mitlingen ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 4,0) Nesseburg ca. 150 ha mit -1,67 m NN (Ems-km 2,5) Papenburg ca. 150 ha mit -1,60 m NN (Ems-km -2,5) Brual ca. 100 ha mit mit -1,55 m NN (Ems-km -3,5) Brahe ca. 75 ha mit -1,30 m NN (Ems-km -5,5) C3 Nipp- Springzyklus inkl. Salz Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s Einbindung einer Stromspaltung (S) zusammen mit sieben Flussschleifen (F) (mit ca. 400 ha): S1 Vorland Midlum ca. 29 ha mit -3,32 m NN (Ems-km 22) F1 Coldam ca. 27 ha mit -3,31 m NN (Ems-km 13) F2 Driever ca. 32 ha mit -3,31 m NN (Ems-km 12) F3 Grotegaste ca. 40 ha mit -3,32 m NN (Ems-km 8,5) F4 Altes Schöpfwerk ca. 26 ha mit -3,29 m NN (Ems-km 5) F5 Nesseborg ca. 50 ha mit -3,26 m NN (Ems-km 1,0) F6 NSG Vellage ca. 94 ha mit -2,95 m NN (Ems-km -2,5) F7 Spieksee ca. 127 ha mit -2,75 m NN (Ems-km -7,5) (Hier: Ems-km bezogen auf die Anbindung zum Unterwasser DHI-WASY 50/156

79 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht hin.) Sohlrauheit in den Nebenrinnen mit 0,0005 bis 0,005 m anlehnend an Rauheit (Bericht Teil 1) als Bereiche mit sehr feinem Sediment. Sohlrauheit im Flachwasserbereich mit 0,02 m anlehnend an Rauheit Vorland Sedimentologische Randbedingungen Abgebildet wurde ein doppelter Nipp-Springzyklus (Abb. 6-8) im Zeitraum von :00 bis :00 inkl. eines zweitätigen Vorlaufes. Die Anfangs- und Randbedingungen für die Schwebstoffkonzentration in den Szenarien C sind identisch zu den Festlegungen für den Ausgangszustand. Am Oberwasserrand wird ein konstanter Zufluss mit MQ = 88,11 m³/s und einer konstanten Schwebstoffzufuhr von 0,05 g/l angesetzt. Die Sedimentologie an der Gewässersohle wurde für die Szenarien, soweit nicht anders erwähnt, wie im Ausgangszustand angesetzt. Tabelle 6-2: Übersicht der berechneten Szenarien mit den Besonderheiten für die Sedimentologie Szenario UW-Rand OW-Rand Besonderheiten Rauheiten und Sedimentologie A1 Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf -3,00 m NN. Sohlrauheit wie im Ausgangszustand (schluffige bzw. schlickige Sohle) Sedimentologie an der Gewässersohle wie im Ausgangszustand. A1s Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf -3,00 m NN. Erhöhte Sohlrauheit im Verflachungsbereich (sandige Sohle mit ks = 0,01 m) Sedimentologie an der Gewässersohle außerhalb des verflachten Bereiches wie im Ausgangszustand. Im Verflachungsbereich erhöhte kritische Sohlschubspannung und reduzierte Erodibilität: Erhöhung der kritischen Sohlschubspannung von 0,14 bis 0,125 N/m² auf 0,22 N/m² Reduktion der Erodibilität von 0,07 bis 0,05 g/m²/s auf 0,025 g/m²/s A2 Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf -3,00 m NN. Einbindung von drei Poldern: bei Stapelmoor ca. 500 ha mit -2,10 m NN bei Tunxdorf ca. 250 ha mit -2,10 m NN bei Rhede ca. 250 ha mit -1,95 m NN Sohlrauheit wie im Ausgangszustand (schluffige bzw. schlickige Sohle) Sedimentologie an der Gewässersohle wie im DHI-WASY 51/156

80 Ausgangszustand. A2s Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Verflachung der Fließstrecke zwischen Leer bis Papenburg auf -3,00 m NN. Einbindung von drei Poldern: bei Stapelmoor ca. 500 ha mit -2,10 m NN bei Tunxdorf ca. 250 ha mit -2,10 m NN bei Rhede ca. 250 ha mit -1,95 m NN Erhöhte Sohlrauheit im Verflachungsbereich (sandige Sohle mit ks = 0,01 m) Sedimentologie an der Gewässersohle außerhalb des verflachten Bereiches wie im Ausgangszustand. Im Verflachungsbereich erhöhte kritische Sohlschubspannung und reduzierte Erodibilität. Erhöhung der kritischen Sohlschubspannung von 0,14 bis 0,125 N/m² auf 0,22 N/m² Reduktion der Erodibilität von 0,07 bis 0,05 g/m²/s auf 0,025 g/m²/s B Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Entfernung des Wehres bei Herbrum mit Anpassung der umgebenden Sohllage. Einbindung von zwei Poldern: bei Sautelertief ca. 200 ha mit -1,70 m NN bei Weekeborg ca. 400 ha mit -1,68 m NN Grundlegende Sedimentologie an der Gewässersohle wie im Ausgangszustand. Sedimentologie in den Poldern mit schluffigen Sedimenten, Sedimentologie in den Polderzuflüssen mit nahezu unerodierbaren Sedimenten Retentionsräume: kritische Sohlschubspannung mit 0,15 N/m² und Erodibilität mit 0,04 g/m²/s. Zuläufe: kritische Sohlschubspannung mit 15 N/m² (annähernd unerodierbar) und Erodibilität mit 0,005 g/m²/s. C1 Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Einbindung von sechs Poldern: Sautelertief ca. 300 ha mit -1,70 m NN (Ems-km 23,5) Weekeborg ca. 400 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 12) Hornhusen ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 9) Nesseburg ca. 150 ha mit -1,67 m NN (Ems-km 2,5) Tunxdorf ca. 250 ha mit -1,60 m NN (Ems-km -2,5) Rhede ca. 50 ha mit -1,30 m NN (Ems-km -7) Grundlegende Sedimentologie an der Gewässersohle wie im Ausgangszustand. Sedimentologie in den Poldern mit schluffigen Sedimenten, Sedimentologie in den Polderzuflüssen mit nahezu unerodierbaren Sedimenten Retentionsräume: kritische Sohlschubspannung mit 0,15 N/m² und Erodibilität mit 0,04 g/m²/s. DHI-WASY 52/156

81 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Zuläufe: kritische Sohlschubspannung mit 15 N/m² (annähernd unerodierbar) und Erodibilität mit 0,005 g/m²/s. C2 Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Einbindung von neun Poldern: Ledamündung ca. 50 ha mit -1,70 m NN (Ems-km 14,0) Westoverledingen ca. 140 ha mit -1,69 m NN (Ems-km 11) Hornhusen ca. 80 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 9,5) Grotegaste ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 8,5) Mitlingen ca. 50 ha mit -1,68 m NN (Ems-km 4,0) Nesseburg ca. 150 ha mit -1,67 m NN (Ems-km 2,5) Papenburg ca. 150 ha mit -1,60 m NN (Ems-km -2,5) Brual ca. 100 ha mit mit -1,55 m NN (Ems-km -3,5) Brahe ca. 75 ha mit -1,30 m NN (Ems-km -5,5) Grundlegende Sedimentologie an der Gewässersohle wie im Ausgangszustand. Sedimentologie in den Poldern mit schluffigen Sedimenten, Sedimentologie in den Polderzuflüssen mit nahezu unerodierbaren Sedimenten Retentionsräume: kritische Sohlschubspannung mit 0,15 N/m² und Erodibilität mit 0,04 g/m²/s. Zuläufe: kritische Sohlschubspannung mit 15 N/m² (annähernd unerodierbar) und Erodibilität mit 0,005 g/m²/s. C3 Nipp- Springzyklus inkl. Salz inkl. SSC = 0.02 g/l Konstanter MQ inkl. Salz mit 88,11 m³/s inkl. SSC = 0.05 g/l Einbindung einer Stromspaltung (S) zusammen mit sieben Flussschleifen (F): S1 Vorland Midlum ca. 29 ha mit -3,32 m NN (Ems-km 22) F1 Coldam ca. 27 ha mit -3,31 m NN (Ems-km 13) F2 Driever ca. 32 ha mit -3,31 m NN (Ems-km 12) F3 Grotegaste ca. 40 ha mit -3,32 m NN (Ems-km 8,5) F4 Altes Schöpfwerk ca. 26 ha mit -3,29 m NN (Ems-km 5) F5 Nesseborg ca. 50 ha mit -3,26 m NN (Ems-km 1,0) F6 NSG Vellage ca. 94 ha mit -2,95 m NN (Ems-km -2,5) F7 Spieksee ca. 127 ha mit -2,75 m NN (Ems-km -7,5) Grundlegende Sedimentologie an der Gewässersohle wie im Ausgangszustand. Sedimentologie in der Stromspaltung und in den Flussschleifen mit schluffigen Sedimenten wie im benachbarten Flussabschnitt, Sedimentologie auf dem Vorland zwischen den Flussschleifen und der Ems wie auf dem benachbarten Vorland. Kritische Schubspannung: Sohle der Nebenrinnen mit 0,125 bis 0,15 N/m² Flachwasserbereiche/ Vorland mit 0,125 N/m² DHI-WASY 53/156

82 Erodibilität: Sohle der Nebenrinnen mit 0,05 bis 0,1 g/m²/s Flachwasserbereiche/ Vorland mit 0,1 g/m²/s 7. Hydrodynamische Ergebnisse der Szenarien Die Gegenüberstellung aller Szenarien mit dem Ausgangszustand erfolgt auf Basis der Tidewasserstände und der Strömungskenngrößen. Die ausgewerteten hydrodynamischen Daten sind Punktinformationen aus der Fahrrinne der Ems. Alle dabei verwendeten tiefenintegrierten hydrodynamischen Kenngrößen wurden über den Auswertungszeitraum der ersten Nipp-Springtide vom bis für jede Tide ermittelt und anschließend über den Auswertungszeitraum gemittelt. Eine Differenzierung zwischen Nipp- und Springtide wurde nicht vorgenommen. Zudem wurden hier die mittleren Kenngrößen ausgewiesen. 7.1 Veränderung der Tidewasserstände und der Strömungen Veränderung der Tidewasserstände für A1, A1s, A2 und A2s Im Folgenden werden nur die Abbildungen zur Entwicklung der Tidewasserstände dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. Mittleres Tidehochwasser im Längsschnitt mittlere Tidewasserstände [m NN] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Thw_AZ Thw_A1 Thw_A2 Thw_A1s Thw_A2s Emden Knock Fließkilometer [km] DHI-WASY 54/156

83 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Mittleres Tideniedrigwasser im Längsschnitt mittlere Tidewasserstände [m NN] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Tnw_AZ Tnw_A1 Tnw_A2 Tnw_A1s Tnw_A2s Emden Knock Fließkilometer [km] AZ A1 A1s A2 A2s Position der Maßnahmen in den Szenarien 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand Emskilometer [km] Abb. 7-1: Vergleich der mittleren Tidehoch- (oben) und Tideniedrigwasserstände (Mitte) zwischen Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt Mittlerer Tidehub im Längsschnitt 3.50 Tidehub [m] Thb_AZ Thb_A1 Thb_A2 Thb_A1s Thb_A2s Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Fließkilometer [km] 11 Tnw = Tideniedrigwasser, Thw = Tidehochwasser, Tmw = Tidemittelwasser, AZ = Ausgangszustand, A1 = Szenario A1, Thb = Tidehub DHI-WASY 55/156

84 AZ A1 A1s A2 A2s Position der Maßnahmen in den Szenarien 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand Emskilometer [km] Abb. 7-2: Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt Veränderung der Tidewasserstände für B Im Folgenden werden nur die Abbildungen zur Entwicklung der Tidewasserstände dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. Mittleres Tidehochwasser im Längsschnitt mittlere Tidewasserstände [m NN] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Thw_AZ Thw_B Thw_A1s Thw_A2s Emden Knock Fließkilometer [km] 2.50 Mittleres Tideniedrigwasser im Längsschnitt mittlere Tidewasserstände [m NN] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Tnw_AZ Tnw_B Tnw_A1s Tnw_A2s Emden Knock Fließkilometer [km] DHI-WASY 56/156

85 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tideoffen 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand P2 P1 Emskilometer [km] Abb. 7-3: Vergleich der mittleren Tidehoch- (oben) und Tideniedrigwasserstände (Mitte) zwischen Ausgangszustand, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt Mittlerer Tidehub im Längsschnitt 3.50 Tidehub [m] Thb_AZ Thb_B Thb_A1s Thb_A2s Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Fließkilometer [km] Abb. 7-4: Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt Veränderung der Tidewasserstände für C1, C2 und C3 Im Folgenden werden nur die Abbildungen zur Entwicklung der Tidewasserstände dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap bis 10.4 enthalten. 12 Tnw = Tideniedrigwasser, Thw = Tidehochwasser, Tmw = Tidemittelwasser, AZ = Ausgangszustand, B = Szenario B, A1s = Szenario A1s, A2s = Szenario A2s, Thb = Tidehub DHI-WASY 57/156

86 Mittleres Tidehochwasser im Längsschnitt 2.40 Thw_AZ mittlere Tidewasserstände [m NN] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Thw_C1 Thw_C2 Thw_C3 Emden Knock Fließkilometer [km] 2.50 Mittleres Tideniedrigwasser im Längsschnitt mittlere Tidewasserstände [m NN] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Tnw_AZ Tnw_C1 Tnw_C2 Tnw_C3 Emden Knock Fließkilometer [km] Position der Maßnahmen in den Szenarien AZ A1 A1s A2 A2s B C1 C2 C3 Tideoffen Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung 3 Polder Verflachung Sand P2 P1 P6 P5 P4 P3 P1 P9 P8 7 P6 P5 P4 3 2 P1 7 Flussschleifen+ Vorland Sp Abb. 7-5: Vergleich der mittleren Tideniedrigwasserstände zwischen Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt Tnw = Tideniedrigwasser, Thw = Tidehochwasser, Tmw = Tidemittelwasser, AZ = Ausgangszustand, C2 = Szenario C2, C1 = Szenario C1, C3 = Szenario C3, Thb = Tidehub DHI-WASY 58/156

87 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Mittlerer Tidehub im Längsschnitt 3.50 Tidehub [m] Thb_AZ Thb_C1 Thb_C2 Thb_C Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Fließkilometer [km] Position der Maßnahmen in den Szenarien AZ A1 A1s A2 A2s B C1 C2 C3 Tideoffen Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung 3 Polder Verflachung Sand P2 P1 P6 P5 P4 P3 P1 P9 P8 7 P6 P5 P4 3 2 P1 7 Flussschleifen+ Vorland Sp Abb. 7-6: Vergleich des mittleren Tidehubs zwischen Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für A1, A1s, A2 und A2s Im Folgenden werden nur die Abbildungen zur Entwicklung der Flutstromdominanz und des Gradientenverhältnisse der Strömungen dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. Liegt das Verhältnis maximaler Flut- zu maximalem Ebbströmung bei Eins fallen maximaler Flut- und Ebbstrom in gleicher Intensität aus. Bei Werten kleiner Eins spricht man von Ebbstromdominanz, bei Werten größer Eins von Flutstromdominanz. Der Verhältniswert der zeitlichen Strömungsgradienten Flut-/Ebbstrom gibt eine grobe Tendenz zur Sedimentmobilisierung bei Flut- und Ebbstrom an. Auf die tatsächliche Entwicklung und Dimension des Nettosedimenttransports kann nicht zurückgeschlossen werden. Ist das Gradientenverhältnis aus Flut- und Ebbstrom gleich eins, so weist der maximale Strömungsgradient bei Flut- und Ebbströmung die gleiche Dimension auf. Je größer das Gradientenverhältnis, umso stärker fällt das Maß der Sedimentmobilisierung bei Flutstrom aus. DHI-WASY 59/156

88 Flut-/Ebbstromverhältnisse der maximalen Stömungsgeschwindigkeiten im Längsschnitt 1.50 Flut-/Ebbstromverhältnisse [-] Herbrum Flut/ebb_max_AZ Flut/ebb_max_A1 Flut/ebb_max_A2 Flut/ebb_max_A1s Flut/ebb_max_A2s Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Fließkilometer [km] 8.50 Flut-/Ebbstromverhältnisse der maximalen Stömungsgradienten im Längsschnitt Flut-/Ebbstromverhältnisse [-] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock dv/dt_flut/ebb_max_az dv/dt_flut/ebb_max_a1 dv/dt_flut/ebb_max_a2 dv/dt_flut/ebb_max_a1s dv/dt_flut/ebb_max_a2s Fließkilometer [km] AZ A1 A1s A2 A2s Position der Maßnahmen in den Szenarien 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand Emskilometer [km] Abb. 7-7: Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s im Längsschnitt Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für Szenario B Im Folgenden werden nur die Abbildungen zur Entwicklung der Flutstromdominanz und des Gradientenverhältnisse der Strömungen dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. DHI-WASY 60/156

89 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Flut-/Ebbstromverhältnisse der maximalen Stömungsgeschwindigkeiten im Längsschnitt Flut-/Ebbstromverhältnisse [-] Herbrum Flut/ebb_max_AZ Flut/ebb_max_B Flut/ebb_max_A1s Flut/ebb_max_A2s Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Fließkilometer [km] 8.50 Flut-/Ebbstromverhältnisse der maximalen Stömungsgradienten im Längsschnitt Flut-/Ebbstromverhältnisse [-] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock dv/dt_flut/ebb_max_az dv/dt_flut/ebb_max_b dv/dt_flut/ebb_max_a1s dv/dt_flut/ebb_max_a2s Fließkilometer [km] AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tideoffen 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand P2 P1 Emskilometer [km] Abb. 7-8: Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand AZ, Szenario B, A1s und A2s im Längsschnitt Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten für C1, C2 und C3 Im Folgenden werden nur die Abbildungen zur Entwicklung der Tidewasserstände dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap bis 10.4 enthalten. DHI-WASY 61/156

90 Flut-/Ebbstromverhältnisse der maximalen Stömungsgeschwindigkeiten im Längsschnitt Flut-/Ebbstromverhältnisse [-] Herbrum Flut/ebb_max_AZ Flut/ebb_max_C1 Flut/ebb_max_C2 Flut/ebb_max_C Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Fließkilometer [km] 8.50 Flut-/Ebbstromverhältnisse der maximalen Stömungsgradienten im Längsschnitt Flut-/Ebbstromverhältnisse [-] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock dv/dt_flut/ebb_max_az dv/dt_flut/ebb_max_c1 dv/dt_flut/ebb_max_c2 dv/dt_flut/ebb_max_c Fließkilometer [km] Position der Maßnahmen in den Szenarien AZ A1 A1s A2 A2s B C1 C2 C3 Tideoffen Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung 3 Polder Verflachung Sand P2 P1 P6 P5 P4 P3 P1 P9 P8 7 P6 P5 P4 3 2 P1 7 Flussschleifen+ Vorland Sp Abb. 7-9: Verhältnisse der Verhältnisses maximale Flut-:Ebbströmung (oben) und der maximalen Ebb- und Flutströmungsgradienten (Mitte) und für den Ausgangszustand, Szenario C1, C2 und C3 im Längsschnitt DHI-WASY 62/156

91 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Vergleich und Fazit der Szenarien (Hydrodynamik) In einer finalen Gegenüberstellung werden die Szenarien jeweils mit dem Ausgangszustand tabellarisch mit Einzelwerten und abschließend die verschiedenen Systemzustände auf Basis der hydrodynamischen Kennwerte bewertet Tabellarische Zusammenstellung aller Szenarien (Hydrodynamik) Die nachfolgenden tabellarischen Übersichten erfassen lokal die Werte an den Stationen. Dabei müssen diese lokalen Unterschiede nicht den räumlichen Gesamttrend wiedergeben. Die Unterschiede in [m] bzw. [%] sind nach folgenden Kriterien farblich abgesetzt: Abnahme des Tidehubs, Abnahme des Thw bzw. Zunahme des Tnw um mehr als 5 cm in grün. Abnahme des maximalen Flutstroms, Abnahme des mittleren Flutstroms bzw. Abnahme des maximalen Flutstromgradienten um mehr als 5 % in grün. Zunahme des maximalen Ebbstroms, Zunahme des mittleren Ebbstroms bzw. Zunahme des maximalen Ebbstromgradienten um mehr als 5 % in grün. Abnahme des Verhältnisses maximaler Flut-:Ebbstrom, Abnahme des Verhältnisses mittleren Flut-:Ebbstrom bzw. Abnahme des Verhältnisses maximaler Flut-:Ebbstromgradient um mehr als 5 % in grün. Zunahme des Tidehubs, Zunahme des Thw bzw. Abnahme des Tnw um mehr als 5 cm in orange. Zunahme des maximalen Flutstroms, Zunahme des mittleren Flutstroms bzw. Zunahme des maximalen Flutstromgradienten um mehr als 5 % in orange. Abnahme des maximalen Ebbstroms, Abnahme des mittleren Ebbstroms bzw. Abnahme des maximalen Ebbstromgradienten um mehr als 5 % in orange. Zunahme des Verhältnisses maximaler Flut-:Ebbstrom, Zunahme des Verhältnisses mittleren Flut-:Ebbstrom bzw. Zunahme des Verhältnisses maximaler Flut-:Ebbstromgradient um mehr als 5 % in orange. In grau markiert sind Änderungen bestimmter Kennwerte, die nicht nach diesen Kriterien bewertet werden können, da sie im Ausgangszustand und im Szenario außerhalb des Bereichs der Tidekenterung liegen. DHI-WASY 63/156

92 Tabelle 7-1: Auswertung und Vergleich aller Kennwerte für die Wasserstände Hydraulische Kenngröße [Einheit der Änderung] Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 MThw [m NN] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr MTnw [m NN] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Tmw [m NN] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] [m NN] [m] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Tidehub [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr DHI-WASY 64/156

93 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 7-2: Auswertung aller Kennwerte des maximalen Flut- und Ebbstroms Hydraulische Kenngröße [Einheit der Änderung] Flutstrommaxima [m/s] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Ebbstrommaxima [m/s] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Verhältnis Flut- /Ebbstrommaxima [-] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 DHI-WASY 65/156

94 Tabelle 7-3: Auswertung aller Kennwerte des mittleren Flut- und Ebbstroms Hydraulische Kenngröße [Einheit der Änderung] Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 mittlerer Flutstrom [m/s] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr mittlerer Ebbstrom [m/s] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] [m/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Verhältnis mittlerer Flut-/Ebbstrom [-] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr DHI-WASY 66/156

95 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 7-4: Auswertung aller Kennwerte der maximalen Flut- und Ebbstromgradienten Hydraulische Kenngröße Ausgangszustand A1_sand A2_Sand Szenario Szenario Szenario A1 Szenario A2 [Einheit der Änderung] maximaler Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 Flutstrom-gradient [m/s/min] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr maximaler Ebbstrom-gradient [m/s/min] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] [m/s/min] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Gradienten Verhälntis Flut- /Ebbstrom [-] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] [-] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr DHI-WASY 67/156

96 7.2.2 Fazit zu den Szenarien (Hydrodynamik) Im Folgenden werden die wichtigsten Fakten und Veränderungen für die einzelnen Szenarien zusammengestellt und eine erste Zwischenempfehlung (auf Basis der derzeitigen Erkenntnisse) für weitere Betrachtungen gegeben. Tabelle 7-5: Kennwert Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A1 Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO A1 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Veränderungen bzw. Verbesserung im Wesentlichen im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme. leicht positive Wirkung im Oberwasser: Abnahme Tidehub, Zunahme MTnw und Abnahme Flutrommaxima. leicht negative Auswirkung im Unterwasser: Zunahme Tidehub, Abnahme MTnw und Zunahme Flutrommaxima. keine Verschiebung und keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) MTnw-Anhebung im Maßnahmenbereich um ca. 0,8 bis 1 m Reduktion des Tidehubs im Maßnahmenbereich um ca. 0,9 bis 1,1 m Lokale Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um 10 bis 20 % im Maßnahmenbereich. Verschiebung der Flutstromdominanz von Gandersum Weener ins Unterwasser nach Leerort Emden. Lokale Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um 10 bis 20 % im Maßnahmenbereich. Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom im Maßnahmenbereich von 3 bis 8 auf 2 bis 3. Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Leerort Gandersum. Verschlechterung und Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme (Ursache vgl ). Instabilität am unterstromigen Rand des Verflachungsstrecke ist sehr wahrscheinlich, da sich hier sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten und infolge der Diskontinuität einstellen. Wasserstandskennwerte Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Verbesserungsoptionen Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer. Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen). DHI-WASY 68/156

97 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 7-6: Kennwert Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A1s Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO A1S im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Veränderungen bzw. Verbesserung im Wesentlichen im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme (Wirkung stärker als in A1) leicht positive Wirkung im Oberwasser: Abnahme Tidehub, Zunahme MTnw und Abnahme Flutrommaxima leicht negative Auswirkung im Unterwasser: Zunahme Tidehub, Abnahme MTnw und Zunahme Flutrommaxima (Wirkung stärker als in A1) keine Verschiebung und keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) MTnw-Anhebung im Maßnahmenbereich um ca. 0,9 bis 1,3 m Reduktion des Tidehubs im Maßnahmenbereich um ca. 0,9 bis 1,4 m Lokale Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um 10 bis 20 % im Maßnahmenbereich (Wirkung etwas stärker als in A1) Verschiebung der Flutstromdominanz von Gandersum Weener ins Unterwasser nach Leerort Emden. Lokale Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um 10 bis 20 % im Maßnahmenbereich (Wirkung stärker als in A1) Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom im Maßnahmenbereich von 3 bis 8 auf 1,5 bis 2,5 Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Leerort Gandersum. Verschlechterung und Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme (Ursache vgl ). Instabilität am unterstromigen Rand des Verflachungsstrecke ist sehr wahrscheinlich, da sich hier sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten und infolge der Diskontinuität einstellen. Wasserstandskennwerte Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Verbesserungsoptionen Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer im Unterwasser Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen) DHI-WASY 69/156

98 Tabelle 7-7: Kennwert Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A2 Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO A2 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Auswirkungen extrem: Vergrößerung des Tidevolumens durch Schaffung von 29 Mio m³ Retentionsvolumen (Systemstudie!) Im Oberwasser ab Rhede bzw. ab Tunxdorf keine Strömungskenterung mehr deutliche Veränderungen bzw. Verbesserung im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme etwas positivere Wirkung im Unterwasser, als unter A1: Abnahme Flutrommaxima leicht negative Auswirkung am Oberwasserrand (Papenburg bis Tunxdorf) im Übergang zu den Poldern: Zunahme Flutrommaxima und mittlerer Flutstrom deutliche Verschiebung stromauf oder nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ): Versalzung der Süßwasserbereiche. MTnw-Anhebung im Maßnahmenbereich um ca. 1,4 bis 2,0 m Reduktion des Tidehubs im Maßnahmenbereich um ca. 1,9 bis 2,7 m Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um 10 bis 40 % im Maßnahmenbereich und im Oberwasser Verschiebung der Flutstromdominanz von Gandersum Weener ins Unterwasser nach Emden Knock. Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um 20 bis 40 % im Maßnahmenbereich Lokale Erhöhung des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um bis zu 40 % am Oberwasserrand (Papenburg bis Tunxdorf) der Maßnahme Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom im Maßnahmenbereich von 3 bis 8 auf 1 bis 2 Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Leerort Gandersum. Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme Leerort Gandersum (vgl. Flutstromgradient). Reduktion des Emswasserstandes ab Herbrum um 25 cm unter MQ (88,11 m³/s) Ökologische und wasserwirtschaftliche Folgen? Wasserstandskennwerte Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Verbesserungsoptionen reduzierte Dimensionierung in der Größe und Höhenlage der Retentionsräume bessere Anordnung der Retentionsräume in ihrer räumlichen Lage sonst Sogeffekt und Vergrößerung des ins Oberwasser transportierten Tidevolumens Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen) Anpassung des Übergangs zwischen Verflachungsstrecke und Retentionspoldern DHI-WASY 70/156

99 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 7-8: Kennwert Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario A2s Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO A2S im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Auswirkungen extrem: Vergrößerung des Tidevolumens durch Schaffung von 29 Mio m³ Retentionsvolumen (Systemstudie!) Im Oberwasser ab Rhede bzw. ab Tunxdorf keine Strömungskenterung mehr deutliche Veränderungen bzw. Verbesserung im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme (Wirkung etwas stärker als in A2) etwas positivere Wirkung im Unterwasser, als unter A1: Abnahme Flutrommaxima (Wirkung etwas schlechter als in A2) leicht negative Auswirkung am Oberwasserrand (Papenburg bis Tunxdorf) im Übergang zu den Poldern: Zunahme Flutrommaxima und mittlerer Flutstrom deutliche Verschiebung stromauf oder nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ): Versalzung der Süßwasserbereiche. (Wirkung etwas stärker als in A2) MTnw-Anhebung im Maßnahmenbereich um ca. 1,6 bis 2,1 m Reduktion des Tidehubs im Maßnahmenbereich um ca. 2,0 bis 2,8 m Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um 10 bis 40 % im Maßnahmenbereich und im Oberwasser (Wirkung etwas schlechter als in A2) Verschiebung der Flutstromdominanz von Gandersum Weener ins Unterwasser nach Emden Knock. Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um 20 bis 40 % im Maßnahmenbereich (analog zu A2) Lokale Erhöhung des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um bis zu 40 % am Oberwasserrand (Papenburg bis Tunxdorf) der Maßnahme (analog zu A2) Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom im Maßnahmenbereich von 3 bis 8 auf 1 bis 2 (Wirkung etwas stärker als in A2) Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Leerort Gandersum. Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme Leerort Gandersum (vgl. Flutstromgradient). Reduktion des Emswasserstandes ab Herbrum um 25 cm unter MQ (88,11 m³/s) Ökologische und wasserwirtschaftliche Folgen? Wasserstandskennwerte Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Verbesserungsoptionen reduzierte Dimensionierung in der Größe und Höhenlage der Retentionsräume bessere Anordnung der Retentionsräume in ihrer räumlichen Lage sonst Sogeffekt und Vergrößerung des ins Oberwasser transportierten Tidevolumens Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen) Anpassung des Übergangs zwischen Verflachungsstrecke und Retentionspoldern DHI-WASY 71/156

100 Tabelle 7-9: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario B Kennwert Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO B im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Veränderungen der Hydrodynamik zwischen Bollingerfähr und Herbrum: Tidehub bis Bollingerfähr im Meterbereich, jedoch keine Strömungskenterung. Positive Wirkung zwischen Herbrum und Leerort: Abnahme Tidehub, Zunahme MTnw und Abnahme der Flutstromdominanz. Positive Auswirkung zwischen Leerort und Knock: Abnahme Tidehub, Abnahme MThw und Abnahme der Flutstromdominanz. Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) MTnw-Anhebung am höchsten zwischen Leerort und Papenburg um bis 0,8 m MThw-Reduktion in der gesamten Unterems um bis zu 0,3 m (Papenburg) Reduktion des Tidehubs um bis zu 1,1 m (Papenburg) Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um bis zu 30 % zwischen Knock und Terborg und um bis zu 60 % zwischen Leerort und Rhede. Verformung der Flutstromdominanz mit einer Reduktion in der gesamten Unterems, mit lokalem Maximum bei Weekeborg (Ems-km 12). Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um bis zu 15 % zwischen Knock und Terborg und um bis zu 40 % zwischen Leerort und Rhede. Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom zwischen Leerort und Herbrum von 3 bis 8 auf 1 bis 2. Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Terborg mit einem Scheitelwert von 2,5. (Beste Entwicklung im Vergleich zu den Szenarien A) Nur marginale Verbesserung bei Leerort infolge des zweiten Tidepolders. Absinken der Wasserspiegellagen zwischen Herbrum und Bollingerfähr im Mittel auf +0.9 bis +1.1 m NN (MTmw) um ca. 1,2 m durch das fehlende Wehr bei Herbrum. Trotz der Tidespeicherung im Unterwasser liegt der Tidehub liegt bei Herbrum noch bei ca. 1,5 bis 1,3 m (für MQ). Wasserstandskennwerte Verbesserungsoptionen Kombination mit einem Rückhalt bzw. einer weiteren Retentionsmaßnahme im Oberwasser von Papenburg zur Verbesserung der Wirkung in der oberen Unterems. Niedrigwassererhöhende Maßnahmen zur Einhaltung der schiffbaren Wassertiefen zwischen Herbrum und Bollingerfähr. DHI-WASY 72/156

101 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 7-10: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C1 Kennwert Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO C1 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Veränderungen der Hydrodynamik zwischen Bollingerfähr und Herbrum: kein Tidehub oberhalb von Herbrum, leichte Abnahme des Tidehochwassers um ca. 10 cm. Positive Wirkung zwischen Herbrum und Leerort: deutliche Abnahme im Tidehub, Zunahme MTnw und leichte Abnahme der Flutstromdominanz. Positive Auswirkung zwischen Leerort und Knock: leichte Abnahme Tidehub, Zunahme MTnw und deutliche Abnahme der Flutstromdominanz. Verschiebung des Übergangsbereichs (Tidehub ohne Strömungskenterung) in Richtung Unterwasser: keine Tideströmung mehr oberhalb von Rhede. Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ). Keine nachteilige Entwicklung der Wasserstände im Staubereich oberhalb von Herbrum. Durchgängige MTnw-Anhebung, am höchsten zwischen Leerort und Herbrum (UW Wehr) mit über 0,9 m und bis zu 1,5 m. Durchgängige MThw-Reduktion in der gesamten Unterems um bis zu 0,5 m (Papenburg). Durchgängige Reduktion des Tidehubs um bis zu 2 m (Papenburg). Keine nachteilige Entwicklung der Wasserstände (Tmw unverändert) im Staubereich oberhalb von Herbrum, nur leichte Reduktion des Rückstaueffektes ins Oberwasser des Wehrs bei Thw. Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um bis zu 30 % zwischen Knock und Terborg (besser als in Szenario B) und um bis zu 20 % zwischen Leerort und Rhede (schlechter als in Szenario B). Verformung der Flutstromdominanz mit Reduktion in der gesamten Unterems, aber mit lokalem Maximum im Unterwasser von Papenburg (Ems-km 3). Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um bis zu 15 % zwischen Knock und Terborg (ähnlich wie in Szenario B) und leichte Reduzierung zwischen Leerort und Weener (ähnlich wie in Szenario B). Nachteilige Erhöhung des Verhältnisses mittlerer Flut-:Ebbstrom um bis zu 30 % bei Papenburg. Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom zwischen Leerort und Herbrum von 3 bis 8 auf 1 bis 2 (etwas besser als in Szenario B). Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Terborg mit einem Scheitelwert von 2,3 (beste Entwicklung im Vergleich zu den Szenarien A und B). Nur geringe Verbesserung des Verhältnisses maximaler Flut-:Ebbstrom und lokal eine Erhöhung des Verhältnisses mittlerer Flut-:Ebbstrom bei Papenburg. Lokale Erhöhung des Flutstrom- aber auch des Ebbstromvolumens und Intensität durch die Tidepolder. (Abschließende Bewertung, ob dies nachteilig ist, wird zusammen mit dem Sedimenttransport gegeben: Tabelle 8-11) Wasserstandskennwerte Verbesserungsoptionen Modifikation der Retentionsmaßnahme in Größe und Volumen entlang der Unterems für größere Effektivität. DHI-WASY 73/156

102 Tabelle 7-11: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C2 Kennwert Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO C2 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Veränderungen der Hydrodynamik Bollingerfähr bis Herbrum: kein Tidehub oberhalb von Herbrum, leichte Abnahme des Tidehochwassers um ca. 10 cm. Positive Wirkung zwischen Herbrum und Weener: deutliche Abnahme im Tidehub, Zunahme MTnw und leichte Abnahme der Flutstromdominanz (höher als in C1). Positive Auswirkung zwischen Weener und Knock: Abnahme im Tidehub, Zunahme MTnw und deutliche Abnahme der Flutstromdominanz (etwas geringer als in C1). Verschiebung des Übergangsbereichs (Tidehub ohne Strömungskenterung) in Richtung Unterwasser: keine Tideströmung mehr oberhalb von Rhede. Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ). Keine nachteilige Entwicklung der Wasserstände oberhalb von Herbrum. Durchgängige MTnw-Anhebung, am höchsten zwischen Leerort und Herbrum (UW Wehr) mit über 0,7 m und bis zu 1,5 m (ähnlich wie C1). Durchgängige MThw-Reduktion in der gesamten Unterems um bis zu 0,6 m (Papenburg, ähnlich zu C1). Durchgängige Reduktion des Tidehubs um bis zu 2 m (Papenburg, wie C1). Keine nachteilige Entwicklung der Wasserstände (Tmw unverändert) im Staubereich oberhalb von Herbrum, nur leichte Reduktion des Rückstaueffektes ins Oberwasser des Wehrs bei Thw. Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um bis zu 25 % zwischen Knock und Leerort (schwächer als in C1) und um bis zu 20 % zwischen Leerort und Rhede (schwächer als in C1). Verformung der Flutstromdominanz mit einer Reduktion in der gesamten Unterems. Lokales Maximum nahe Leerort (Ems-km 16). Reduktion des Verhältnisses mittlere Flut-:Ebbstrom um bis zu 15 % zwischen Knock und Leerort (schwächer als in C1) und leichte Reduzierung zwischen Leerort und Weener (ähnlich wie in C1). Nachteilige Erhöhung des Verhältnisses mittlerer Flut-:Ebbstrom um bis zu 30 % bei Papenburg (ähnlich wie in C1). Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom zwischen Terborg und Herbrum von 3 bis 8 auf 1,5 bis 2,5 (etwas schlechter als in Szenario C1). Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede ins Unterwasser nach Terborg mit einem Scheitelwert von 2,4 (ähnlich wie C1). Nur geringe Verbesserung des Verhältnisses maximaler Flut-:Ebbstrom und lokal eine Erhöhung des Verhältnisses mittlerer Flut-:Ebbstrom bei Papenburg. Erhöhung des Flutstrom- und des Ebbstromvolumens durch die Tidepolder. (Abschließende Bewertung, ob dies nachteilig ist, wird zusammen mit dem Sedimenttransport gegeben: Tabelle 8-12) Wasserstandskennwerte Verbesserungsoptionen Kombination der Tidepolder in der mittleren und oberen Unterems mit strömungsdämpfenden Maßnahmen nahe Papenburg, und nahe Leerort sowie in der unteren Unterems DHI-WASY 74/156

103 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Einbindung von ergänzenden Maßnahmen im Bereich der unteren Unterems, die hier bewusst in C2 zurückgestellt wurden. Tabelle 7-12: Faktenübersicht der hydrodynamischen Veränderungen zu Szenario C3 Kennwert Wichtigste Fakten zur Veränderungen unter SZENARIO C3 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum (geringer als in C1 und C2). Veränderungen der Hydrodynamik zwischen Bollingerfähr und Herbrum: kein Tidehub oberhalb von Herbrum, leichte Abnahme des Tidehochwassers um ca. 5 cm. Positive Wirkung zwischen Herbrum und Emden: Abnahme im Tidehub, Zunahme MTnw und leichte Abnahme der Flutstromdominanz (geringer als in C1 und C2). Verschiebung des Übergangsbereichs (Tidehub ohne Strömungskenterung) in Richtung Unterwasser: keine Tideströmung mehr oberhalb von Rhede. Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ). Keine nachteilige Entwicklung der Wasserstände im Staubereich oberhalb von Herbrum. Durchgängige MTnw-Anhebung, am höchsten zwischen Weener und Rhede mit bis zu 0,8 m (geringer als in C1 und C2). Durchgängige MThw-Reduktion in der Unterems um bis zu 0,25 m (Papenburg, geringer als in C1 und C2). Durchgängige Reduktion des Tidehubs um bis zu 0,8 m (Papenburg). Keine nachteilige Entwicklung der Wasserstände (Tmw unverändert) im Staubereich oberhalb von Herbrum, nur leichte Reduktion des Rückstaueffektes ins Oberwasser des Wehrs bei Thw Kennwerte für grobe Sedimente (Schwebstoff- & sohlnaher Transport) Reduktion der Flutstromdominanz (Maxima) um unter 15 % zwischen Knock und Leerort und um bis zu 20 % zwischen Leerort und Rhede (schwächer als in C1 und C2). Verformung der Flutstromdominanz mit einer Reduktion in der gesamten Unterems. Maximum bei Leerort (Ems-km 16). Leichte Reduktion des Verhältnisses mittlerer Flut-:Ebbstrom um bis zu 5 % zwischen Knock und Leerort und zwischen Leerort und Weener um bis zu 10 % (schwächer als in C1 und C2). Keine nachteilige Erhöhung des Verhältnisses mittlerer Flut-:Ebbstrom bei Papenburg (positiver als in C1 und C2). Wasserstandskennwerte Kennwerte für Schwebstofftransport feiner Sedimente (Gradienten-Verhältnis Flut-:Ebbstrom) Nachteile der Maßnahme Verbesserungsoptionen Reduktion des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom zwischen Terborg und Herbrum von 3 bis 8 auf 1,5 bis 3 (schlechter als in C1 und C2). Verschiebung des Maximums des Gradienten-Verhältnisses Flut-:Ebbstrom von Leerort Rhede nahe Terborg mit einem Scheitelwert von 3 (schlechter als in C1 und C2). Geringere hydrodynamische Verbesserung der Kennwerte im Vergleich zu den Szenarien C1 und C2, gleichzeitig aber auch geringere Erhöhung des Flutstromund des Ebbstromvolumens durch die Maßnahmen. Kombination mit Tidepoldern in der mittleren bis oberen Unterems um die hydrodynamische Wirkung der Maßnahme zu stärken. DHI-WASY 75/156

104 8. Ergebnisse der Szenarien zum Schwebstofftransport Im vorliegenden Abschnitt werden die in Kapitel 7 beschriebenen Szenarien hinsichtlich ihres Schwebstofftransportverhaltens analysiert und ausgewertet. 8.1 Ergebnisse zum Schwebstofftransport Alle gegenübergestellten sedimentologischen Kenngrößen wurden über den Auswertungszeitraum der ersten Nipp-Springtide vom bis statistisch ausgewertet. Für diese Analyse wurden 80 Querprofile zwischen Knock und Bollingerfähr definiert und für diese Querprofile die tiefenintegrierten Größen und deren Entwicklung über die Gewässerbreite herangezogen. Mit der Mittelung der Größen über den Gewässerquerschnitt ergeben die breitengemittelten Ergebnisse. Die breitengemittelten Ergebnisse wurden über jede Tide einzeln integriert (tideintegrierte Werte) und anschließend über den Auswertungszeitraum gemittelt. Zur Kennzeichnung der Streubereiche sowohl im Verlauf einer Tide, als auch im tideintegrierten Verlauf über einen Nipp-Spring-Zyklus wurden die minimalen, mittleren und maximalen Werte angeben Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für A1, A1s, A2 und A2s Im Folgenden werden nur die Abbildungen zum querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationsverlauf dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. Querschnitts- und Tidegemittelte Schwebstoffkonzentration im Längsschnitt Schwebstoffkonzentration [g/l] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden SSC_mean AZ SSC_mean A1 SSC_mean A2 SSC_mean A1s SSC_mean A2s Knock Fließkilometer [km] AZ A1 A1s A2 A2s Position der Maßnahmen in den Szenarien 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand Emskilometer [km] Abb. 8-1: Querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, A1, A1s, A2 und A2s DHI-WASY 76/156

105 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für Szenario B Im Folgenden werden nur die Abbildungen zum querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationsverlauf dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. Querschnitts- und Tidegemittelte Schwebstoffkonzentration im Längsschnitt Schwebstoffkonzentration [g/l] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden SSC_mean AZ SSC_mean B SSC_mean A1s SSC_mean A2s Knock Fließkilometer [km] AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tideoffen 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand P2 P1 Emskilometer [km] Abb. 8-2: Querschnitts- und tidegemittelte mittlere Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien A s und Szenario B DHI-WASY 77/156

106 8.1.3 Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen für C1, C2 und C3 Im Folgenden werden nur die Abbildungen zum querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationsverlauf dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap bis 10.4 enthalten. Querschnitts- und Tidegemittelte Schwebstoffkonzentration im Längsschnitt Schwebstoffkonzentration [g/l] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden SSC_mean AZ SSC_mean C1 SSC_mean C2 SSC_mean C3 Knock Fließkilometer [km] Position der Maßnahmen in den Szenarien AZ A1 A1s A2 A2s B C1 C2 C3 Tideoffen Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung 3 Polder Verflachung Sand P2 P1 P6 P5 P4 P3 P1 P9 P8 7 P6 P5 P4 3 2 P1 7 Flussschleifen+ Vorland Sp Abb. 8-3: Querschnitts- und tidegemittelte mittlere Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien C1, C2 und C3 DHI-WASY 78/156

107 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Veränderung der Nettosedimenttransports für A1, A1s, A2 und A2s Im Folgenden werden nur die Abbildungen zum querschnitts- und tidegemittelten Nettosedimenttransport dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. Querschnittsintegrierter und Tidegemittelter Nettosedimenttransport im Längsschnitt Herbrum Papenb. Leerort Terborg Mres_mean AZ Mres_mean A1 Mres_mean A2 Mres_mean A1s Mres_mean A2s Nettosedimenttrasnport [kg/s] oder [45 t/tide] Fließkilometer [km] Emden Knock AZ A1 A1s A2 A2s Position der Maßnahmen in den Szenarien 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand Emskilometer [km] Abb. 8-4: Querschnittsintegrierter und tidegemittelter Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand und das Szenario A Veränderung des Nettosedimenttransports für Szenario B Im Folgenden werden nur die Abbildungen zum querschnitts- und tidegemittelten Nettosedimenttransport dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap enthalten. DHI-WASY 79/156

108 Querschnittsintegrierter und Tidegemittelter Nettosedimenttransport im Längsschnitt Herbrum Papenb. Leerort Terborg Mres_mean AZ Mres_mean B Mres_mean A1s Mres_mean A2s Nettosedimenttrasnport [kg/s] oder [45 t/tide] Flussabtransport Fließkilometer [km] Emden Knock AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tideoffen 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand P2 P1 Emskilometer [km] Abb. 8-5: Querschnittsintegrierter und tidegemittelter mittlerer Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien A s und Szenario B DHI-WASY 80/156

109 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Veränderung des Nettosedimenttransports für Szenario C1 Im Folgenden werden nur die Abbildungen zum querschnitts- und tidegemittelten Nettosedimenttransport dargestellt, eine abschließende Interpretation ist unter Kap bis 10.4 enthalten. Querschnittsintegrierter und Tidegemittelter Nettosedimenttransport im Längsschnitt 800 Herbrum Papenb. Leerort Terborg Mres_mean AZ Mres_mean C1 Mres_mean C2 Mres_mean C3 Nettosedimenttrasnport [kg/s] oder [45 t/tide] Flussabtransport Fließkilometer [km] Emden Knock Position der Maßnahmen in den Szenarien AZ A1 A1s A2 A2s B C1 C2 C3 Tideoffen Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung 3 Polder Verflachung Sand P2 P1 P6 P5 P4 P3 P1 P9 P8 7 P6 P5 P4 3 2 P1 7 Flussschleifen+ Vorland Sp Abb. 8-6: Querschnittsintegrierter und tidegemittelter mittlerer Nettosedimenttransport im Längsschnitt für den Ausgangszustand, die Szenarien C1, C2 und C3 8.2 Vergleich und Fazit der Szenarien (Schwebstofftransport) In einer finalen Gegenüberstellung werden die Szenarien jeweils mit dem Ausgangszustand tabellarisch verglichen und abschließend die verschiedenen Systemzustände bewertet. DHI-WASY 81/156

110 8.2.1 Tabellarische Zusammenstellung der Szenarien (Schwebstofftransport) Die nachfolgenden tabellarischen Übersichten erfassen lokal die Werte an den Stationen und müssen nicht den räumlichen Gesamttrend wiedergeben. Die Änderungen der Kennwerte sind nach folgenden Kriterien farblich abgesetzt: Abnahme der minimalen, mittleren und maximalen breitengemittelten Schwebstoffkonzentration in [g/l] um mehr als 0,5 g/l in grün. Abnahme der minimalen, mittleren und maximalen breiten- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentration in [g/l] um mehr als 0,5 g/l in grün. Veränderung der minimalen, mittleren und maximalen breiten- und tidegemittelten Nettosedimenttransportrate in [kg/m²/s] um mehr als +0,5 kg/m²/s in grün. Veränderung der minimalen, mittleren und maximalen breitenintegrierten und tidegemittelten Nettosedimenttransports in [kg/s] um mehr als +50 kg/s in grün. Zunahme der minimalen, mittleren und maximalen breitengemittelten Schwebstoffkonzentration in [g/l] um mehr als 0,5 g/l in orange. Zunahme der minimalen, mittleren und maximalen breiten- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentration in [g/l] um mehr als 0,5 g/l in orange. Veränderung der minimalen, mittleren und maximalen breiten- und tidegemittelten Nettosedimenttransportrate in [kg/m²/s] um mehr als -0,5 kg/m²/s in grün. Veränderung der minimalen, mittleren und maximalen breitenintegrierten und tidegemittelten Nettosedimenttransports in [kg/s] um mehr als -50 kg/s in grün. DHI-WASY 82/156

111 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 8-1: Auswertung aller Kennwerte für die breitengemittelte Schwebstoffkonzentration Sedimentologische Kenngröße Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 Schwebstoffkonzentration min (breitengemittelt) [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Schwebstoffkonzentration mean (breitengemittelt) [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Schwebstoffkonzentration max (breitengemittelt) [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Differenz [g/l] Differenz [g/l] Differenz [g/l] DHI-WASY 83/156

112 Tabelle 8-2: Auswertung aller Kennwerte für die breiten- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentration Sedimentologische Kenngröße Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 Schwebstoffkonzentration min (breite+tidegemittelt) [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Schwebstoffkonzentration mean (breite+tidegemittelt) [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Schwebstoffkonzentration max (breite+tidegemittelt) [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Differenz [g/l] [g/l] [%] Dif ferenz [g/l] [g/l] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Differenz [g/l] Differenz [g/l] Differenz [g/l] DHI-WASY 84/156

113 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 8-3: Auswertung aller Kennwerte für die Nettosedimenttransportrate Sedimentologische Kenngröße Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 Nettosedimenttransportrate min (breite+tidegemittelt) [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Nettosedimenttransportrate mean (breite+tidegemittelt) [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Nettosedimenttransportrate max (breite+tidegemittelt) [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Differenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Dif ferenz [kg/m²/s] [kg/m²/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Differenz [kg/m²/s] Differenz [kg/m²/s] Differenz [kg/m²/s] DHI-WASY 85/156

114 Tabelle 8-4: Auswertung aller Kennwerte für den Nettosedimenttransport Sedimentologische Kenngröße Ausgangszustand Szenario A1 Szenario A1_sand Szenario A2 Szenario A2_Sand Szenario B Szenario C1 Szenario C2 Szenario C3 Nettosedimenttransport min (breite+tidegemittelt) [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Dif ferenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Nettosedimenttransport mean (breite+tidegemittelt) [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Dif ferenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Nettosedimenttransport max (breite+tidegemittelt) [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Dif ferenz [kg/s] [kg/s] [%] Differenz [kg/s] [kg/s] [%] Knock Emden Gandersum Terborg Leerort Weener Papenburg Rhede Herbrum UW Wehr Herbrum OW Wehr Gesamtein- oder austrag der Ems [t/tide] [t/tide] [%] Differenz [t/tide] [kg/s] [%] Differenz [t/tide] [kg/s] [%] Differenz [t/tide] [kg/s] [%] Differenz [t/tide] [kg/s] [%] Differenz [t/tide] [kg/s] [%] Dif ferenz [t/tide] [kg/s] [%] Differenz [t/tide] [kg/s] [%] Minimaler Wert Mittelwert Maximalwert Differenz [kg/s] Differenz [kg/s] Differenz [kg/s] Differenz [t/tide] DHI-WASY 86/156

115 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht D-Längsschnitte zum sedimentologischen Wirkungsvergleich der Szenarien Die Gegenüberstellung der vertikalen Verteilung der Schwebstoffkonzentration zwischen den einzelnen Szenarien und dem Ausgangszustand zeigte folgende Unterschiede: Tabelle 8-5: Übersicht zur Veränderung der Schwebstoffkonzentration unter den Szenarien Szenario Entwicklung der Schwebstoffkonzentration im Vergleich zum Ausgangszustand AZ Tnw & Ebbstrom (7:15): Hohe sohlnahe Sedimentkonzentrationen zwischen Weener und Herbrum und zwischen Emden und Terborg. Langgezogene Zone mit zwei Trübungsmaxima wird erkennbar Flutstrom (9:45): Stauchung Trübungsmaxima im Oberwasser zwischen Weener und Herbrum und Zunahme der Konzentrationen über die gesamte Wassertiefe. Hohe Trübungen im Unterwasser zwischen Emden und Terborg verschwinden (reduzieren sich). Thw (12:45): Mit Strömungskenterung bewegt sich das Trübungsmaximum im Oberwasser zwischen Weener und Herbrum langsam flussabwärts nach Rhede bis Leerort bzw. Terborg. Anwachsen der Mächtigkeit der sohlnahen Schwebstoffkonzentration mit über 15 g/l. Ebbstrom (14:45): Abbau des Trübungsmaximums und Speicherung einer leicht erhöhten Konzentration zwischen Terborg und Leerort. Ebbstrom Tnw (17:15): Durchgängiger Anstieg der sohlnahen Konzentration zwischen Rhede und Emden A1 Tnw & Ebbstrom(7:15): Hohe sohlnahe Sedimentkonzentrationen zwischen Papnburg und Emden. Langgezogene Zone mit zwei Trübungsmaxima verbindet sich miteinander. Schwebstoffkonzentration am Unterwasserrand der Verflachung deutlich höher als unter AZ. Trübungen im Oberwasser der Verflachungsstrecke geringer. Flutstrom (9:45): Stauchung und Verformung des Trübungsmaximums im Oberwasser zwischen Terborg und Papenburg und Zunahme der Konzentrationen im Unterwasserbereich der Verflachung. Reduzierte Trübungen im Oberwasser der Verflachung im Vergleich zum AZ. Thw (12:45): Trübungsmaximum bewegt sich (scheinbar) flussaufwärts. Hohe Trübungen werden zwischen Leerort und Papenburg im Verflachungsbereich gespeichert. Ebbstrom (14:45): Kein Abbau des Trübungsmaximums im Verflachungsbereich bei Weener. Ebbstrom Tnw (17:15): Austrag der hohen Schwebstoffkonzentration unter Ebbströmung A1s Sehr ähnliches Verhalten wie in Szenario A1, allerdings mit deutlich reduzierter Schwebstoffkonzentration. Die Ausdehnung der Trübungszone ist in den einzelnen Phasen vergleichbar. Die sohlnahe und auch tiefengemittelte Schwebstoffkonzentration ist um ein vielfaches unter der aus Szenario A1. A2 A2s Sehr ähnliches Verhalten wie in Szenario A1, allerdings bewegt sich die Trübungszone kompakter mit einer höheren Schwebstoffkonzentration in den einzelnen Phasen flussauf und flussab. Die Ausdehnung der Trübungszone nimmt gleichzeitig ab. Zusätzlich bildet sich im Oberwasser zwischen Herbrum und Rhede ein neues lokales Trübungsmaximum aus (!). Sehr ähnliches Verhalten wie in Szenario A1s, allerdings bewegt sich die Trübungszone kompakter mit einer etwas höheren Schwebstoffkonzentration in den einzelnen Phasen flussauf und flussab. Die Ausdehnung der Trübungszone nimmt gleichzeitig ab. Zusätzlich bildet sich im Oberwasser zwischen Herbrum und Rhede ein neues lokales Trübungsmaximum aus (!). B Tnw & Ebbstrom(7:15): Erhöhte sohlnahe Sedimentkonzentrationen bei Emden und im Unterwasser von Emden. Trübungen im Bereich des zweiten Retentionsraums bei Weekeborg deutlich reduziert mit Wirkungsbereich zwischen Leerort und Weener. DHI-WASY 87/156

116 Flutstrom (9:45): Ausgedehntes Trübungsmaximum bei Papenburg bis Rhede mit leichter Verschiebung ins Oberwasser. Im Unterwasser von Terborg leicht erhöhte sohlnahe Schwebstoffkonzentration. Thw (12:15): Die Schwebstoffkonzentration bei Papenburg bis Rhede ist im Szenario B nicht zu sehen. Dies ist bedingt durch die Phasenverschiebung der Tide und der späteren Kenterung zum Ebbstrom hin. Ebbstrom (14:45): Trübungsmaximum bei Leerort fällt infolge des Retentionsraumes bei Weekeborg kompakter und mit etwas höheren Schwebstoffkonzentrationen aus. Ebbstrom Tnw (17:15): Trübungsmaximum bei Leerort fällt auch hier kompakter aus. C1 Tnw & Ebbstrom(7:15): Erhöhte sohlnahe Sedimentkonzentrationen im Bereich Emden. Oberstromige Sedimentkonzentrationen im Wirkungsbereich der Retentionsräume deutlich reduziert. Flutstrom (9:45): Phasenverschiebung führt zur langsameren Ausbreitung der Flutströmung in der Ems und damit zur stromabwärtigen Verlagerung des Trübungsmaximums. Reduktion der Konzentrationen im Bereich der Retentionsräume bleibt weiterhin deutlich erkennbar. Flutstrom (12:15): Trübungsmaximum im Bereich Terborg bis Leerort ist, analog zu Szenario B, bedingt durch die Phasenverschiebung, nicht deutlich erkennbar. Einfluss der Polder vor allem von Papenburg stromauf sichtbar. Ebbstrom (14:45): Trübungsmaximum im Bereich Leerort ausgeprägter als im Ausgangszustand. Dies ist auf die spätere Kenterung zum Ebbstrom zurückzuführen. Ebbstrom Tnw (17:15): Ausbreitung der Schwebstoffe wird durch Polder begrenzt. Retentionseffekt vor allem im oberstromigen Bereich ab Papenburg sichtbar. C2 Tnw & Ebbstrom(7:15): Oberstromige Sedimentkonzentrationen im Wirkungsbereich der Retentionsräume zwischen Papenburg und Rhede deutlich reduziert. Flutstrom (9:45): Phasenverschiebung führt zur langsameren Ausbreitung der Flutströmung in der Ems und damit zur stromabwärtigen Verlagerung des Trübungsmaximums. Reduktion der Konzentrationen im Bereich der Retentionsräume bleibt weiterhin deutlich erkennbar. Flutstrom (12:15): Trübungsmaximum im Bereich Terborg bis Leerort bleibt, während sich hohe Trübungen im Oberwasser reduzieren. Einfluss der Polder vor allem von Weener stromauf sichtbar. Ebbstrom (14:45): Trübungsmaximum im Bereich Leerort bis Papenburg ausgeprägter als im Ausgangszustand und in C1. Dies ist auf die spätere Kenterung zum Ebbstrom zurückzuführen. Ebbstrom Tnw (17:15): Mobilisierung und Flussabtransport der Schwebstoffe wird durch Polder flussabwärts verschoben. Retentionseffekt vor allem im oberstromigen Bereich ab Papenburg sichtbar. C3 Tnw & Ebbstrom(7:15): Reduzierte sohlnahe Sedimentkonzentrationen im Bereich Emden. Oberstromige Sedimentkonzentrationen im Wirkungsbereich der Retentionsräume zwischen Weener bis Rhede reduziert. Flutstrom (9:45): Phasenverschiebung führt zur langsameren Ausbreitung der Flutströmung in der Ems und damit zur stromabwärtigen Verlagerung des Trübungsmaximums. Reduktion der Konzentrationen im Bereich Weener bis Rhede deutlich erkennbar. Flutstrom (12:15): Trübungsmaximum im Bereich Terborg bis Leerort bleibt, während sich hohe Trübungen im Oberwasser reduzieren. Einfluss der Flussschleifen und Flachwasserbereiche vor allem von Weener stromauf sichtbar. Ebbstrom (14:45): Trübungsmaximum im Bereich Leerort bis Papenburg ausgeprägter als im Ausgangszustand. Dies ist auf die spätere Kenterung des Flutstroms im Oberwasser zurückzuführen. Ebbstrom Tnw (17:15): Ähnlicher Flussabtransport der Schwebstoffe wie im Ausgangszustand. DHI-WASY 88/156

117 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Reduktionen treten vor allem im oberstromigen Bereich ab Papenburg auf. DHI-WASY 89/156

118 Abb. 8-7: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand AZ DHI-WASY 90/ /156

119 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 8-8: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A1 DHI-WASY 91/ /156

120 Abb. 8-9: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A1s DHI-WASY 92/ /156

121 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 8-10: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A2 DHI-WASY 93/ /156

122 Abb. 8-11: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand A2s DHI-WASY 94/ /156

123 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 8-12: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Ausgangszustand B DHI-WASY 95/ /156

124 Abb. 8-13: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C1 DHI-WASY 96/156

125 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 8-14: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C2 DHI-WASY 97/156

126 Abb. 8-15: Längsschnitte zur Schwebstoffkonzentration im Szenario C3 DHI-WASY 98/156

127 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Fazit zu den Szenarien (Schwebstofftransport) Im Folgenden werden die Fakten zur sedimentologischen Veränderung der einzelnen Szenarien zusammengestellt und Empfehlungen für weitere Betrachtungen gegeben. Tabelle 8-6: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A1 Kennwert Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO A1 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Veränderungen bzw. Verbesserung im Wesentlichen im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme. leicht positive Wirkung im Oberwasser: Abnahme Tidehub, Zunahme MTnw und Abnahme Flutstrommaxima. leicht negative Auswirkung im Unterwasser: Zunahme Tidehub, Abnahme MTnw und Zunahme Flutstrommaxima. keine Verschiebung und keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ). Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 17 Fließkilometer ins Unterwasser von Papenburg - Rhede nach Leerort Weener. Erhöhung der Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum mit Lage im Maßnahmenbereich, aber Reduktion im Ober- und Unterwasser der Maßnahme. Reduktion des Tidal Pumpings zwischen Papenburg und Herbrum und Sedimentaustrag zwischen Leerort und Papenburg führt zu einem im Mittel exportierenden System querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Erhöhung der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum auf 4,4 bis 13,0 g/l und auf 4,4 bis 6,1 g/l im Tidemittel. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Oberwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,11 bis 5,4 g/l und im Tidemittel auf 0,31 bis 1,8 g/l. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Unterwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,07 bis 4,5 g/l und im Tidemittel auf 0,11 bis 1,6 g/l. Reduzierter Sedimentaustrag und leicht geschwächter Flussabtransport zwischen Emden und Terborg. Umkehrung des flussaufwärts gerichteten Sedimenttransports zum durchgängig exportierenden System im Bereich der Maßnahme und im nahen Unterwasser bis Terborg (unter MQ). Reduktion des Sedimenteintrags zwischen Papenburg und Herbrum. Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios unter MQ (vgl. Tabelle 8-3). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Verschlechterung und Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme (Ursache vgl ) inkl. Abnahme des Sedimentaustrags in diesem Bereich Morphologische Instabilität am unterstromigen Rand der Verflachungsstrecke ist sehr wahrscheinlich, da sich hier sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten infolge der bathymetrischen Diskontinuität einstellen. Erhöhung der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum. Verbesserungsoptionen Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer. DHI-WASY 99/156

128 (insgesamt) Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen). Geringeres Längsgefälle im Übergang tiefe Fahrrinne zur Verflachung hin. Tabelle 8-7: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A1s Kennwert Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO A1S im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Veränderungen bzw. Verbesserung im Wesentlichen im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme (Wirkung stärker als in A1) leicht positive Wirkung im Oberwasser: Abnahme Tidehub, Zunahme MTnw und Abnahme Flutrommaxima (Wirkung hier stärker als in A1) leicht negative Auswirkung im Unterwasser: Zunahme Tidehub, Abnahme MTnw und Zunahme Flutrommaxima (Wirkung stärker als in A1) keine Verschiebung und keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 17 Fließkilometer ins Unterwasser von Papenburg - Rhede nach Leerort Weener. Die Annahme einer sandigen Sohle führt dazu, dass es keine Erhöhungen der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum gibt: Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum und Reduktion im Ober- und Unterwasser der Maßnahme (besser als in A1). Reduktion des Tidal Pumpings zwischen Papenburg und Herbrum und Sedimentaustrag zwischen Leerort und Papenburg führt zu einem im Mittel exportierendem System (etwas schwächer als in A1) querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Reduktion der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum auf 2,4 bis 5,8 g/l und auf 2,4 bis 3,2 g/l im Tidemittel. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Oberwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,11 bis 4,2 g/l und im Tidemittel auf 0,27 bis 1,5 g/l. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Unterwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,07 bis 4,1 g/l und im Tidemittel auf 0,11 bis 1,5 g/l. Reduzierter Sedimentaustrag und leicht geschwächter Flussabtransport zwischen Emden und Terborg (stärker als in A1). Umkehrung des flussaufwärts gerichteten Sedimenttransports zum durchgängig exportierenden System im Bereich der Maßnahme und im nahen Unterwasser bis Terborg (unter MQ). Reduktion des Sedimenteintrags zwischen Papenburg und Herbrum. Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios unter MQ (vgl. Tabelle 8-3, etwas schwächer als in A1). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Verschlechterung und Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme (Ursache vgl ) inkl. Abnahme des Sedimentaustrags in diesem Bereich. Morphologische Instabilität am unterstromigen Rand der Verflachungsstrecke ist sehr wahrscheinlich, da sich hier sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten infolge der bathymetrischen Diskontinuität einstellen. DHI-WASY 100/156

129 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht (insgesamt) Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer im Unterwasser Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen) Geringeres Längsgefälle im Übergang tiefe Fahrrinne zur Verflachung hin. Tabelle 8-8: Kennwert Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A2 Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO A2 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Auswirkungen extrem: Vergrößerung des Tidevolumens durch Schaffung von 29 Mio m³ Retentionsvolumen (Systemstudie!) Im Oberwasser ab Rhede bzw. ab Tunxdorf keine Strömungskenterung mehr deutliche Veränderungen bzw. Verbesserung im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme etwas positivere Wirkung im Unterwasser als unter A1: Abnahme Flutrommaxima leicht negative Auswirkung am Oberwasserrand (Papenburg bis Tunxdorf) im Übergang zu den Poldern: Zunahme Flutrommaxima und mittlerer Flutstrom deutliche Verschiebung stromauf oder nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ): Versalzung der Süßwasserbereiche. Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 16 Fließkilometer ins Unterwasser von Papenburg - Rhede nach Leerort Weener. Deutliche Erhöhung der Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum, aber Reduktion im Ober- und Unterwasser der Maßnahme Reduktion des Tidal Pumpings zwischen Papenburg und Herbrum und Sedimentaustrag zwischen Leerort und Papenburg führt zu einem im Mittel exportierenden System (stärker als in A1 und A1s) Verbesserungsoptionen querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Zunahme der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum auf 4,7 bis 15,5 g/l und auf 4,7 bis 6,7 g/l im Tidemittel. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Oberwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,32 bis 5,8 g/l und im Tidemittel auf 0,46 bis 2,4 g/l. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Unterwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,05 bis 2,9 g/l und im Tidemittel auf 0,10 bis 1,1 g/l. Reduzierter Sedimentaustrag, leicht geschwächter Flussabtransport und zum Teil Sedimenteintrag zwischen Emden und Terborg (stärker als in A1 und A1s). Umkehrung des flussaufwärts gerichteten Sedimenttransports zum durchgängig exportierenden System im Bereich der Maßnahme und im nahen Unterwasser bis Terborg (stärker als in A1 und A1s). Reduktion des Sedimenteintrags zwischen Papenburg und Herbrum (stärker als in A1 und A1s). Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios unter MQ (vgl. Tabelle 8-3, stärker als in A1 und A1s). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme Leerort Gandersum (vgl. Flutstromgradient) inkl. Abnahme des Sedimentaustrags in diesem Bereich. Reduktion des Emswasserstandes ab Herbrum um 25 cm unter MQ (88,11 m³/s) DHI-WASY 101/156

130 Ökologische und wasserwirtschaftliche Folgen? Sedimentmobilisierung im Bereich der Retentionsräume und leicht erhöhte Schwebstoffkonzentrationen bei Rhede. (insgesamt) Reduzierte Dimensionierung in der Größe und Höhenlage der Retentionsräume, bessere Anordnung der Retentionsräume in ihrer räumlichen Lage sonst Sogeffekt und Vergrößerung des ins Oberwasser transportierten Tidevolumens Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen) Anpassung des Übergangs zwischen Verflachungsstrecke und Retentionspoldern Geringeres Längsgefälle im Übergang tiefe Fahrrinne zur Verflachung hin. Tabelle 8-9: Kennwert Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario A2s Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO A2S im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Auswirkungen extrem: Vergrößerung des Tidevolumen durch Schaffung von 29 Mio m³ Retentionsvolumen (Systemstudie!) Im Oberwasser ab Rhede bzw. ab Tunxdorf keine Strömungskenterung mehr deutliche Veränderungen bzw. Verbesserung im Maßnahmenbereich und im Oberwasser der Maßnahme (Wirkung etwas stärker als in A2) etwas positivere Wirkung im Unterwasser, als unter A1: Abnahme Flutrommaxima (Wirkung etwas schlechter als in A2) leicht negative Auswirkung am Oberwasserrand (Papenburg bis Tunxdorf) im Übergang zu den Poldern: Zunahme Flutrommaxima und mittlerer Flutstrom deutliche Verschiebung stromauf oder nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) (Wirkung etwas stärker als in A2): Versalzung der Süßwasserbereiche. Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 16 Fließkilometer ins Unterwasser von Papenburg - Rhede nach Leerort Weener. Die Annahme einer sandigen Sohle führt dazu, dass es keine Erhöhungen der maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum gibt: Leichte Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum und Reduktion im Ober- und Unterwasser der Maßnahme Reduktion des Tidal Pumpings zwischen Papenburg und Herbrum und Sedimentaustrag zwischen Leerort und Papenburg führt zu einem im Mittel exportierenden System (stärker als in A1 und A1s, schwächer als in A2) Verbesserungsoptionen querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosediment- Leichte Reduktion der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Trübungsmaximum auf 2,0 bis 8,6 g/l und auf 2,0 bis 2,6 g/l im Tidemittel. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Oberwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,30 bis 9,1 g/l und im Tidemittel auf 0,43 bis 3,7 g/l. Abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Unterwasser des Maßnahmenbereichs auf 0,05 bis 3,0 g/l und im Tidemittel auf 0,10 bis 1,1 g/l. Reduzierter Sedimentaustrag, leicht geschwächter Flussabtransport und zum Teil Sedimenteintrag zwischen Emden und Terborg (stärker als in A1 und A1s). DHI-WASY 102/156

131 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht transports Umkehrung des flussaufwärts gerichteten Sedimenttransports zum durchgängig exportierenden System im Bereich der Maßnahme und im nahen Unterwasser bis Terborg (stärker als in A1 und A1s, etwas schwächer als in A2). Reduktion des Sedimenteintrags zwischen Papenburg und Herbrum (stärker als in A1, A1s und A2). Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios unter MQ (vgl. Tabelle 8-3, stärker als in A1 und A1s, schwächer als in A2). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Steigerung der Tideasymmetrie im Unterwasser der Maßnahme Leerort Gandersum (vgl. Flutstromgradient) inkl. Abnahme des Sedimentaustrags in diesem Bereich. Reduktion des Emswasserstandes ab Herbrum um 25 cm unter MQ (88,11 m³/s) Ökologische und wasserwirtschaftliche Folgen? Sedimentmobilisierung im Bereich der Retentionsräume und erhöhte Schwebstoffkonzentrationen bei Rhede. Verbesserungsoptionen (insgesamt) Reduzierte Dimensionierung in der Größe und Höhenlage der Retentionsräume, bessere Anordnung der Retentionsräume in ihrer räumlichen Lage sonst Sogeffekt und Vergrößerung des ins Oberwasser transportierten Tidevolumens Verflachung in Kombination mit einem Rückhalt bzw. Retentionsmaßnahmen im Unterwasser von Leer Kombination der Verflachung mit einer Verbreiterung des benetzen Bereiches (Verbreiterung des Gewässers zur Umlagerung der ursprünglich benetzten Flächen) Anpassung des Übergangs zwischen Verflachungsstrecke und Retentionspoldern Geringeres Längsgefälle im Übergang tiefe Fahrrinne zur Verflachung hin. Tabelle 8-10: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario B Kennwert Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO B im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Vergrößerung des Tidevolumens durch zwei Tidepolder mit ca. 18 Mio m³ Retentionsvolumen. Im Oberwasser von Herbrum keine Strömungskenterung mehr unter MQ, aber Tidehub noch mit ca. 1 m erkennbar. Aus hydrodynamischer Sicht Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Mit durchgängigerer Wirkung als unter den Szenarien A. Besonders positive Wirkung für die Strömungskennwerte, die Tidewasserstände und den Tidehub im Oberwasser der Tidepolder ab Leerort. Im Unterwasser von Leerort im Gegensatz zum Szenario A auch eine durchgängige Verbesserung der Situation aus hydrodynamischer Sicht. Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 5 Fließkilometer ins Oberwasser jedoch mit einer Reduktion des Scheitelwertes. Umkehr des Tidal Pumpings zwischen Terborg und Emden zum Sedimentaustrag. Leichte Verlängerung des Bereichs mit Sedimentimport zwischen Weener und Herbrum mit einer leichten Erhöhung des Maximalwertes zum Flussauftransport. querschnitts- Leichte Reduktion der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel von 3,2 auf 2,5 g/l und von 4,3 auf 3,0 g/l im Trübungsmaximum bei DHI-WASY 103/156

132 Rhede, mit flussaufwärtiger Verschiebung des Trübungsmaximums um ca. 5 km. Leicht zunehmende Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel zwischen Leerort und Knock von 0,2 bis 1,5 g/l (AZ) und auf 0,2 bis 1,7 g/l (B). Abnehmende / Zunehmende Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel zwischen Leerort und Herbrum von 0,5 bis 3,2 g/l (AZ) und auf 0,9 bis 2,5 g/l (B). Lokale Zunahme im Oberwasser von Herbrum. Umkehr des Sedimenteintrags zwischen Emden und Terborg zu einem durchgängigen Sedimentexport. Verlängerung des Sedimentimports zwischen Papenburg und Rhede (AZ) auf den Bereich zwischen Weener und ca. Rhede (B) und Steigerung in der Intensität durch Verlängerung des Tideeinflusses. Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios B unter MQ (vgl. Tabelle 8-3, stärker als in den Szenarien A). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Leichte Steigerung der Schwebstoffkonzentrationen zwischen Terborg und Knock, jedoch mit durchgängigem Trend zum Sedimentexport. Absinken der Wasserspiegellagen zwischen Herbrum und Bollingerfähr im Mittel auf +0.9 bis +1.1 m NN (MTmw) um ca. 1,2 m durch das fehlende Wehr bei Herbrum. Trotz der Tidespeicherung im Unterwasser liegt der Tidehub liegt bei Herbrum noch bei ca. 1,5 bis 1,3 m (für MQ). Verschlechterung im Schwebstoffhaushalt zwischen Weener und Herbrum mit einer Verstärkung des Flussauftransports und einer Ausdehnung des hohen Trübungen über 1 g/l flussaufwärts. gemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Verbesserungsoptionen (insgesamt) Einbindung einer zusätzlichen Maßnahme (z.b. Tidespeicherung) oberhalb von Papenburg zur Reduktion der Trübung und zur Reduktion des Flussauftransports in diesem Bereich. Tabelle 8-11: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C1 Kennwert Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO C1 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Vergrößerung des Tidevolumens durch sechs Tidepolder mit ca. 29 Mio m³ Retentionsvolumen. Im Oberwasser von Herbrum kein Tidehub erkennbar, aber auch keine nachteilige Entwicklung der Stauwasserstände oberhalb von Herbrum. Aus hydrodynamischer Sicht Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Mit durchgängigerer Wirkung als unter den Szenarien A und B (Ausnahme: lokale Verschlechterung des Verhältnisses Ebb-:Flutstroms bei Papenburg). Besonders positive Wirkung für die Tidewasserstände und den Tidehub bei Papenburg, zum Teil aber nachteilige Wirkung auf die Strömungskennwerte. Im Unterwasser von Weener im Gegensatz zum Szenario A und B eine durchgängige Verbesserung der Situation aus hydrodynamischer Sicht. Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 13,5 Fließkilometer ins Unterwasser nach Weener mit einer Reduktion des Scheitelwertes. Umkehr des Tidal Pumpings zwischen Terborg und Emden zum Sedimentaustrag. Vergrößerung und Verschlechterung des Bereichs mit Sedimentimport zwischen DHI-WASY 104/156

133 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Terborg und Herbrum mit einem dreifach höheren Maximalwert zum Flussauftransport nahe Terborg. querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Reduktion der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel von 3,2 auf 2,2 g/l und von 4,3 auf 3,0 g/l im Trübungsmaximum bei Rhede, mit flussabwärtiger Verschiebung des Trübungsmaximums um ca. 13,5 km. Leicht zunehmende Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel zwischen Leerort und Knock von 0,2 bis 1,5 g/l (AZ) und auf 0,2 bis 1,9 g/l (C1). Meist abnehmende Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel zwischen Leerort und Herbrum von 0,5 bis 3,2 g/l (AZ) und auf 0,4 bis 2,2 g/l (C1). Lokale Zunahme bei Weener. Umkehr des Sedimenteintrags zwischen Emden und Terborg zu einem durchgängigen Sedimentexport. Vergrößerung und Verlängerung des Sedimentimports zwischen Papenburg und Rhede (AZ) auf den Bereich zwischen Terborg und ca. Rhede (C1) und Steigerung in der Intensität durch die Tidepolder, insbesondere nahe Terborg. Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios C1 unter MQ (vgl. Tabelle 8-3, stärker als in den Szenarien A1, aber schwächer als A2s und B). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Leichte Steigerung der Schwebstoffkonzentrationen zwischen Terborg und Knock, jedoch mit durchgängigem Trend zum Sedimentexport (beide Effekte stärker als in Szenario B). Extreme Vergrößerung und Verlängerung des Sedimentimports zwischen Papenburg und Rhede (AZ) auf den Bereich zwischen Terborg und ca. Rhede (C1) und Steigerung in der Intensität durch die Tidepolder, insbesondere nahe Terborg Verschlechterung im Schwebstoffhaushalt bei Weener mit einer lokalen Erhöhung der Schwebstoffkonzentration auf 2,2 g/l flussaufwärts. Verbesserungsoptionen (insgesamt) Modifikation der Retentionsmaßnahme in Größe, Volumen und Anordnung entlang der Unterems: Statt Anbindung weniger großer Polderflächen, Anschluss kleinerer und verteilter Polderflächen mit Staffelung entlang der mittleren und oberen Unterems Korrektur der Polder im Bereich der unteren Unterems zur Vermeidung der negativen Effekte (Modifikation der Polderanbindung oder Anschluss als Aufweitungsbereich) Tabelle 8-12: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C2 Kennwert Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO C2 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Vergrößerung des Tidevolumens durch neun Tidepolder mit ca. 14,2 Mio m³ Retentionsvolumen. Im Oberwasser von Herbrum kein Tidehub erkennbar, aber auch keine nachteilige Entwicklung der Stauwasserstände oberhalb von Herbrum. Aus hydrodynamischer Sicht Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Mit durchgängigerer Wirkung als unter den Szenarien A und B, ähnlich wie in C1 (Ausnahme wie in C1 auch: lokale Verschlechterung des Verhältnisses Ebb-:Flutstroms bei Papenburg). Besonders positive Wirkung für die Tidewasserstände und den Tidehub bei DHI-WASY 105/156

134 Papenburg, zum Teil aber nachteilige Wirkung auf die Strömungskennwerte. Im Unterwasser von Weener im Gegensatz zum Szenario A und B eine durchgängige Verbesserung der Situation aus hydrodynamischer Sicht, jedoch etwas schwächer als in C1 Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 15,9 Fließkilometer ins Unterwasser nahe Leerort (weiter als in C1) mit einer Reduktion des Scheitelwertes (geringer als C1). Umkehr des Tidal Pumpings zwischen Leerort und Emden zum Sedimentaustrag. Leichte Verschlechterung bzw. keine Verbesserung des Bereichs mit Sedimentimport zwischen Leerort und Herbrum (deutlich besser als in C1 und B). querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Reduktion (geringer als in C1) der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel von 3,2 auf 2,7 g/l und von 4,3 auf 3,8 g/l im Trübungsmaximum bei Rhede, mit flussabwärtiger Verschiebung des Trübungsmaximums um ca. 15,9 km gegenüber AZ (weiter als in C1). Keine zunehmenden Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel zwischen Ems-km 30 und Knock (vorteilig gegenüber C1). Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel liegen zwischen Brahe und Ems-km 3 über den Werten von C1. Umkehr des Sedimenteintrags zwischen Emden und Leerort zu einem durchgängigen Sedimentexport (längere Ausdehnung als in C1) Leichte Verschlechterung/ keine Verbesserung des Sedimentimports zwischen Leerort und Rhede (besser als in C1 und B) Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios C2 unter MQ (vgl. Tabelle 8-3, stärker als in den Szenarien A, As und C1 aber schwächer als in B). Nachteile der Maßnahme (insgesamt) Verbesserungsoptionen (insgesamt) Steigerung der Schwebstoffkonzentrationen zwischen Ems-km 30 und Leerort, jedoch mit durchgängigem Trend zum Sedimentexport (beide Effekte stärker als in Szenario C1 und B). Deutliche Steigerung der Schwebstoffkonzentrationen zwischen Leerort und Papenburg (deutliche Erhöhung gegenüber B und C1), nach wie vor unter (zum Teil reduziertem) Sedimentimport. Kombination der Tidepolder in der mittleren und oberen Unterems mit strömungsdämpfenden Maßnahmen nahe Papenburg, und nahe Leerort sowie in der unteren Unterems Einbindung von ergänzenden Maßnahmen im Bereich der unteren Unterems, die hier bewusst in C2 zurückgestellt wurden. Weitergehende Maßnahmen zur Reduktion des Imports im Bereich von Leerort bis oberhalb Papenburg. Tabelle 8-13: Faktenübersicht der sedimentologischen Veränderungen unter Szenario C3 Kennwert Wichtigste Fakten zu Veränderungen unter SZENARIO C3 im Vergleich zum Ausgangszustand Fazit zur Maßnahme (insgesamt) Vergrößerung des Tidevolumens durch die Maßnahme mit ca. 10 Mio m³ Volumen: Trotz des geringen Volumens und des geringen Flächenanspruchs (ca. 275 ha DHI-WASY 106/156

135 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht zusätzlich) kurzfristig eine positive Wirkung. Im Oberwasser von Herbrum kein Tidehub erkennbar, aber auch keine nachteilige Entwicklung der Stauwasserstände oberhalb von Herbrum. Aus hydrodynamischer Sicht mittlere Verbesserungen in der gesamten Unterems zwischen Knock und Herbrum. Mit durchgängigerer Wirkung als unter den Szenarien A und B, aber geringerer Wirkung im Vergleich zu C1 und C2. positive Wirkung für die Tidewasserstände und den Tidehub bei Papenburg, hier auch keine nachteilige Wirkung auf die Strömungskennwerte (vgl. C1 und C2). Keine nachteilige Verformung der Salzgehaltsentwicklung in der Ems (unter MQ) Verschiebung des Trübungsmaximums unter MQ um ca. 4 bis 5 Fließkilometer ins Unterwasser nahe Papenburg (geringer als in C1 und C2) mit einer deutlichen Reduktion des Scheitelwertes (deutlicher als in C1 und C2). Umkehr des Tidal Pumpings zwischen Leerort und Emden zum Sedimentaustrag. Leichte Verschlechterung bzw. keine Verbesserung des Bereichs mit Sedimentimport zwischen Leerort und Herbrum (ähnlich zu C2). querschnittsgemittelte bzw. querschnitts- und tidegemittelte Schwebstoffkonzentrationen Veränderung des Nettosedimenttransports Reduktion (deutlichste bislang) der mittleren und maximalen Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel von 3,2 auf 2,0 g/l und von 4,3 auf 2,8 g/l im Trübungsmaximum bei Rhede, mit leichter flussabwärtiger Verschiebung des Trübungsmaximums um ca. 4 bis 5 km gegenüber AZ. Keine zunehmenden Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel zwischen Ems-km 30 und Knock (vorteilhaft gegenüber C1). Schwebstoffkonzentrationen im Tidemittel liegen zwischen Rhede und Ems-km -1 über den Werten von C1 und C2. Umkehr des Sedimenteintrags zwischen Emden und Ems-km 20 zu einem durchgängigen Sedimentexport (längere Ausdehnung als in C1, ähnlich wie in C2) Leichte Verschlechterung/ keine Verbesserung des Sedimentimports zwischen Leerort und Rhede (ähnlich wie in C2) Gesamtbilanz der Ems im Mittel: Exportierendes System im Initialzustand des Szenarios C3 unter MQ (vgl. Tabelle 8-3). Nachteile der Maßnahme Geringe Flussabwärtsverschiebung des Trübungsmaximums, jedoch mit deutlichster Reduktion der Trübung im Vergleich zu allen schluffigen Szenarien. (insgesamt) Verbesserungsoptionen (insgesamt) Kombination mit Tidepoldern in der mittleren und oberen Unterems. Weitergehende Maßnahmen zur (mittel bis langfristigen) Reduktion der Trübung im Bereich von Leerort bis oberhalb Papenburg. DHI-WASY 107/156

136 9. Wirkungsanalyse der Einzelmaßnahmen in den Szenarien Nachfolgend wird die hydrodynamische und sedimentologische Wirkung der Einzelmaßnahmen gesondert analysiert. 9.1 Wirkung der Tidepolder Tidepolder im Bereich der Flut- und Ebbströmung dienen zum Rückhalt von Wasser und Sediment in einem Ästuar. Im Rahmen mehrerer Untersuchungen an der Ems und auch an benachbarten Ästuaren wurden folgende grundlegenden Wirkungsmechanismen zur Tidespeicherung nachgewiesen: Absenkung des Thw Anhebung des Tnw Erhöhung maximaler Ebbstrom und Reduktion maximaler Flutstrom Reduktion des Verhältnisses Flut-:Ebbestrom Rückhalt von Sediment im Polderbereich Bei Flutstrom wird durch die Wirkung der Polder mehr Wasser in das Ästuar einströmen und im Tidepolder gespeichert. In dieser Phase der Flutströmung läuft Wasser und Sediment in den Polder ein. Hierbei fallen die Einströmgeschwindigkeiten im Zuflussbereich höher aus als in den Randbereichen. Eingetragenes Sediment kann sich in der Phase der Kenterung im Polder absetzen. So entscheidet bei Ebbströmung die Öffnungsweite des Polders über die Stauwasserdauer und die Dauer des Entleerungsprozesses. Grundsätzlich entleert sich bei Ebbstrom das zusätzlich gespeicherte Wasservolumen je nach Öffnungsbreite mehr oder minder schnell wieder flussabwärts. Hierbei sind zwei Aspekte zu beachten: Je rascher der Polder entleert (weite Öffnung), desto stärker, aber auch umso zeitlich begrenzter fällt die Stärkung des Ebbstroms aus. Zusätzlich birgt eine rasche Entleerung die Gefahr einer erneuten Sedimentmobilisierung des frisch sedimentierten Feinsediments im Polder. Je langsamer ein Polder entleert (mittlere Öffnungsweite), desto kontinuierlicher fällt die Stärkung des Ebbstroms aus. Die Gefahr einer erneuten Sedimentmobilisierung des frisch sedimentierten Feinsediments im Polder ist geringer. Wird ein Retentionsraum, ohne Abgrenzung oder schmalen Zufluss an das Gewässer über eine große Länge angeschlossen, wirkt dieser Bereich wie eine Gewässeraufweitung. Der Tideverlauf im Aufweitungsbereich verläuft (bei entsprechender Sohllage) analog zum Tideverlauf im Hauptgewässer. Durch diese Gewässeraufweitung, werden die Strömungsgeschwindigkeiten durchgängig über die gesamte Gewässerbreite reduziert. Diese Wirkung über die gesamte Gewässerbreite kann Vorteile für die hydrodynamische und sedimentologische Wirkung im Oberwasser bringen. Die Funktionsweise eines Polders mit einer weiten Öffnung, die größer als die Hauptgewässerbreite ist, sichert die effektive Nutzung des Maximalvolumens im Polder und wirkt ähnliche wie eine lokale Gewässeraufweitung: Der Tideverlauf im Polder ist analog zum Tideverlauf im Hauptgewässer. Diese maximale Poldernutzung hat Vorteile für die hydrodynamische Wirkung, erzielt aber nicht die höchste Wirkung für den Sedimentrückhalt. Zusätzlich wird nur eine geringe Verzögerung in der Hydrodynamik das Füllen des Polders zu Beginn des Flutstroms und des Entleeren zu Beginn des Ebbstroms erzielt. Durch die phasengleiche Entwicklung der Tidewasserstände im Polder und im poldernahen Bereich der Ems fällt eine Stärkung des Ebbstroms am Ende der Ebbstromphase, also zum Tideniedrigwasser hin, geringer aus als bei einem verzögerten Füllungs- und Entleerungsprozess. DHI-WASY 108/156

137 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Ein verzögerter Füllungs- und Entleerungsprozess des Polders kann über die Modifikation der Geometrie des Anschlusses (geringere Zulaufbreite, Anschlussverlängerung, usw.) oder eine Erhöhung des Fließwiderstands im Zulaufbereich (erhöhte Rauheit, Sohlschwelle, usw.) des Polders hervorgerufen werden. Diese Retention/ Verzögerung wirkt sich in der Regel vorteilig auf die Hydrodynamik und den Sedimenthaushalt aus. Einerseits wird so ein verbesserter Sedimentrückhalt im Polder erzielt, da bei Flutstrom Schwebstoffe in den Polder eingetragen werden, die infolge der verlängerten Stauwasserdauer sich in einer verlängerten Sedimentationsphase absetzen können, so dass bei Ebbstrom das Wasser aus dem Polder geringere schwebstofffrachten enthält. Zusätzlich trägt die Phasenverschiebung der Tidewasserstände zwischen Polder und im poldernahen Bereich der Ems zu einer verzögerten Stärkung der Hydrodynamik in der Ems bei. Durch die Verzögerung der Strömung und Tideprozesse im Polder, wird der Ebbstrom eher mehr zum Ende der Ebbstromphase hin gestärkt, als zu Beginn der Ebbphase. Dies kann sich vorteilig auf die Anhebung des Tideniedrigwassers und die Reduktion der Flutströmung auswirken. Für einen verzögerten Füllungs- und Entleerungsprozess des Polders wird daher eine Zuflussbreite, die ca. bei 30 bis 70 % der Hauptgewässerbreite liegt, angenommen. Für die hier betrachteten drei Tidepolder wurden im Rahmen des vorliegenden Projektes folgende Kriterien eingegrenzt bzw. vor dem Hintergrund der optimalen Wirkung, die nachfolgend beschriebenen vereinfachten Annahmen zugrunde gelegt. Folgende Parameter sind je nach Szenario und Maßnahme zu kombinieren und zu definieren. Öffnungsweite Volumen des Speicherbeckens je nach Lage im Vergleich zur hydro- und morphodynamischen Charakteristik der Ems Folgende Vorannahmen wurden für die Tidepolder angesetzt: Je nach Lage, Anordnung, und Volumen der Speicherbecken fällt die Wirkung unterschiedlich aus. Folgende Aspekte beeinflussen die Wirkung der Tidespeicherbecken: Höhenlage auf Höhe des mittleren Tideniedrigwassers (MTnw) Möglichst kurze Anbindung an den Fluss senkrechter Anschluss des Tidepolders Folgende Punkte werden durch alle hier vorgenommenen Systemstudien nicht weiter betrachtet: Räumliche Ausbildung der Polderfläche und tatsächliche Realisierung (Nutzungsdruck) Planerische Anforderungen zur Unterhaltung des Polders (Steuerungen, Zuläufe o.ä.) Anforderungen an die Schiffbarkeit (Querströmungen o.ä.) Gewässerökologische Aspekte für den Polderbereich, wie die Höhenstaffelung des Füllvolumens und Anschluss naturnaher Bereiche DHI-WASY 109/156

138 9.1.1 Tidepolder im Szenario A2, A2s, B, C1 und C2 Für die Öffnungsweiten und das gewählten Tidevolumen für Szenario A2 und A2s wurden folgende Vorüberlegungen getroffen. Die drei Tidespeicherbecken in der Unterems zwischen Herbrum und Papenburg sollen vorrangig zur Stärkung des Ebbstroms in diesem Bereich beitragen. Folglich wurde die Öffnungsweite zwischen 100 % und 70 % der Emsbreite gewählt. Für die Größenstaffelung des Poldervolumens wurde die Vorgabe von 1000 ha seitens des WWF umgesetzt. Folgende drei Polder werden eingebunden: Tabelle 9-1: Lage der Polder 14 für Szenario A2 zwischen Papenburg und Herbrum Nr Lage Fläche [ha] Sohle [m NN] Breite der Anbindung (Anteil zur Volumen [Mio m³] Emsbreite) 1 Stapelmoor m (70 %) 14,5 2 Tunxdorf m (90 %) 7,3 3 Rhede m (90%) 9,6 Summe ,4 Für die Öffnungsweiten und die gewählten Tidevolumen für Szenario B wurden folgende Vorüberlegungen getroffen. Die zwei Tidespeicherbecken in der Unterems zwischen Papenburg und Gandersum sollen vorrangig zur Retention von Tidevolumen in diesem Bereich beitragen. Folglich wurde die Öffnungsweite im Vergleich zu den Tidepoldern im Szenario A2s reduziert. Für die Lage und Volumenstaffelung des Poldervolumens wurde die Lage maximaler Trübungen im Ausgangszustand herangezogen. Folgende Polder wurden eingebunden: Tabelle 9-2: Lage der Polder 15 für Szenario B zwischen Gandersum und Papenburg Nr Lage Fläche [ha] Sohle [m NN] Breite der Anbindung (Anteil zur Volumen [Mio m³] Emsbreite) 1 Sautelertief (Ems-km 23,5) m (30 %) 7,5 2 Weekeborg (Ems-km 12) m (50 %) 11,0 Summe ,5 Für die Öffnungsweiten und die hier gewählten Tidevolumen für Szenario C1 wurden die in Abschnitt erörterten Vorüberlegungen getroffen. So dienen die unteren fünf Tidespeicherbecken zwischen Tunxdorf und Gandersum vorrangig zur Retention von Tidevolumen. Folglich wurde die Öffnungsweite auf ca. 30 bis 70 % der Emsbreite reduziert. Nur der oberste Polder bei Rhede dient als Binnen- und Tidepolder zur Ebbstromstärkung und zur flussabwärtigen Verschiebung des Übergangsbereiches. 14 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. 15 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 110/156

139 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tabelle 9-3: Lage der Polder 16 für Szenario C1 zwischen Gandersum und Rhede Nr Lage Fläche [ha] Sohle [m NN] Breite der Anbindung (Anteil zur Länge der Anbindung Volumen [Mio m³] (abgeschätzt) Emsbreite) 1 Sautelertief: Ems-km 23, m (30%) 300 m (Grundlage Szenario B) 10 2 Weekeborg: Ems-km m (50%) 150 m (Grundlage Szenario B) 11 3 Hornhusen: Ems-km m (35%) 180 m 1 4 Nesseburg: Ems-km 2, m (55%) 280 m Tunxdorf: Ems-km -2, m (60%) 280 m (Grundlage Szenario A2) 4 6 Rhede: Ems-km m (100%) 400 m (Grundlage Szenario A2) 0.5 SUMME: Für die Öffnungsweiten und die hier gewählten Tidevolumen für Szenario C2 wurden die in Abschnitt erörterten Vorüberlegungen getroffen. So dienen die unteren acht Tidespeicherbecken zwischen Brual und Ledamündung zur Retention von Tidevolumen. Nur der oberste Polder bei Brahe dient als Binnen- und Tidepolder zur Ebbstromstärkung und zur flussabwärtigen Verschiebung des Übergangsbereiches. Tabelle 9-4: Lage der Polder 17 für Szenario C2 zwischen Ledamündung und Brahe Nr Lage Fläche [ha] Sohle [m NN] Breite der Anbindung (Anteil zur Volumen [Mio m³] Emsbreite) 1 Ledamündung: Ems-km m (30 %) 1,3 Anschluss über Kloster Muhde-Priel 2 Westoverledingen: Ems-km m (35 %) 3,0 3 Hornhusen: Ems-km 9, m (35%) (Analog zu C1) 1,6 4 Grotegaste: Ems-km 8, m (45 %) 1,0 5 Mitling: Ems-km m (50 %) 0,8 6 Nesseburg: Ems-km 2, m (55%) (wie in C1) 2,4 7 Papenburg / Tunxdorf: Ems-km - 2,5 (Analog zu C1, aber kleiner) m (60%) 16 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. 17 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 111/156

140 8 Brual: Ems-km -3, m (70 %) 1,2 2,0 9 Brahe: Ems-km -5, m (100%) Unterhalb von Polder Rhede 0,9 SUMME: ,2 Auf Basis der nachstehenden Zeitreihen zur Entwicklung der Wasserstände, der Strömungsgeschwindigkeiten und der Schwebstoffkonzentrationen im Polder und in der Ems direkt vor dem Einlass zum Polder kann die Wirkungsweise der Polder analysiert werden. Dabei ist bei der Interpretation der Ergebnisse Folgendes zu beachten: Die Zeitreihen stellen die zeitliche Entwicklung tiefengemittelter Strömung und Schwebstoffkonzentrationen an einer selektierten Position etwa in Poldermitte und im Bereich der Fahrrinne der Ems unmittelbar vor dem Polder dar. Aus der Analyse der Wasserstands-, strömungs- und Schwebstoffzeitriehen zeigt sich, dass in der Phase des Flutstroms (Tnw Thw) werden in die Polder Schwebstoffe (leicht ansteigende Schwebstoffkonzentration, hellgrün in Abb. 9-2) unter deutlicher Flutströmung (Flutstromgeschwindigkeit, hellgrün in Abb. 9-1) eingetragen. Die Schwebstoffkonzentration reduziert sich (Absetzen der Feinsedimente) bei der Flutstromkenterung und werden mit dem Ebbstrom nicht wieder mobilisiert. Ebenfalls zeigte sich eine leichte Stärkung des Ebbstroms in der Ems an den Poldern (Ebbstromgeschwindigkeit, hellblau in Abb. 9-1, mitte). Lediglich die Wirkung des obersten Polders im Übergangsbereich (nahe Rhede oder Brahe) weicht zu der Wirkung der Polder im Unterwasser ab, da sich bei Rhede bereits keine Strömungskenterung mehr einstellt. Folglich wird der Polder im Übergangsbereich während der Flutstromphase durch den binnenseitigen Abfluss aus dem Oberwasser gespeist. Dieser Füllprozess verläuft ähnlich wie ein seitlicher Einstau des Polders ohne hohe Zuflussgeschwindigkeiten. Erst mit einsetzendem Ebbstrom im Unterwasser wird der Polder entleert und es treten Strömungsgeschwindigkeit infolge Wasserspiegelliniengefälle auf. Dieser Prozess zeigt sich in dem Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit (Ebbstromgeschwindigkeit, hellgrün in Abb. 9-1). Im Polder im Übergangsbereich zeigt die zeitliche Entwicklung der Schwebstoffkonzentration, dass bei Tidehochwasser nur ein geringer Anteil der Schwebstoffkonzentration der Ems in den Polder eingetragen wird (leicht ansteigende Schwebstoffkonzentration bei Thw, hellgrün in Abb. 9-2). Eine Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen in der Ems erfolgt in diesem Polder nicht. Dennoch trägt der Polder im Übergangsbereich zur Ebbstromstärkung im Unterwasser bei und reduziert zusammen mit den Poldern im Unterwasser die Tidereichweite. DHI-WASY 112/156

141 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 9-1: Wasserstände und Strömungen an und in den Poldern (hier für A2) DHI-WASY 113/156

142 Abb. 9-2: Wasserstände und Schwebstoffkonzentrationen an und in den Poldern (hier für A2) DHI-WASY 114/156

143 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Wirkung der Verflachung Die Wirkung der Sohlverflachung kennzeichnet sich in einer Verbesserung der hydrodynamischen Kennwerte im Verflachungsbereich und noch deutlicher im Oberwasser. Im Unterwasser kommt es jedoch zu einer nachteiligen Entwicklung für den Sedimenttransport und die Hydrodynamik. Negative Veränderungen im i Unterwasser (Abb. 9-3): Zunahme Tidehub: Reduktionn Tnw und leichte Erhöhung Thw Zunahme Flutstrom und Abnahme Ebbstrom: Zunahme Flutstromdominanz Abnahme mittlererr Flutstrom und Erhöhung maximaler Flutstrom: Tideasymmetrie nimmt zu Abb. 9-3: Wirkung derr Verflachung zwischen Leerort und u Papenburg Ursache für diese nachteilige Entwicklung ist der Sohlsprung bei Leerort. Zudem wird die Anhebung des Tideniedrigwassers vorrangig durch eine Anhebung der Sohle und eine Reduktion der benetzten Fläche erzielt. Diese schlagartige e Volumenreduktion wirkt wie eine geomorphologische Diskontinuität infolge eines veränderten Breiten-Tiefen Verhältnisses und führt zu den angeführten negativen Entwicklungenn im Unterwasser. Die reduzierte Wassertiefe könnte ideal über die Schaffung neuer Flachwasserbereiche (erhöhte Breite) ausgeglichen werden. Im Oberwasser wirkt die Verflachung ähnlich wie eine lange Sohlschwelle (Abb. 9-4): Stauenden und strömungsreduzierend. DHI-WASY 115/ /156

144 Abb. 9-4: Wirkung derr Verflachung und deren Ursachen Abschätzung zur morphologischen Stabilität der Verflachung Eine vereinfachte Analyse zur morphologischen Stabilitätt für die Sohlverflachung wird auf Grundlage gemessener bathymetrischer Daten des WSA,, die von Smile Consult (2010) im Rahmen des Projektes Morphois-Ems u.a. hinsichtlich der mittleren Sohländerungen in sogenannten Kontrollflächen interpretiert. Als Datengrundlage für die Auswertung der mittleren Sohländerung in der Unterems in diesen Kontrollflächenn seitens Smile Consult (2010) wurden monatlich erhobene Verkehrssicherungslängspeilungen zwischen verwendet. Sohländerungen mit Mittel pro Tide (Smile Consult) Sohländerung [cm/tide] Mittelwert obere Hüllkurve untere Hüllkurve april mai 2005 mrz juli Ems-kilometer Abb. 9-5: Mittelwert aller mittleren Sohländerungen (dunkelblau), oberee und untere Hüllkurve der Sohländerungen (grau), mittlere Sohländerung April 2004 bis Mai 2005 (grün) und mittlere Sohländerung März bis Juli 2008 (hellblau) in den unterhaltungsfreien Zeiträumen je Kontrollfläche gemittelte und im zeitlichen Mittel (Datenn WSA, Auswertung Smile Consult, 2004 bis 2008) DHI-WASY 116/ /156

145 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Die auf Basis der Verkehrssicherungslängspeilungen bilanzierten Sohländerungen in [cm/tide] in den Kontrollflächen von Ems-km 40 bis 0 entlang der Fahrrinne weisen die mittlere Sohländerungen aller unterhaltungsfreien Zeiträume (Abb. 9-5, blau) zwischen Weener und Papenburg eine Auflandungstendenz von ca. +0,2 cm /Tide und nahe Leer eine Auflandungstendenz von unter +0,1 cm /Tide auf. Diese entspricht in einer sehr vereinfachten Abschätzung (mit 705 Tiden im Jahr) in einem Unterhaltungsfreien Zeitraum ca. 1,4 m Auflandung zwischen Weener und Papenburg und ca. 70 cm Auflandung nahe Leerort. Diese Auflandungstendenz kann jedoch nicht über längere Zeiträume als linear angenommen werden. So zeigt bereits die obere und untere Hüllkurve (Abb. 9-5, grau) zwischen Papenburg und Leerort, dass im räumlichen und zeitlichen Mittel sowohl eine Erosions- als auch eine Sedimentationstendenz auftreten kann. Selbst unter der sehr groben Abschätzung einer durchgängig linearen Auflandungsneigung von +0,1 cm/tide würde eine Verlandung auf -3,0 m NN auf Basis einer mittleren Sohllage von -5,5 m NN zwischen Leer und Papenburg mindestens 3,5 bis 4 Jahre andauern, wobei von einer längeren Auflandungsdauer auszugehen ist. Zudem wird sich keine horizontale Sohllage auf einem Niveau von -3 m NN einstellen, sondern eine dem derzeitigen, mittleren Sohlgefälle folgende Sohllage. Dementsprechend wird auch die horizontale Sohllage auf einem Niveau von -3 m NN insbesondere am oberen und unteren Rand sich mittel- und langfristig nicht morphologisch stabil verhalten. Dies zeigt auch Abb. 9-6: 1.5 Qualitativer Vergleich der mittleren Sohländerungen (gemessen und simuliert) april mai 2005 mrz juli Mittel 1 dz-mean A2s [cm] dz-mean AZ [cm] 20 dz-mean A1s [cm] Sohländerung [cm/tide] Ems-kilometer -30 Abb. 9-6: Qualitativer Vergleich der mittleren Sohlentwicklung: Mittelwert aller mittleren Sohländerungen (lila), mittlere Sohländerung April 2004 bis Mai 2005 (grün) und mittlere Sohländerung März 2008 bis Juli 2008 (orange) in den unterhaltungsfreien Zeiträumen je Kontrollfläche gemittelte und im zeitlichen Mittel (Daten WSA, Auswertung Smile Consult, 2004 bis 2008) in Gegenüberstellung zur mittleren simulierten Sohlentwicklung über ca. 3 Wochen im Ausgangszustand (AZ, dunkelblau), für Szenario A2s (rosa) und A1s (grün) Als qualitativer Vergleich zwischen numerischem Modell und gemessener Sohländerung sind die Entwicklungen unter dem Ausgangszustand (Abb. 9-6, dunkelblau) und der mittleren Sohländerung zwischen März 2008 bis Juli 2008 (Abb. 9-6, orange) zu sehen. Die Wirkung der Sohlverflachung (A1s und A2s) setzt bei Terborg (ca. Ems-km 22) ein, führt dort einer geringeren Erosionsneigung und setzt sich im Oberwasser mit einer erhöhten Sedimentationsneigung, die bis Leer unterhalb der Verflachung anwächst, fort. Die Schwelle der Verflachung wird durch Erosion an ein mittleres Sohlgefälle angeglichen. Zwischen Weener und Papenburg wird auf der verflachten Sohle die Sedimentationsneigung DHI-WASY 117/156

146 deutlich gedämpft. Folglich wird die künstliche Verflachung am unteren Rand nicht stabil und dementsprechend auch die lokalen Erhöhungen und Probleme in diesem Bereich von kurzfristigem Charakter sein. Die Sohlverflachung wird folglich sich nur über einen sehr langen unterhaltungsfreien Zeitraum nahe einer Höhenlage von -3 m NN einstellen können. Die aufgelandete Sohle wird dem derzeitigen mittleren Sohlgefälle in etwa folgen und somit bei Leer tiefer liegen, als bei Papenburg. Eine horizontale Verflachung auf -3 m NN über die 14 Fließ-km der Ems werden sich mittelfristig an dieses Gefälle angleichen, so dass sie Sohle im Unterwasser der Verflachung aufsedimentiert, am unteren Rand der Verflachung erodiert und oberhalb der Verflachung ebenfalls auflandet. 9.3 Wirkung der Ästuarverlängerung Anlehnend an eine Systemstudie zur Ems aus der Niederlande von Schuttelaars et al. (2011) ist ab einer Verlängerung des Emsästuars um ca. 10 km mit einer flussabwärtigen Verschiebung hoher Schwebstoffkonzentrationen zu rechnen. Eine flussabwärtige Verschiebung hoher Schwebstoffkonzentrationen zeigte auch eine Untersuchung der BAW zur Tidewehrlegung in Herbrum und Bollingerfähr (Heyer et al., 2011). Hierbei wurden die Wehrkronenhöhen auf Schwellen mit einer Scheitelhöhe von m NN in Herbrum und auf m NN in Bollingerfähr reduziert. Im hier analysierten Szenario B zur Ästuarverlängerung wurde das Wehr bei Herbrum vollständig entfernt (ohne Schwelle), so dass die Tide bis Bollingerfähr einlaufen kann. Durch die Ausdehnung der Tidegrenze ohne eine Schwelle bei Herbrum kommt es zur Ausdehnung des Tideeinflusses mit dem einhergehenden Tidehub, bidirektional Strömungsprozessen, der Verschiebung des Trübungsmaximums und einer Veränderung des Nettosedimenttransports. Folglich zeigt sich nun zwischen Herbrum und Bollingerfähr ein deutlicher Tidehub. Die Binnenwasserstände verändern sich zu variableren Tidewasserständen und auch die Strömungsprozesse verändern sich in diesem Bereich. Bedingt durch den mittleren Oberwasserzufluss von 88,11 m³/s und die zwei Tidepolder im Unterwasser tritt mit der Entfernung des Tidewehrs keine Flutstromkenterung mehr bei Herbrum auf. Bei niedrigeren binnenseitigen Zuflüssen (unter MQ) kann eine Strömungskenterung in diesem Bereich auftreten. Die Kombination der drei Maßnahmen bewirkt lokal betrachtet keine Verbesserung der Schwebstoffkonzentrationen im Bereich zwischen Papenburg und Herbrum. Es stellt sich sogar eine flussaufwärtige Verschiebung des Trübungsmaximums um ca. 5 km ein, das aber in seiner Intensität von 3,2 g/l (AZ, Abb. 8-2) auf 2,5 g/l (B, Abb. 8-2) deutlich reduziert wird. Zusätzlich zeigt sich ein weiteres, deutlich abgegrenztes Trübungsmaximum im Unterwasser von Leerort. Ursächlich für die nachteilige Veränderung zwischen Papenburg und Bollingerfähr ist zusätzlich zum oben angeführten Tideeinfluss die erhöhte Sedimentmobilisierung aus dem Binnenbereich. Bislang traten durch die Stauhaltung bei Herbrum (Wehr) stark reduzierte Strömungsgeschwindigkeiten bei großen Wassertiefen auf. Durch die reduzierte Fließtiefe und die erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten in Szenario B wird hier Feinsediment mobilisiert und flussabwärts transportiert. Dies zeigt sich insbesondere im 7-fach höheren flussabwärtigen Nettosedimenttransport zwischen Bollingerfähr bis unterhalb von Herbrum ( AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tideoffen 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand P2 P DHI-WASY 118/156 Emskilometer [km]

147 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 8-5). Im Bereich zwischen Rhede, Papenburg und Weener führt dieser erhöhte Sedimenteintrag zur lokalen Steigerung des Tidal pumpings, da sich mehr Sediment in der Wassersäule befindet und bei Flutstrom hohe Schwebstoffkonzentrationen flussaufwärts bewegt werden. Allerdings ist auch eine Verformung des advektiven Restschwebstofftransports zu erkennen ( AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand 3 Polder Verflachung 3 Polder Verflachung Sand Tideoffen P2 P1 Emskilometer [km] Abb. 8-5). Im Unterwasser des ehemaligen Wehrs bei Herbrum bis Rhede kommt es zur deutlichen Reduktion (ca. 50 %) des flussaufwärts gerichteten Nettosedimenttransports. Eine abschließende Bewertung der Maßnahmenkombination in Szenario B erfordert eine Abschätzung zur Veränderung der Gewässermorphologie und der Sedimentologie an der Gewässersohle. Diese Mobilisierung von Feinsediment wird im Oberwasser nur kurzfristig auftreten. Eine langfristig zu erwartende Reduktion des binnenseitigen Schwebstoffeintrags führt zur Reduktion der Trübung zwischen Rhede und Weener und auch dort zur Reduktion des Flussauftransports. 9.4 Wirkung der Stromspaltung Die Stromspaltung ist eine natürliche morphologische Laufstruktur, die bereits am Bingumer Sand und am Hatzumer Sand in der Unterems existiert. Im Zuge des Sanierungsszenarios C3 wurde eine zusätzliche Laufstruktur bei Midlum in Anlehnung an die bestehende Stromspaltung am Hatzumer Sand integriert. Diese morphologische Laufstruktur wirkt weniger als Tidespeicher und hält nur einen kleinen Anteil an Wasser und Sediment (lateral/ seitlich) zurück. Die Wirkung der Stromspaltung wird vielmehr durch deren großskaligen Fließwiderstand infolge veränderter Morphologie (Konvergenz bzw. Breiten-Tiefenverhältnisse) geprägt. Mit der Stromaufspaltung werden insbesondere die advektiven Prozesse durch Dissipation und durch die Verzweigung und den Zusammenfluss gedämpft. Folgende grundlegenden Wirkungsmechanismen sind zu erwarten: Reduktion der Flutstromdominanz im Hauptgerinne Leichte Anhebung des Tideniedrigwassers Leichte Reduktion des Tidehubs Dämpfung der Tideströmung durch veränderte Morphologie Dämpfung der Transportprozesse in Folge der hydrodynamischen Veränderungen durch Verzweigung und Zusammenfluss Für die Anordnungen, die Breiten-Tiefenverhältnisse und die zusätzlich integrierte Stromspaltung in Szenario C3 wurden die in Abschnitt erörterten Vorüberlegungen getroffen. Tabelle 9-5: Lage der Stromspaltungen 18 für Szenario C3 zwischen Gandersum und Leerort Nr Lage Fläche [ha] Sohle [m NN] Breite (Anteil zur Tidevolumen [Mio m³] 18 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 119/156

148 S1 S2 S3 Stromspaltung Vorland Midlum (Nur Stromspaltung ohne flaches Vorland), Ems-km 22 Stromspaltung Hatzumer Sand (Stromspaltung im Bestand), Ems-km 24 Stromspaltung Bingumer Sand (Stromspaltung im Bestand), Ems-km 17 Emsbreite) 29-3, m (40 %) 2,7 -- ca m (45 %) 1,9 -- ca m (35 %) 0,04 Für die Stromspaltungen wurden folgende Kriterien eingegrenzt bzw. vor dem Hintergrund der optimalen Wirkung, die nachfolgend beschriebenen vereinfachten Annahmen zugrunde gelegt. Folgende Parameter wurden auf Basis der bestehenden Stromspaltung Hatzumer Sand abgeschätzt und im Szenario C3 für Midlum berücksichtigt (vgl. Tabelle 9-5). Öffnungsweite (Breite): ca. 40 % Anbindung und Lage zum Hauptrinne: siehe Abschnitt Sohltiefe der Nebenrinne: ca. MTnw -1,5 m Folgende Punkte werden durch die vorgenommene Systemstudie nicht weiter betrachtet: Räumliche Ausbildung bestehender Priele und tatsächliche Realisierung (Nutzungsdruck) Planerische Anforderungen zur Unterhaltung der Nebenrinne (Steuerungen, Zuläufe o.ä.) Anforderungen an die Schiffbarkeit (Querströmungen o.ä.) Gewässerökologische Aspekte für die Nebenrinne. Bei Midlum in der Hauptrinne (Ems, Abb. 9-7) zeigt sich bereits eine Dämpfung der Flutströmung mit Neigung zur Ebbstromdominanz (Maximale Ebbströmung leicht über der maximalen Flutströmung). In den Nebenrinnen tritt jedoch eine leichte Flutstromdominanz auf, dadurch dass die maximale Flutströmung etwas größer als die maximale Ebbströmung ist. Ganglinien der Tidewasserstände und Strömungen in den Stromspaltungen (Neben- und Hauptrinne) verlaufen nahezu phasengleich. Durch die geringeren Strömungsgeschwindigkeiten in den Nebenläufen setzt hier die Flut- und Ebbstromkenterung etwas früher ein. Durch die Stromverzweigung wird eine Aufteilung der Schwebstofffracht unter Ebb- und Flutstrom initiiert (Abb. 9-10). Durch diese Aufteilung der Stoffströme werden advektive Sedimenttransportprozesse beeinträchtigt und verformt. Beide Stromspaltungen (die bestehende und die neue im Szenario C3) wirken leicht stärkend auf den Ebbstromtransport und dämpfend auf den Flutstromtransport. Der Schwebstoffkonzentrationsverlauf der Nebenrinnen zeigt ein zeitgleiches Anspringen der Verzweigung bei Ebbströmung mit hohem flussabwärts gerichtetem Schwebstofftransport (ca. 1,5 bis 3 g/l). Mit abnehmender Strömung und abnehmendem Wasserstand zum Tnw hin tritt ein deutlicher Rückgang der Schwebstoffkonzentration auf. Aus den zeitlichen Verläufen der Strömungen, Wasserspiegellagen und der Schwebstoffkonzentrationen wird der Flussabtransport in der Hauptrinne deutlich. Dies bestätigt die Ergebnisse zum Nettosedimenttransport. DHI-WASY 120/156

149 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 9-7 Wasserstände und Strömungen an und in der Stromspaltung Hatzumer Sand (Bestand, unten) und der Stromspaltung Midlum (Szenario C3, Mitte) DHI-WASY 121/156

150 Abb. 9-8 Wasserstände und Schwebstoffkonzentrationen an und in der Stromspaltung Hatzumer Sand (Bestand, unten) und der Stromspaltung Midlum (Szenario C3, Mitte) DHI-WASY 122/156

151 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Wirkung der Flussschleifen inkl. Flachwasser Mäander bzw. Flussschleifen wurden seit 1911 in der Unterems entfernt und somit die Fließlänge der Ems um ca. 4 Kilometer verkürzt. Zu diesen Maßnahmen zählen: Ab 1911 bis 1928 Laufverkürzungen um ca. 1,8 km bei Coldam, Pottdeich und Mark 1984 Laufverkürzungen um ca. 2 km bei Weekeborg und Stapelmoor Eine Reaktivierung historischer Flussschleifen muss aus wasserwirtschaftlichen Gründen die Hauptfahrrinne der Ems erhalten. Folglich wird mit den Flussschleifen jeweils ein Nebenarm mit einem Flachwasserbereich zwischen dem Haupt- und Nebenarm angeschlossen. Die Wirkung dieser Flussschleifen inkl. Flachwasserbereich wirkt ähnlich wie bereits die Stromspaltung als eine morphologische Laufstruktur mit Dämpfung der Strömungsprozesse in diesem Bereich. Diese morphologische Laufstruktur inkl. Flachwasserbereich wirkt kaum als Tidespeicher und hält nur ein geringes Volumen an Wasser und Sediment auf dem Vorland und in der Nebenrinne zurück. Die Wirkung der Flussschleifen inkl. Flachwasserbereich wird auch hier einerseits durch deren großskaligen Fließwiderstand infolge veränderter Morphologie / Verzweigung (Konvergenz bzw. Breiten-Tiefenverhältnisse) geprägt. Zusätzlich werden die Strömungs- und Transportprozesse in der Ems mit Benetzung der Flachwasserzone zwischen Haupt- und Nebenrinne stark gedämpft und verformt. So überlagern sich hier zwei Effekte: Bei niedrigen Wasserständen bis MThw-1 m wirken zunächst die Verzweigung und der Zusammenfluss, die insbesondere die advektiven Prozesse durch Dissipation dämpfen. Bei höheren Wasserständen wirken aber auch die flache und weite Überstauung des Vorlandes zwischen der Neben- und Hauptrinne, die zu einer Retention und einem Rückhalt von Sediment und Wasser führen. Folgende grundlegende Wirkungsmechanismen sind zu erwarten: Reduktion der Flutstromdominanz im Hauptgerinne Dämpfung/ Veränderung der Transportprozesse durch Überstauung des Vorlandes Leichte Anhebung des Tideniedrigwassers Leichte Verringerung des Tidehubs Dämpfung der Tide durch veränderte Morphologie Dämpfung der Transportprozesse durch Verzweigung und Zusammenfluss Für die Anordnung und Breiten-Tiefenverhältnisse und die integrierten Flussschleifen in Szenario C3 wurden die in Abschnitt erörterten Vorüberlegungen getroffen. Tabelle 9-6: Lage der Flussschleifen 19 für Szenario C3 zwischen Leerort und Herbrum Nr Lage Fläche [ha] Höhe der Sohle und Vorland Breite (Anteil zur Emsbreite) Tidevolumen [Mio m³] (Überstautiefe Vorland [cm]) F1 Flussschleife bei Coldam, 27-3,31 m NN 110 m 1,25 Ems-km 13 +0,75 m NN (75 %) (45 cm) F2 Flussschleife bei Driever, 32-3,31 m NN 130 m 0,60 Ems-km 12 +0,75 m NN (80 %) (45 cm) F3 Flussschleife bei Grotegaste, 40-3,32 m NN 120 m 1,50 19 Volumina auf Basis der Flut- und Ebbstromvolumen aus der numerischen Simulation ermittelt. DHI-WASY 123/156

152 Ems-km 8,5 +0,80 m NN (80 %) (45 cm) F4 Flussschleife am Alten Schöpfwerk, Ems-km ,29 m NN +0,84 m NN 120 m (85 %) 1,20 (40 cm) F5 Flussschleife bei Nesseborg, 21-3,26 m NN 110 m 0,15 Ems-km 1,0 +0,87 m NN (90 %) (35 cm) F6 Flussschleife NSG Vellage, 94-2,95 m NN 110 m 0,55 Ems-km -2,5 +0,90 m NN (120 %) (30 cm) (Zum Teil schon Bestand) F7 Flussschleife am Spieksee (Rhede), Ems-km -7,5 keine Flutströmung mehr unter MQ 127-2,75 m NN +0,92 m NN 80 m (90 %) 0,70 (Ebbvol.) (25 cm) Für die Flussschleifen wurden folgende Kriterien eingegrenzt bzw. vor dem Hintergrund der optimalen Wirkung, die nachfolgend beschriebenen vereinfachten Annahmen zugrunde gelegt. Folgende Parameter wurden im Szenario C3 berücksichtigt (vgl. Tabelle 9-6). Öffnungsweite (Breite): ca. 75 bis 90 % (Ausnahme Vellage, Zum Teil Bestand) Anbindung und Lage zur Hauptrinne: siehe Abschnitt Sohltiefe der Nebenrinne: ca. MTnw -1,5 m Vorlandhöhe zwischen Neben- und Hauptrinne: ca. MThw -1 m Folgende Punkte werden durch die vorgenommene Systemstudie nicht weiter betrachtet: Räumliche Ausbildung bestehender Priele und tatsächliche Realisierung (Nutzungsdruck) Planerische Anforderungen zur Unterhaltung der Nebenrinne (Steuerungen, Zuläufe o.ä.) Anforderungen an die Schiffbarkeit (Querströmungen o.ä.) Zusätzliche gewässerökologische Aspekte für die Nebenrinne. Für alle Bereiche oberhalb von Leerort zeigt sich in den Hauptgewässerbereichen eine Flutstromdominanz mit leicht bis deutlich erhöhten Flutstromgeschwindigkeiten gegenüber der maximalen Ebbstromgeschwindigkeit. In den Nebenläufen (F1 bis F5) zeigt sich eine für Flachwasserbereiche (vgl. Böschungen, Seiten- und Rezirkulationsbereiche) typische Tendenz des Flussaufwärtstransports. Dies würde sich mit Betrachtung eines morphologischen Trends in einer Auflandungstendenz (Deposition) in diesen Nebenläufen äußern und ausgleichen. DHI-WASY 124/156

153 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Abb. 9-9 Wasserstände und Strömungen an und in der Flussschleife Coldam (Mitte) und bei Driever (unten) DHI-WASY 125/156

154 Abb Wasserstände und Schwebstoffkonzentration an und in der Flussschleife Coldam (Mitte) und bei Driever (unten) Die Flussschleifen im Unterlauf bei zeigen eine deutliche Tendenz mit erhöhten oder nur leicht reduzierten Schwebstoffkonzentrationen nahe dem Tidehochwasserscheitel und unter DHI-WASY 126/156

155 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Flutströmung. Für alle drei Bereiche zeigt die Hauptrinne eine leichte Ebbstromdominanz, während die Nebenrinnen zum Teil im Flutstromdominaten Bereich liegen. Die Überlagerung aus der leichten Ebbstromdominanz und der jedoch hohen Schwebstoffkonzentration bei Flutstrom unter hoher benetzter Fläche führt in diesem Bereich der Ems zu einem Flussauftransport. Die Flussschleifen im Mittellauf zeigen reduzierte Schwebstoffkonzentrationen nahe dem Tidehochwasserscheitel und unter Flutströmung auf. Für alle drei Bereiche zeigt die Hauptrinne eine leichte Ebbstromdominanz, während die Nebenrinnen zum Teil im flutstromdominanten Bereich liegen. Trotz dieser Tendenz überwiegt, bedingt durch den stark vergrößerten benetzten Querschnitt bei Tidehochwasser infolge des zusätzlich angeschlossenen Flachwasserbereichs, der Sedimentimport leicht gegenüber dem Sedimentexport. Folglich ergibt sich trotz der positiven Entwicklung mit leichter Ebbstromdominanz und reduzierter Schwebstoffkonzentration bei Flutstrom in der Hauptrinne in diesem Bereich im Querschnittsmittel (Haupt- bis Nebenrinne) ein Flussauftransport infolge hoher benetzter Fläche. Im Oberwasser des Naturschutzgebiets Vellage wird der Flussauftransport erheblich gedämpft und geht schließlich bei Ems-km -7 über in den Sedimentexport. So wird auch die Flussschleife bei Spieksee ausschließlich durch den Binnenabfluss aus dem Oberwasser gespeist. 10. Zusammenfassung 10.1 Zusammenfassende Bewertung der Szenarien A Mit den Szenarien A wurde die hydrodynamische und sedimentologische Veränderung in der Unterems für verschiedene Initialzustände (ohne morphologische Verformung) mit einer Verflachung der Sohle zwischen Leer und Papenburg auf maximal -3 m NN untersucht und in vier Einzelszenarien untergliedert: A1 = Verflachungstrecke mit derzeitiger (schluffiger) Sedimentologie A1s = Verflachungstrecke mit sandiger Sedimentologie A2 = Verflachungstrecke mit derzeitiger (schluffiger) Sedimentologie und 29 Mio m³ Retentionsraum im Oberwasser A2s = Verflachungstrecke mit sandiger Sedimentologie und 29 Mio m³ Retentionsraum im Oberwasser Für alle Szenarien erfolgte eine Gegenüberstellung mit dem derzeitigen Zustand unter einem konstanten Oberwasserzufluss MQ mit 88,11 m³/s. Alle Szenarien führten im Maßnahmenbereich und, abgesehen von wenigen Ausnahmen mit einer lokalen Verschlechterung, auch im Oberwasser der Verflachungsstrecke zu einer Verbesserung. Diese Verbesserung zeigte sich in den hydraulischen Kennwerten (6.1) mit einer deutlichen Anhebung des Tideniedrigwassers (Meterbereich), einer leichten Reduktion des Tidehochwassers (Zentimeter- bis Dezimeterbereich) und einer Reduktion des Tidehubs (Meterbereich, Abb. 10-1). Die Flutstromdominanz wird durch eine Stärkung des Ebbstroms und eine Schwächung des Flutstroms im Bereich der Verflachung leicht (A1 und A1s) bis deutlich (A2 und A2s) reduziert. Die Dämpfung der Tideasymmetrie wird zudem in der Reduktion des Verhältnisses aus Flut- und Ebbstromgradient deutlich vom Faktor 8 (derzeit) auf bis zu 4,5 mit einer Verschiebung des Maximums stromab von Papenburg nach Terborg unter allen Szenarien reduziert. DHI-WASY 127/156

156 Mittlerer Tidehub im Längsschnitt Tidehub [m] Thb 1998 (NQ) Thb 1981 (NQ) MThb 1937 Thb_AZ Thb_A1 Thb_A2 Thb_A1s Thb_A2s Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-1: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für alle vier Szenarien A (bunt) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Mit der Verbesserung der hydrodynamischen Situation stellt sich in den Modellrechnungen auch eine Verbesserung der Schwebstoffbewegung ein, die analog mittels sedimentologischer Kennwerte (6.2) analysiert wurde. Das Trübungsmaximum wird für alle vier Szenarien um ca. 17 Kilometer ins Unterwasser verschoben. Unter Annahme einer sandigen Sohle im Verflachungsbereich kann eine Reduktion des maximalen querschnittsgemittelten Schwebstoffscheitelwertes von 10 g/l (breitengemittelt) auf 8,5 bis 6 g/l (breitengemittelt, A1s und A2s) erzielt werden. Unter Annahme einer unveränderten schluffigen (schlickigen) Sohlzusammensetzung stellt sich eine nachteilige Erhöhung des maximalen querschnittsgemittelten Schwebstoffscheitelwertes von 10 g/l (breitengemittelt) auf 13,0 bis 15,5 g/l (breitengemittelt, A1 und A2) ein. Der Nettosedimenttransport erfährt zwischen Terborg und Papenburg unter allen vier Szenarien eine Umkehr hin zum flussabwärts gerichteten Sedimenttransport. Im Oberwasser der Maßnahmen wird der flussaufgerichtete Transport gedämpft. Diesen positiven Wirkungen im Maßnahmenbereich stehen leicht negative Entwicklungen im Unterwasser bzw. entfernten Unterwasser der Verflachungsstrecke gegenüber. Der Tidehub erhöht sich (Zentimeterbereich) hauptsächlich durch eine Reduktion des Tideniedrigwassers und einer marginalen Erhöhung des Tidehochwassers. Durch eine abnehmende maximale Ebbströmung und eine Zunahme der maximalen Flutstromgeschwindigkeit nimmt auch die Flutstromdominanz zu. Gleichzeitig verstärkt sich die Tideasymmetrie, wie am Zuwachs des Gradientenverhältnisses und auch der Abnahme des mittleren Flutstroms deutlich wird. Analog zu den hydrodynamischen Kennwerten verschlechtert sich auch die Situation für die Schwebstoffbewegung leicht. Der Flussauftransport wird leicht gestärkt bzw. der Flussabtransport gehemmt. Der definierte Zielwert von 100 mg/l Schwebstoffkonzentration in der Unterems wird in keinem der hier untersuchten Szenarien weder im Querschnitts- noch im Tidemittel erreicht (Abb. 10-4). Lediglich die minimale, querschnittsgemittelte Schwebstoffkonzentration im Verlauf einer Tide nähert sich diesem Zielwert an. Nur für die Szenarien A2 und A2s beträgt die minimale, querschnittsgemittelte Schwebstoffkonzentration temporär (bei Tidehochwasser) und lokal (zwischen Herbrum und Rhede, zwischen Leerort und Terborg und ab Gandersum) weniger als 100 mg/l. Im Tidemittel ist der Grenzwert für alle DHI-WASY 128/156

157 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Szenarien mit mittleren Schwebstoffkonzentrationen von über ca mg/l (Abb. 8-2), um ein Vielfaches überschritten Zusammenfassende Bewertung für Szenario B Mit Szenario B wurde die hydrodynamische und sedimentologische Veränderung in der Unterems für einen Initialzustand von 2008 (ohne morphologische Verformung) mit einem rückgebautem Wehr bei Herbrum in Kombination mit zwei Tidepoldern bei Weekeborg und im Sautelertief untersucht. Die Gegenüberstellung des Szenarios B mit dem derzeitigen Zustand erfolgte unter einem konstanten Oberwasserzufluss MQ mit 88,11 m³/s und einem selektierten Tidezeitfenster aus dem Mai Aus hydrodynamischer Sicht zeigt das Szenario B eine vielversprechende Wirkung mit einer durchgängigen Verbesserung der Tidekennwerte. Im Gegensatz zu den Szenarien A weist diese Variante keine nachteiligen Effekte für die Tidewasserstands- und Strömungskenngrößen (6.1) auf. Das Szenario B führt zu einer deutlichen und durchgängigen Anhebung des Tideniedrigwassers (Meterbereich), einer leichten Reduktion des Tidehochwassers (Zentimeter- bis Dezimeterbereich) und einer Reduktion des Tidehubs (Meterbereich, Abb. 10-1). Bezogen auf den Tidehub unter Szenario B in Gegenüberstellung mit der historischen Entwicklung des Tidehubs (Abb. 10-1) ist Szenario B vergleichbar mit einer Tendenz hin zu dem Gewässerzustand um Die Flutstromdominanz wird in Szenario B durch die Stärkung des Ebbstroms und eine Schwächung des Flutstroms im Bereich zwischen Knock und Terborg sowie zwischen Leerort und Herbrum deutlich reduziert. Die Dämpfung der Tideasymmetrie wird zudem in der Reduktion des Verhältnisses aus Flut- und Ebbstromgradient deutlich vom Faktor 8 (derzeit) auf bis zu 2,5 mit einer Verschiebung des Maximums stromab von Papenburg nach Gandersum unter dem Szenario B reduziert. Der Salzgehalt wird in Szenario B nicht nachteilig flussaufwärts verschoben. Historischen Entwicklung des Tidehubs im Längsschnitt Tidehub [m] Thb_AZ Thb_B Thb_A1s Thb_A2s Thb_AZ 2005 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) 1998 gemessen unter NQ, Jürges& Winkel (2003) 1981 gemessen unter NQ, Jürges & Winkel (2003) 1937 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-2: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), das Szenario B (blau) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) DHI-WASY 129/156

158 Mit der Verbesserung der hydrodynamischen Situation stellt sich in den sedimentologischen Modellergebnissen ein weniger eindeutiges Bild für die Entwicklung der Schwebstoffbewegung ein. Diese Entwicklung der Schwebstoffbewegung wurde mittels sedimentologischer Kennwerte (6.2) analysiert. Der Verlauf der Schwebstoffkonzentration (tide- und querschnittsgemittelt) entlang der Ems kann in drei Bereiche untergliedert werden: 1. Eine untere Zone mit leicht erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Terborg und Knock. 2. Eine mittlere Zone zwischen Papenburg und Terborg mit reduzierten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand 3. Eine obere Zone mit z.t. erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Papenburg und Bollingerfähr. Die Entwicklungen in diesen Bereichen sind jedoch im Zusammenhang mit der Nettotransportrichtung der Schwebstoffe zu bewerten. Im Unterwasser von Terborg bis Knock nimmt die Schwebstoffkonzentration im Tidemittel leicht um bis zu 0,2 g/l zu. Dies ist bedingt durch die Tidespeicherung am Sautelertief (Emskm 23,5) und bei Weekeborg (Ems-km 12) und die Speicherung von Flutvolumen inkl. der transportierten Schwebstoffe in den Tidespeicherbecken (Details in 9.1). Durch die Ebbstromdominanz in diesem Bereich und die flussabwärtige Mobilisierung des Sediments unterliegt der Bereich zwischen Terborg und Emden jedoch einem durchgängigen Sedimentexport. Bestätigt wird diese Exporttendenz durch die Abnahme des mittleren Flutstroms und die Zunahme des Ebbstroms. Dieser Export reduziert den advektiven Sedimenteintrag von der Außen- in die Unterems in dem untersuchten Initialzustand. In der mittleren Zone zwischen Papenburg und Terborg reduziert sich die Schwebstoffkonzentration im Tidemittel um ca. 50 % auf bis zu 1 g/l bei Weener. Der Nettosedimenttransport in diesem Abschnitt der Ems erhöht sich mit einem Import zwischen Terborg und Leerort und einem erhöhten Export zwischen Leerort und Weener (im Bereich des Polders bei Weekeborg). Sowohl im Nettosedimenttransport als auch in der Entwicklung der Schwebstoffkonzentration zeigt sich die Wirkung des ca. 400 ha großen Polders bei Weekeborg deutlich. Induziert wird u.a. diese erhöhte Importtendenz durch die Zunahme des mittleren Flutstroms. In der oberen Zone zwischen Bollingerfähr und Weener verschiebt sich das Trübungsmaximum (Tidemittel) unter Szenario B nachteilig um ca. 5 Kilometer ins Oberwasser. Dabei kommt es jedoch zur Reduktion des querschnittsgemittelten Schwebstoffscheitelwertes von 3,2 g/l (AZ, Abb. 10-4) auf 2,5 g/l (B, Abb. 10-4). Dieser positiven Reduktion im Scheitelwert steht die nachteilige Vergrößerung des Trübungsmaximums im Bereich Papenburg bis Herbrum in Richtung Oberwasser entgegen. So vergrößert sich insbesondere ab Rhede der Bereich, in dem mehr als 1 g/l Schwebstoffkonzentration im Tidemittel zu verzeichnen sind. Induziert wird die Veränderung in diesem Bereich durch die veränderte Tidedynamik infolge des rückgebauten Wehres bei Herbrum: Durch die Ausdehnung der Tidegrenze ohne eine Schwelle bei Herbrum kommt es zur Ausdehnung des Tideeinflusses mit dem einhergehenden Tidehub, bidirektional Strömungsprozessen, der Verschiebung des Trübungsmaximums und einer Veränderung des Nettosedimenttransports. Folglich zeigt sich nun zwischen Herbrum und Bollingerfähr ein deutlicher Tidehub (ca. 1 m). Bedingt durch den mittleren Oberwasserzufluss von 88,11 m³/s und die zwei Tidepolder im Unterwasser tritt mit der Entfernung des Tidewehrs keine Flutstromkenterung mehr bei Herbrum auf. Bei niedrigeren binnenseitigen Zuflüssen (unter MQ) kann eine Strömungskenterung in diesem Bereich auftreten. DHI-WASY 130/156

159 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Zusätzlich zur Wirkung des Tideeinfluss trägt auch der erhöhte Sedimenteintrag aus dem Binnenbereich zur Verschlechterung der Schwebstoffkonzentrationen bei. Bislang traten durch die Stauhaltung bei Herbrum (Wehr) geringe Strömungsgeschwindigkeiten bei großen Wassertiefen auf. Durch die abnehmende Wassertiefe und erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten in Szenario B wird hier Feinsediment flussabwärts transportiert. Dies zeigt sich insbesondere im 7-fach höheren flussabwärtigen Nettosedimenttransport zwischen Bollingerfähr bis ins Unterwasser von Herbrum (Abb. 8-5). Im Bereich zwischen Rhede, Papenburg und Weener führt dieser erhöhte Sedimenteintrag zur lokalen Steigerung des Tidal pumpings, da sich mehr Sediment bei Flutstrom flussaufwärts bewegt wird. Allerdings ist auch eine Verformung des advektiven Restschwebstofftransports zu erkennen (Abb. 8-5). Im Unterwasser des ehemaligen Wehrs bei Herbrum bis Rhede kommt es ca. zur deutlichen Reduktion (ca. 50 %) des flussaufwärts gerichteten Nettosedimenttransports. Diese Mobilisierung von Feinsediment wird im Oberwasser voraussichtlich nur kurzfristig auftreten. Eine langfristig zu erwartende Reduktion des binnenseitigen Schwebstoffeintrags führt zur Reduktion der Trübung zwischen Rhede und Weener und dort zur Reduktion des Flussauftransports. Auch die umgekehrte Transportrichtung zwischen Emden und Terborg durch den verstärkten Ebbstrom führt voraussichtlich zu einer langfristigen Verminderung von feineren Schwebstoffanteilen in der Ems. Gemittelte Schwebstoffkonzentration gemessen und simuliert im Längsschnitt Schwebstoffkonzentration [g/l] gemessen, De Jonge (2009) 1975 gemessen, De Jonge (2009) 2005 gemessen, De Jonge (2009) 2008/09 gemessen, NLWKN Aurich SSC_mean AZ SSC_mean B SSC_mean A1s SSC_mean A2s Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-3: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A s (lila & magenta), das Szenario B (blau) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Der definierte Zielwert von 100 mg/l Schwebstoffkonzentration wird für das Szenario B in der Unterems nicht im Querschnitts- und auch nicht im Tidemittel erreicht (Abb. 10-4). Lediglich die minimale, querschnittsgemittelte Schwebstoffkonzentration nähert sich diesem Zielwert zwischen Herbrum und Papenburg deutlicher als die bisherigen Szenarien an. In den tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen ist der Grenzwert jedoch für das Szenario B mit Schwebstoffkonzentrationen von ca bis 2500 mg/l zwischen Herbrum und Terborg um ein Vielfaches überschritten (Abb. 10-4). Der Vergleich aller bisherigen Szenarien A und B liefert, dass für das Szenario A1 die geringsten Verbesserungen, für das Szenario A2s die größten Verbesserungen und für das Szenario B die durchgängigste Veränderungen hinsichtlich seiner hydrodynamischen Wirkung in der Unterems erzielt wurde. Für das Schwebstofftransportverhalten der Ems, das DHI-WASY 131/156

160 auf Basis der derzeitigen Sedimentologie an der Gewässersohle betrachteten wurde, zeigt das Szenario B keine deutliche Verbesserung in der Schwebstoffkonzentration. Dies könnte sich jedoch aufgrund der geänderten Transportrichtung zwischen Emden und Terborg auf lange Sicht hin gesehen ändern (verbessern). Gemittelte Schwebstoffkonzentration gemessen und simuliert im Längsschnitt Schwebstoffkonzentration [g/l] gemessen, De Jonge (2009) 1975 gemessen, De Jonge (2009) 2005 gemessen, De Jonge (2009) 2008/09 gemessen, NLWKN Aurich SSC_mean AZ SSC_mean A1 SSC_mean A2 SSC_mean A1s SSC_mean A2s Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-4: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für alle vier Szenarien A (bunt) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Der Vergleich aller vier Szenarien untereinander liefert für das Szenario A1 die geringsten Verbesserungen und für das Szenario A2s die größten Verbesserungen gemessen an den hydrodynamischen und sedimentologischen Kennwerten. Kritisch ist jedoch bei den Szenarien A2 und A2s die Verschiebung des Salzgehaltes stromauf zu beurteilen Zusammenfassende Bewertung für Szenario C1 Mit Szenario C1 wurde die hydrodynamische und sedimentologische Veränderung in der Unterems für einen Initialzustand von 2008 (ohne morphologische Verformung) mit einer Kombination von fünf Tidepoldern vom Sautelertief bis Tunxdorf und einem Binnen-/ Tidepolder bei Rhede untersucht. Die Gegenüberstellung des Szenarios C1 mit dem derzeitigen Zustand erfolgte unter einem konstanten Oberwasserzufluss MQ mit 88,11 m³/s und einem selektierten Tidezeitfenster aus dem Mai Aus hydrodynamischer Sicht zeigt das Szenario C1 eine vielversprechende Wirkung mit einer durchgängigen Verbesserung der Tidekennwerte. Im Gegensatz zu den Szenarien A weist diese Variante keine nachteiligen Effekte für die Tidewasserstands- und Strömungskenngrößen (6.1) auf. Im Vergleich zum Szenario B führt C1 zu einer noch deutlicheren und durchgängigeren Anhebung des Tideniedrigwassers (Meterbereich), einer leichten Reduktion des Tidehochwassers (Dezimeterbereich) und einer Reduktion des Tidehubs (Meterbereich, Abb. 10-1). Bezogen auf den Tidehub in Gegenüberstellung mit der historischen Entwicklung des Tidehubs (Abb. 10-1) liegt das Szenario C1 sogar unter dem Gewässerzustand von Die Flutstromdominanz wird in Szenario C1 durch die Stärkung des Ebbstroms und eine Schwächung des Flutstroms im Bereich zwischen Knock und Weener sowie im Oberwasser von Papenburg bis Herbrum deutlich reduziert. Die Dämpfung der Tideasymmetrie wird zudem in der Reduktion des Verhältnisses aus Flut- und Ebbstromgradient deutlich: Dieser nimmt vom Faktor 8 (derzeit) auf bis zu 2,3 in Szenario DHI-WASY 132/156

161 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht C1 ab bei gleichzeitiger Verschiebung des Maximums stromab von Papenburg nach Gandersum. Der Salzgehalt wird in Szenario C1 nicht nachteilig flussaufwärts verschoben. Auch die Stauwasserstände oberhalb des Wehres von Herbrum erfahren durch die sechs Tidepolder keine nachteilige Absenkung. Historische Entwicklung des Tidehubs im Längsschnitt Tidehub [m] gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) 1998 gemessen unter NQ, Jürges& Winkel (2003) 1981 gemessen unter NQ, Jürges & Winkel (2003) 1937 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) Thb_AZ Thb_B Thb_C1 Thb_A1s Thb_A2s Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-5: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Mit der Verbesserung der hydrodynamischen Situation stellt sich in den sedimentologischen Modellergebnissen für die Entwicklung der Schwebstoffkonzentration eine Verbesserung, gleichzeitig jedoch eine kritische Entwicklung für den Nettosedimenttransport ein. Diese Entwicklung der Schwebstoffbewegung wurde mittels sedimentologischer Kennwerte (6.2) analysiert. Der Verlauf der Schwebstoffkonzentration (tide- und querschnittsgemittelt) entlang der Ems kann (ähnlich wie in Szenario B) in drei Bereiche untergliedert werden: 4. Eine untere Zone mit leicht erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Terborg und Knock. 5. Eine mittlere Zone zwischen Weener und Terborg mit erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand 6. Eine obere Zone mit deutlich reduzierten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Weener und Bollingerfähr. Die Entwicklungen in diesen Bereichen sind jedoch im Zusammenhang mit der Nettotransportrichtung der Schwebstoffe zu bewerten. Im Unterwasser von Terborg bis Knock nimmt die Schwebstoffkonzentration im Tidemittel leicht um bis zu 0,25 g/l zu. Dies ist bedingt durch die Tidespeicherung am Sautelertief (Ems-km 23,5) und bei Weekeborg (Ems-km 12) und die Speicherung von Flutvolumen inkl. der transportierten Schwebstoffe in den Tidespeicherbecken (Details in 9.1). Durch die Ebbstromdominanz in diesem Bereich und die flussabwärtige Mobilisierung des Sediments unterliegt der Bereich zwischen Terborg und Emden jedoch einem durchgängigen Sedimentexport. Dieser Export, der etwas stärker ausfällt als im Szenario B, reduziert den DHI-WASY 133/156

162 advektiven Sedimenteintrag von der Außen- in die Unterems im untersuchten Initialzustand. Bestätigt wird diese Exporttendenz durch die Abnahme des mittleren Flutstroms und die Zunahme des Ebbstroms in diesem Bereich. In der mittleren Zone zwischen Weener und Terborg erhöht sich die Schwebstoffkonzentration im Tidemittel um bis zu 15 % auf bis zu 2,2 g/l (C1, Abb. 10-4) nahe Weener. Ursächlich hierfür ist die Verschiebung des Trübungsmaximums gegenüber dem Ausgangszustand um 13,5 km flussabwärts bei gleichzeitiger Reduktion des Trübungsmaximums von 3,2 g/l (AZ, Abb. 10-4) auf 2,2 g/l (C1, Abb. 10-4). Der Nettosedimenttransport in diesem Abschnitt der Ems erhöht sich extrem und ist zwischen Terborg bis Weener durchgängig flussauf gerichtet ( AZ A1 A1s A2 A2s B Position der Maßnahmen in den Szenarien Tideoffen 3 Polder 3 Polder Tidebereich bisher Herbrum (keine Maßnahmen) Verflachung Verflachung Sand Verflachung Verflachung Sand P2 P1 Emskilometer [km] Abb. 8-5). Der Sedimentimport im Oberwasser des Polders Sautelertief erhöht sich im Vergleich zum Ausgangszustand um den Faktor 3. Während die Zunahme der Schwebstoffkonzentration bedingt durch flussabwärtige Verschiebung des Trübungsmaximums von Rhede nach Weener (um 13,5 km) positiv zu bewerten ist, ist die Entwicklung des Nettosedimenttransports kritisch zu beurteilen. In der oberen Zone zwischen Bollingerfähr und Weener vermindert sich das Trübungsmaximum (Tidemittel) unter Szenario C1. So kommt es hier zur Reduktion der querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationen von 0,05 bis 3,2 g/l (AZ, Abb. 10-4) auf 0,05 bis 2,0 g/l (C1, Abb. 10-4). Zusammen mit dieser positiven Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen reduziert sich, insbesondere zwischen Papenburg und Herbrum, auch der flussaufgerichtete advektive Restschwebstofftransport ( Tidal Pumping ) um ca. 50 %. Induziert wird u.a. diese erhöhte Importtendenz durch die Zunahme des mittleren Flutstroms. Der extreme Nettosedimentimport bei Terborg wird deutlich durch den Polder Sautelertief und dessen temporäre Flutstromstärkung nachteilig beeinflusst. Auch die Größe der Polder in der unteren Unterems (P1 und P2) verstärken vermutlich diese nachteilige Wirkung. Das Szenario B zeigte bereits einen Sedimenteintrag in diesem Bereich, der jedoch für eine Polderfläche von 200 ha (Szenario B) geringer ausfiel. Auch wenn der Sedimenteintrag in diesem Bereich sich mittelfristig abschwächen wird, ist die Intensität der Importneigung dennoch als kritisch zu bewerten. Die umgekehrte Transportrichtung zwischen Emden und Terborg führt zudem voraussichtlich durch den verstärkten Ebbstrom zu einer langfristigen Verminderung von feineren Schwebstoffanteilen in der Ems. DHI-WASY 134/156

163 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Schwebstoffkonzentration [g/l] Gemittelte Schwebstoffkonzentration gemessen und simuliert im Längsschnitt 1954 gemessen, De Jonge (2009) 1975 gemessen, De Jonge (2009) 2005 gemessen, De Jonge (2009) 2008/09 gemessen, NLWKN Aurich SSC_mean AZ SSC_mean B SSC_mean A1s SSC_mean A2s SSC_mean C Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-6: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Der definierte Zielwert von 100 mg/l Schwebstoffkonzentration wird kurzfristig für das Szenario C1 in der Unterems nicht im Querschnitts- und auch nicht im Tidemittel erreicht (Abb. 10-4). In den tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen zeigt das Szenario C1 ähnlich positive Wirkungen wie die sandigen Szenarien A1s und A2s. Jedoch ist der Grenzwert auch für das Szenario C1 mit Schwebstoffkonzentrationen von ca bis 2200 mg/l zwischen Herbrum und Terborg noch um ein Vielfaches überschritten (Abb. 10-4). Der Vergleich aller bisherigen Szenarien A, B und C1 zeigt, dass für das Szenario A1 die geringsten Verbesserungen, für das Szenario A2s die größten Verbesserungen und für die Szenarien B und C1 die durchgängigsten Veränderungen hinsichtlich seiner hydrodynamischen Wirkung in der Unterems erzielt wurde. Für das Schwebstofftransportverhalten der Ems, das auf Basis der derzeitigen (schluffigen) Sedimentologie an der Gewässersohle betrachtet wurde, zeigt das Szenario C1 eine deutliche Verbesserung in der Schwebstoffkonzentration auf. Kritisch sind jedoch die Entwicklung und die Intensität des Nettosedimenttransportes zwischen Terborg bis Papenburg zu interpretieren, auch wenn aufgrund der geänderten Transportrichtung zwischen Emden und Terborg auf lange Sicht eine Verbesserung in der unteren Unterems und dem Emder Fahrwasser erzielt werden kann Zusammenfassende Bewertung für Szenario C2 Im Szenario C2 wurde die hydrodynamische und sedimentologische Veränderung in der Unterems für einen Initialzustand von 2008 (ohne morphologische Verformung) mit einer Kombination von neun kleineren bis mittleren Tidepoldern von der Ledamündung bis Brahe untersucht. Die Gegenüberstellung des Szenarios C2 mit dem derzeitigen Zustand erfolgte unter einem konstanten Oberwasserzufluss MQ mit 88,11 m³/s und einem selektierten Tidezeitfenster aus dem Mai Aus hydrodynamischer Sicht zeigt das Szenario C2 trotz der um 30 % reduzierten Polderfläche, ähnliche wie bereits C1, eine vielversprechende Wirkung mit einer durchgängigen Verbesserung der Tidekennwerte. Im Gegensatz zu den Szenarien A weist DHI-WASY 135/156

164 diese Variante keine nachteiligen Effekte für die Tidewasserstands- und Strömungskenngrößen (Kap. 6.1) auf. Im Vergleich zum Szenario B führt C2 zu einer noch deutlicheren und durchgängigeren Anhebung des Tideniedrigwassers (Meterbereich), einer leichten Reduktion des Tidehochwassers (Dezimeterbereich) und einer Reduktion des Tidehubs (Meterbereich, Abb. 10-7). Im Vergleich zum Szenario C1 fallen in C2 die genannten positiven Effekte im Unterwasser von Papenburg etwas geringer aus. Im Oberwasser von Papenburg kommt es hingegen zu einer weiteren leichten Verbesserung dieser positiven Effekte auf die Hydrodynamik. Das Szenario C2 liefert, wie auch C1, hinsichtlich des Tidehubs in Gegenüberstellung mit der historischen Entwicklung zum Tidehub (Abb. 10-7) sogar geringere Werte als für den Gewässerzustand von Die Flutstromdominanz wird in Szenario C2 durch die Stärkung des Ebbstroms und eine Schwächung des Flutstroms im Bereich zwischen Knock und Weener sowie im Oberwasser von Papenburg bis ca. Herbrum deutlich reduziert. Die Dämpfung der Tideasymmetrie wird zudem in der Reduktion des Verhältnisses aus Flut- und Ebbstromgradient deutlich: Dieser nimmt vom Faktor 8 (derzeit) auf bis zu 2,5 in Szenario C2 ab bei gleichzeitiger Verschiebung des Maximums stromab von Papenburg nach Terborg. Der Salzgehalt wird in Szenario C2 nicht nachteilig flussaufwärts verschoben. Auch die Stauwasserstände oberhalb des Wehres von Herbrum erfahren durch die neun Tidepolder keine nachteilige Absenkung. Historische Entwicklung des Tidehubs im Längsschnitt Tidehub [m] gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) 1998 gemessen unter NQ, Jürges& Winkel (2003) 1981 gemessen unter NQ, Jürges & Winkel (2003) 1937 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) Thb_AZ Thb_A1s Thb_A2s Thb_B Thb_C1 Thb_C Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-7: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für die Szenarien A s (lila & magenta), B (blau), C1 (grün), C2 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Mit der Verbesserung der hydrodynamischen Situation stellt sich in den sedimentologischen Modellergebnissen eine Verbesserung, für die Entwicklung der Schwebstoffkonzentration und auch des in B und C1 zum Teil kritischen Nettosedimenttransports dar. Entgegen der Vorgehensweise der in B und C1 wird im Folgenden für C2 eine Untergliederung auf Grundlage des Nettosedimenttransportes und der Schwebstoffkonzentrationen (beide tideund querschnittsintegriert) entlang der Ems in drei Bereiche vorgenommen: 1. Eine untere Zone mit leicht reduzierten bzw. leicht erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Knock und Leerort mit Sedimentexport. DHI-WASY 136/156

165 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Eine mittlere Zone zwischen Leerort und Papenburg mit erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand (und im Vergleich zu C1) mit leichtem Sedimentimport 3. Eine obere Zone mit deutlich reduzierten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Papenburg und Rhede/ Brahe mit Sedimentimport Im Unterwasser von Ems-km 30 bis Knock nimmt die Schwebstoffkonzentration zunächst um bis zu 0,1 g/l ab. Ab Ems-km 30 bis Leerort nimmt die Schwebstoffkonzentration um bis zu 0,6 g/l zu. Durch weiter im Oberwasser gelegene Tidepolder, wird die Schwebstoffkonzentration flussabwärts verschoben, allerdings nicht so weit wie in C1, und verbleibt mit höheren Trübungen in der mittleren Unterems. Durch die Ebbstromdominanz und die flussabwärtige Mobilisierung des Sediments unterliegt der Bereich zwischen Leerort bis Emden zudem einem durchgängigen Sedimentexport. Dies reduziert den advektiven Sedimenteintrag von der Außen- in die Unterems im untersuchten Initialzustand auf einer größeren Fließstrecke im Vergleich zu C1. Dieser Export fällt mit seiner größeren Reichweite im Mittel jedoch etwas schwächer aus als in Szenario B und C1. Bestätigt wird diese Exporttendenz durch die Abnahme des mittleren Flutstroms und die Zunahme des Ebbstroms in diesem Bereich. Die umgekehrte Transportrichtung zwischen Emden und Leerort durch den verstärkten Ebbstrom führt zudem voraussichtlich zu einer langfristigen Verminderung von feineren Schwebstoffanteilen in der Ems. In der mittleren Zone zwischen Leerort und Papenburg erhöht sich die Schwebstoffkonzentration im Tidemittel um bis zu 35 % auf bis zu 2,7 g/l (C2, Abb. 10-8) nahe Ems-km 13. Ursächlich hierfür ist die Verschiebung des Trübungsmaximums gegenüber dem Ausgangszustand um ca. 16 km flussabwärts bei gleichzeitiger Reduktion des Trübungsmaximums von 3,2 g/l (AZ, Abb. 10-8) auf 2,7 g/l (C2, Abb. 10-8). Der Nettosedimenttransport in diesem Abschnitt der Ems verschlechtert sich im Vergleich zum Ausgangszustand und ist zwischen Leerort bis Papenburg tendenziell flussauf gerichtet. Jedoch tritt in C2 nicht mehr die stark nachteilige extreme Zunahme (Diskontinuität) im Sedimentimport nahe Leerort bis Terborg auf. Während die flussabwärtige Verschiebung des Trübungsmaximums von Rhede nach ca. Leerort (um 15,9 km) sehr positiv zu bewerten ist, ist die geringe Reduktion der Schwebstoffkonzentration in C2 und auch die Entwicklung des Nettosedimenttransports im Bereich der mittleren und oberen Unterems nach wie vor als kritisch zu beurteilen. In der oberen Zone zwischen Bollingerfähr über Rhede/ Brahe bis Papenburg vermindert sich die Schwebstoffkonzentration unter Szenario C2. So kommt es hier zur Reduktion der querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationen von 0,05 bis 3,2 g/l (AZ, Abb. 10-8) auf 0,05 bis 2,0 g/l (C2, Abb. 10-8). Zusammen mit dieser positiven Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen reduziert sich, insbesondere zwischen Papenburg und Herbrum, auch (ähnlich wie in C1) der flussaufgerichtete advektive Restschwebstofftransport ( Tidal Pumping ) um ca. 50 %. DHI-WASY 137/156

166 Schwebstoffkonzentration [g/l] Gemittelte Schwebstoffkonzentration gemessen und simuliert im Längsschnitt 1954 gemessen, De Jonge (2009) 1975 gemessen, De Jonge (2009) 2005 gemessen, De Jonge (2009) 2008/09 gemessen, NLWKN Aurich SSC_mean AZ SSC_mean A1s SSC_mean B SSC_mean C1 SSC_mean C Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-8: Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für die Szenarien A1s (lila), B (blau), C1 (grün), C2 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Der definierte Zielwert von 100 mg/l Schwebstoffkonzentration wird kurzfristig für das Szenario C2 in der Unterems nicht im Querschnitts- und auch nicht im Tidemittel erreicht (Abb. 10-8). In den tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen zeigt das Szenario C2 eine etwas schwächere Wirkung als die Szenarien A s und C1. Der Grenzwert ist für das Szenario C2 mit Schwebstoffkonzentrationen von ca bis 2700 mg/l zwischen Herbrum und Terborg noch um ein Vielfaches überschritten (Abb. 10-8). Der Vergleich aller bisherigen Szenarien A, B, C1 und C2 zeigt, dass für das Szenario A1 die geringsten Verbesserungen, für das Szenario A2s die größten Verbesserungen und für die Szenarien B, C1 und C2 die durchgängigsten Verbesserungen hinsichtlich der hydrodynamischen Wirkung in der Unterems erzielt wurden. Für das Schwebstofftransportverhalten der Ems, das auf Basis der derzeitigen (schluffigen) Sedimentologie an der Gewässersohle betrachtet wurde, zeigt bislang das Szenario C1 (gefolgt von C2) die deutlichste Verbesserung in der Schwebstoffkonzentration auf. Zu beachten ist hierbei, dass die Optimierungen im Szenario C2 mit einer im Vergleich zu C1 um 30 % reduzierten Tidepolderfläche erzielt wurden. Besonders vorteilig in C2 sind die flussabwärtige Verschiebung des Trübungsmaximums und die Verbesserung des Nettosedimenttransportes mit der Beibehaltung und der Verlängerung des Sedimentexports in der Unterems sowie der Reduktion des Imports in der mittleren und oberen Unterems weist das Szenario C2 eine Verbesserung gegenüber C1 insbesondere in mittelfristiger Sicht aus: Denn auch für das Szenario C2 gilt, aufgrund der geänderten Transportrichtung zwischen Emden und Terborg kann auf lange Sicht eine Verbesserung in der unteren Unterems und dem Emder Fahrwasser erzielt werden Zusammenfassende Bewertung für Szenario C3 Mit Szenario C3 wurde die hydrodynamische und sedimentologische Veränderung in der Unterems für einen Initialzustand von 2008 (ohne morphologische Verformung) mit einer DHI-WASY 138/156

167 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Kombination von sieben Flussschleifen von Leer bis Herbrum und einer Stromspaltung auf dem Vorland Midlum untersucht. Die Gegenüberstellung des Szenarios C3 mit dem derzeitigen Zustand erfolgte unter einem konstanten Oberwasserzufluss MQ mit 88,11 m³/s und einem selektierten Tidezeitfenster aus dem Mai Aus hydrodynamischer Sicht zeigt das Szenario C3 mit einem Gesamtflächenbedarf der Sanierungsmaßnahmen von 400 ha, also ca. 30 % der Fläche aus C1 und weniger als 50 % der Fläche aus C2, eine positive Wirkung mit einer durchgängigen Verbesserung der Tidekennwerte. Von diesen 400 ha wären lediglich 275 ha Fläche mittels Rückdeichung zusätzlich bereitzustellen, während in den Szenarien C1 und C2 alle Flächen hinter der Deichlinie liegen. Im Gegensatz zu den Szenarien A weist diese Variante keine nachteiligen Effekte für die Tidewasserstands- und Strömungskenngrößen (Kap. 6.1) auf. Im Vergleich zu den Szenarien C1 und C2 führt C3 zu einer geringeren, aber dennoch durchgängigen Anhebung des Tideniedrigwassers (Dezimeterbereich), einer leichten Reduktion des Tidehochwassers (Dezimeterbereich) und einer Reduktion des Tidehubs (Dezimeterbereich, Abb. 10-9). Das Szenario C3 liefert hinsichtlich des Tidehubs in Gegenüberstellung mit der historischen Entwicklung zum Tidehub (Abb. 10-9) etwas höhere Werte als im Gewässerzustand von Die Flutstromdominanz wird in Szenario C3 durch die Stärkung des Ebbstroms und eine Schwächung des Flutstroms im Bereich zwischen Knock und Herbrum reduziert. Die Dämpfung der Tideasymmetrie wird zudem in der Reduktion des Verhältnisses aus Flut- und Ebbstromgradient deutlich: Dieser nimmt vom Faktor 8 (derzeit) auf bis zu 3 in Szenario C3 ab bei gleichzeitiger Verschiebung des Maximums stromab von Papenburg nach ca. Terborg. Der Salzgehalt wird in Szenario C3 nicht nachteilig flussaufwärts verschoben. Auch die Stauwasserstände oberhalb des Wehres von Herbrum erfahren durch die sieben Flussschleifen und die zusätzliche Stromspaltung keine nachteilige Absenkung. Historische Entwicklung des Tidehubs im Längsschnitt Tidehub [m] gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) 1998 gemessen unter NQ, Jürges& Winkel (2003) 1981 gemessen unter NQ, Jürges & Winkel (2003) 1937 gemessen, Herrling & Niemeyer (2008) Thb_AZ Thb_A1s Thb_C3 Thb_B Thb_C1 Thb_C Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb. 10-9: Längsschnitt zu historisch gemessenen Tidehüben (grau) und zu den simulierten Tidehüben für das Szenario A1s (lila), B (blau), C1 (grün), C2 (orange), C3 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Mit der mittleren Verbesserung der hydrodynamischen Situation stellt sich in den sedimentologischen Modellergebnissen eine Verbesserung der Schwebstoffkonzentration und des Nettosedimenttransports dar. Analog zu der Vorgehensweise in C2 wird für C3 eine Untergliederung auf Grundlage des Nettosedimenttransportes und der DHI-WASY 139/156

168 Schwebstoffkonzentrationen (beide tide- und querschnittsintegriert) entlang der Ems in drei Bereiche vorgenommen: 1. Eine untere Zone mit leicht bis kaum reduzierten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Knock und Ems-km 20 mit Sedimentexport. 2. Eine mittlere Zone zwischen Ems-km 20 und Papenburg mit leicht erhöhten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand mit Sedimentimport und -export 3. Eine obere Zone mit deutlich reduzierten Schwebstoffkonzentrationen gegenüber dem Ausgangszustand zwischen Papenburg und Rhede mit leichtem Sedimentimport Im Unterwasser von Ems-km 30 bis Knock nimmt die Schwebstoffkonzentration kaum bis maximal um 0,1 g/l ab. Ab Ems-km 30 bis Leerort nimmt die Schwebstoffkonzentration um bis zu 0,4 g/l zu. Durch die Flussschleifen und dämpfenden Flachwasserbereiche im Oberwasser von Leerort, wird die Schwebstoffkonzentration nur leicht um ca. 4 bis 5 km flussabwärts verschoben. Diese flussabwärtige Verschiebung liegt somit unter der von C1 oder C2. Das Trübungsmaximum streckt sich in C3 auf einem (kurzfristig) niedrigen Niveau von 2 g/l zwischen Ems-km 9 bis -1 (obere Unterems). Durch die Ebbstromdominanz und die flussabwärtige Mobilisierung des Sediments unterliegt der Bereich zwischen Ems-km 20 bis Emden (ähnlich wie in C2) einem durchgängigen Sedimentexport. Dies reduziert den advektiven Sedimenteintrag von der Außen- in die Unterems im untersuchten Initialzustand auf einer größeren Fließstrecke im Vergleich zu C1 und auf einer etwas geringeren im Vergleich zu C2. Dieser Export fällt mit seiner etwas geringeren Reichweite im Mittel jedoch ähnlich aus wie im Szenario C2. Bestätigt wird diese Exporttendenz durch die Abnahme des mittleren Flutstroms und die Zunahme des Ebbstroms in diesem Bereich. Die umgekehrte Transportrichtung zwischen Emden und Emskm 20 durch den verstärkten Ebbstrom führt zudem voraussichtlich zu einer langfristigen Verminderung von feineren Schwebstoffanteilen in der Ems. In der mittleren Zone zwischen Ems-km 20 und Papenburg erhöht bzw. reduziert sich die Schwebstoffkonzentration im Tidemittel gegenüber dem Ausgangszustand um ca. ±25 % mit Maximalwerten von bis zu 2 g/l (C3, Abb ). Entgegen der Wirkung der Tidepolder dämpfen die Flachwasserbereiche mit den Flussschleifen die Trübung und halten sie in den Seitenbereichen zurück, führen aber zu einer geringeren Verschiebung des Trübungsmaximums gegenüber dem Ausgangszustand um ca. 4 bis 5 km flussabwärts. Der Nettosedimenttransport in diesem Abschnitt der Ems verschlechtert sich im Mittel im Vergleich zum Ausgangszustand und ist zwischen Leerort bis Papenburg tendenziell flussauf gerichtet. Die Reduktion der Schwebstoffkonzentration in C3 zusammen mit der leichten Verschlechterung des Nettosedimenttransports im Bereich der mittleren und oberen Unterems ist nach wie vor als leicht kritisch zu beurteilen. In der oberen Zone zwischen Bollingerfähr über Rhede bis Papenburg vermindert sich die Schwebstoffkonzentration unter Szenario C3. So kommt es hier zur Reduktion der querschnitts- und tidegemittelten Schwebstoffkonzentrationen von 0,05 bis 3,2 g/l (AZ, Abb ) auf 0,05 bis 2,0 g/l (C3, Abb ). Entgegen dieser positiven Reduktion der Schwebstoffkonzentrationen reduziert sich zwischen Papenburg und Herbrum der flussaufgerichtete advektive Restschwebstofftransport ( Tidal Pumping ) kaum. DHI-WASY 140/156

169 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Schwebstoffkonzentration [g/l] Gemittelte Schwebstoffkonzentration gemessen und simuliert im Längsschnitt 1954 gemessen, De Jonge (2009) 1975 gemessen, De Jonge (2009) 2005 gemessen, De Jonge (2009) 2008/09 gemessen, NLWKN Aurich SSC_mean AZ SSC_mean B SSC_mean C1 SSC_mean C2 SSC_mean C Fließkilometer [km] Herbrum Papenb. Leerort Terborg Emden Knock Abb : Längsschnitt zu historisch gemessenen mittleren Schwebstoffkonzentrationen (grau) und simulierten, tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen für das Szenario B (blau), C1 (grün), C2 (orange), C3 (rot) und den Ausgangszustand AZ (schwarz) Der definierte Zielwert von 100 mg/l Schwebstoffkonzentration wird kurzfristig für das Szenario C3 in der Unterems nicht im Querschnitts- und auch nicht im Tidemittel erreicht (Abb ). In den tide- und querschnittsgemittelten Schwebstoffkonzentrationen zeigt das Szenario C3 jedoch eine der durchgängigsten Reduktionen in der Schwebstoffkonzentration im Vergleich zu allen anderen schluffigen Szenarien (A1, A2, B, C1 und C2). Der Zielwert von 100 mg/l ist für das Szenario C3 mit Schwebstoffkonzentrationen von ca bis 2000 mg/l zwischen Herbrum und Terborg noch um ein Vielfaches überschritten (Abb ). Der Vergleich aller bisherigen Szenarien A, B, C zeigt, dass für die Szenarien B, C1, C2 und C3 die durchgängigsten Verbesserungen hinsichtlich der hydrodynamischen Wirkung in der Unterems erzielt wurden. Für das Schwebstofftransportverhalten der Ems, das auf Basis der derzeitigen (schluffigen) Sedimentologie an der Gewässersohle betrachtet wurde, zeigt das Szenario C3 (gefolgt von C1) die deutlichste Verbesserung in der Schwebstoffkonzentration auf. Zu beachten ist hierbei, dass die Veränderungen im Szenario C3 mit einem im Vergleich zu C1 um 70 % reduzierten Flächenbedarf erzielt wurden. Besonders vorteilig in C3 sind die durchgängige Reduktion der Trübung und die Verbesserung des Nettosedimenttransportes mit der Beibehaltung und der Verlängerung des Sedimentexports in der Unterems. So könnte auch für das Szenario C3, aufgrund der geänderten Transportrichtung zwischen Emden und Ems-km 20, auf lange Sicht eine sedimentologische und folglich auch ökologische Verbesserung in der unteren Unterems und dem Emder Fahrwasser erzielt werden. 11. Abschlussbewertung Die analysierten Ergebnisse zu den Szenarien A bis C erfassen, wie in den Modellgrundlagen und auch bei den Auswertungen vermerkt, immer einen Initialzustand. Somit gehen die oben genannten Szenarien von der im Jahr 2008 aufgenommenen und der derzeit bestehenden Gewässermorphologie, soweit diese nicht durch eine gezielte Maßnahme DHI-WASY 141/156

170 (Polder, Flussschleifen) verändert wurde, aus. Die Sedimentologie an der Gewässersohle in den Szenarien beschreibt analog das Sedimentinventar für den derzeitigen Zustand mit einem hohen Feinsedimentanteil einschließlich schluffiger und kohäsiver Sedimente. Dieses Sedimentinventar stellt gleichermaßen die Anfangsbedingung an der Sohle für die Szenarien A bis C, soweit nicht explizit anders erwähnt. Welche Veränderungen in Morphologie und Sedimentologie berücksichtigen die Szenarien: In den Szenarien A bis C wird, mit Ausnahme der Szenarien A s, ausschließlich die Bathymetrie verändert. Durch diese Veränderung in der Gewässerbathymetrie, wie die Verlängerung des Ästuars, die Reduktion der Konvergenz (Tidepolders, Flussschleifen, Stromspaltungen), die Rücknahme einer Fahrrinnenausbaus (Sohlverflachung), verändern sich lokal und großräumig die Prozesse der Tidedynamik und der Tideaysmmetrie. Da dies die treibenden (transportierenden und u.a. mobilisierenden) Kräfte für die Schwebstoffbewegung im Ästuar sind kann, wie hier vorgenommen, auf einer kurzfristigen Zeitskala (Wochen bzw. wenige Monate) eine Veränderung der kurzfristigen Schwebstoffdynamik beschrieben werden. Abschätzungen zu mittelfristigen Entwicklungen in den nächsten Jahren oder langfristigen Entwicklungen für die nächsten Jahrzehnte können auf Basis dieser Konzeption nicht quantifiziert werden. Was könnte sich mittelfristig verändern (morphologische Entwicklungsfreiheit der Ems): Unabhängig von der hier nicht konzeptionierten und erfassten Entwicklungstendenz in den hydrodynamischen und sedimentologischen Prozessen kann eine Veränderung in der Unterems (abgesehen von klimatischen Veränderungen in den Einwirkungen) durch die Überlagerung zweier Prozesse stattfinden: Morphologische Veränderungen im System (begrenzt durch Unterhaltung) Sedimentologische Veränderung der Sohlzusammensetzung Beide Prozesse sind sehr eng aneinander gekoppelt und verändern sich bzw. interagieren zusätzlich mit der Hydrodynamik. Alle drei Prozesse Hydrodynamik, Sedimenttransport und Morphologie lassen sich dabei in ihrer Veränderung auf verschiedenen Raum-Zeitskalen ordnen. Auf diesen Raum-Zeitskalen reagiert die Hydrodynamik durch eine Veränderung der Strömungen und Wasserstände am schnellsten, gefolgt von den Sedimenttransportprozessen (Veränderung der Transportraten und der Mobilisierung). Erst auf mittelfristiger Skala (ca. wenige Jahre) werden Veränderungen in der Morphologie und in der Sedimentzusammensetzung an der Gewässersohle deutlich. Im Rahmen einer Abschlussbewertung soll hier vorrangig geklärt werden, welches Entwicklungspotential oder korridore die Morphologie und die Sedimentologie in der Unterems derzeit und zukünftig haben werden. Durch den für Norddeutschland typischen Nutzungsdruck an und in Ästuaren, wird auch für die Unterems eine planfestgestellten Sohllage für die Schifffahrt vorgehalten. Abweichungen dieser planfestgestellten Sohllage nach oben (geringere Wassertiefen) sind in der Regel nicht möglich, so dass die planfestgestellte Sohllage die möglichen morphologischen Änderungen einschränkt. Abgesehen von der Fahrrinne können sich Sedimente in Nebenläufen, Böschungsbereichen und z.b. in Tidepoldern ablagern bzw. umlagern. Hierbei ist zu beachten, dass auch in diesen Bereichen (mit Ausnahme der Tidepolder und Flussschleifen) großräumige Umlagerungen meist infolge notwendiger Ufersicherungen und Vorlandnutzungen nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich sind. Hierdurch sind morphologische Veränderungen in der Unterems nur in unterhaltungsfreien Zeiträumen möglich. Folglich bleibt insbesondere in der Hauptfahrrinne der Ems ausschließlich die Veränderung der Sedimentzusammensetzung hin zu einer sandigen Sohle als angestrebtes Entwicklungspotential. Diese sedimentologische Veränderung ist jedoch wiederum an die Morphologie gekoppelt. Für die Entwicklung einer sandigen Sohle müsste das schlickige Material dauerhaft und vorrangig in den Flachwasserzonen und Seitenbereichen verbleiben oder aus der Ems gespült werden. Für eine sandige Fahrrinne müsste das Feinsediment zumindest in einer gewissen Intensität ausgetragen werden, also erodiert werden. Derartige Tendenzen zeigten sich in lokalen Bereichen der Ems im Unterwasserbereich von Poldern. DHI-WASY 142/156

171 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Diese Erosion von sehr feinem Material in der Fahrrinne wäre unter Einhaltung der Wasserschifffahrt möglich. Die hier angesprochene Querschnittsentwicklung entspricht jedoch einer Eintiefung der Fahrrinne und einer Verlandung der Böschungsbereiche Staffelung der Kennwerte Neben den Ergebnissen zu den Szenarien an sich wurden als Nebenergebnis die Bedeutung und Relevanz, insbesondere der hydrodynamischen Kennwerte und deren Zusammenhang für eine kurzfristige Verbesserung im Sedimenttransport interpretiert. Hieraus ergab sich die nachfolgend erläuterte Abstufung für die Unterems. Mit Untersuchung der verschiedenen Szenarien A bis C wurde unter anderem auch die Korrelierbarkeit der hydrodynamischen und sedimentologischen Kennwerte geprüft. Eine klare Korrelation lässt sich, wie bereits in analogen Projekten untersucht, nicht finden. Ursache ist die Komplexität der Morphologie, dessen Einfluss auf die Sedimenttransport und Hydrodynamik in Überlagerung mit der Anwesenheit kohäsiver Sedimente und dessen nichtlinearem Verhalten. Dennoch wurden im Laufe des Projektes weiche Zusammenhänge zwischen der Veränderung der hydrodynamischen Kennwerte und den Sedimenttransportprozessen erarbeitet bzw. erläutert. So dass die nachfolgend gestaffelten Kennwerte einen ersten Hinweis auf eine Verbesserung der Sedimenttransportprozesse geben können Sortierung der Bedeutung der hydrodynamischen Kennwerte Nachfolgenden werden in Tabelle 11-1 die hydrodynamischen Kennwerte aufgrund deren Bedeutung und Zielrichtung sortiert und erläutert. Tabelle 11-1 Sortierung der hydrodynamischen Kennwerte inkl. Zielrichtung und Bedeutung Kennwert Zielrichtung Bedeutung und Relevanz Flut- und Ebbstrom Abnahme Flutstrom = Abnahme Abnahme des Flutstroms vom Emder [m³/s] Flutvolumen und/ oder Zunahme Fahrwasser flussaufwärts als Indikator für Flutdauer eine Verringerung des Inkl. Verhältniswert Zunahme Ebbstrom = Zunahme Flutstrominduzierten Sedimenttransportes Ebbvolumen und/ oder Abnahme Verhältniswert Flut-: Ebbstrom Ebbdauer kennzeichnet flut- bzw. Verhältniswert Flut-: Ebbstrom ebbstromdominante Bereiche, als kleiner 1 Indikator für Sedimentexport in diesen Bereichen Verhältniswert Strömungsgradienten dv/dt [m/s²] Fahrrinne (Flut: Ebbe) Verhältniswert maximale Strömung Fahrrinne [m/s] (Flut: Ebbe) Verhältniswert Flut: Ebbe gleich oder unter 1 (Zeitlicher Gradient bei Flutströmung ~ zeitlicher Gradient bei Ebbströmung) Abnahme maximaler Flutstromgradient Zunahme maximaler Ebbstromgradient Verhältniswert Flut: Ebbe unter 1 = maximale Flutströmung < maximale Ebbströmung Abnahme der maximalen Flutströmung Zunahme der maximalen Ebbströmung Abnahme des hypersynchronen Indikator zum Schwebstofftransport feiner Sedimente/ Schwebstofftransport (Dronkers, 1986) Indirekter Indikator zur Dauer/ Intensität der Re-Suspension bzw. Sedimentation bei Flut- und Ebbstromkenterung (vgl. Stauwasserdauer) Indirekter Indikator für die Lage der Schwebstoffmaxima im Längsschnitt Indikator zum Schwebstofftransport grober Sedimente (Dronkers, 1986) Indirekter Indikator zur maximalen Sedimentmobilisierung bei Flut- und Ebbstrom Indikator für die Flutstromdominanz (Werte über 1) DHI-WASY 143/156

172 Kennwert Zielrichtung Bedeutung und Relevanz mittlere Strömung Fahrrinne [m/s] (Flut, Ebbe, Verhältniswert) Verhaltens entlang der Unterems (also Abnahme der maximalen Flutströmung flussaufwärts) Verhältniswert Flut: Ebbe unter 1 (= mittlere Flutströmung < mittlere Ebbströmung) Abnahme der mittleren Flutströmung Zunahme der mittleren Ebbströmung Indikator zum Geschiebetransport (Eisma, 1997) MTnw [m NN] Anhebung des Tideniedrigwasser, Grundlegender Indikator für Verbesserung im Gesamtsystem: Zunahme Tnw Abnahme WSP- Gradient bei Flut Abnahme maximale Flutströmung Zunahme Tnw Zunahme WSP- Gradient bei Ebbe Zunahme maximale Ebbströmung Mittlerer Tidehub [m] Abnahme Tidehub Abnahme des hypersynchronen Verhaltens (=der Zunahme des Tidehubs flussaufwärts) entlang der Unterems Amplitudenanteil Zunahme des Amplitudenanteils M4/M2 [-] Zunahme der M4 und Abnahme der M2 Grundlegender Indikator für Verbesserung im Gesamtsystem: indirekter Indikator zur Dämpfung der Strömungsmaxima indirekter Indikator zur Veränderung der Sedimenttransportprozesse (Anmerkung siehe unten) Ergänzende und untergeordnete Kennwerte zur Bewertung des Sanierungspotentials Phasenverschiebung M2-2M4 [ ] Phasenverhältnis 2M4/M2 [-] In Ergänzung zum Amplitudenanteil in der Fahrrinne untergeordnete Bedeutung indirekter Indikator zur Veränderung der Sedimenttransportprozesse Salinität Keine flussaufwärts Verschiebung im Vergleich zum derzeitigen Zustand MThw [m NN] MTmw [m NN] Reduktion des Tidehochwassers Zunahme des Tidemittelwasser Wassertiefen Ca. 7,5 m in der Unterems Ca. 3,5 m oberhalb von Herbrum Einfluss auf Sedimentbewegung, Flockung und Schwebstofftransport Einfluss auf Ökologie und Grundwasser untergeordnete Bedeutung für Sanierungspotential Relevanz aus ökologischer und wasserwirtschaftlicher Sicht keine Bedeutung für Sanierungspotential Relevanz aus wasserwirtschaftlicher Sicht Als einer der wichtigsten Kennwerte wird die Reduktion des Flutstroms vom Emder Fahrwasser aus flussaufwärts in die Unterems bewertet, der als Indikator für die Dämpfung des Sedimentimports in diesem Bereich dient. Dies bestätigten bisherige Kennwertanalysen. Analoge Zusammenhänge zur späteren Schwebstoffverteilung weist auch die Entwicklung des Verhältnisses der Strömungsgradienten auf. Hierzu zeigte sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Lage hoher Schwebstoffkonzentrationen im Längsschnitt und der Lage hoher Verhältniswerte von Werten über 1. Die Reduktion des Verhältniswertes maximaler Strömungen (Flut: Ebbe) ist im Zusammenhang mit der Entwicklung des DHI-WASY 144/156

173 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Tidehubs im Längsschnitts, insbesondere hinsichtlich der Reduktion der flussaufwärtigen Zunahme beider Größen von Bedeutung (Salomon und Allen (1983)). Aus Untersuchungen zeigte sich nur ein indirekter Zusammenhang zwischen Sedimenttransport und der Phasenverschiebung. Ein deutlicherer Zusammenhang ging aus der Zunahme des Amplitudenanteils M4/M2 hervor. Folglich wird diesem Kennwert eine höhere Aussagekraft für das Sanierungspotential beigemessen. Als ergänzende und untergeordnete Kennwerte zur Bewertung des Sanierungspotentials wurden Kenngrößen einsortiert, die hauptsächlich als Randbedingungen für die wasserwirtschaftliche Nutzung gelten oder nicht unmittelbar auf eine Verbesserung der Situation in der Ems schließen lassen (Verschiebung der Salinität flussabwärts). Dennoch können hier als untergeordnet aufgeführte Kriterien in der Gesamtbewertung zu erheblichen Defiziten eines Szenarios führen, wenn beispielsweise Randbedingungen der Schifffahrten nicht eingehalten werden können Sortierung der Bedeutung der sedimentologischen Kennwerte Nachfolgend werden in Tabelle 11-2 die sedimentologischen Kennwerte, basierend auf ihrer Bedeutung und Zielrichtung, sortiert und erläutert. Tabelle 11-2 Sortierung der morphodynamischen Kennwerte inkl. Zielrichtung und Bedeutung Kennwert Zielrichtung Bedeutung und Relevanz Netto- Abnahme des Sedimentimport, Austrag oder verminderter Eintrag von Sedimenttransport nach Möglichkeit Export vom kohäsiver Sedimente über das Emder Emder Fahrwasser aus Fahrwasser in die Unterems (Flut - Ebbe) [kg/tide] flussaufwärts Hauptindikator für die Bewertung des Möglichst langfristiger und über Sanierungspotentials das Jahr anhaltender Export Mittlere Schwebstoffgehalte [kg/m³] (Flut, Ebbe) Maximale Schwebstoffgehalte [kg/m³] (Flut, Ebbe) Flussabwärts Verschiebung des Trübungsmaximums inkl. Reduktion Abnahme der Schwebstoffgehalte bei Flutstrom und Ebbstrom Abnahme der maximalen Schwebstoffgehalte bei Flutstrom und Ebbstrom Indikator für die Bewertung des Sanierungspotentials Zielerreichung für die Ökologie < 100 mg/l im Süßwasserbereich Indikator für die Bewertung des Sanierungspotentials Zielerreichung für die Ökologie < 100 mg/l im Süßwasserbereich Der wichtigste kurzfristige Indikator für die Wirksamkeit und das Sanierungspotential des untersuchten Szenarios ist die Entwicklung eines Sedimentexports. Ein im Jahresmittel vorherrschender Sedimentexport wird zum mittelfristigen Austrag feiner Sedimente und zur Reduktion des Tidal Pumpings in die Unterems führen. Ziel ist nicht ein durchgängiger Austrag aus der gesamten Unterems, sondern eine Umkehr des Sedimenttransports im kritischen Bereich vom Emder Fahrwasser aus flussaufwärts. Tritt hier ein Austrag auf, werden im Tidemittel nur selten Sedimente in die Unterems eingetragen. Lokaler Sedimentimport im Bereich der mittleren Ems oder oberen Unterems ist dabei als weniger kritisch anzusehen. Ein weiterer wichtiger Indikator ist die Reduktion der mittleren Trübung und die flussabwärts gerichtete Verschiebung und Reduktion des Trübungsmaximums bis etwa Terborg. Dies würde der historischen Lage des Trübungsmaximums in den 70er Jahren entsprechen (De Jonge, 2009). Eine deutliche Reduktion der Schwebstoffkonzentration in dem Bereich von 100 mg/l (für den Süßwasserbereich) ist, vor allem eine kurzfristig Verbesserung kurz nach Herstellung einer etwaigen Sanierungsmaßnahme, aufgrund der nach wie vor anstehenden hohen Feinkornanteile (Schluff/ Ton) an der Gewässersohle nicht DHI-WASY 145/156

174 zu erwarten. Dies zeigten alle hier untersuchten Szenarien. Folglich ist eine Reduktion in der Schwebstoffkonzentration erst auf Basis der mittel- bis langfristigen Veränderungen in der Morphologie und der Sedimentzusammensetzung zu erwarten. Als ergänzende Kennwerte zur Bewertung des Sanierungspotentials wurden Kenngrößen verwendet, die als Randbedingungen für die wasserwirtschaftliche Nutzung oder Unterhaltung von Poldern dienen Bewertung des Sanierungspotentials der Szenarien Neben der quantitativen Einstufung (Teil 2 bis 4) erfolgt für eine Gegenüberstellung der Szenarien untereinander in einer qualitative Bewertung der Verbesserung bzw. Verschlechterung in Einzelabschnitten der Ems. Hierzu wird in Bewertungsmatrizen jeweilig die Veränderung sedimentologischer und hydrodynamischer Kennwerte eingestuft. Als repräsentativ für die kurzfristige Veränderung (11.2.1) werden folgende Größen final qualitativ gegenübergestellt (Details in den Teil 2 bis 4 des vorliegenden Berichtes): Veränderung der mittleren Schwebstoffkonzentrationen (Reduktion) Veränderung des Netto-Verhältniswerts aus Flut- und Ebbstrom MQ (Verschiebung Maximum flussabwärts und Reduktion) Veränderung des Verhältniswerts des Strömungsgradienten Flut: Ebbe (Verschiebung Maximum flussabwärts und Reduktion) Veränderung der Flutstromdominanz (Verschiebung Maximum flussabwärts und Reduktion) Veränderung des mittleren Tidehubs (Verschiebung Maximum flussabwärts und Reduktion) Veränderung des mittleren Tideniedrigwasserstands (Verschiebung Minimum flussabwärts und Zunahme) Die hydrodynamischen Größen erfahren auf kurzer Zeitskala eine rasche Veränderung. Folglich wird die initiale Veränderung der Tidewasserstände und Tideströmungen als ein Indikator für eine kurzfristige Veränderung gesehen. Ausgeprägte kurzfristige Veränderungen der Tidewasserstände (mehrere Dezimeter bis Meter) werden jedoch das mittelfristige Sanierungspotential je nach Intensität der morphologischen Veränderung prägen. Auch die kurzfristige Veränderung der Schwebstoffkonzentrationen, die hier vorwiegend über die Intensität der Reduktion im Vergleich zur derzeitigen Schwebstoffkonzentration bewertet wird, gilt als kurzfristiges Entwicklungsziel für die Schwebstoffkonzentrationen ohne Rücksicht auf eine Veränderung der Sedimentologie an der Sohle und der Morphologie nach Herstellung des Initialzustandes. Für die Abschätzung eines mittelfristigen Sanierungspotentials (Abschnitt ) werden folgenden Kennwerte aus den kurzfristigen Betrachtungen herangezogen: Morphologisches Entwicklungspotential (Größe und Ausdehnung unterhaltungsfreier Bereiche) Veränderung des Nettosedimenttransports (Export in der unteren Unterems) Veränderung des Trübungsmaximums (Verschiebung und Reduktion) Das Entwicklungspotential lässt sich aus den bisherigen kurzfristigen Untersuchungen nur abschätzen und nicht quantitativ eingrenzen. Folglich wurden Indikatoren für eine mittelfristige Verbesserung (Sanierung) selektiert. Hierzu zählt an erster Stelle die Bewertung des morphologischen Entwicklungspotentials durch unterhaltungsfreie Gewässerabschnitte (Szenarien A) oder durch große nahezu unterhaltungsfreie Seitenräume, wie Polder, Flachwasserbereiche oder Nebenarme (Szenarien B und C). Mit unterhaltungsfrei wird hier insbesondere die Möglichkeit einer unbeeinflussten oder nur DHI-WASY 146/156

175 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht gering beeinträchtigten morphologischen Entwicklung verstanden. Für die qualitative Einschätzung dieses Potentials spielen die Größe, Lage und Ausdehnung dieser Bereiche eine Rolle. Durch nahezu unterhaltungsfreie Bereiche kann sich einerseits die Sedimentologie in der Ems verändern, aber auch die Gewässermorphologie in den benannten Bereichen umlagern. Aus den kurzfristigen Analysen wurden zwei Schwebstofftransportgrößen für die Einschätzung eines mittelfristigen Sanierungspotentials selektiert: Die Entwicklung eines Sedimentexports vom Emder Fahrwasser flussabwärts (Nettosedimenttransport) und die flussabwärts Verschiebung und Reduktion des Trübungsmaximums. So kann zwar auf den kurzfristigen Betrachtungen kein quantitativer mittelfristiger Trend abgeleitet werden, jedoch lässt sich folgende Aussage treffen: Ohne eine impulsgebende Verbesserung in die oben genannte Richtung im kurzfristigen Zeitfenster, ist auch nicht von einer mittelfristigen und deutlichen Verbesserung Situation in der Unterems auszugehen. Der Sedimentexport gilt als impulsgebende Verbesserung, da so ein resultierender Sedimenteintrag im Tidemittel unter mittleren hydrodynamischen Bedingungen (Tide und Abfluss) verhindert wird. Durch diesen Austrag von Feinsedimenten in der Wassersäule kann auch die Sedimentation bzw. das Ablagern feiner Sedimente in der Fahrrinne hier reduziert werden. Folglich steht der Sedimentaustrag für eine Reduzierung des Feinsediments und für eine Entwicklung hin zu einer sandigeren Sohle in diesem Bereich der Fahrrinne der unteren Unterems. Die flussabwärtige Verschiebung und Reduktion des Trübungsmaximums gilt als Indikator für eine geringere Sedimentbewegung in der Wassersäule bzw. einer geringeren Mobilisierung der Sedimente in der Ems, hervorgerufen u.a. durch die Dämpfung der Tidedynamik. Diese flussabwärts Verschiebung gilt folglich als Kennzeichen für eine mittelfristige Entwicklung hin zu weniger hohen Trübungen in der Wassersäule Qualitative Einstufung der Kennwerte zur kurzfristigen Veränderung Die Bewertung der Kennwerte erfolgt in Gegenüberstellung zum Ausgangszustand in jeweils 10 km langen Abschnitten der Ems. Dabei wird einerseits in vier Stufen die Veränderung des Kennwertes in qualitativer Form eingestuft. In gesonderter Form wird die Verschiebung kritischer Bereiche, wie z.b. des maximalen Tidehubs, der Flutstromdominanz, des Trübungsmaximums und des Sedimentimports bewertet. Tabelle 11-3 Szenarienauswertung der kurzfristigen Kennwerte Kennwert Bewertung der Szenarien Veränderung der Schwebstoffkonzentration (Abnahme) Veränderung des maximalen Netto- Volumenstrom-Verhältnis (Abnahme) Verschiebung des maximalen Netto- Volumenstrom-Verhältnis (Flussab Verschiebung) Veränderung des maximalen Gradientenverhältnisses (Abnahme) Verschiebung des maximalen Gradientenverhältnisses (Flussab Verschiebung) A1s A2s B C1 C2 C DHI-WASY 147/156

176 Kennwert Bewertung der Szenarien Veränderung der Flutstromdominanz (Abnahme) Verschiebung des Flutstromdominanz (Flussab Verschiebung) Veränderung des Tideniedrigwasser (Zunahme) Verschiebung des Tideniedrigwasser (Flussab Verschiebung) Veränderung des Tidehub (Abnahme) Verschiebung des Tidehubs (Flussab Verschiebung) A1s A2s B C1 C2 C Hier erfolgte lediglich eine ergänzende Gegenüberstellung der kurzfristigen Kennwerte, die detaillierten Vor- und Nachteile sowie die kurzfristigen Gesamtbewertungen sind den Teilen 2 bis 4 zu entnehmen Qualitative Einstufung der Kennwerte zur Abschätzung eines mittelfristigen Sanierungspotentials Die Bewertung der Kennwerte erfolgt in Gegenüberstellung zum Ausgangszustand in jeweils 10 km langen Abschnitten der Ems. Dabei wird einerseits in vier Stufen die Veränderung des Kennwertes in qualitativer Form eingestuft. In gesonderter Form wird die Verschiebung kritischer Bereiche, wie z.b. des maximalen Tidehubs, der Flutstromdominanz, des Trübungsmaximums und des Sedimentimports bewertet. Tabelle 11-4 Szenarienauswertung der Kennwerte für das mittelfristige Sanierungspotential Kennwert Bewertung der Szenarien Veränderung des morphologischen Entwicklungspotentials (Zunahme) Veränderung des Nettosedimenttransports (Abnahme) Reichweite des Sedimentexports in der unteren Unterems Verschiebung des Trübungsmaximums (Flussab Verschiebung) Gesamtbewertung der Szenarien: Sanierungspotential A1s A2s B C1 C2 C DHI-WASY 148/156

177 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Fazit zum mittelfristigen Sanierungspotential Die Bewertung der Kennwerte in Abschnitt liefert eine Abstufung des mittelfristigen Sanierungspotentials der Szenarien: Szenario A1s (sandige Sohle): geringes Sanierungspotential Szenario A2s (sandige Sohle): mittleres Sanierungspotential Szenario B (schluffige Sohle): geringes Sanierungspotential Szenario C1 (schluffige Sohle): mittleres Sanierungspotential Szenario C2 (schluffige Sohle): hohes Sanierungspotential Szenario C3 (schluffige Sohle): mittleres Sanierungspotential Diese Einstufung basiert auf der Bewertung der vier Kriterien und wird im Folgenden differenziert. Szenarien A1s und A2s Im Bereich der Sohlverflachung und flussaufwärts ist seitens der Gewässerunterhaltung eine freie Veränderung der Morphologie und Sedimentologie möglich. Dabei bieten die Szenarien A1s und A2s jeweils ein zusätzliches Renaturierungspotential, das aber nicht in die Bewertung in Tabelle 11-4 miteinfließt, da diese zusätzlichen Maßnahmen in den Szenarien nicht mitabgebildet wurden. Folglich sind etwaige positive Effekte auch nicht in den kurzfristigen hydrodynamischen oder sedimentologischen Kennwerten zu den beiden Szenarien enthalten. Die hier bewerteten Szenarien A s verfügten im numerischen Modell bereits zwischen Papenburg und Leerort über eine sandige Sohle. Durch diese veränderte Sedimentologie wurden die Schwebstoffkonzentrationen im Vergleich zu den Szenarien A1 und A2 bereits reduziert. Das flussabwärts verschobene Trübungsmaximum trat bereits unter schluffigen Szenarien A1 und A2 auf und stellte sich auch unter der sandigen Sohle ein. Nachteilig zeigte sich in den Szenarien die Verschlechterung des Sedimentimportes im Bereich der unteren Unterems, wodurch der Feinsedimenteintrag über das Emder Fahrwasser bis Leerort erhalten bzw. zunehmen würde. Durch diesen Eintrag ist von keiner Verbesserung der Sedimentologie im Bereich der unteren Unterems auszugehen. Dementsprechend wurden die Szenarien A1s und A2s in Maßnahmen mit einem geringen und mittleren Sanierungspotential zugeordnet. In dieser Bewertung sind nicht die vorgeschlagenen Verbesserungen und Optimierungen der Sohlverflachungen enthalten. Szenario B Das kombinierte Szenario aus Tidewehrrückbau und mündungsnahen Poldern zeigte in der kurzfristigen Entwicklung der Trübungszone mit einer flussaufwärtigen Verschiebung Defizite an. Die Veränderung der Nettosedimenttransportprozesse zeigte eine positive Tendenz mit einem Sedimentaustrag über das Emder Fahrwasser bis Terborg, jedoch zeigte sich oberhalb von Terborg und auch bei Knock eine erhöhte Importneigung. Trotz eines mittleren morphologischen Entwicklungspotentials, durch die zwei großen mündungsnahen Polder in denen sich Sediment absetzen und so auch die Sedimentologie im Bereich der Fahrrinne verändert werden kann, wird das Szenario durch die negative Entwicklung der Schwebstoffkonzentration mit der flussaufwärtigen Verschiebung und der geringen Reduktion der Trübung als eine Maßnahme mit geringem Sanierungspotential bewertet. In dieser Bewertung sind nicht die vorgeschlagenen Verbesserungen eines Tidewehrrückbaus enthalten. Szenario C1 DHI-WASY 149/156

178 Das Szenario C1 mit den sechs großen Tidepoldern zeigte in der kurzfristigen Entwicklung der Trübungszone mit einer deutlichen flussabwärtigen Verschiebung und Abnahme sehr positive Entwicklungen. Die Veränderung der Nettosedimenttransportprozesse zeigte mit einem Sedimentaustrag über das Emder Fahrwasser bis Knock eine Entwicklung in die gewünschte Richtung. Als kritisch und morphologisch nicht stabil, wird jedoch der extreme Wechsel vom Export zum Import bei Terborg gesehen. Hier ist von einer raschen morphologischen Anpassung der Fahrrinne (Erosion) auszugehen. Diese morphologische Veränderung in der Fahrrinne ist jedoch auch wasserwirtschaftlicher Sicht nicht kritisch und daher eher positiv zu beurteilen. Leicht nachteilig ist auch hier der oberhalb von Terborg auftretende Sedimentimport zu bewerten. Trotz eines hohen morphologischen Entwicklungspotentials, durch die sechs großen Tidepolder in denen sich Sediment absetzen und so auch die Sedimentologie im Bereich der Fahrrinne verändert werden kann, wird das Szenario durch die zu erwartende morphologische Veränderung bei Terborg als eine Maßnahme mit mittlerem Sanierungspotential bewertet. In dieser Bewertung sind nicht die vorgeschlagenen Optimierungen an den mündungsnahen Tidepoldern enthalten. Szenario C2 Das Szenario C2 mit den neuen mittleren Tidepoldern zeigte in der kurzfristigen Entwicklung der Trübungszone mit einer deutlichen flussabwärtigen Verschiebung und etwas geringeren Abnahme als in C1 eine positive Entwicklung auf. Die Veränderung der Nettosedimenttransportprozesse zeigte mit einem Sedimentaustrag über das Emder Fahrwasser bis Knock die Entwicklung in die gewünschte Richtung. Durch die flussaufwärtigen Tidepolder konnte die Exportzone verlängert werden und der scharfe Übergang vom Import zum Export gedämpft werden. So zeigt sich unter einer schluffigen Sohle das Szenario C2 am vielversprechendsten mit einem mittleren bis hohen morphologischen Entwicklungspotential. Dieses Entwicklungspotential wird durch die neuen Tidepolder, in denen sich Sediment absetzen und so auch die Sedimentologie im Bereich der Fahrrinne verändern kann, geprägt. Das Szenario C2 wird daher als eine Maßnahme mit mittlerem bis hohem Sanierungspotential bewertet. Szenario C3 Das Szenario C3 mit den sieben Flussschleifen und der Stromspaltung zeigte in der kurzfristigen Entwicklung der Trübungszone mit einer flussabwärtigen Verschiebung und deutlichen Abnahme eine sehr positive Entwicklung auf. Die Veränderung der Nettosedimenttransportprozesse zeigte mit einem Sedimentaustrag über das Emder Fahrwasser bis Knock die Entwicklung in die gewünschte Richtung. Durch die flussaufwärtigen Flussschleifen und Flachwasserbereiche konnte die Exportzone jedoch nicht soweit verlängert werden wie in C1, aber auch der scharfe Übergang vom Import zum Export in der Unterems wurde hierdurch gedämpft. Mit einem mittleren morphologischen Entwicklungspotential, durch die kleineren Flachwasserbereiche und die Nebenarme in denen sich Sediment absetzen und so auch die Sedimentologie im Bereich der Fahrrinne verändert werden kann, stellt das Szenario C3 insgesamt eine Maßnahme mit mittlerem Sanierungspotential dar. DHI-WASY 150/156

179 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht Literatur ATV-DVWK-Arbeitsbericht (2003) Feststofftransportmodelle für Fließgewässer, ATV- DVWK-Arbeitsgruppe WW-2.4, Hrsg. ATV-DVWK, GFA, Hennef Bundesanstalt für Wasserbau (2008) Soleeinleitung in die Ems bei Rysum. Gutachten zur Untersuchung der Auswirkung einer Soleeinleitung und Wasserentnahme auf die Salzgehaltsverhältnisse in der Tideems. BAW-Nr. A , Hamburg, September 2008 BioConsult (Juni 2011) Entwicklung von Naturschutzzielen und Maßnahmenkonzepten im Rahmen des Projektes "Lebendige Unterems, Zwischenbericht 1 zum Projekt Lebendige Unterems, Stand Juni 2011 Chorin, A. J. (1967) A numerical method for solving incompressible viscous flow problems, Journal of Computational Physics, 2, pp Deutsches Gewässerkundliches Jahrbuch (2000) Küstengebiet der Nordsee 1998, Landesamt für Natur und Umwelt Schleswig Holstein Deutsches Gewässerkundliches Jahrbuch (2010) Weser- und Emsgebiet 2006, Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz. DHI Water Environment Health (DHI) MIKE 3 Estuarine and Coastal Hydraulics and Oceanography, Scientific Documentation, Horsholm, Dänemark, 2009a DHI Water Environment Health (DHI) MIKE 3 Estuarine and Coastal Hydraulics and Oceanography, Hydrodynamic Module, User Guide, Horsholm, Dänemark, 2009b Dyer K. R. (1989) Sediment processes in estuaries: future research requirements, Journal of Geophysical Research, 94(C10) Dronkers J. (1986) Tidal Asymmetry and Estuarine Morphology, Netherlands Journal of Sea Research, Heft 20 (2/3), pp , Eisma D., De Boer P. L. et al. (1997) Intertidal deposits: River mouths, tidal flats and coastal lagoons, Marine science series, CRC Press LLC, pp Fischer H. B., List E. J., Koh R. C. Y., Imberger J., Brooks N. H. (1979) Mixing in Inland and Coastal Waters, Academic Press, inc. London, 1979, ISBN-10: Gezeitentafeln Europäische Gewässer (2008), Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie DHI-WASY 151/156

180 Hayter E. J. (1983) Prediction of Cohesive Sediment Movement in Estuarial Waters, Dissertation, University of Florida, USA Herrling G. (2008): "Comparison of the hydrodynamic regime of 1937 and 2005 by applying mathematicla modeling - natural versus anthropogenic changes in the Ems-Dollard estuary", Lower Saxony Water Management, Coastal Defence and Nature Conservation Agency, Coastal Research Station, Ems-Workshop in Emden, 14 an 15th February 2008 Jürges J., Winkel N. (2003): "Ein Beitrag zur Tidedynamik der Unterems", Bundesanstalt für Wasserbau, Dienststelle Hamburg, Referat Ästuarsysteme II, Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 86 Krone, R.B. (1962) Flume studies of the transport of sediment in estuarial processes, Hydraulic Engineering Laboratory and Sanitary Engineering Research Laboratory, Univ. of California, Berkely, California, Final Report. Li, Z.H., Nguyen, K.D., Brun-Cottan, J.C., Martin, J.M., (1994) Numerical simulation of the turbidity maximum transport in the Gironde estuary, France, Oceanologica Acta. Metha, A.J., Hayter, E.J., Parker, W.R., Krone, R.B., Teeter, A.M. (1989) Cohesive sediment transport I: Process description, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 115, No. 8, pp Nguyen H.H. und Chua L.H.C. (2010). A Simplified Physically-based Model for Estimating Effective Floc Density J. Hydraulic Engineering, ASCE, DOI: /(ASCE)HY Nguyen H.H. und Chua L.H.C. (2009). Modelling of fine suspended sediments Foundation Anniversary of Hanoi Water Resources University, Vietnam on 13 November Partheniades E. (1965) Erosion and deposition of cohesive soils, Proceedings of the American Society of Civil Engineers (ASCE), Volume 91 (HY1), pp Richardson, J.F and Zaki, W.N. (1954) Sedimentation and fluidization, Part I, Transactions of the institution Chemical Engineers, Vol 32, pp Salomon J. C., Allen G. P. (1983) Role sedimentologique de la mare dans les estuaires a fort marnage, Compagnie Français de Petroles, Notes and Memoires 18, pp Smagorinsky (1963) General Circulation Experiments with Primitive Equations, Monthly Weather Review, H. 91, 1963 Spork V. (1997) Erosionsverhalten feiner Sedimente und ihre biogene Stabilisierung, Mitteilungen des Institutes für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Band 114, Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen DHI-WASY 152/156

181 Perspektive Lebendige Ems: Teilprojekt Wasserbau Kurzbericht UNESCO (1981) The practical salinity scale 1978 and the international equation of state of seawater 1980, UNESCO technical papers in marine science, Vol. 36, 1981 Van Leussen W., Van Velzen E. (1989) High Concentration suspensions: Their origin and importance in Dutch estuaries and coastal waters, Journal of Coastal Research, Special Issue No. 5, 1989, pp Van Rijn L. C. (2007) Manuel Sediment Transport Measurements in Rivers, Estuaries and Coastal Seas, Aqua Publications, Amsterdam Winterwerp H. (1999) On the Dynamics of High-concentrated Mud Suspensions, Dissertation, TU Delft Smile Consult (2010) Morphois-Ems - Quantifizierung des Eintriebs von Sedimenten in die Fahrrinne der Unterems, Datengrundlagen: Sohlpeilungen und Echolotmessungen des WSA, Februar 2010 DHI-WASY 153/156

182 Projekt Perspektive Lebendige Unterems Zusammenfassender Abschlussbericht Naturschutzziele und Renaturierungsszenarien Auftraggeber: April 2013 (final)

183 Auftraggeber: Dieses Projekt wird gefördert aus Mitteln der Niedersächsischen Lottostiftung BINGO-Lotto und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Titel: Projekt Perspektive Lebendige Unterems : Zusammenfassender Abschlussbericht Naturschutzziele und Renaturierungsszenarien Auftragnehmer: BIOCONSULT Schuchardt & Scholle GbR Reeder-Bischoff-Str Bremen Telefon Telefax Klenkendorf Gnarrenburg Telefon Telefax Internet info@bioconsult.de Bearbeiter: Dr. Bastian Schuchardt Dipl.-Ing. Frank Bachmann Dipl.-Landschaftsökologin Gertrud Heuer Dipl.-Geogr. Alke Huber Datum: April 2013

184 Seite 3 Inhalt 1. Hintergrund und Ziele Ökologische Bestandssituation mit Defizitanalyse Vorgehensweise Drei Naturschutzziele Allgemeine Naturschutzziele Konkretisierung der Naturschutzziele Sieben zentrale Maßnahmentypen Anlage von Tidepoldern (Typ 1) Entwicklung von Nebenarmen (Typ 2) Öffnung von Sommerdeichen (Typ 3) Extensivierung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland (Typ 4) Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland (Typ 5) Verbesserung der Durchgängigkeit (Typ 6) Rückbau von Uferbefestigungen mit Uferabflachungen (Typ 7) Drei Renaturierungsszenarien Leitbild Maßnahmenumfang und -verortung Szenario B Ästuarverlängerung Szenario C Tidepolder Wiesenvogelschutz binnendeichs Szenario D Tidepolder Wiesenvogelschutz außendeichs Wird das Leitbild durch die einzelnen Szenarien realisiert? Konfliktanalyse Fazit Literatur Anhang April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

185 Seite 4 Abbildungen und Tabellen Abb. 1: Darstellung und Abgrenzung des Betrachtungsraumes Abb. 2: Natura 2000-Gebiete von der Emsmündung bis Bollingerfähr Abb. 3: Abb. 4: Abb. 5: Abb. 6: Abb. 7: Abb. 8: links: Tidepolder, hydraulisch optimiert mit Siel ohne Rückdeichung (braun, Hauptdeich mit neugebautem niedrigerem Ringdeich; blau, Emswasserkörper) rechts: Tidepolder ökologisch optimiert mit Rückdeichung, (braun, neuangelegter Ringdeich; grün Tideauwald und Röhricht; hellbraun, Brackwasserwatt; blau: Flachwasserzone bzw. Ems), eigene Darstellung Tidepolder Westoverledigen, hydraulisch optimierte Variante, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Ringdeich MTHW + 1 m / 5 Außentief / 6 Sielbauwerk / 7 Brücke Tidepolder Westoverledigen, ökologisch optimierte Variante, ohne Rückverlegung des Hauptdeichs, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Ringdeich MTHW + 1 m / 5 Außentief / 6 Sielbauwerk / 7 Brücke / 8 Tideauwald Tidepolder Mitling, ökologisch optimiert mit Rückverlegung des Hauptdeichs, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Rückbau Deichzone / 5 Neubau Deich / 6 Tideauwald / 7 offene Anbindung Rückbau der Uferbefestigung südlich von Herbrum (ca. Ems km 210), eigene Darstellung, unmaßstäblich / 1 Süßwasserwatt-Röhricht mit Uferabflachung / 2 Tide-Weiden-Auengebüsch / 3 Tide-Hartholzauwald Oberer Teil des Betrachtungsraums, der im Szenario B unter Tideeinfluss kommt (rot: Deichlinien) April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

186 Seite 5 1. Hintergrund und Ziele Vor dem Hintergrund der ökologischen Situation der Unterems, die im aquatischen Bereich durch extrem hohe Schwebstoff-Konzentrationen und massive Sauerstoffdefizite gekennzeichnet ist, führen die Umweltverbände BUND, NABU und WWF sowie die TU Berlin das Projekt Perspektive Lebendige Unterems durch. Das Projekt wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt sowie der Niedersächsischen BINGO-Umweltstiftung gefördert. Das Projekt soll im Dialog mit den Akteuren vor Ort Perspektiven für eine lebendige renaturierte Unterems entwickeln und Möglichkeiten zu deren Umsetzung aufzeigen. Im Einzelnen umfasst das Projekt folgende Aktivitäten: (1) Formulierung übergeordneter Naturschutzziele für die Unterems auf der Basis naturschutzrechtlicher Grundlagen und des Entwicklungspotentials der Ems (2) Hydromorphologische Analyse der möglichen wasserbaulichen Varianten (3) Entwicklung und Visualisierung von Renaturierungsszenarien unter definierten Rahmenbedingungen (4) Dialogprozess mit Akteuren vor Ort sowie politischen und behördlichen Entscheidungsträgern (5) Vergleich und Bewertung der Szenarien v.a. hinsichtlich der Erreichung der Naturschutzziele und der Erfüllung bisheriger ökonomischer Funktionen (6) Vorbereitung zur Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen Im Rahmen dieses Projektes ist BioConsult Schuchardt & Scholle GbR im Oktober 2010 mit der Studie Entwicklung von Naturschutzzielen und Maßnahmenkonzepten beauftragt worden, die Beiträge v.a. zu den Aspekten (1), (3) und (5) liefern sollte. Betrachtungsraum der Studie war die tidebeeinflusste Unterems zwischen dem Wehr bei Herbrum und der Mündung in den Dollart (Länge: ca. 48 km). Zusätzlich wurde der tidefreie Bereich oberhalb des Wehrs Herbrum bis etwa Höhe Dörpen/Heede (Einmündung Küstenkanal) berücksichtigt (weitere 10 km). Lateral umfasste der Betrachtungsraum zusätzlich zum Wasserkörper der Ems die Vorlandflächen zwischen den Hauptdeichen und zusätzlich einen ca. 3 km breiten Bereich binnenseitig der Hauptdeiche (vgl. Abb. 1). April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

187 Seite 6 Abb. 1: Darstellung und Abgrenzung des Betrachtungsraumes. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

188 Seite 7 2. Ökologische Bestandssituation mit Defizitanalyse Nach dem Deichbau war und ist es v.a. der Ausbau als Schifffahrtsstraße zur Überführung von großen Werftneubauten von Papenburg seewärts, der die Ems über weite Bereiche massiv anthropogen überformt hat. Die Gewässermorphologie wurde v.a. durch die sukzessive Vertiefungen der Fahrrinne und Durchstiche nachhaltig verändert. Durch Strombaumaßnahmen (Steinschüttungen, Buhnen) ist das Gewässer lateral weitestgehend festgelegt. Durch die Ausbauten wurde die Hydrodynamik erheblich verändert, was u.a. in einer starken Erhöhung des Tidehubs und der Strömungsgeschwindigkeiten sowie einer Zunahme der Tideasymmetrie geführt hat. In der Folge hat sich nicht nur die Brackwasserzone stromauf verschoben, sondern es ist zu einer extremen Zunahme der Schwebstoff-Konzentrationen mit ausgeprägter fluid mud-bildung an der Sohle auch im limnischen Abschnitt der Unterems gekommen. Die extrem hohen Schwebstoff-Konzentrationen führen zu einer sehr starken Sauerstoffzehrung, so dass es in der wärmeren Jahreszeit über weite Bereiche zu teilweise lang anhaltenden Sauerstoff-Defiziten bis hin zu anoxischen Bedingungen bodennah kommt. Die planfestgestellten Wassertiefen in der Fahrrinne müssen durch frequente Unterhaltungsbaggerei aufrecht erhalten werden. Diese seit den 1990er Jahren auftretenden Bedingungen haben eine Vielzahl von ökologischen Auswirkungen, zu denen eine verringerte Primär- und Sekundärproduktion, eine massiv verarmte benthische Lebensgemeinschaft und sehr stark reduzierte Dichten der Fischfauna v.a. im limnischen Bereich gehören. Die Lebensraumsituation in den Ufer- und Seitenbereichen der Unterems ist durch die Verkürzungen des Flusslaufs, die fast flächendeckend vorhandenen Steinschüttungen, den starken Anstieg des Tidehubs und die hohen Sedimentationsraten beeinträchtigt. Insbesondere Nebenrinnen sowie Flach- und Stillwasserzonen fehlen weitgehend. Das Vorland, das z.t. sommerbedeicht ist, wird auf großen Flächen landwirtschaftlich (z.t. mit naturschutzfachlichen Auflagen) genutzt und hat als Grünland sehr hohe Bedeutung u.a. für Wiesenvögel. Die Qualitäten werden allerdings durch erhöhte Wasserstände, örtlich zu intensive Nutzung und die starke Überschlickung eingeschränkt. Ästuartypische Vorlandlebensräume (Seitengewässer, Röhrichte, Auwald etc.) und das charakteristische Artenspektrum sind durch die landwirtschaftliche Nutzung nur noch auf Teilflächen vorhanden. Zentrale ökologische Defizite Für die Unterems definieren wir in Anlehnung an BIOCONSULT (2009) auf der Grundlage einer umfangreichen Analyse vorliegender Literatur, verschiedener Expertengespräche und der eigenen Erfahrung die folgenden zentralen Defizite, die sich z.t. gegenseitig bedingen und mit starken Einschränkungen verschiedener ökologischer Funktionen verbunden sind: Starke Erhöhung des Tidehubs; Massive Beeinträchtigung des Gewässerbodens (fluid mud, Sauerstoff); April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

189 Seite 8 Massive Beeinträchtigung der Gewässergüte (Sauerstoff; Trübung; fluid mud); Starke Reduzierung der aquatischen Lebensgemeinschaften; Verlust von aquatischen und semiaquatischen Vorlandlebensräumen; Verlust von Flachwasserzonen und Nebenrinnen. Die durch die Ausbauten erfolgten Veränderungen des Salinitätsgradienten, der Eintrag von Salz durch Kavernenausspülungen und v.a. die temporären Erhöhungen des Salzgehaltes während der Staufälle sind unter dem Aspekt einer Regeneration besonders der limnischen Fauna durch eine Sanierung besonders zu beachten. Daneben existieren eine ganze Reihe weiterer Defizite (z.b. Schadstoffbelastung in Sedimenten und Biota, Reduzierung der Durchgängigkeit in das binnenseitige Grabensystem, der Verlust charakteristischer Arten wie des Störs), die hier jedoch relativ zu den o.g. nicht als zentrale Defizite eingeschätzt werden. Die o.g. zentralen Defizite haben, zu einer dramatisch verarmten aquatischen eu- und sublitoralen Lebensgemeinschaft (Plankton, Benthos, Fische) geführt, während die Vorlandlebensräume noch von erheblicher Bedeutung v.a. für die Avifauna und z.t. auch für die Vegetation sind. Diese Bedeutung ist durch die starken Funktionsverluste auf den Flächen im Binnenland noch erhöht. Sowohl die Vorlandflächen als auch die Unterems selbst gehören zu großen Teilen zum Schutzgebietsnetzwerk NATURA 2000 (s. Abb. 2). April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

190 Seite 9 Abb. 2: Natura 2000-Gebiete von der Emsmündung bis Bollingerfähr. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

191 Seite Vorgehensweise Die Bearbeitung der Studie erfolgte auf der Grundlage vorliegender Unterlagen in enger Zusammenarbeit mit dem Team der Auftraggeber und DHI-Wasy (Syke), die die wasserbaulichen Aspekte bearbeitet haben. Die Zwischenergebnisse wurden auf 4 Workshops Akteuren vor Ort vorgestellt und diskutiert. Zielführende Anregungen aus diesem Prozess wurden soweit möglich berücksichtigt. Die Ergebnisse der Studie sind in 4 ausführlichen Zwischenberichten sowie dem vorliegenden zusammenfassenden Abschlussbericht dokumentiert. Der 1. Zwischenbericht (August 2011) enthält die Ergebnisse der Erhebung von Grundlagendaten, die Beschreibung der ökologischen Situation, die entwickelten allgemeinen Ziele des Naturschutzes für eine Renaturierung der Unterems und eine Defizitanalyse. Im 2. Zwischenbericht (Oktober 2011) erfolgt die Konkretisierung der Naturschutzziele mit ausführlichen Begründungen. Zu finden sind dort auch erste Konzepte für drei Renaturierungsszenarien, eine Abschätzung ihrer Beiträge zur Zielerreichung bzw. möglicher Konflikte. Die Ergebnisse spiegeln den Diskussionsprozess während der Projektbearbeitung wider. Im 3. Zwischenbericht (Februar 2012) wird die entwickelte Leitartenkulisse dargestellt und es werden mögliche Maßnahmentypen für die Renaturierungsszenarien entwickelt. Im 4. Zwischenbericht (Dezember 2012) werden für 3 Renaturierungszenarien, mit denen die Naturschutzziele mit unterschiedlicher Schwerpunktsetzung erreicht werden könnten, verortete Maßnahmenkulissen entwickelt und dabei entstehender Kompensationsbedarf abgeschätzt sowie die bei einer Umsetzung zu erwartenden Konflikte mit den verschiedenen Nutzungen angesprochen. Im vorliegenden zusammenfassenden Abschlussbericht wird der Diskussionsprozess während der Projektlaufzeit nicht berücksichtigt; es werden nur die abschließenden Ergebnisse zusammengefasst. Die für die vorliegende Studie genutzten Datengrundlagen und Quellen sind in den Zwischenberichten dokumentiert. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

192 Seite Drei Naturschutzziele 4.1 Allgemeine Naturschutzziele Im Mittelpunkt des Projektes steht die Suche nach Konzepten zur Sanierung der Gewässergüte und gleichzeitig einer darüber hinaus gehenden Renaturierung. Auf der Grundlage der Defizitanalyse sind deshalb allgemeine Naturschutzziele für die Unterems formuliert worden, die als übergeordneter Bezugsrahmen für die Entwicklung von Renaturierungsszenarien gelten können. Als allgemeine Naturschutzziele wurden formuliert: (1) die Wiederherstellung einer Gewässergüte, die die Wiederansiedlung der charakteristischen aquatischen Fauna ermöglicht (2) die Regeneration ästuariner Lebensräume, um räumliche und funktionale Verluste der Vergangenheit zu kompensieren und die Sauerstoffproduktion zu verbessern (3) die Sicherung der vorhandenen Wertigkeiten v.a. für die Avifauna; ggfls. unter Nutzung von Binnendeichsflächen 4.2 Konkretisierung der Naturschutzziele Um die allgemeinen Naturschutzziele angemessen zur Entwicklung der Szenarien nutzen zu können, sind sie in einem weiteren Arbeitsschritt konkretisiert worden. Naturschutzziel (1) Ziel (1), die Wiederherstellung einer Gewässergüte, die die Wiederansiedlung der charakteristischen aquatischen Fauna ermöglicht, erfordert in der Unterems v.a. eine deutliche Verbesserung der Sauerstoffsituation und eine massive Reduzierung der Trübung. Eine Operationalisierung ist über eine Mindest-Sauerstoff-Konzentration und eine mittlere Schwebstoff-Konzentration möglich. Beide Parameter werden im Rahmen des behördlichen Monitorings erfasst. Als Kriterien werden vorgeschlagen: keine Sauerstoffkonzentrationen < 4 mg/l in der gesamten Wassersäule, damit u.a. die Finte sich in der Unterems gut vermehren kann; mittlere Schwebstoff-Konzentrationen < 100 mg/l in der gesamten Wassersäule der limnischen Zone (Süßwasserbereich), damit u.a. wieder eine Sauerstoffproduktion im Gewässer möglich wird; erfolgreiche Reproduktion und Etablierung einer stabilen Population der Finte in der Unterems. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

193 Seite 12 Naturschutzziel (2) Ziel (2), die Regeneration ästuariner Lebensräume, um räumliche und funktionale Verluste der Vergangenheit zu kompensieren und die Sauerstoffproduktion zu verbessern, erfordert in der Unterems v.a. die Vergrößerung des Flächenanteils der besonders defizitären Biotoptypen Tideauwald, Tideröhricht, Flachwasserzonen und Wattflächen sowie eine Ausprägung dieser und anderer Habitate, die auch die Etablierung der charakteristischen Arten und ökologischen Funktionen ermöglicht. Eine Operationalisierung ist über eine Orientierung an historischen Situationen und die Flächenansprüche charakteristischer Arten erfolgt; sie ist allerdings weniger eindeutig möglich als für das Naturschutzziel (1). Als Kriterien werden vorgeschlagen: Sohlsubstrat in Stromrinne und an Hängen überwiegend sandig und in Seitenbereichen schlickig mit geringer Sedimentation als Reproduktionsort für Stint (Stromrinne), Lebensraum für Großmuscheln (Hänge und Seitenbereiche) und Nahrungsraum für Stör 1 und Nordseeschnäpel; mittlerer Feinkornanteil < 10 % in den Sedimenten der Stromrinne der limnischen Zone als Zielwert; Vergrößerung des Anteils unverbauter Ufer, an denen sich u.a. eine typische Vegetationszonierung ausbilden kann; Vergrößerung der Ausdehnung strömungsreduzierter Flachwasserzonen und Wattflächen in einer Ausprägung, in der sie u.a. als Sauerstoffproduzenten, Lebensraum für Jungfische, Nahrungsraum für den Stör und Nahrungshabitat für Vögel fungieren; Erhalt der typischen Zonierung des Emsästuars, insbesondere der Ausdehnung des Süßwasserbereichs: obere Brackwassergrenze bei mittlerem Oberwasserabfluss bei Leer; Vergrößerung der Ausdehnung von Tideröhricht als Lebensraum u.a. der Bartmeise (mehrere Flächen je > 20 ha); Vergrößerung der Ausdehnung von Tideauwäldern u.a. als Lebensraum für Beutelmeise und Pirol sowie den Fischotter (mehrere Flächen je > 50 ha); Ästuarine Lebensräume insgesamt in einer Ausdehnung und Ausprägung, das die Unterems wieder als Lebensraum für den Seeadler geeignet ist. 1 Die Wiederansiedlung von Stör und Nordseeschnäpel erfordert, auch wenn die Lebensraumansprüche der Arten erfüllt werden, voraussichtlich aktive Maßnahmen der Wiederansiedlung. Naturschutzziel (3) Ziel (3), die Sicherung der vorhandenen Wertigkeiten v.a. für die Avifauna, ggfls. unter Nutzung von Binnendeichsflächen, erfordert an der Unterems im Rahmen der Sanierung v.a. den Erhalt geeigneter extensiv als Grünland genutzter Flächen, da diese einerseits für die aktuelle Avizönose wertgebend sind und andererseits durch die Maßnahmen zur Erreichung der Ziele (1) und (2) möglicherweise verkleinert werden. Dieser Aspekt muss wesentlich vor dem Hintergrund der EU- April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

194 Seite 13 Vogelschutzrichtlinie bearbeitet werden. Sowohl bei Beurteilung möglicher Beeinträchtigungen als auch der Eignung von Entwicklungsflächen müssen sowohl die Ausdehnung der zur Verfügung stehenden Flächen als auch deren Ausprägung (v.a. Nutzung, Nutzungsintensität, Feuchteverhältnisse, Störungsregime) betrachtet werden. Zur Erreichung des Ziels (3) ist die Sicherung der Bestände v.a. der folgenden Arten bei der Planung von Maßnahmen zur Erreichung von Ziel (1) und (2) besonders zu beachten: Wertgebende Brutvögel der Grünländer: Besonders zu sichern sind Kiebitz, Rotschenkel, Uferschnepfe, da die Bestände besonders binnendeichs bereits sehr stark zurückgegangen sind; Besonders zu sichern ist auch der Säbelschnäbler, der als wertgebender Brutvogel in Kolonien u.a. in den Salzwiesen der Ems-Vorländer brütet; Wertgebende Gastvögel: Besonders zu sichern sind die Rastbestände von Goldregenpfeifer, Nonnengans, Säbelschnäbler, Kampfläufer, Singschwan und Zwergschwan. Darüber hinaus auch Blässgans, Graugans, Saatgans, Krickente, Pfeifente, Regenbrachvogel und Kiebitz. Ziel (3) bezieht sich auf Maßnahmen zur Sicherung von Beständen, die ggfls. durch Maßnahmen zu Ziel (1) und (2) beeinträchtigt werden könnten. Darüber hinaus sind im Rahmen einer Renaturierung der Unterems zum einen auch weitere Maßnahmen zur Sicherung vorhandener Wertigkeiten der Avifauna erforderlich, zum anderen aber auch Maßnahmen, die geeignet sind in der Vergangenheit erfolgte Bestandsdezimierungen wieder rückgängig zu machen. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

195 Seite 14 Leitartenkulisse Die bei der Konkretisierung der einzelnen Naturschutzziele bereits genannten Arten wurden zu einer Leitartenkulisse erweitert, die aus verschiedenen taxonomischen Gruppen und ästuarinen Habitaten stammen und ein breites Spektrum ökosystemaren Funktionen umfassen. Die Leitarten repräsentieren sowohl kürzer- wie auch längerfristige Naturschutzziele; sie indizieren mit ihrem (Wieder-) Auftreten im Ästuar gute Lebensbedingungen nicht nur für die Leitarten selbst sondern für das charakteristische Artenspektrum. Tab. 1: Leitartenkulisse für ästuarine Lebensräume in und an der Unterems. Schwebegarnele (Neomysis integer) Großmuscheln (Unio spp.; Anodonata spp.) Finte (Alosa fallax) Stint (Osmerus eperlanus) Nordsee-Schnäpel (Coregonus oxyrhynchus) Stör (Acipenser sturio) Bartmeise (Panurus biarmicus) Pirol (Oriolus oriolus) Seeadler (Haliaeetus albicilla) Fischotter (Lutra lutra) Säbelschnäbler (Recurvirostra avosetta) April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

196 Seite Sieben zentrale Maßnahmentypen Im 3. Zwischenbericht sind eine Vielzahl von möglichen Maßnahmentypen charakterisiert worden, die einen Beitrag v.a. zur Erreichung von Ziel 2 leisten können. Als Grundlage für die Entwicklung der Maßnahmenkulissen für die drei Szenarien wurden die als sinnvoll ermittelten zu sieben sog. Zentralen Maßnahmentypen zusammengefasst. Sie werden im Folgenden kurz charakterisiert und Kriterien für ihre Verortung benannt. 5.1 Anlage von Tidepoldern (Typ 1) Tidepolder sind ein bedeutsamer Maßnahmentyp innerhalb des Projektes, da sie in entsprechender Anzahl, Größe und Gestaltung einen größeren Beitrag sowohl zu Ziel (1) (Reduzierung tidal pumping) als auch zu Ziel (2) (Wiederherstellung ästuariner Lebensräume) leisten können. Für die konkrete Ausgestaltung von Tidepoldern gibt es vielfältige grundsätzlich unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten, die im 2. Zwischenbericht ausführlich erläutert sind. Es werden im Folgenden 2 grundsätzliche Ausführungen in jeweils 2 Varianten unterschieden. Zum einen kann der Polder durch eine Rückdeichung, zum anderen durch ein verschließbares Siel und einen niedrigen Ringdeich hergestellt werden. Beide Ausführungen können jeweils hydraulisch oder ökologisch optimiert werden (Abb. 3). Alle Varianten von Tidepoldern werden, abhängig von Lage und Sanierungserfolg in der Unterems, einer recht starken Verschlickung unterliegen; zur Aufrechterhaltung v.a. ihrer hydraulischen Funktionen, eingeschränkt auch ihrer ökologischen Funktionen, wird eine frequente Unterhaltungsbaggerei erforderlich sein. Allerdings zielt die Sanierung der Unterems insgesamt auf eine deutliche Reduzierung der aktuellen Schwebstoff-Konzentrationen und Baggermengen, so dass sich der Unterhaltungsaufwand längerfristig reduzieren wird. Abb. 3: links: Tidepolder, hydraulisch optimiert mit Siel ohne Rückdeichung (braun, Hauptdeich mit neugebautem niedrigerem Ringdeich; blau, Emswasserkörper) rechts: Tidepolder ökologisch optimiert mit Rückdeichung, (braun, neuangelegter Ringdeich; grün Tideauwald und Röhricht; hellbraun, Brackwasserwatt; blau: Flachwasserzone bzw. Ems), eigene Darstellung. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

197 Seite 16 Hydraulische Optimierung Da der Beitrag zu Ziel (1) wesentlich von der Tidewassermenge abhängt, wird bei der hydraulischen Optimierung der gesamte Tidepolder bis unter MTnw abgegraben, so dass ästuartypische Lebensräume wie Watt, Röhricht und Tideauwald kaum entstehen. Der Lebensraumtyp Flachwasserzone entsteht hingegen im hydraulisch optimierten Tidepolder auf der gesamten Fläche, allerdings, abhängig von den Intervallen der Unterhaltung, als gestörter Lebensraum (als Beispiel s. Abb. 4). Abb. 4: Tidepolder Westoverledigen, hydraulisch optimierte Variante, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Ringdeich MTHW + 1 m / 5 Außentief / 6 Sielbauwerk / 7 Brücke. Ökologische Optimierung Die Herstellung von Tidepoldern durch die Öffnung von Binnendeichsflächen für das Tideregime kann bei entsprechender Gestaltung die Flächenausdehnung, die für die Entwicklung April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

198 Seite 17 ästuartypischer Lebensräume zur Verfügung steht, deutlich vergrößern. So können durch entsprechende Geländemodellierung Tideauwald (zwischen MThw +0,5 m und +1,5 m) und Tideröhricht (zwischen MThw -0,7 m und MThw +0,5 m entwickelt werden (als Beispiel für eine Variante ohne Rückdeichung s. Abb. 5; als Beispiel für eine Variante mit Rückdeichung s. Abb. 6). Bei gegebener Flächengröße verkleinert sich bei einem ökologisch optimierten Polder im Vergleich zum hydraulisch optimierten Polder die hydraulisch wirksame Tidewassermenge. Abb. 5: Tidepolder Westoverledigen, ökologisch optimierte Variante, ohne Rückverlegung des Hauptdeichs, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Ringdeich MTHW + 1 m / 5 Außentief / 6 Sielbauwerk / 7 Brücke / 8 Tideauwald. Kriterien Verortung Zentrale Kriterien für die Verortung sind die hydraulische Wirksamkeit, die Vermeidung besiedelter Flächen und die Vermeidung von Flächen in EU-Vogelschutzgebieten. Dabei wird auch an verschie- April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

199 Seite 18 dene bereits vorliegende Vorschläge angeschlossen. Weitere Auswahlkriterien sowie eine Konfliktanalyse zu den einzelnen Potentialflächen sind im 2. Zwischenbericht ausführlich dargestellt. Abb. 6: Tidepolder Mitling, ökologisch optimiert mit Rückverlegung des Hauptdeichs, eigene Darstellung / 1 Flachwasserzone / 2 Watt / 3 Tideröhricht / 4 Rückbau Deichzone / 5 Neubau Deich / 6 Tideauwald / 7 offene Anbindung. 5.2 Entwicklung von Nebenarmen (Typ 2) Die Revitalisierung von ehemaligen Mäandern und Nebenarmen dient nicht nur zur Wiederherstellung von Flachwasserzonen, sondern ermöglicht gleichzeitig auch die Wiederherstellung anderer naturnaher ästuartypischer Lebensräume wie Wattflächen, Tideröhricht und Auwald. Durch eine entsprechende beidseitige Verbindung zum Hauptgewässer können Verlandungsprozesse eingeschränkt werden. Gleichzeitig tragen solche Maßnahmen auch zur Schwächung des Flutstroms und April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

200 Seite 19 damit zur Reduzierung des tidal pumping bei und erhöhen den Sauerstoff-Eintrag. Grundsätzlich können sie also sowohl zur Erreichung von Ziel (1) als auch (2) beitragen. Wiederanschluss von Nebenarmen mit Rückdeichung An der Unterems existiert eine Reihe von abgetrennten und zwischenzeitlich auch abgedeichten Flussschleifen, für die grundsätzlich eine Reaktivierung als Nebenarme verbunden mit einer Ausdeichung denkbar ist (eine Nutzung als Fahrwasser ist aufgrund der geringen Radien nicht möglich). Die Wiederherstellung der z.t. verlandeten Altarme erfordert umfangreiche Baggerungen und eventuell begleitende strombauliche Maßnahmen zur Reduzierung der Wiederverlandung. Trotzdem ist vermutlich eine frequente Unterhaltungsbaggerei erforderlich, deren Umfang auch vom Sanierungserfolg abhängt. (Wieder-)Herstellung von Nebenrinnen im Vorland Im unteren Teil des Betrachtungsraumes existiert eine Reihe von Stromspaltungen, die sowohl hydraulisch als auch ökologisch positive Wirkungen haben. Die Herstellung einer weiteren Nebenrinne ist für das Midlumer Vorland im Rahmen des Projektes skizziert worden. Dabei wurde die örtliche Situation (Alte Ziegelei, Kompensationsflächen) soweit sinnvoll möglich berücksichtigt. Allerdings sind die mit der Durchführung der Maßnahme verbundenen Beeinträchtigungen der vorhandenen sehr hohen avifaunistischen Wertigkeit so gravierend, dass die Umweltverbände sich entschieden haben, diese Maßnahme nicht in die Renaturierungsszenarien aufzunehmen. Kriterien Verortung Zentrale Kriterien für die Verortung sind die Topographie, die hydraulische Wirksamkeit und die Vermeidung besiedelter Flächen und (soweit möglich) die Vermeidung von Flächen in EU- Vogelschutzgebieten. 5.3 Öffnung von Sommerdeichen (Typ 3) Die Öffnung bzw. der Rückbau von Sommerdeichen führt zu einer den Höhenverhältnissen entsprechenden Wasserstandsdynamik und schafft damit eine wichtige Voraussetzung für die Reetablierung von ästuarinen Vorlandlebensräumen. Je nach Standort und v.a. Häufigkeit und Dauer der Überflutungen entwickeln sich in Verbindung mit einer Einstellung oder Reduzierung der landwirtschaftlichen Nutzung Watt-, Röhricht- und Tideauwaldlebensräume. Zusätzlich können durch Abgrabungen Flachwasserzonen und Wattflächen im ehemaligen Sommerpolder hergestellt werden. Der Maßnahmentyp trägt v.a. zur Erreichung von Ziel (2) und nur marginal von Ziel (1) bei. Kriterien Verortung Zentrale Kriterien für die Verortung sind die Topographie und die Meidung von Flächen mit besonders hoher Bedeutung für die Avifauna. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

201 5.4 Extensivierung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland (Typ 4) Seite 20 Die als Grünland genutzten tideoffenen Vorlandflächen sind von z.t. erheblicher Bedeutung als Brutgebiete v.a. für Wiesenvögel, aber auch als Rastgebiete. Örtlich können die vorhandenen Wertigkeiten erhöht oder sollten durch weitere Maßnahmen gesichert werden. Die Steuerung der Nutzungsart und intensität auf bereits derzeit landwirtschaftlich genutzten Flächen im Vorland dient dem Ziel, mesophiles oder Feuchtgrünland zu erhalten oder entstehen zu lassen. Dazu können Vernässungen z.b. durch die Anlage von Blänken und Veränderungen im Grabensystem nötig sein. Die Nutzung wird dabei durch naturschutzfachlich begründete Bewirtschaftungsauflagen bzgl. des Bruterfolgs von v.a. Wiesenbrütern optimiert. Regional bestehende Schutzgebietsauflagen, Naturschutzkonzepte, Pflege- und Entwicklungspläne sowie laufende Kompensationsmaßnahmen werden soweit möglich berücksichtigt. Außerdem kann eine Einbindung in bestehende Förderprogramme wie dem Kooperationsprogramm Naturschutz erfolgen soweit sie noch nicht besteht. Der Maßnahmentyp trägt zur Erreichung von Ziel (3) bei. Kriterien Verortung Ausgewählt werden intensiv genutzte, artenärmere Flächen die inselartig in den Vogelschutzgebieten oder anderen, bereits geschützten Arealen liegen oder an diese angrenzen. 5.5 Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland (Typ 5) Die Renaturierung der Unterems zielt auch auf eine Erhöhung des Anteils von naturnahen ästuartypischen und damit ungenutzten Lebensräumen im Vorland. Je nach Höhenlage und Bodenverhältnissen können auf derzeit landwirtschaftlich genutzten Flächen im Vorland wieder Tideröhrichte, Watt, Flachwasserzonen und Auwald entwickelt werden. Dazu ist eine Einstellung der Nutzung und örtlich ggfls. ein Geländeabtrag erforderlich. Außerdem können für eine Rückkehr bestimmter lebensraumtypischer Arten zusätzliche gezielte Maßnahmen zur Wiederansiedlung erforderlich sein. besteht. Der Maßnahmentyp trägt zur Erreichung von Ziel (2) bei. Kriterien Verortung Die Etablierung von ästuartypischen Lebensräumen soll besonders auf solchen Flächen erfolgen, die derzeit keine FFH-Lebensraumtypen oder nach 30 BNatSchG bzw. nach 24 NAGBNatSchG geschützten Biotope aufweisen. Bevorzugt sollen sie in der Nähe von bestehenden Auwaldresten, Flusswattbereichen oder ähnlichen Strukturen wie Landröhrichten liegen. 5.6 Verbesserung der Durchgängigkeit (Typ 6) Die ökologisch bedeutsame Vernetzung zwischen Fluss und Nebengewässern der Aue ist durch die Deichlinie und die bauliche Gestaltung der relativ wenigen verbliebenen Einmündungen von Ne- April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

202 Seite 21 bengewässern stark eingeschränkt. Maßnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit für Fische und Wirbellose sowohl in die Nebengewässer als auch innerhalb der Ems sind deshalb Bestandteil der Renaturierungsszenarien. Auch im Rahmen der Umsetzung der WRRL sind Maßnahmen zur Verbesserung der Durchgängigkeit von Sielbauwerken und zur Herstellung von Brackwasserlebensräumen an den niedersächsischen Küsten- und Übergangsgewässern notwendig. Die in BIOCON- SULT (2009) gemachten Maßnahmenvorschläge werden deshalb hier übernommen. Der Maßnahmentyp trägt zur Erreichung von Ziel (2) bei. Kriterien Verortung Alle Bauwerke im Übergang zu Nebengewässern als auch innerhalb der Ems (Siele, Schöpfwerke, Wehre) sollten hinsichtlich ihrer Durchgängigkeit verbessert werden, soweit nicht bereits wirksame Maßnahmen wie z. B. beim Petkumer Siel zur Verbesserung der Durchgängigkeit umgesetzt worden sind. 5.7 Rückbau von Uferbefestigungen mit Uferabflachungen (Typ 7) Die Ufer der Unterems sind weitgehend durch Steinschüttungen festgelegt, die u.a. die Etablierung einer naturnahen Zonierung der typischen Vegetation weitgehend verhindern. Durch den Rückbau von Uferbefestigungen und die Abflachung der Uferpartien können in Verbindung mit einer Einstellung der Nutzung grundsätzlich wieder charakteristische Sand- und Schlickufer entstehen, auf denen sich dann eine natürliche Uferzonierung mit Flachwasserbereichen, Abbruchufern, Röhrichten und Ufergehölzen entwickeln kann (als Beispiel s. Abb. 8). Ein Rückbau sollte zumindest örtlich auch mit den Aufgaben u.a. der WSV verträglich sein, wie erste Erfahrungen zeigen. Auch im Rahmen der Umsetzung der WRRL werden solche Maßnahmen geplant bzw. sind bereits umgesetzt (Bremen). Kriterien Verortung Eine Rücknahme der Uferbefestigung ist potentiell entlang der gesamten Unterems möglich, muss aber örtlich auf Verträglichkeit mit den Aufgaben der WSV und die Flächenverfügbarkeit des angrenzenden Uferstreifens geprüft werden. Eine Verortung ist im Rahmen der vorliegenden Studie nicht möglich; bei ausreichender Flächengröße werden sie nur exemplarisch im Zusammenhang mit den Maßnahmentypen 4 und 5 verortet. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

203 Seite 22 Abb. 7: Rückbau der Uferbefestigung südlich von Herbrum (ca. Ems km 210), eigene Darstellung, unmaßstäblich / 1 Süßwasserwatt-Röhricht mit Uferabflachung / 2 Tide-Weiden-Auengebüsch / 3 Tide-Hartholzauwald. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

204 Seite Drei Renaturierungsszenarien Als Ergebnis der Diskussionsprozesse innerhalb des Projektes Perspektive Lebendige Unterems sowohl unter wasserbaulichen als auch naturschutzfachlichen und strategischen Gesichtspunkten sind ein Leitbild und 3 Renaturierungsszenarien entstanden. Die Szenarien unterscheiden sich nicht in den Zielen, wohl aber in den Wegen zur Zielerreichung. Im Folgenden werden sie (inhaltlich verkürzt) mit folgenden Überschriften bezeichnet: Szenario B = Ästuarverlängerung Szenario C = Tidepolder Wiesenvogelschutz binnendeichs Szenario D = Tidepolder Wiesenvogelschutz außendeichs Die 3 Szenarien zielen auf eine Erreichung aller 3 Naturschutzziele, also die Wiederherstellung der Gewässergüte, eine wieder größere Flächenausdehnung ästuartypischer Lebensräume und die Sicherung der vorhandenen Wertigkeiten v.a. für Wiesenvögel. Grundlage sind 2 verschiedene wasserbauliche Ansätze zur Reduzierung des tidal pumping (Voraussetzung für Ziel (1)): zum einen eine Verlängerung des Ästuars nach oberstrom, zum anderen die Herstellung mehrerer Tidepolder. 6.1 Leitbild Die drei im Projekt formulierten allgemeinen Naturschutzziele und deren Konkretisierung sind als Grundlage für die Entwicklung der Maßnahmenkulissen für die drei Szenarien zu einem Leitbild zusammengeführt worden, das bzgl. der Entwicklung der Vorlandfläche auch ein quantitatives Ziel formuliert: Die Wasserqualität der Unterems ermöglicht trotz der Beibehaltung der derzeitigen schifffahrtlichen Nutzung ganzjährig das Vorkommen der naturraumtypischen aquatischen Fauna. Insbesondere Sauerstoff- und Schwebstoffkonzentrationen sowie Sohlsubstrate entsprechen weitgehend der naturraumtypischen Situation. Mehr als 50% der aktuellen Vorlandfläche werden von ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen gebildet, die die Lebensgrundlage für eine naturraumtypische Fauna bilden. Die weiteren Vorlandflächen bestehen weitgehend aus extensiv genutztem mesophilem bis feuchtem Grünland, das u.a. die Lebensgrundlage für die kulturraumtypische Avifaunagemeinschaft des Grünlandes bildet. 6.2 Maßnahmenumfang und -verortung Um dieses Leitbild umzusetzen, sind unterschiedliche Maßnahmen erforderlich, die entsprechend der unterschiedlichen Ausrichtung der 3 Renaturierungsszenarien zu spezifischen Maßnahmenkulis- April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

205 Seite 24 sen führen. Die Maßnahmen zu Ziel (1) (Gewässergüte) sind wesentlich vor dem Hintergrund der wasserbaulichen Analysen entwickelt und verortet worden (s. DHI WASY 2011/2012). Die Maßnahmen zu Ziel (2) (ästuartypische Lebensräume) sind daran anschließend aber auch in Wechselwirkung konzipiert und verortet worden. Die Bemessung des Umfangs der Maßnahmen zu Ziel (2) erfolgt auf der Grundlage des Leitbildes für die Renaturierung der Unterems. Dort ist als Zielgröße definiert, dass auf einer Fläche von > 50 % der vorhandenen Vorlandfläche ästuartypische Lebensräume vorhanden bzw. entwickelt werden sollen, gfls. unter Nutzung von Binnendeichsflächen. Die bereits derzeit durch ästuartypische Lebensräume geprägten Flächengrößen zeigt Tab. 2 für verschiedene Abschnitten der Ems. Tab. 2: Ausdehnung und Anteile von ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen und Grünland-Lebensräumen im Vorland zwischen Gandersum und Herbrum im Status quo (ohne Wattflächen). Status Quo Gebiet Lebensräume Fläche [ha] Gebiet I: Zwischen Gandersum und Ledamündung (oligohaline Zone) Ems km Ästuar 420,63 Grünland 644,75 Sonstiges 114,38 Anteil an Bezugsraum in % Fläche Gebiet I 1179,76 Gebiet II: Zwischen Ledamündung und Herbrum (limnische Zone) Ems km Ästuar 354,92 Grünland 438,89 Sonstiges 134,56 Fläche Gebiet II 928,38 Ästuar 775,56 36,8 Bezugsraum (Gebiet I + Gebiet II) Grünland 1083,64 51,4 Sonstiges 248,94 11,8 Gesamtfläche Bezugsraum 2108, Die rezenten Vorländer der Unterems haben danach bis zum Wehr Herbrum eine Größe von 2108 ha, davon sind 775 ha noch bzw. bereits als ästuartypische Lebensräume ausgebildet. Um dem Leitbild entsprechend zu einem Anteil ästuartypischer Lebensräume auf ca. 55% der aktuellen Vorlandfläche zu gelangen, müssen also mindestens 380 ha dieser Lebensraumtypen zusätzlich entstehen. Dies wird bei den drei Szenarien durch verschiedene Maßnahmentypen und -lokationen in unterschiedlicher Kombination versucht. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

206 Seite 25 Die verorteten Maßnahmenkulissen, die anhand der oben benannten Kriterien für die Verortung und in Diskussion mit den Projektbeteiligten und anderen Akteuren entwickelt worden sind, finden sich in Form von sechs Karten (3 Szenarien, jeweils Karte Nord und Karte Süd ) im Anhang. Es soll auch hier darauf hingewiesen werden, dass es sich dabei entsprechend der Aufgabenstellung um Szenarien handelt, die grundsätzliche Lösungsmöglichkeiten skizzieren. Ob die Voraussetzungen für eine Umsetzung örtlich gegeben sind, ist nicht überprüft und bleibt ggfls. weiteren Planungsschritten vorbehalten. Art und Umfang der für Naturschutzziel 3 erforderlichen Maßnahmen können im Rahmen der vorliegenden Studie nicht umfassend abgeschätzt werden. Um eine erste Orientierung zum Mindestumfang der Verluste zu erhalten, sind mit einem stark vereinfachten Ansatz überschlägig die Grünlandflächen ermittelt worden, die durch Maßnahmen wie Anlage von Tidepoldern, Öffnung von Sommerdeichen und Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen überprägt werden (=Grünlandverlust) und gleichzeitig Teil von EU-Vogelschutzgebieten sind. Damit werden weder die tatsächlichen Wertigkeiten, mögliche Beeinträchtigungen außerhalb von EU-VSG noch die für eine vollumfängliche Kompensation bzw. Kohärenz erforderlichen Flächenfaktoren berücksichtigt. 6.3 Szenario B Ästuarverlängerung Charakterisierung Das Szenario B umfasst den Rückbau des Wehrs in Herbrum und damit die Verschiebung der Tidegrenze bei Herbrum nach stromauf und die Anlage von zwei Tidepoldern; es kombiniert damit zwei verschiedene wasserbauliche Ansätze zur Erreichung von Ziel 1. Durch die Verlegung der oberen Tidegrenze von Herbrum nach Bollingerfähr (zur Lage s. Abb. 8) wird das Tideästuar der Ems nach stromauf um ca. 7 km verlängert. Durch die damit veränderte Reflexion der Tidewelle soll sich das Resonanzverhalten des Emsästuars so verändern, dass das ästuarine Trübungsmaximum sich stromab verlagert und die Schwebstoff-Konzentrationen im limnischen Abschnitt geringer werden. Darüber hinaus wird durch die Schaffung von zusätzlichem Tidevolumen die durch die Vertiefungen entstandene Asymmetrie von Flut- und Ebbstrom partiell rückgängig gemacht und auch damit der wesentlich für den massiven Stromauf-Transport von Sedimenten / Schwebstoffen verantwortliche Mechanismus (tidal pumping) geschwächt. Das Szenario B führt zwischen Herbrum und Leerort zu einer Abnahme des Tidehubs v.a. durch einen Anstieg des MTnw. Zwischen Leerort und Knock führt das Szenario zu einer Abnahme des Tidehubs v.a. durch ein Absinken des MThw und einer Abnahme der Flutstromdominanz (DHI- WASY 2011/2012). Damit verändert sich die hydrologische Situation tendenziell in Richtung des Zustandes vor den Ausbauten der vergangenen Jahrzehnte. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

207 Seite 26 Abb. 8: Oberer Teil des Betrachtungsraums, der im Szenario B unter Tideeinfluss kommt (rot: Deichlinien). Durch den Rückbau des Tidewehrs Herbrum verändert sich der Abschnitt zwischen Herbrum und Bollingerfähr hinsichtlich der hydrologischen Situation grundlegend: ein jetzt staugeregelter Abschnitt verändert sich in einen ästuarinen, also tidebeeinflussten Bereich. Dies ist mit einem Absunk auch des Mittelwassers verbunden und verändert damit auch den Grundwasserspiegel in der Aue. Das Szenario geht davon aus, dass die Maßnahme so umgesetzt werden kann, dass der Absunk des Mittelwassers oberhalb Herbrum nicht größer als 0,5 m wird. Die Vergrößerung der Fläche mit ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen gemäß Naturschutzziel 2 erfolgt in diesem Szenario v.a. durch die Legung des Wehrs Herbrum in den dann tideoffenen Vorlandflächen verbunden mit der Öffnung von Sommerdeichen (Maßnahmentyp 3), die Entwicklung von u.a. Röhrichten und Tideauwald auf ausgewählten tideoffenen Vorlandflächen (Maßnahmentyp 5) und den Rückbau von Uferbefestigungen (Maßnahmentyp 7). Durch die Anbindung des Bereichs zwischen Bollingerfähr und Herbrum an den Tideeinfluss sowie die beiden Tidepolder entstehen ca. 700 ha an potenziell ungenutzten ästuatypischen Lebensräumen; derzeit werden die Flächen größtenteils ackerbaulich genutzt. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

208 Seite 27 Entwicklungsziele Die verortete Maßnahmenkulisse für das Szenario B findet sich im Anhang. Das Naturschutzziel 1, also v.a. die Wiederherstellung einer Gewässergüte die die Wiederansiedlung der charakteristischen aquatischen Fauna ermöglicht, soll durch die Verlegung des Tidewehrs in Kombination mit der Anlage zweier Tidepolder erreicht werden (nicht belegte Annahme). Das Naturschutzziel 2 soll wesentlich durch die Schaffung von ästuartypischen Lebensräumen (ca. 700 ha) in den beiden Tidepoldern und auf den Vorländern zwischen Herbrum und Bollingerfähr realisiert werden. Darüber hinaus werden auch stromab von Herbrum in Räumen, in denen dies nicht mit den gemeldeten Erhaltungszielen für bestehende EU-Vogelschutzgebiete kollidiert, ästuartypische Bereiche im Vorland und im Bereich der Uferzonen entwickelt. Das Naturschutzziel 3 (Sicherung der Wertigkeit für v.a. Wiesenvögel) soll durch die Extensivierung und Wiedervernässung bisher intensiver genutzter Vorlandlebensräume erreicht werden. Zusätzlich müssen weitere Lebensräume v.a. für Wiesenvögel binnendeichs entwickelt werden. 6.4 Szenario C Tidepolder Wiesenvogelschutz binnendeichs Charakterisierung Szenario C umfasst v.a. die Anlage von 11 hydraulisch optimierten Tidepolder (Maßnahmentyp 1) binnendeichs entweder durch Herstellung eines verschließbaren Bauwerks im Hauptdeich mit flachem Ringdeich binnendeichs oder durch Rückdeichungen. Die Tidepolder sollen wasserbaulich v.a. zusätzliches Tidevolumen schaffen und dadurch die Tide-Asymmetrie partiell rückgängig machen und damit das tidal pumping wieder reduzieren. Größe und Lage der Tidepolder orientieren sich v.a. an wasserbaulichen Erfordernissen zur Erreichung von Ziel (1) und versuchen avifaunistisch besonders wertvolle Flächen zu meiden. In den hydraulisch optimierten Tidepoldern werden neben dem Flachwasser-Wasserkörper weitere ästuartypische semiaquatische und terrestrische Lebensräume wie Watt-, Röhricht- und Auwaldflächen nur kleinflächig entwickelt. Die Vergrößerung der Fläche mit ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen gemäß Naturschutzziel 2 erfolgt in diesem Szenario v.a. durch die Öffnung von Sommerdeichen (Maßnahmentyp 3), die Entwicklung von u.a. Röhrichten und Tideauwald auf ausgewählten tideoffenen Vorlandflächen (Maßnahmentyp 5) auf ca. 470 ha Fläche und den Rückbau von Uferbefestigungen (Maßnahmentyp 7). Der Maßnahmentyp 2 (Nebenarm), der im Bereich des Midlumer Vorlandes Bestandteil des Szenarios C war, ist aufgrund der hohen avifaunistischen Wertigkeit nicht mehr Bestandteil des Szenarios (in den Flächenermittlungen ist er allerdings noch enthalten). Entwicklungsziele Die verortete Maßnahmenkulisse für das Szenario C findet sich im Anhang. Das Naturschutzziel 1 wird durch die Anlage von 11 hydraulisch optimierten Tidepoldern bei Mindestgrößen von 50 ha auf insgesamt ca ha Fläche binnendeichs erreicht (nicht belegte Annahme). April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

209 Seite 28 Das Naturschutzziel 2 soll v.a. durch die Umwandlung von Grünland zu ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen im Vorland erreicht werden. Vor allem für Wiesenvögel gehen dadurch auch Lebensräume verloren, die binnendeichs entsprechend ausgeglichen werden müssen (Naturschutzziel 3). Vorländer werden, soweit möglich und noch nicht erfolgt, für Brut- und Gastvögel zu extensiv genutzten, wiedervernässten Flächen entwickelt. Darüber hinaus werden, wo immer möglich, insbesondere im Bereich breiter Vorländer ästuartypische Lebensräume durch Renaturierung der Uferzonen entwickelt. 6.5 Szenario D Tidepolder Wiesenvogelschutz außendeichs Charakterisierung Das Szenario D folgt grundsätzlich dem gleichen Ansatz wie Szenario C: die Verbesserung der Wassergüte soll v.a. durch die Schaffung von Flutraum erfolgen. Die Tidepolder des Szenarios D liegen zwar auf den gleichen Flächen wie im Szenario C, jedoch werden die Polder ökologisch optimiert, damit sie gleichzeitig mehr zum zur Erreichung des Naturschutzziels 2 beitragen. Die Polder im Szenario D sind deshalb gegenüber Szenario C um 20% vergrößert. Die ökologische Optimierung der Tidepolder dient also der Erreichung von Ziel 2, der Regeneration ästuariner Lebensräume. Die Vergrößerung der Fläche mit ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen gemäß Naturschutzziel 2 erfolgt in diesem Szenario also v.a. durch die ökologisch optimierten Polder (Maßnahmentyp 1) und den Rückbau von Uferbefestigungen (Maßnahmentyp 7). Entwickungsziele Die verortete Maßnahmenkulisse für das Szenario D findet sich im Anhang. Das Naturschutzziel 1 wird durch die Anlage von 11 ökologisch optimierten Tidepoldern bei Mindestgrößen von 50 ha auf insgesamt ca ha Fläche binnendeichs erreicht (nicht belegte Annahme). Das Naturschutzziel 2 soll v.a. durch die Entwicklung ästuartypischer ungenutzter Lebensräume wie Tideauwald, Tideröhricht, Flachwasserzonen und Wattflächen in den Tidepoldern (s. Abb. 5 und Abb. 6) und durch Renaturierung von Uferzonen erreicht werden. Dieses Szenario sieht keine Umwandlung von als Grünland genutzten Vordeichsflächen in ästuartypische Lebensräume vor, um die Konflikte innerhalb des Naturschutzes zu reduzieren und die Schutzziele der EU-Vogelschutzgebiete zu erhalten, so dass zusätzliche Maßnahmen zur Erreichung des Naturschutzziels 3 nur in begrenztem Umfang erforderlich werden. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

210 Seite Wird das Leitbild durch die einzelnen Szenarien realisiert? Naturschutzziel 1 Aus methodischen Gründen sind wir als Arbeitshypothese während der Bearbeitung davon ausgegangen, dass mit den 3 Szenarien das Ziel (1) erreicht werden kann. Die Ergebnisse der parallel durchgeführten Modellierungen im Teilprojekt Wasserbau können diese Hypothese jedoch nicht vollständig bestätigen. Es ist danach nicht davon auszugehen, dass mit den Szenarien in ihrer jetzigen Form das Naturschutzziel 1 erreicht werden kann. Eine Integration weiterer Maßnahmen ist erforderlich. Es soll hier darauf hingewiesen, dass die Erreichung von Ziel 1 inhaltliche Voraussetzung dafür ist, dass die Umsetzung der Maßnahmen für Naturschutzziel 2 sinnvoll wird. Naturschutzziel 2 Durch die Öffnung des Ems-Abschnitts zwischen Herbrum und Bollingerfähr für die Tide und die großflächige Entwicklung ungenutzter ästuartypischer Lebensräume in diesem Gebiet vergrößert sich die Ausdehnung dieser Lebensräume im Szenario B stark. Für das Szenario B ergeben sich in der Gesamtbilanz 69,3 % ästuartypische Lebensräume, so dass das Leitbild von mindestens 55 % mehr als erfüllt wird. Im Szenario C entstehen durch verschiedene Maßnahmen neue ungenutzte ästuartypische Lebensräume sowohl im Bereich des vorhandenen Vorlandes als auch im Bereich der Überflutungsräume. Insgesamt vergrößert sich die Fläche deutlich und der Anteil an der ursprünglichen Vorlandfläche zwischen Gandersum und Herbrum vergrößert sich auf 58,6 % ungenutzter ästuartypischer Lebensräume. Damit wird das Leitbild mit diesem Szenario erfüllt. Im Szenario D wird sich die Flächenausdehnung von ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen durch die ökologisch optimierten und vergrößerten Polder (Annahme: 30 % der gesamten Polderfläche entsprechend 400 ha) vergrößern. Somit entstehen in der Bilanz zwischen Gandersum und Herbrum 55,9 % ästuartypische Lebensräume (mit Flächenerweiterungen), die zur Erfüllung des Leitbildes führen. Naturschutzziel 3 Art und Umfang der für Naturschutzziel 3 erforderlichen Maßnahmen können im Rahmen der vorliegenden Studie nicht umfassend abgeschätzt werden. Um eine erste Orientierung zum Mindestumfang der Verluste zu erhalten, sind mit einem stark vereinfachten Ansatz überschlägig die Grünlandflächen ermittelt worden, die durch Maßnahmen wie Anlage von Tidepoldern, Öffnung von Sommerdeichen und Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen überprägt werden (=Grünlandverlust) und gleichzeitig Teil von EU-Vogelschutzgebieten sind. Diese Flächengrößen betragen für das Szenario B ca. 140 ha, für das Szenario C ca. 380 ha und das Szenario D ca. 170 ha. Damit werden allerdings weder die tatsächlichen Wertigkeiten und mögliche Beeinträchtigungen außerhalb von EU-VSG noch die für eine vollumfängliche Kompensation bzw. Kohärenz erforderlichen Flächenfaktoren berücksichtigt. Dieser Aspekt ist in einem avifaunistischen Gutachten im Auftrag der Projektgruppe Perspektive Lebendige Unterems ver- April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

211 Seite 30 tieft bearbeitet worden (KRUCKENBERG & BLÜML 2012). Dort wird für das Szenario B ein Flächenbedarf für 385 ha für Brutvögel und 111 ha für Gastvögel und für das Szenario C von 595 ha für Brutvögel und 951 ha für Gastvögel ohne Berücksichtigung des Midlumer Vorlandes, der Tidepolder und eines ggfls. anzusetzenden Flächenfaktors genannt. Als Kompensationssuchräume werden dort große Flächen entlang der Unterems (binnendeichs) zwischen Papenburg und Emden, an Leda und Jümme sowie im Rheiderland genannt. 6.7 Konfliktanalyse Die Ergebnisse des Projektes haben gezeigt, dass die massiven Beeinträchtigungen ökologischer Funktionen und Werte der Unterems bei Beibehaltung der planfestgestellten Sohllagen wenn überhaupt nur durch sehr umfangreiche weitere Maßnahmen rückgängig gemacht werden können. Wesentliche dieser Möglichkeiten sind im Rahmen des Projektes zu 3 Szenarien verdichtet worden, deren Umsetzung wesentlich zu einer Verbesserung der ökologischen Situation beitragen wird. Ihre Umsetzung wird jedoch auch in unterschiedlichem Umfang mit verschiedenen Nutzungen des Betrachtungsraums konfligieren. Konflikte sind besonders in folgenden Bereichen zu erwarten: Alle drei Szenarien nehmen in großem Umfang landwirtschaftlich genutzte Flächen in Anspruch. Auf dem überwiegenden Teil der in Anspruch genommenen Flächen ist keine weitere landwirtschaftliche Nutzung möglich; auf einem kleineren Teil der Flächen muss die Nutzungsintensität reduziert werden. Es sind deshalb insgesamt erhebliche Konflikte mit der Landwirtschaft zu erwarten. In allen drei Szenarien ist durch die erforderliche Unterhaltung der Tidepolder von zusätzlichen Baggermengen auszugehen, die entsprechend unterzubringen sind; allerdings zielt die Sanierung der Unterems insgesamt auf eine deutliche Reduzierung der aktuellen Baggermengen, so dass sich längerfristig hier die bereits derzeit vorhandenen Konflikte reduzieren. Die Maßnahmen greifen z.t. tief und großflächig in vorhandene Naturschutz-Wertigkeiten ein; eine Reihe von Maßnahmen wird voraussichtlich nicht ohne Weiteres mit den Schutz- und Erhaltungszielen des Schutzgebietssystems NATURA 2000 verträglich sein. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

212 Seite Fazit Die ökologischen Defizite in der Unterems und ihre Ursachen sind so tiefgreifend, dass die deutliche Verbesserung der ökologischen Situation dringend erforderlich ist. Dazu sind 3 Ziele des Naturschutzes formuliert worden: (1) die Wiederherstellung einer Gewässergüte, die die Wiederansiedlung der charakteristischen aquatischen Fauna ermöglicht; (2) die Regeneration ästuariner Lebensräume, um räumliche und funktionale Verluste der Vergangenheit zu kompensieren und die Sauerstoffproduktion zu verbessern; (3) die Sicherung der vorhandenen Wertigkeiten v.a. für die Avifauna; ggfls. unter Nutzung von Binnendeichsflächen. Die Analyse der aktuellen Situation hat deutlich gemacht, dass aufgrund der engen Wechselwirkungen alle drei Ziele gleichzeitig erreicht werden müssen und dass voraussichtlich sehr umfangreiche Maßnahmen erforderlich sein werden. Im Projekt Perspektive Lebendige Unterems sind dazu drei mögliche Szenarien entwickelt worden, die den sehr umfangreichen Flächenbedarf anschaulich machen und dabei die zu erwartenden Konflikte in unterschiedlicher Art und Weise zu berücksichtigen versuchen. Während zum Umgang mit den zu erwartenden Konflikten innerhalb des Naturschutzes damit Handlungsoptionen aufgezeigt sind ist gleichzeitig deutlich geworden, dass die Konflikte mit der Landwirtschaft aufgrund des erheblichen Flächenbedarfs in allen Szenarien ausgeprägt zu erwarten sind. Aus methodischen Gründen sind wir als Arbeitshypothese während der Bearbeitung davon ausgegangen, dass mit den 3 Szenarien das Ziel (1) erreicht werden kann. Da die Ergebnisse der parallel durchgeführten Modellierungen im Teilprojekt Wasserbau diese Hypothese nicht vollständig bestätigen können, bietet keines der vorgestellten Szenarien in seiner jetzigen Form eine in sich geschlossene Perspektive zur Revitalisierung der Unterems. Eine Kombination mit weiteren Maßnahmen ist voraussichtlich erforderlich. Die drei Szenarien liefern jedoch bzgl. der Erreichung von Ziel (2) ein deutliches Bild der Möglichkeiten und Herausforderungen auch und besonders unter Berücksichtigung unterschiedlicher Zielstellungen innerhalb des Naturschutzes und zeigen damit Perspektiven auf. Deutlich ist auch geworden, dass Ziel (3) nur unter Inanspruchnahme großer zusätzlicher Flächen im Binnenland für Maßnahmen für Brut- und Gastvögel zu erreichen ist. Insgesamt liefern die im Rahmen des Projektes Perspektive Lebende Unterems entstandenen Ergebnisse eine gute Grundlage und eine Perspektive für den weiteren Prozess hin zu einer deutlichen Verbesserung der ökologischen Situation an der Unterems. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

213 Seite 32 Literatur BIOCONSULT (2008): Gutachten zur Maßnahmenplanung in den niedersächsischen Übergangsund Küstengewässer im Zuge der Umsetzung der WRRL.- Im Auftrag des NLWKN Betriebsstelle Brake/Oldenburg. BIOCONSULT (2009): Durchgängigkeit und Vernetzung von Küsten- und Binnengewässern Bestandssituation und Konkretisierung von Maßnahmen im Sinne der EG- Wasserrahmenrichtlinie, Studie im Auftrag des NLWKN Betriebsstelle Brake/Oldenburg. BIOCONSULT (2011a): Entwicklung von Naturschutzzielen und Maßnahmenkonzeptionen im Rahmen des Projektes "Perspektive Lebendige Unterems". Zwischenbericht 1, Bremen ( PDF/Perspektive_Lebendige_Unterems_BIOCONSULT_1_ZB_ pdf) BIOCONSULT (2011b): Entwicklung von Naturschutzzielen und Maßnahmenkonzepten im Rahmen des Projektes "Perspektive Lebendige Unterems. Zwischenbericht 2, Bremen ( PDF/BioConsult_Zwischenbericht2_gesamt.pdf) BIOCONSULT (2012): Leitartenkulisse und Übersicht Maßnahmentypen im Rahmen des Projektes "Perspektive Lebendige Unterems". Zwischenbericht 3, Bremen ( PDF/BioConsult_Zwischenbericht3.pdf) BIOCONSULT (2013): Maßnahmenkulissen für drei Renaturierungsszenarien im Rahmen des Projektes "Perspektive Lebendige Unterems. Zwischenbericht 4, Bremen ( PDF/Bioconsult_4Zwischenbericht.pdf) DHI-WASY (2011/2012): Perspektive Lebendige Unterems, Teilprojekt Wasserbau, Zwischenberichte, Teile 1-7, Syke (Präsentation: PDF/WS-02_TP-Wasserbau.pdf). KRUCKENBERG, H. & V. BLÜML (2012): Projekt Perspektive Lebendige Unterems. Avifaunistisches Fachgutachten.- Im Auftrag der Projektgruppe Perspektive Lebendige Unterems. Syke, Osnabrück. April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

214 Seite 33 Anhang Karte 1: Maßnahmenkulisse Szenario B zwischen Gandersum und Ledamündung (Oligohaline Zone). Karte 2: Maßnahmenkulisse Szenario B Verortung zwischen Weener und Bollingerfähr (Limnische Zone). Karte 3: Maßnahmenkulisse Szenario C zwischen zwischen Gandersum und Ledamündung (Oligohaline Zone). Karte 4: Maßnahmenkulisse Szenario C zwischen Ledamündung und Herbrum (Limnische Zone). Karte 5: Maßnahmenkulisse Szenario D zwischen Gandersum und Ledamündung (Oligohaline Zone). Karte 6: Maßnahmenkulisse Szenario D zwischen Ledamündung und Herbrum (Limnische Zone). April 2013 BIOCONSULT Schuchardt & Scholle

215 Jarßum Petkum Tergast Schleuse Oldersum Oldersum Siel Oldersum Gandersum Pogumer Siel 30 Pogum Ditzumer Siel Ditzum Oldendorp Nendorp Hatzum Neermoor Terborg Terborger Siel Tidepolder A (ca. 200 ha, erweitert 240 ha)) Coldeborger Siel Midlum Siel Sautel Jemgum Ditzumerverlaat Nüttermoor Nüttermoorer Siel 20 Bunderhammrich Szenario B "Ästuarverlängerung" Soltborg Maßnahmentypen!( haftspolder 1 Anlage von Tidepoldern ökologisch optimiert mit erweiterter Fläche (durch Rückdeichung oder sturmflutfestes Siel im Hauptdeich) Leer 4 Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Bingum Schöpfwerk Polder-Kanal 6 Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen, Schöpfwerken und Wehren Bingumgaste Leerort!(!( 7 Rückbau von Uferbefestigungen (z.t. ohne Flächendarstellung) Coldam Esklum Leda-Sperrwerk!( Maßnahmentypen (in der Fläche dargestellt) Anlage von Tidepoldern ökologisch optimiert mit erweiterter Fläche Bunderhee Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Legende zur Darstellung der ATKIS -Daten (DLM50) Kirchborgum Middelstenborgum Driever Muhder Siel Grünland Deich Damm; Wall Wald; Forst; Gehölz Ackerland Bunde vegetationslose Flächen (nicht bestimmbar) Gewässer Fluss; Kanal Schiffahrtslinie; Fähre Bundesautobahn Bundesstraße Landesstraße, Staatsstraße Kreisstraße Siel Buschfeld 10 Dorenborg Tidepolder C (ca. 140 ha, erweitert 170 ha) Siedlungsfläche Industrie-/Gewerbefläche; Kraftwerk; Deponie; Tagebau Strasse, Weg Schienenstrecke Brücke Gebäude mit bes. Funktion (Bahnhof; Tunnel Flugplatz; Hafen) ATKIS-Daten bezogen vom LGLN am Weener Zusätzliche Informationen Hauptdeich (Küstenschutzdeich) Hauptdeich (Hochwasserschutzdeich) Sommerdeich, Wall im Vorland Quellen: NLWKN Aurich und NLWKN Meppen! Fluss-Kilometrierung Betrachtungsraum 3 km rechts und links der Hauptdeichlinie der Ems von der Mündung in den Dollart bis Dörpen (Küstenkanal) ± 1: Meter Kartenmaßstab Karte erstellt am von Alke Huber Marker Siel Mark

216 Marker Siel Mark Stapelmoor Stapelmoorer Siel Stapelmoorerheide Diele Dieler Siel Vellage Siel Brual Halte 0 Völlen Völlenerfehn Brual Siel Brahe 220 Nenndorf Tunxdorf Siel Papenburg Papenburg Schöpfwerk Rhede Szenario B "Ästuarverlängerung" Maßnahmentypen!(!(!( im 3 Öffnung oder Rückbau von Sommerdeichen Rhede 4 Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Sudfelde Aschendorf 5 Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen tideoffenen Vorland!( 6 Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen, Schöpfwerken und Wehren!( 7 Rückbau von Uferbefestigungen (z.t. ohne Flächendarstellung)!( Verlegung des Tidewehrs (von Herbrum nach Bollingerfähr) Maßnahmentypen (in der Fläche dargestellt) Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Siel Borsum Borsum Wehr Herbrum Herbrum 210 Rückbau von Uferbefestigungen Legende zur Darstellung der ATKIS -Daten (DLM50) Grünland Wald; Forst; Gehölz Deich Damm; Wall Fluss; Kanal Lehe Ackerland vegetationslose Flächen (nicht bestimmbar) Gewässer Schiffahrtslinie; Fähre Bundesautobahn Bundesstraße Landesstraße, Staatsstraße Kreisstraße Strasse, Weg Siedlungsfläche Schienenstrecke Industrie-/Gewerbefläche; Kraftwerk; Deponie; Tagebau Brücke Gebäude mit bes. Funktion (Bahnhof; Tunnel Flugplatz; Hafen) ATKIS-Daten bezogen vom LGLN am Zusätzliche Informationen Hauptdeich (Küstenschutzdeich) Hauptdeich (Hochwasserschutzdeich) Heede Schleuse Bollingerfähr Sommerdeich, Wall im Vorland Quellen: NLWKN Aurich und NLWKN Meppen! Fluss-Kilometrierung Betrachtungsraum 3 km rechts und links der Hauptdeichlinie der Ems von der Mündung in den Dollart bis Dörpen (Küstenkanal) ± Meter Kartenmaßstab 1: Karte erstellt am von Alke Huber Dersum Dörpen

217 Jarßum Petkum Tergast Schleuse Oldersum Oldersum Gandersum Pogumer Siel Pogum Ditzumer Siel Ditzum Oldendorp Nendorp Hatzum 30 Siel Oldersum Rorichum Terborg Terborger Siel Neermoor Szenario C "Tidepolder - Wiesenvogelschutz binnendeichs" Maßnahmentypen!( sturmflutfestes!(!(!(!( 1 Anlage von Tidepoldern hydrologisch optimiert (durch Rückdeichung oder Siel im Hauptdeich) 3 Öffnung oder Rückbau von Sommerdeichen 4 Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Coldeborger Siel * Tidepolder A (ca. 200 ha) Veenhusen * Die ursprünglich vorgesehene Schaffung einer Nebenrinne bei Midlum entfällt 5 Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland 6 Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen, Schöpfwerken und Wehren Midlum Siel Sautel!( 7 Rückbau von Uferbefestigungen (z.t. ohne Flächendarstellung) Maßnahmentypen (in der Fläche dargestellt) Anlage von Tidepoldern hydrologisch optimiert Jemgum Nüttermoor Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland Rückbau von Uferbefestigungen 20 Nüttermoorer Siel Legende zur Darstellung der ATKIS -Daten (DLM50) Deich Grünland Damm; Wall Wald; Forst; Gehölz Fluss; Kanal Soltborg Leer Ackerland vegetationslose Flächen (nicht bestimmbar) Gewässer Siedlungsfläche Industrie-/Gewerbefläche; Kraftwerk; Deponie; Tagebau Schiffahrtslinie; Fähre Bundesautobahn Bundesstraße Landesstraße, Staatsstraße Kreisstraße Strasse, Weg Schienenstrecke Brücke Gebäude mit bes. Funktion (Bahnhof; Tunnel Flugplatz; Hafen) ATKIS-Daten bezogen vom LGLN am Zusätzliche Informationen Hauptdeich (Küstenschutzdeich) Hauptdeich (Hochwasserschutzdeich) Sommerdeich, Wall im Vorland Quellen: NLWKN Aurich und NLWKN Meppen Coldam Bingum Leerort Esklum Schöpfwerk Polder-Kanal Leda-Sperrwerk! ± 0 Fluss-Kilometrierung Betrachtungsraum 3 km rechts und links der Hauptdeichlinie der Ems von der Mündung in den Dollart bis Dörpen (Küstenkanal) Meter Kartenmaßstab 1: Karte erstellt am von Alke Huber

218 Bingum Leerort Schöpfwerk Polder-Kanal Coldam Esklum Leda-Sperrwerk Kirchborgum Tidepolder B (ca. 50 ha) Tidepolder D (ca. 80 ha) Driever Muhder Siel Bunde 10 Dorenborg Tidepolder C (ca. 140 ha) Tidepolder E (ca. 50 ha) Siel Buschfeld Holthusen Weener Marker Siel Mark Szenario C "Tidepolder - Wiesenvogelschutz binnendeichs" Maßnahmentypen Stapelmoor Tidepolder G (ca. 150 ha) Stapelmoorer Siel Tidepolder F (ca. 50 ha)!(!( 1 Anlage von Tidepoldern hydrologisch optimiert (durch Rückdeichung oder sturmflutfestes Siel im Hauptdeich) 2 Revitalisierung von Nebenrinnen und Flussschlingen Tidepolder I (ca. 100 ha) Diele Dieler Siel Vellage!( 3 Öffnung oder Rückbau von Sommerdeichen Westoverledingen 4 Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Brual Siel Brahe 220 Siel Brual Tunxdorf Nenndorf Siel Papenburg Völlen!(!(!(!( 6 Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen, Schöpfwerken und Wehren 7 Rückbau von Uferbefestigungen (z.t. ohne Flächendarstellung) Maßnahmentypen (in der Fläche dargestellt) Anlage von Tidepoldern hydrologisch optimiert Halte 0 Tidepolder H (ca. 70 ha) 5 Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland Papenburg Revitalisierung von Nebenrinnen und Flussschlingen Tidepolder K (ca. 75 ha) Schöpfwerk Rhede Tidepolder J (ca. 150 ha) Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Entwicklung von Auwald, Röhricht, Watt und Flachwasserzonen im tideoffenen Vorland Rückbau von Uferbefestigungen Legende zur Darstellung der ATKIS -Daten (DLM50) Grünland Deich Damm; Wall Rhede Wald; Forst; Gehölz Ackerland Fluss; Kanal Schiffahrtslinie; Fähre Aschendorf vegetationslose Flächen (nicht bestimmbar) Gewässer Siedlungsfläche Industrie-/Gewerbefläche; Kraftwerk; Deponie; Tagebau Bundesautobahn Bundesstraße Landesstraße, Staatsstraße Kreisstraße Strasse, Weg Schienenstrecke Brücke Gebäude mit bes. Funktion (Bahnhof; Tunnel Flugplatz; Hafen) ATKIS-Daten bezogen vom LGLN am Zusätzliche Informationen Hauptdeich (Küstenschutzdeich) Borsum Siel Borsum Wehr Herbrum Hauptdeich (Hochwasserschutzdeich) Sommerdeich, Wall im Vorland Quellen: NLWKN Aurich und NLWKN Meppen Herbrum! ± 0 Fluss-Kilometrierung Betrachtungsraum 3 km rechts und links der Hauptdeichlinie der Ems von der Mündung in den Dollart bis Dörpen (Küstenkanal) Meter Kartenmaßstab 1: Karte erstellt am von Alke Huber

219 Jarßum Petkum Schleuse Oldersum Oldersum Tergast Gandersum Siel Oldersum 30 Rorichum Pogumer Siel Ditzumer Siel Ditzum Oldendorp Nendorp Hatzum Terborg Neermoor Coldeborger Siel Midlum Terborger Siel Tidepolder A (ca. 200 ha, erweitert ca. 240 ha) Szenario D "Tidepolder - Wiesenvogelschutz außendeichs" Maßnahmentypen!( 1 Anlage von Tidepoldern ökologisch optimiert mit erweiterter Fläche (durch Rückdeichung oder sturmflutfestes Siel im Hauptdeich)!( 4 Extensivierung der landwirtschaftlichen!(!( Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Siel Sautel 6 Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen, Schöpfwerken und Wehren 7 Rückbau von Uferbefestigungen (z.t. ohne Flächendarstellung) Jemgum Nüttermoorer Siel Nüttermoor Maßnahmentypen (in der Fläche dargestellt) Anlage von Tidepoldern ökologisch optimiert mit erweiterter Fläche Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Legende zur Darstellung der ATKIS -Daten (DLM50) 20 Grünland Wald; Forst; Gehölz Deich Damm; Wall Fluss; Kanal Soltborg Leer Ackerland vegetationslose Flächen (nicht bestimmbar) Gewässer Siedlungsfläche Industrie-/Gewerbefläche; Kraftwerk; Deponie; Tagebau Schiffahrtslinie; Fähre Bundesautobahn Bundesstraße Landesstraße, Staatsstraße Kreisstraße Strasse, Weg Schienenstrecke Brücke Gebäude mit bes. Funktion (Bahnhof; Tunnel Flugplatz; Hafen) ATKIS-Daten bezogen vom LGLN am Zusätzliche Informationen Hauptdeich (Küstenschutzdeich) Hauptdeich (Hochwasserschutzdeich) Sommerdeich, Wall im Vorland Quellen: NLWKN Aurich und NLWKN Meppen Coldam Bingum Leerort Esklum Schöpfwerk Polder-Kanal Leda-Sperrwerk! ± 0 Fluss-Kilometrierung Betrachtungsraum 3 km rechts und links der Hauptdeichlinie der Ems von der Mündung in den Dollart bis Dörpen (Küstenkanal) Meter Kartenmaßstab 1: Karte erstellt am von Alke Huber

220 Bingum Leerort Schöpfwerk Polder-Kanal Coldam Esklum Tidepolder B (50 ha, erweitert ca. 60 ha) Leda-Sperrwerk Kirchborgum Middelstenborgum Driever Muhder Siel Bunde Tidepolder D (ca. 80 ha, erweitert ca. 95 ha) 10 Dorenborg Tidepolder C (ca. 140 ha, erweitert ca. 170 ha) Siel Buschfeld Holthusen Weener Tidepolder E (ca. 50 ha, erweitert ca. 60 ha) Marker Siel Mark Stapelmoor Stapelmoorer Siel Tidepolder G (ca. 150 ha, erweitert ca. 180 ha) Tidepolder F (50 ha, erweitert ca. 60 ha) Diele Dieler Siel Vellage Tidepolder H (ca. 70 ha, erweitert ca. 85 ha) Tidepolder K (ca. 75 ha, erweitert ca. 90 ha) Tidepolder I (ca. 100 ha, erweitert ca. 125 ha) Brual Siel Brahe Siel Brual 220 Tunxdorf Nenndorf Halte Siel Papenburg Tidepolder J (ca. 150 ha, erweitert ca. 180 ha) 0 Völlen Szenario D "Tidepolder - Wiesenvogelschutz außendeichs" Maßnahmentypen!( 1 Anlage von Tidepoldern ökologisch optimiert mit erweiterter Fläche (durch Rückdeichung oder sturmflutfestes Siel im Hauptdeich)!( 4 Extensivierung der landwirtschaftlichen!(!( Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland 6 Verbesserung der Durchgängigkeit an Sielen, Schöpfwerken und Wehren 7 Rückbau von Uferbefestigungen (z.t. ohne Flächendarstellung) Papenburg Maßnahmentypen (in der Fläche dargestellt) Anlage von Tidepoldern ökologisch optimiert mit erweiterter Fläche Schöpfwerk Rhede Extensivierung der landwirtschaftlichen Nutzung und Wiedervernässung im tideoffenen Vorland Legende zur Darstellung der ATKIS -Daten (DLM50) Grünland Deich Rhede Wald; Forst; Gehölz Damm; Wall Fluss; Kanal Ackerland Schiffahrtslinie; Fähre Aschendorf vegetationslose Flächen (nicht bestimmbar) Gewässer Bundesautobahn Bundesstraße Landesstraße, Staatsstraße Kreisstraße Siedlungsfläche Industrie-/Gewerbefläche; Kraftwerk; Deponie; Tagebau Strasse, Weg Schienenstrecke Brücke Siel Borsum Gebäude mit bes. Funktion (Bahnhof; Tunnel Flugplatz; Hafen) ATKIS-Daten bezogen vom LGLN am Zusätzliche Informationen Borsum Wehr Herbrum Hauptdeich (Küstenschutzdeich) Hauptdeich (Hochwasserschutzdeich) Sommerdeich, Wall im Vorland Quellen: NLWKN Aurich und NLWKN Meppen Herbrum! ± 0 Fluss-Kilometrierung Betrachtungsraum 3 km rechts und links der Hauptdeichlinie der Ems von der Mündung in den Dollart bis Dörpen (Küstenkanal) Meter Kartenmaßstab 1: Karte erstellt am von Alke Huber

221 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abschlussbericht vom zum Vorhaben: Perspektive lebendige Unterems Praxis- und umsetzungsnahes Konzept zur Renaturierung der Unterems als Impuls für eine nachhaltige Entwicklung in der Region Teilprojekt Visualisierung Kooperationspartner: Technische Universität Berlin Inst. f. Landschaftsarchitektur u. Umweltplanung Fachgebiet Geoinformation in der Umweltplanung Straße des 17. Juni 145 D Berlin Auftragnehmer: Lenné3D GmbH Güntherstraße 98b D Hamburg Gefördert durch: 1

222 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Inhalt 1. Einführung Bereiche zur Visualisierung Darstellung des Ist-Zustandes (2. Workshop Naturschutz ) Darstellung der Maßnahmen (3. und 4. Workshop Naturschutz ) Tidepolder Westoverledingen (Maßnahme C) Tidepolder Mitling (Maßnahme F) Natürliche Vegetationszonierung (Rückbau der Uferbefestigung) nahe Lehe Stromspaltung bei Midlum Erstellung des Modells Datenquellen und Datenaufbereitung Biotoptypenkartierung und Vegetation Schutzgebiete Einzelbäume Digitales Geländemodell Bathymetriedaten Fotos Texturen D-Landmarks D-Menschen Vorarbeit zur Visualisierung Vegetation Datenexport für Biosphere3D Erstellung der Visualisierung Ergebnisse D-Visualisierung als Kommunikationsinstrument Erfahrungen mit und Bewertung der Methode Probleme und Grenzen Treffen, Konferenzen, Austausch Anhang

223 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Einführung Im ersten Jahr nach Beginn des Projektes Lebendige Unterems am stand der Fokus im Teilprojekt Visualisierung auf der Erstellung des Modells zum Berechnen (rendern) der Bilder und Filme. Hauptaufgabe lag in der Datenaufbereitung und dem Entwickeln des Verarbeitungsprozesses dieser Grundlagendaten, sowie in der Darstellung einzelner Landschaftsausschnitte im Ist-Zustand. Im Projektjahr 2012 wurden schwerpunktmäßig von ausgewählten Flächen Bilder und Filme erstellt. Visualisiert wurden neben dem heutigen Bestand auch zugehörige Planungsalternativen. Im Zuge dessen waren Anpassungen und Weiterentwicklungen für das im ersten Projektjahr erstellten Modell notwendig. In diesem Abschlussbericht sind die Ergebnisse des ersten Zwischenberichtes vom größtenteils eingepflegt. Die Struktur und der Inhalt sind nahezu identisch mit dem zweiten Zwischenbericht vom In diesem wurden die Kapitel Datenquellen und Datenaufbereitung sowie Vorarbeit zur Visualisierung und Erstellung der Visualisierung aus dem ersten Zwischenbericht fast komplett übernommen und nur geringfügig erweitert. Der Ergebnisteil wurde um das Kapitel 3D-Visualisierung als Kommunikationsinstrument ergänzt, die übrigen Kapitel dem Projektverlauf angepasst. Der Bericht beginnt mit der erweiterten Beschreibung der Bereiche zur Visualisierung. 2. Bereiche zur Visualisierung Aufgrund der enormen Größe des Untersuchungsgebietes (knapp 50 Ems-km und Umland) und der damit verbundenen großen technischen Herausforderung, wurde, in Absprache mit den Umweltverbänden, auf eine Visualisierung des vollständigen Flusslaufes verzichtet Darstellung des Ist-Zustandes (2. Workshop Naturschutz ) Im ersten Projektjahr schlug Bioconsult, Auftragnehmer im Teilprojekt Naturschutz, vier je etwa 3 bis 5 Ems-km lange Flächen zur Visualisierung vor. Diese Flächen zeigten von den Umweltverbänden ermittelte Defizite, ökologische Wertigkeiten und Charakteristika beispielhaft auf. In Abstimmung mit den Umweltverbänden wurden diese vier Flächen vom Teilprojekt Visualisierung durch eine fünfte Fläche ergänzt ( Abb. 10). Die Umweltverbände schlugen später eine sechste Fläche vor (Abb. 11), deren visuelle Umsetzung aber nach Absprache mit den Umweltverbänden nicht weiter verfolgt wurde Darstellung der Maßnahmen (3. und 4. Workshop Naturschutz ) Nach Abschluss der Visualisierung der Ist-Zustände für den 2. Workshop Naturschutz, schlug Bioconsult folgende unten genannte Maßnahmen zur Visualisierung vor (2.2.1 bis 2.2.3), welche auf dem 3. Workshop Naturschutz präsentiert wurden. Abschließend erfolgte die Visualisierung der Maßnahme Nebenrinnen bzw. Stromspaltung bei Midlum (2.2.4); diese Ergebnisse wurden auf dem 4. Workshop Naturschutz vorgestellt. Die räumliche Lage der vier Flächen ist der Abb. 12 zu entnehmen. Bei allen vier Flächen wurden jeweils der Ist-Zustand und die Maßnahme aus verschiedenen Perspektiven und von unterschiedlichen Blickpunkten dargestellt. Die Tabellen 2 bis 5 geben eine namentliche Übersicht aller erstellten Bilder und Filme. Angehängt befinden sich zusätzlich Übersichten der Maßnahmen mit den Perspektiven der Bilder (Abb. Abb. 13 bis Abb. 17). Auf der beiliegenden CD befinden sich alle vom Teilprojekt Visualisierung erstellten Bilder und Filme. Nähere Informationen zu den naturschutzfachlichen Zielen der Maßnahmen sind den Berichten des Teilprojektes Naturschutz zu entnehmen. Zu den folgenden Kurzbeschreibungen der Maßnahmen wird eine Auswahl der innerhalb des Teilprojektes erstellten Visualisierungen gezeigt. 3

224 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tidepolder Westoverledingen (Maßnahme C) Ziel dieser Maßnahme ist es, binnendeichs einen Tidepolder anzulegen. Bei der Ausführung sind zwei Optimierungsmaßnahmen möglich. Zunächst die hydraulische Optimierung, hier steht die Erhöhung der fassbaren Masse des Tidewassers im Vordergrund. Andererseits existiert die ökologische Optimierung mit dem Schwerpunkt der Entwicklung ästuartypischer Lebensräume (z. B. Röhricht, Auwald) auf der Polderfläche. Abb. 1 Ist-Zustand Westoverledingen (s. Tab. 2, Nr. 6). Abb. 2 Maßnahme Tidepolder Westoverledingen (hydraulische Variante, s. Tab. 2, Nr. 8). 4

225 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tidepolder Mitling (Maßnahme F) Bei dieser Maßnahme wird bei Mitling ein Tidepolder in einer Flussschleife erstellt. Es existiert nur eine Planungsvariante. Abb. 3 Maßnahme Tidepolder Mitling (s. Tab. 3, Nr. 4). Abb. 4 Maßnahme Tidepolder Mitling (s. Tab. 3, Nr. 3). 5

226 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Natürliche Vegetationszonierung (Rückbau der Uferbefestigung) nahe Lehe Für die Maßnahme im Bereich Lehe wurden der Rückbau der Uferbefestigung, die Uferabflachung und die sich damit potenziell entwickelnde natürliche Vegetationszonierung dargestellt. Abb. 5 Ist-Zustand nahe Lehe (s. Tab. 4, Nr. 4). Abb. 6 Maßnahme nahe Lehe (s. Tab. 4, Nr. 6). 6

227 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb. 7 Maßnahme nahe Lehe aus Vogelperspektive (s. Tab. 4, Nr. 8) Stromspaltung bei Midlum Bei der Maßnahme nahe Midlum werden im Vorland Nebenrinnen (wieder-)hergestellt. Abb. 8 Maßnahme Stromspaltung bei Midlum (s. Tab. 5, Nr. 4). 7

228 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb. 9 Maßnahme Stromspaltung bei Midlum (s.tab. 5, Nr. 5). 3. Erstellung des Modells 3.1. Datenquellen und Datenaufbereitung Biotoptypenkartierung und Vegetation Bioconsult hat die Biotoptypenkartierung für den südlichen Teil des Untersuchungsgebietes der Ems bis zum Naturschutzgebiet (NSG) Vellage (FFH-Gebietskartierung 013 Ems, 2007) und für den nördlichen Teil ab Papenburg, Teile der FFH-Kartierung 002 "Unterems und Außenems" (2007), zur Verfügung gestellt. Für die Visualisierung wurden die relevanten Biotoptypen ermittelt und anschließend, soweit für die Visualisierung notwendig, vereinfacht oder zusammengefasst. Für die Visualisierung der Maßnahmenplanung war Information über die zu erwartende Vegetationsausprägung, also die Biotoptypen und ihre räumliche Verteilung bzw. Verzahnung erforderlich. Bioconsult lieferte pdf-files mit der räumlichen Verteilung der zu visualisierenden Biotoptypen (vergl. Bericht von Bioconsult vom ). Die Biotoptypen lehnten sich inhaltlich an den Kartierschlüssel für Biotoptypen in Niedersachsen (Olaf von Drachenfels, Stand: März 2011) an. Die Darstellung der Biotoptypen im pdf-format wurde in ArcGIS händisch digitalisiert. Im selben Arbeitschritt wurde die räumliche Verteilung der Maßnahmen und für alle Biotoptypen verfeinert, da die bereitgestellten räumlichen Darstellungen der Biotoptypen für lebendige Visualisierungen nicht detailreich genug waren Schutzgebiete Das Shapefile mit den visualisierten Grenzen der Schutzgebiete wurde von Bioconsult zur Verfügung gestellt Einzelbäume Auf Basis der Biotoptypenkartierung, anhand der Fotos, sowie mit Hilfe von Bing maps ( Google maps ( und Google Earth ( wurde ein Punkt-Shapefile mit der Position der relevanten Einzelbäume erstellt, die durch die Biotoptypenkartierung nicht erfasst wurden. Die Zuweisung 8

229 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D der Art zu den ermittelten Standorten der Einzelbäume erfolgte aufgrund von Fotos. Wo dies nicht möglich war, wurde die Art aufgrund des Habitus festgelegt Digitales Geländemodell Das digitale Geländemodell (DGM25) wurde beim Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Niedersachsen (LGLN) gekauft. Es stellt mit einer Auflösung von 25 x 25 m die großräumige Grundlage für das virtuelle Modell dar. Für die Binnendeichbereiche sowie das Gewässer wurden hochauflösende Geländedaten vom Projektpartner DHI-WASY zur Verfügung gestellt. Die Geländedaten wurden als Rohdaten ins Geografische Informationssystem (GIS) eingelesen und zur weiteren Bearbeitung in eine Dreiecksvermaschung (TIN) konvertiert. Das TIN wurde auf Fehler überprüft und von Hand korrigiert. Die hochauflösenden Geländemodelle liegen nur für den Bereich zwischen den Deichen vor Bathymetriedaten Im Teilprojekt Naturschutz wurde festgelegt, dass sowohl das mittlere Tidehochwasser (ThW), als auch das mittlere Tideniedrigwasser (TnW) visualisiert werden sollte. Die Daten zur Bathymetrie wurden von DHI-WASY zur Verfügung gestellt. Die beiden Pegelstände wurden unter Verwendung der Bathymetriedaten und Geländehöhen errechnet. Für die Darstellung geneigter Wasserflächen wurden von Lenné3D Anpassungen an der Software Biosphere3D vorgenommen. Die neuen Funktionen umfassen die Möglichkeit, Wasserflächen mit einem Gefälle als 3D Polygone (Shapefiles) zu laden. Die Funktion wurde speziell für das Projekt Perspektive lebendige Unterems entwickelt Fotos Am wurden vor Ort von regionaltypischen Landnutzungsformen, unterschiedlichen Biotoptypen und Landmarks Fotos gemacht. Zusätzliche Fotos, welche halfen, die Vegetationsausprägung der unterschiedlichen Biotoptypen genauer darzustellen, wurden von den Umweltverbänden und von Herrn Peter Pauschert (für die Visualisierung der Stomspaltung bei Midlum) zur Verfügung gestellt Texturen Texturen stellen farbliche Oberflächen und Untergründe (z. B. für Wasser, Steine, Wege und Boden) dar und sind ein wichtiger Bestandteil eines 3D Modells. Bildtexturen wurden auf Grundlage von Fotos und Satellitenbildern den im Untersuchungsgebiet vorkommenden Biotoptypen und Landnutzungen zugewiesen. Die Feinjustierung und Nachbearbeitung der Texturen erfolgte anhand von Fotos des Untersuchungsgebietes und in Abstimmung mit dem Teilprojekt Naturschutz (z.b. die Farbe der Schlickablagerungen). Für die Darstellung der Maßnahmen wurden Himmelsfärbungen in die Visualisierungen eingefügt. Die hierbei verwendeten Himmelsfärbungen und Wolkenformationen gleichen denen der vor Ort aufgenommenen Fotos D-Landmarks 3D-Objekte wie die Steine der Steinschüttungen, Brücken, Strommasten und Fahrwassermarkierungen wurden im Gelände fotografiert und anschließend modelliert. Für andere 3D-Objekte wie Gebäude der Siedlungen und der alten Ziegelei bei Midlum sowie die Brücke bei Midlum wurden frei verfügbare Fotos aus dem Internet als Referenz genutzt. Die Verortung erfolgte anhand von Fotos und über Sketchup unter Verwendung des georeferenzierten GoogleEarth Formats KMZ. 3D-Objekte haben eine wichtige Funktion bei der Ausstattung einer virtuellen Landschaft mit wieder erkennbaren Strukturen und bei der verständlichen Darstellung inhaltlicher Aspekte (z.b. die Ausprägung von Steinschüttungen). 9

230 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D D-Menschen In einige Visualisierungen wurden neben Gebäuden und anderen 3D-Landmarks zudem menschliche Modelle in 3D eingefügt Vorarbeit zur Visualisierung Vegetation Zunächst wurden Pflanzenverteilungen für die zum Teil vereinfachten und zusammengefassten Biotoptypen erstellt. Für die Biotoptypen wurden Arten, Mächtigkeit der Arten (in %) und das Verteilungsmuster (z. B. zufällig, truppweise, in großen Herden) festgelegt. Es wurde zusätzlich geregelt, welche Modelle die jeweilige Art in der Visualisierung repräsentieren. Wichtige Pflanzenmodelle, die nicht in der Bibliothek von Lenné3D vorhanden waren, wurden in den benötigten Ausprägungen neu modelliert (z.b. Phalaris arundinacea). In einigen wenigen Fällen sind für die Visualisierung der Biotoptypen Ersatzarten genutzt worden. Dabei handelt es sich zumeist um habitusähnliche Arten derselben Gattung (z. B. Juncus tenuis für Juncus bufonius) Datenexport für Biosphere3D Die Verwendung des digitalen Globus Biosphere3D stellt einige spezifische Anforderungen an die Aufbereitung und den Export von Daten. Alle im Abschnitt 3.1 erläuterten Polygon, Raster und Punktdaten müssen nach ihrer Bearbeitung aus ihrem projizierten Koordinatensystem in das geografische Koordinatensystem WGS 84 umgewandelt werden Erstellung der Visualisierung Die Visualisierungen wurden mit dem Open-Source-Programm Biosphere3D ( erstellt. Die im GIS aufbereiteten Daten wurden in Biosphere3D zu einem virtuellen 3D-Modell zusammengesetzt. In Biosphere3D wurden dann die atmosphärischen Gegebenheiten soweit wie möglich an die der Realität und die Vorgaben der ortskundigen Projektpartner angepasst. Nach einer Qualitätsprüfung der Visualisierung mit Hilfe von Fotos und eventueller Überarbeitung der Szene wurden Bilder und Filme ausgegeben (gerendert). Dabei wurden geeignete Perspektiven gewählt, um ausgesuchte Kommunikationsziele zu veranschaulichen. 4. Ergebnisse Beigefügt ist eine CD mit allen Bildern und Filmen. Eine Auswahl der erstellten Bilder ist im Abschnitt 2.2 zu finden. Im Anhang bietet Tabelle 1 eine Übersicht, welche Maßnahmen, Defizite und Wertigkeiten auf den einzelnen Visualisierungen für die Visualisierungen für den 2. Workshop Naturschutz verdeutlicht werden. Die Tabellen 2 bis 5 listen die Bilder und Filme der Maßnahmen für den 3. und 4. Workshop Naturschutz auf D-Visualisierung als Kommunikationsinstrument Innerhalb des Projektes Perspektive lebendige Unterems sollte die 3D- Landschaftsvisualisierung primär als Kommunikationswerkzeug dienen. Mögliche Vorteile der bildlichen Darstellung von 3D-Landschaften sind: - Verständliche Darstellung für alle Beteiligten unabhängig vom individuellen Kenntnisstand - Verbesserung des Dialoges zwischen Beteiligten - Aufzeigen von Entwicklungsmöglichkeiten der Landschaft - Visuelle Veranschaulichung von Planungsalternativen 10

231 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Erfahrungen mit und Bewertung der Methode Bei dem Anblick von 3D-Landschaftsvisualisierungen muss sich der Betrachter mit dem reduzierten Abbild der Wirklichkeit, welches ein Modell definitionsgemäß mit sich bringt, auseinander setzen. Vorteil der Visualisierung ist es, das Auge des Betrachters auf ausgewählte Probleme zu fokussieren und ablenkende Bildelemente auszuschließen. Die meisten Beteiligen des 2. Workshop Naturschutz hatten eine gute Ortskenntnis sowie einen fachlichen Hintergrund. Daher wäre für eine reine Darstellung des Ist-Zustandes der Landschaft und den damit verbundenen Defiziten, Wertigkeiten und Charakteristika, aussagekräftigen Fotos wohlmöglich ebenso geeignet gewesen. Zum anderen halfen diese Darstellungen jedoch, das Publikum an die Methode Landschaftsvisualisierung heran zu führen und frühzeitig die Möglichkeiten und Grenzen des Werkzeuges auf zu zeigen. Beim 3. und 4. Workshop Naturschutz ist neben dem Ist-Zustand ausgewählter Flächen auch die zugehörige, stark landschaftsverändernde, Planung gezeigt worden. Dadurch offenbarte das Werkzeug 3D-Landschaftsvisualisierung als Kommunikationsmittel eindeutig seine Stärken. Deutlich wurden die großräumigen Veränderungen in der Landschaft primär durch die erstellten Filme aus der Vogelperspektive und durch das Einfügen von menschlichen 3D- Körpern in die Visualisierungen. Dies unterstützte das Erkennen von Größenverhältnissen und stellte so die Veränderung der Landschaft, besonders im Vergleich zum bisherigen Bestand, für alle Beteiligten eindrucksvoll dar. Aufgrund der strukturarmen Landschaft war es insgesamt schwierig die Maßnahmen ansprechend zu visualisieren. Als besonders positiv hat sich die Darstellung von charakteristischen Strukturen mit Wiedererkennungswert, wie Brücken und Gebäude herausgestellt. Besonders aufgrund der Visualisierungen der Maßnahmen konnten die oben genannten Vorteile der Landschaftsvisualisierung als Kommunikationsmittel im Projekt Lebendige Unterems erfolgreich genutzt werden Probleme und Grenzen Innerhalb des Teilprojektes Kommunikation und Naturschutz wurde der Wunsch geäußert, Landschaftselemente wie Strömungen und Wellengang im Modell an die realen Verhältnisse vor Ort anzupassen. Dass dies aufgrund der vorliegenden Datenlage nur bedingt möglich ist, lässt sich am Beispiel des Wellengangs veranschaulichen. Es können in Biosphere3D unterschiedliche hohe Wellen dargestellt werden, diese müssen allerdings über entsprechende Eingangsdaten definiert und gesteuert werden. Die dem Teilprojekt vorliegenden Daten ermöglichen eine so feine Darstellung in der Regel nicht. Ein weiteres Problem bestand in der Aktualität der Biotopkartierung. Beispielsweise war eine Anpflanzung von Hybridpappeln südwestlich der Brücke der L52 bei Rhede ausgezeichnet, die sich auf den Fotos vom nicht nachweisen lies. In wie weit außerhalb der von den Fotos kontrollierbaren Gebiete Veränderungen stattgefunden haben, lässt sich nicht beurteilen. Die grundsätzliche Schwierigkeit bei der bildlichen Umsetzung der geplanten Maßnahmen bestanden darin, dass die Bilder nicht detailreich genug wirkten. Die Visualisierungen zeigten zwar hinreichend genug die großräumigen Veränderungen in der Landschaft, doch aufgrund der vorhandenen Datengrundlage nur in einem niedrigen Detailgrad. Um dies zu beheben wurden die Strukturen in der Landschaft vom Teilprojekt Visualisierung händisch angereichert (vergl ). Insgesamt muss berücksichtigt werden, dass der Stand der Planung eine Vorplanung ist. Die Visualisierungen müssen sich an dem Detailgrad des Planungsstandes orientieren Treffen, Konferenzen, Austausch An folgenden Treffen nahmen Mitarbeiter der TU und/oder von Lenné3D teil Kick-Off-Veranstaltung, Osnabrück (Telefon-)konferenz 1 mit den Verbänden zum aktuellen Arbeitsstand Arbeitstreffen zum 2. Workshop, WWF, Hamburg Arbeitstreffen zum 2. Workshop, WWF, Hamburg Workshop Naturschutz, Leer Telefonkonferenz mit dem WWF zum weiteren Vorgehen 11

232 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Arbeitstreffen, Hamburg Statusseminar, Osnabrück Telefonkonferenz zum 3. Workshop Naturschutz Workshop Naturschutz, Leer Tagung, Digital Landscape Architecture - GeoDesign, Bernburg und Dessau Telefonkonferenz zum 4. Workshop Naturschutz Arbeitstreffen zum 4. Workshop Naturschutz, WWF Hamburg Frühjahr 2013 Geplante Teilnahme am 5. Workshop Naturschutz international 12

233 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Anhang Fläche 4 Fläche 3 Fläche 5 Fläche 2 Fläche 1 Abb. 10 Übersicht über die Lage der fünf Flächen, für die der Ist-Zustand visualisiert wurde (2. Workshop Naturschutz ). (Quelle der Karte: Google Maps) 13

234 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Fläche 6 Abb. 11 Lage der sechsten Fläche, im Norden des Untersuchungsgebietes. (Quelle der Karte: Google Maps) 14

235 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Midlum Westoverledingen Mitling Lehe Abb. 12 Übersicht über die Lage der vier Maßnahmen, für die der Bestand und die Planung für den 3. und 4. Workshop Naturschutz visualisiert wurde. (Quelle der Karte: Google Maps) 15

236 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tab. 1 Übersicht der visualisierten Defizite und Wertigkeiten (ThW = mittleres Tidehochwasser, TnW = mittleres Tideniedrigwasser). Nr. Bild / Film Defizite / Charakteristika Wertigkeit Starke Erhöhung Tidehub Massive Beeinträchtigung von Gewässerboden bzw. -güte (braune Wasserfarbe, Schlickablagerungen) Fehlen / vermindertes Vorkommen von typischen Lebensräumen und Strukturen Bedeutung als geschütztes Gebiet 1. F1_Persp_1.png x 2. F2_Persp_1_ThW.png x x x 3. F2_Persp_1_TnW.png x x x 4. F2_Persp_2_ThW.png x x x 5. F2_Persp_2_TnW.png x x x 6. F2_Persp_3_Foto_TnW_ThW.jpg x x x 7. F3_Persp_1_ThW.png x x x 8. F3_Persp_1_TnW.png x x x 9. F3_Persp_2_ThW.png x x x (x) 10. F3_Persp_2_TnW.png x x x (x) 11. F4_Persp_2_ThW.png x x x 12. F4_Persp_2_TnW.png x x x 13. F4_Persp_3_ThW.png x x x 14. F4_Persp_3_TnW.png x x x 15. F5_Persp_1_ThW.png x x x 16. F5_Persp_1_TnW.png x x x 17. F5_Kanufahrt.avi (Film) x x 16

237 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tab. 2 Übersicht der Visualisierungen für den Tidepolder bei Westvoerledingen (ThW = mittleres Tidehochwasser, TnW = mittleres Tideniedrigwasser). Nr. Bild / Film Planungsvariante Perspektive auf Übersicht (Abb. 13 und Abb. 14) 1. PolderC_Pers1_Bestand.jpg PolderC_Pers1_Planung_v1_ThW.jpg ökologisch 1 3. PolderC_Pers1_Planung_v1_TnW.jpg ökologisch 1 4. PolderC_Pers1_Planung_v2_ThW.jpg hydraulisch 1 5. PolderC_Pers1_Planung_v2_TnW.jpg hydraulisch 1 6. PolderC_Pers2_Bestand.jpg PolderC_Pers2_Planung_v2_ThW.jpg hydraulisch 2 8. PolderC_Pers2_Planung_v2_TnW.jpg hydraulisch 2 9. PolderC_Pers3_Bestand.jpg PolderC_Pers3_Planung_ThW.jpg ökologisch PolderC_Pers3_Planung_TnW.jpg ökologisch PolderC_Pers4_Planung_v1_ThW.jpg ökologisch 4a 13. PolderC_Pers4_Planung_v1_TnW.jpg ökologisch 4a 14. PolderC_Pers4_Planung_v2_ThW.jpg hydraulisch 4b 15. PolderC_Pers4_Planung_v2_TnW.jpg hydraulisch 4b 16. PolderC_Pers5_Planung_v1_ThW.jpg ökologisch PolderC_Pers5_Planung_v1_TnW.jpg ökologisch PolderC_Pers5_Planung_v2_ThW.jpg hydraulisch PolderC_Pers5_Planung_v2_TnW.jpg hydraulisch 5 17

238 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tab. 3 Übersicht der Visualisierungen für den Tidepolder bei Mitling (ThW = mittleres Tidehochwasser, TnW = mittleres Tideniedrigwasser). Nr. Bild / Film Perspektive auf Übersicht (Abb. 15) 1. PolderF_Pers1_Bestand.jpg 1 2. PolderF_Pers1_Planung_ThW.jpg 1 3. PolderF_Pers1_Planung_TnW.jpg 1 4. PolderF_Pers2_Planung_ThW.jpg 2 5. PolderF_Pers2_Planung_TnW.jpg 2 6. PolderF_Pers3_Bestand_ThW.jpg 3 7. PolderF_Pers3_Bestand_TnW.jpg 3 8. PolderF_Pers3_Planung_ThW.jpg 3 9. PolderF_Pers3_Planung_TnW.jpg Mitling_FullHD.avi (Film) Film 18

239 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tab. 4 Übersicht der Visualisierungen für die natürliche Vegetationszonierung bei Lehe (ThW = mittleres Tidehochwasser, TnW = mittleres Tideniedrigwasser). Nr. Bild / Film Perspektive auf Übersicht (Abb. 16) 1. Lehe_Pers1_Bestand.jpg 1 2. Lehe_Pers1_Planung_ThW.jpg 1 3. Lehe_Pers1_Planung_TnW.jpg 1 4. Lehe_Pers2_Bestand.jpg 2 5. Lehe_Pers2_Planung_ThW.jpg 2 6. Lehe_Pers2_Planung_TnW.jpg 2 7. Lehe_Pers3_Bestand.jpg 3 8. Lehe_Pers3Planung_ThW.jpg 3 9. Lehe_Pers3Planung_TnW.jpg Lehe_FullHD.avi (Film) Film 19

240 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Tab. 5 Übersicht der Visualisierungen für die Stromspaltung bei Midlum (ThW = mittleres Tidehochwasser, TnW = mittleres Tideniedrigwasser). Nr. Bild / Film Perspektive auf Übersicht (Abb. 17) 1. Midlum_Pers1_Bestand_ThW.jpg 1 2. Midlum_Pers1_Bestand_TnW.jpg 1 3. Midlum_Pers1_Planung_ThW.jpg 1 4. Midlum_Pers1_Planung_TnW.jpg 2 5. Midlum_Pers2_Planung_ThW.jpg 2 6. Midlum_Pers2_Planung_TnW.jpg 2 7. Midlum_Pers3_Planung.avi (Film) 3 20

241 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb

242 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb

243 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb

244 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb

245 Abschlussbericht 2013 TU Berlin, Lenné3D Abb

246 G Vorbereitung der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen 1 Analyse der Realisierbarkeit und Vorbereitung der Umsetzung von Renaturierungsmaßnahmen 1.1 Konzept eines Beweidungsprojektes im Vorland zwischen Herbrum und Rhede Entgegen ursprünglicher Annahmen ist in der Laufphase des Projektes noch keine Entscheidung des Landes Niedersachsen bzw. der Lenkungsgruppe Ems gefallen, welcher der untersuchten Lösungsvorschläge (Tidepolder, Sohlschwelle, Tidesteuerung, Ästuarverlängerung) für eine Sanierung der Gewässergüte der Ems zielerreichend sein kann und umgesetzt werden soll. Die Planung und Vorbereitung einer Renaturierungsmaßnahme, die eine (Teil-) Umsetzung eines dieser Lösungsansätze bedeutet hätte, erschien somit nicht sinnvoll. Daher wurde Ende 2012 im Projekt damit begonnen, nach Renaturierungsmaßnahmen zu suchen, die im Sinne einer no regret -Maßnahme einen Beitrag für die ökologische Verbesserung des Emsästuares leisten können, unabhängig davon, welcher Lösungsansatz zur Verbesserung der Gewässergüte zukünftig zur Umsetzung gelangen wird. Im Laufe der Bearbeitung der Projekt-Renaturierungsszenarien hat sich darüber hinaus gezeigt, dass bei der Entwicklungsplanung der Außendeichsflächen Zielkonflikte innerhalb des Naturschutzes bestehen. So ist einerseits dem Erhalt der Bedeutung der Gründlandflächen für Brut- und Rastvögel Rechnung zu tragen, zum anderen können aber nur hier die in ihrem Umfang defizitären ästuartypischen Lebensräume entwickelt werden. Daher stand die Suche nach Maßnahmen im Fokus, die diese Konflikte weitgehend zu minimieren in der Lage sind bzw. für beide Ziele Entwicklungspotentiale beinhalten. Hierzu wurde ein Konzept aufgegriffen, welches Vogelschutz und die Entwicklung ästuartypischer Lebensräume verknüpft, indem auf großräumigen Vorländern ein entsprechend extensives Weidekonzept verfolgt wird. Ziel ist die Schaffung eines Mosaiks verschiedener Vegetationsstrukturen. Vielgestaltige Strukturen bieten zahlreichen Arten eine Nische. Extensive Beweidung fördert somit die Artenvielfalt (Biodiversität). In vielen Naturschutzgebieten in den benachbarten Niederlanden oder Dänemark stellen schon lange Zeit wildlebende Rinder und Pferde den Ersatz für die verlorenen, natürlichen Megaherbivoren Mitteleuropas. Im Vergleich zu anderen Managementoptionen findet die Beweidung von Gebieten zur Offenhaltung der Landschaft sowohl durch Haustiere als auch durch Wildtiere eine allgemein sehr hohe öffentliche Akzeptanz (WIEGLER & BRUNK 2004). Die generellen Möglichkeiten eines Weidekonzeptes, u.a. die zu beachtenden Kriterien für naturschutzorientierte Beweidung, die Vor- und Nachteile der Wahl von Haus- oder Wildtierrassen und alternative Leitbilder sind im Avifaunistischen Fachgutachten des Projektes Perpektive Lebendige Unterems (s. Kruckenberg & Blümel 2012, Kapitel 9) dargelegt (s. Band 3, Anlage 12). An der Unterems wurde durch das Projekt der am Ostufer der Ems gelegene Vorlandbereich zwischen Herbrum und Rhede als unter bestimmten Voraussetzungen für ein Weideprojekt mit naturnah gehaltenen Megaherbivoren oder Wildtierarten wie Wisent oder Rothirsch geeignet identifiziert. Hierzu wurden im Vorfeld seitens des Projektteams umfangreiche Recherchearbeiten betrieben, zum Beispiel zur Frage welche Flächen mit welchen Kompensationsmaßnahmen belegt sind, wie sich die Besitzverhältnisse darstellen und ob eine 1

247 Vereinbarkeit der Maßnahme mit dem vorliegenden Entwurf des Fachbeitrags Natura 2000 aus dem Integrierten Bewirtschaftungsplan Ems besteht. Für diese ca. 315 ha große Fläche im Außendeichsbereich zuzüglich weiterer binnendeichs gelegener Flächen als Winterquartier wurde ein Konzept erarbeitet. Die hier diskutierte Maßnahme soll die Ems und ihre Vorlandsbereiche in Richtung eines naturnah oder natürlichen Flusssystems entwickeln und dabei Wiesenvogel- und Rastvogelschutz mit der Entwicklung ästuartypischer Lebensräume verknüpfen. Die Projektidee wurde mit Hilfe einer Power-Point-Präsentation (siehe Band 3, Anlage 13) erstmals am im Niedersächsischen Umweltministerium vorgestellt. Ein weiteres Treffen fand am 20. Januar 2014 im Niedersächsischen Umweltministerium mit Mitarbeitern der Abteilungen Wasserwirtschaft und Naturschutz sowie mit Vertretern des NLWKN statt, in dem das Vorhaben erneut vorgestellt und diskutiert wurde. Seitens des NLWKN wurden nunmehr Bedenken gegen den Projektvorschlag laut. Diese beziehen sich insbesondere auf das gemeldete Vorkommen des FFH-Lebensraumtyps Magere Flachland-Mähwiese in diesem Bereich, den es zu erhalten gelte. Ebenso seien für die im Rahmen eines Planfeststellungsverfahrens vorgesehene sogenannte Märzarrondierung, die die Anhebung des Stauziels für die 2. Märzhälfte eines jeden Jahres zur Überführung tiefgehender Kreuzfahrtschiffe der Meyer Werft bezweckt, bereits bestimmte Kohärenzmaßnahmen für Wiesenvögel auf diesen Flächen vorgesehen, die sich nicht mit der vorgeschlagenen Projektidee vereinbaren ließen. Aufgrund der fehlenden Unterstützung seitens des NLWKN und des Landkreises Emsland wurde die Bearbeitung dieses Umsetzungsvorschlags im Projekt nicht weiter intensiviert. Da ein Beweidungsprojekt aus Naturschutzsicht allerdings weiterhin sinnvoll erscheint und ggf. zukünftig in diesem oder einem anderen Bereich der Ems bessere Realisierungschancen bestehen könnten, ist das Konzept in diesem Bericht dokumentiert. 1.2 Maßnahmenbausteine aus dem Masterplan Ems Im Rahmen des Projektes wurde Anfang 2014 der Vorschlag zu einem Masterplan Ems-Ästuar 2030 entwickelt und in der im April 2014 veröffentlichten Broschüre Ems-Ästuar 2030 Ein Masterplan für die Ems verschriftet (siehe Anlage II). Der Masterplan benennt Eckpfeiler für die Umsetzung eines Renaturierungskonzeptes, angefangen vom Flächenbedarf für den Naturschutz bis hin zu einer Zeit- und Finanzierungsplanung. Am 21. Mai 2014 wurde die Broschüre an den Niedersächsischen Ministerpräsidenten Weil übergeben und gab den Anstoß für die folgenden gemeinsamen Gespräche mit dem Land Niedersachsen über einen Masterplan Ems. Die Gespräche und Verhandlungen fanden ihren Abschluss in der am 16. Juni 2014 vom Land Niedersachsen, der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt, den Landkreisen Emsland und Leer, der Meyer Werft, dem WWF Deutschland, dem Naturschutzbund Niedersachsen e.v. und dem Bund für Umwelt und Naturschutz Niedersachsen e.v. unterzeichneten Absichtserklärung zur gemeinsamen Entwicklung eines Masterplans Ems Bestandteil der Absichtserklärung sind u.a. auch zwei konkrete Renaturierungsmaßnahmen, die die Umsetzung von im Projekt entwickelten Maßnahmenvorschlägen einleiten Pilotpolder oberhalb Papenburg Mit der in der Vereinbarung unter Ziffer 2 festgehaltenen Sofortmaßnahme der Errichtung eines Tidespeicherbeckens als Pilotpolder in einer Größe von 20 bis 25 ha im Vorland oberhalb der Stadt Papenburg wird das im Projekt Perspektive Lebendige Unterems entwickelte Konzept der Tidespeicherbecken zur Sanierung der Gewässergüte durch ein Pilotprojekt im Naturversuch erprobt. Der Pilotpolder wird einem ausführlichen Monitoring unterzogen werden und dient auch der Verifizierung der mit Hilfe der hydrodynamischen Rechnungen im Modell erzielten 2

248 Ergebnisse. Hiermit ist ein entscheidender und notwendiger erster Schritt hin zu einer Umsetzung des im Projekt entwickelten Tidespeicherkonzeptes erfolgt Maßnahme Coldemüntje Weiterer Bestandteil der Absichtserklärung zu einem Masterplan 2050 ist die Schaffung ästuartypischer Lebensräume im Bereich der alten Emsschleife bei Coldemüntje. Ziel ist die Entwicklung solcher Lebensräume durch Herstellung von Tideeinfluss auf den aktuell abgedeichten Flächen. Hiermit verbunden ist allerdings die Einschränkung, dass die bestehende Schutzdeichlinie erhalten werden soll. Mit der angestrebten Entwicklung ästuartypischer Lebensräume wird dem im Projekt festgestellten Defizit an solchen Lebensräume an der Unterems nun mit einer ersten Maßnahme begegnet werden. Um das Vorhaben zu befördern wurden im Rahmen des Projektes sieben verschiedene Szenarien für eine Entwicklung des Maßnahmengebiets Coldemüntje betrachtet und bewertet. Dabei hat sich gezeigt, dass die Variante eines Tidepolders mit begrenztem Tidehub im Sinne der Naturschutzziele des Projektes Perspektive Lebendige Unterems das zielführendste Konzept darstellt. Die Kurzstudie mit verschiedenen Möglichkeiten zur Entwicklung der Fläche des ehemaligen Grotegaster Altarms (sog. Maßnahme Coldemüntje).im Sinne der im Projekt entwickelten Naturschutzziele findet sich in Band 3, Anlage Finanzierungsmöglichkeiten für die Renaturierungsmaßnahmen und Vorbereitung der Antragstellung für weitere Mittel/Initiierung von Folgeprojekten Im August und September 2014 wurden gemeinsam mit dem Land und dem NLWKN Überlegungen aufgenommen, ob und inwieweit sich das Gebiet Coldemüntje als Folgeprojekt des Emsprojektes anbieten könnte. Hierzu wurden auch erste Gespräche mit Drittmittelgebern eingeleitet. Soweit die Gespräche einen positiven Verlauf nehmen, ist in Kürze die Antragsentwicklung und stellung seitens BUND, NABU und WWF geplant. Der überwiegende Teil der in der Absichtserklärung zum Masterplan Ems 2050 enthaltenen Maßnahmen, die durch gemeinsame Verhandlungen bis zum Ende des Jahres 2014 in einen unterschriftsreifen Masterplan münden sollen, soll durch Finanzmittel des Landes Niedersachsens und des Bundes finanziert werden. Das Land Niedersachsen hat für die Haushaltsjahre 2015 bis 2018 bereits Mittel in Höhe von 22 Mio. Euro für die Umsetzung der ersten Maßnahmen bereitgestellt. Desweiteren bietet es sich an Mittel aus dem Europäischen Landwirtschaftsfonds für die Entwicklung des ländlichen Raums (ELER) zu akquirieren. Die im Zusammenhang mit der Emsrenaturierung stehenden Maßnahmen lassen sich in den Schwerpunkt 2 Verbesserung der Umwelt und des ländlichen Raums einordnen. Im Entwurf des Programm für den ländlichen Raum in Niedersachsen und Bremen 2014 bis 2020 ist vorgesehen, die Wiederherstellung eines guten ökologischen Zustands im Bereich der Übergangs- und Küstengewässer zu fördern. Die Vorhaben sollen zunächst auf den Bereich der Ems konzentriert werden (Land Niedersachsen, Hansestadt Bremen 2014, S. 206 f.). Als Förderempfänger sollen das Land Niedersachsen, kommunale Gebietskörperschaften und sonstige Körperschaften des öffentlichen Rechts und juristische Personen unabhängig von ihrer Rechtsform, die im Allgemeininteresse liegende Aufgaben wahrnehmen und der öffentlichen Aufsicht unterliegen, in Frage kommen. Förderfähige Kosten sind Investitionen einschließlich Studien und Grunderwerb sowie mit den Vorhaben verbundenen Nebenkosten. 3

249 Die Maßnahmen des Rahmenprogramms Masterplan Ems 2050 sind auch ausgezeichnet geeignet für das EU-Förderinstrument "Life-Natur". Parallel zur Veröffentlichung der FFH- Richtlinie wurde 1992 das Förderinstrument LIFE entwickelt. Im Fokus steht der Schutz der Arten und Lebensräume der FFH- und der EU-Vogelschutzrichtlinie. Hierbei werden in den jeweiligen Förderperioden stets auch Naturschutzgroßprojekte zur Entwicklung des europäischen Schutzgebietsnetzwerkes NATURA 2000 mitfinanziert. Für das Projektgebiet Coldemüntje hat die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) bereits erste positive Signale erteilt, dass dies ein förderungswürdiges Folgeprojekt an der Ems sein könnte. Darüber hinaus können die Umweltverbände ggf. weitere Mittel aus dem Emsfonds der Niedersächsischen BINGO-Umweltstiftung beantragen. Der Emsfonds der Niedersächsischen Umweltstiftung ist ein von der Stiftung verwaltetes Sondervermögen aus Mitteln des Landes Niedersachsen, das zweckgebunden zur Verbesserung der ökologischen Gesamtsituation in der Ems-Dollart Region eingesetzt wird. 4

250 F Ergebnisse Teilprojekt Kommunikation Das Teilprojekt Kommunikation gliedert sich in die kommunikativen Elemente 1. Zielklärung und Lösung von Zielkonflikten innerhalb des Natur- und Umweltschutzes; 2. Allgemeine Öffentlichkeitsarbeit, 3. Verknüpfung mit aktuellen Forschungsprojekten auf nationaler und europäischer Ebene. und die integrativen Elemente 4. Vernetzung des Projekts mit den laufenden Aktivitäten zur Prüfung von Lösungsansätzen zur Renaturierung der Ems, 5. Koordination und Zusammenführung der Teilprojekte dieses Vorhabens. 1. Workshops zur Vernetzung des Projektes mit regionalen und lokalen Akteuren Das Projekt ist prozess- und dialogorientiert. Zur Verankerung des Projektes vor Ort wurden BUND-, NABU- und LBU-Mitglieder aus der Region sowie nichtorganisierte Umweltschützer für die Mitarbeit gewonnen. Sie wurden in das Projekt eingebunden und regelmäßig über den Fortgang informiert. Durch sie konnte sichergestellt werden, dass die Belange von vor Ort in das Projekt eingebracht werden. Das heißt, dass die entwickelten Renaturierungskonzepte nicht vom grünen Tisch oder vom Reißbrett eines Ingenieurs stammen. Stattdessen wurden im Rahmen von Workshops gemeinsam mit Natur- und Umweltschützern vor Ort Renaturierungsszenarien schrittweise erarbeitet von übergeordneten Naturschutzzielen über konkrete Entwicklungsziele bis hin zur Verortung von Maßnahmen. So konnte getragen von einer breiten Basis von Verbänden und Naturschutzaktiven ein Naturschutzkonzept und ein Naturschutz-Konsens gefunden werden. Eine ausführliche Dokumentation aller fünf Workshops findet sich in Band 3, Anlagen 5 bis 9. Der erste Workshop Naturschutz Die erste Herausforderung für den kommunikativen Prozess bestand darin, die Ziele für eine Renaturierung der Ems, die sich aus der Umwelt- und Naturschutzperspektive ergeben und die z.t. von einander abweichen zu definieren. Dafür ist eine Klärung der Umweltseite über die eigenen Kernanliegen, eine Priorisierung bei Widersprüchen und die Schaffung von Verständnis für die jeweiligen Einzelziele sowie eine Verständigung über Beurteilungskriterien der Ausgangspunkt. So ging es bei dem ersten Workshop im März 2011 zunächst darum, übergeordnete Naturschutzziele für die Unterems zu diskutieren und Ortskenntnisse der lokalen Naturschützer zu erfolgten und geplanten Maßnahmen sowie zu heutigen ökologischen Wertigkeiten zu sammeln. So verständigten sich das Projektteam und die Teilnehmer im März auf die Formulierung von drei übergeordneten Naturschutzziele für die Unterems und trugen weitere wichtige naturschutzfachliche Informationen und Maßnahmenvorschläge auf einer Karte zusammen. Der zweite Workshop Naturschutz Auf dem zweiten Workshop im September 2011 diskutierte das Projektteam mit lokalen Naturschützern und Behördenvertreter die zwischenzeitlich im Projekt weiter konkretisierten Naturschutzziele, die wasserbaulichen Ergebnisse zu dem Szenario A (Verflachung der Unterems) sowie die ausgewählten Szenarien für die Renaturierung der Ems. 1

251 Vorgestellt wurde das Szenario A Verflachung der Unterems auf der Strecke zwischen Leer und Papenburg unter der Voraussetzung, dass die Berufsschifffahrt auf einen Kanal in diesem Bereich verlagert wird. Bei der Entwicklung dieses Lösungsansatzes wurde unterstellt, dass mit Hilfe dieser Maßnahme die Gewässergüte der gesamten Unterems (Herbrum bis Emden) substantiell verbessert werden könnte. Die Wirksamkeit der beschriebenen Maßnahme auf die Wasserstände, Strömungsverhältnisse und den Schwebstofftransport wurde im Rahmen des Projektes mit einem hydronumerischen Model der Ems geprüft. Ergebnis ist, dass eine Verflachung der Ems als Maßnahme zwar grundsätzlich zielführend sein kann, dass der Umfang der Maßnahme jedoch bei Weitem nicht ausreichen würde, um die notwendige ökologische Sanierung der Unterems herbeizuführen. Daher wurde beschlossen, diesen Ansatz im Projekt Perspektive Lebendige Unterems nicht weiterzuverfolgen. Stattdessen werden die Szenarien B Ästuarverlängerung und C Tidespeicherbecken weiter verfolgt. Desweiteren erarbeiteten die Teilnehmer des zweiten Workshops eine Übersicht besonders defizitärer Biotoptypen an der Unterems, benannten relevante Parameter für die Regeneration von Lebensräumen und ergänzten die Liste der Leitarten bzw. Leitfunktionen für verschiedene Abschnitte der Unterems. Auf dieser Basis hat das Teilprojekt Naturschutz im Anschluss konkrete Maßnahmenvorschläge und Entwürfe der Renaturierungszenarien erarbeitet. Der dritte Workshop Naturschutz Beim dritten Workshop im Februar 2012 wurden nun die im Projekt erarbeiteten Maßnahmenvorschläge für die Renaturierungsszenarien für die Unterems vorgestellt und mit den Teilnehmern, u.a. anhand von Kartenarbeit, diskutiert. Dabei hat das Projektteam viele wertvolle Hinweise und Anregungen zu den auf den Karten verorteten Maßnahmenvorschlägen erhalten. Die große Fachkenntnis der Teilnehmer spiegelt sich vor allem in besonders lokal bezogenen Beiträgen wieder, anhand derer die Maßnahmenvorschläge aus ökologischer Sicht überarbeitet und die Renaturierungszenarien verfeinert werden konnten. Im Anschluss an den Workshop hat das Projektteam noch ein weiteres Renaturierungsszenario C3 wie folgt definiert: Das Szenario C3 sieht anstelle der bisherigen großräumigen Polder eine Sanierungsvariante mit der Anbindung bzw. Wiederherstellung von sieben historischen Flussschleifen und der zusätzlichen Schaffung einer Stromspaltung bei Midlum vor. Der vierte Workshop Naturschutz Im Rahmen des vierten Workshops am 14.Dezember 2012 wurden die Ergebnisse aus den drei Workshops und unserer Projektarbeit sowie die ausgewählten Renaturierungsszenarien vorgestellt und mit den Teilnehmern diskutiert. Als Fazit der wasserbaulichen Analysen konnte festgestellt werden, dass alle untersuchten Maßnahmen zu einer Verbesserung der Situation in der Unterems aus hydrodynamischer Sicht führen würden. Allerdings wird durch keine der untersuchten Maßnahmen das im Projekt definierte Naturschutzziel 1 zur Gewässergüte (Sauerstoff- und Schwebstoffwerte) kurzfristig erreicht. Daraus ergibt sich die Fragestellung, welche der Maßnahmen mittelfristig ein gutes Sanierungspotential aufweist und ob ggf. mit einer Kombination von Lösungsansätzen das Naturschutzziel erreicht werden kann. Im Rahmen des Projektes Perspektive Lebendige Unterems wurde auf Grundlage der drei abgestimmten übergeordneten Naturschutzziele zunächst ein Leitbild formuliert: Die Wasserqualität der Unterems ermöglicht trotz der Beibehaltung der derzeitigen schifffahrtlichen Nutzung ganzjährig das Vorkommen der naturraumtypischen aquatischen Fauna. Insbesondere Sauerstoff- und Schwebstoffkonzentrationen sowie Sohlsubstrate entsprechen weitgehend der naturraumtypischen Situation. Mehr als 50% der aktuellen Vorlandfläche werden von ungenutzten ästuartypischen Lebensräumen gebildet, die die Lebensgrundlage für eine naturraumtypische Fauna bilden. Die weiteren Vorlandflächen 2

252 bestehen weitgehend aus extensiv genutztem mesophilem bis feuchtem Grünland, das u.a. die Lebensgrundlage für die kulturraumtypische Avifaunagemeinschaft des Grünlandes bildet. Es wurden drei Szenarien entwickelt, die das Leitbild jeweils mit unterschiedlichen Ansätzen zu realisieren versuchen: Szenario B: Ästuarverlängerung ; Szenario C: Tidepolder Wiesenvogelschutz binnendeichs und Szenario D: Tidepolder Wiesenvogelschutz außendeichs. Für jedes der Szenarien wurden durch die unterschiedliche Kombination und v.a. Verortung von sieben zentralen Maßnahmentypen Maßnahmenkulissen entwickelt und in Karten dargestellt. Im Rahmen des Projektes Perspektive Lebendige Unterems ist deutlich geworden, dass die ökologischen Defizite in der Unterems und ihre Ursachen so tiefgreifend sind, dass die deutliche Verbesserung der ökologischen Situation voraussichtlich sehr umfangreiche Maßnahmen erfordert. Mit keinem der untersuchten Szenarien im Projekt war es möglich, das Schlick- und Sauerstoffproblem eindeutig zu lösen und die angestrebten Zielwerte kurzfristig zu erreichen. Entsprechend ist eine ökologische Lösung für die Unterems wahrscheinlich nur durch die Kombination verschiedener großer Maßnahmen zu erzielen. Zum Ende des Workshops wurden die Anforderungen an ein Sanierungskonzept für die Unterems wie folgt zusammengefasst: Bereitschaft Maßnahmen mit großem Raumbedarf umzusetzen (mehrere hundert ha Tidepolder) Entwicklung ästuartypischer Lebensräume von mindestens 380 ha Erhalt der Ästuardynamik Schaffung eines großflächigen Wiesenvogelschutzgebiets im Binnenland von ca. 500 ha Aufwertung bestehender Vogelschutzgebiete im Vorland Der fünfte Workshop Naturschutz Den in der Projektgruppe Ems vertretenen Verbände BUND, NABU und WWF wurden die im Auftrag des Landes Niedersachsen erzielten Ergebnisse des Forschungs- und Technologiezentrums Kiel zu der hydromorphologischen Prüfung verschiedener Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Situation an der Ems ( Alternativenprüfung ) am 26. März 2014 vorgestellt. Aus dem Projekt Perspektive Lebendige Unterems sind zwei Maßnahmenvorschläge in diese Prüfung eingeflossen. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser Alternativenprüfung soll die Lenkungsgruppe Ems voraussichtlich eine richtungsweisende Entscheidung über das weitere Vorgehen an der Unterems treffen. Ziel des fünften im Mai 2014 abgehaltenen Workshops war es daher, die im Naturschutz Aktiven in der Region Ems-Dollart möglichst frühzeitig über die Ergebnisse der Alternativenprüfung zu informieren und auf dieser Basis die weitere Positionierung des verbandlichen Naturschutzes zu diskutieren und auf ein breites Fundament zu stellen. Zum fünften Workshop wurden daher ausschließlich Vertreter von niederländischen und deutschen Naturschutzverbänden und vereinen und Bürgerinitiativen aus der Region eingeladen. Auf Basis der Projektergebnisse, der Ergebnisse der Alternativenprüfung und vor dem Hintergrund der Erfahrungen mit der Renaturierung der Schelde (Belgien), die im Rahmen einer Projektexkursion im März 2014 bereist wurde, hat das Projektteam seine Vorschläge und Forderungen für die Zukunft der Unterems unter dem Titel Masterplan Emsästuar 2030 zusammen gefasst. Dieser wurde vorgestellt, diskutiert und mit den regionalen Naturschutzvertretern abgestimmt. 3

253 2. Allgemeine Öffentlichkeitsarbeit Über Start, Stand und Fortgang des Projektes wurde die allgemeine Öffentlichkeit in Form von Pressemitteilungen und Pressekonferenzen unterrichtet. Auf der website des Projektes unter wurden fortlaufend sämtliche Äktivitäten wie Veranstaltungen, Hintergrundinformationen, Zwischenberichte, Workshopdokumentationen etc. eingestellt. Das Faltblatt Naturschutzziele für die Unterems von Februar 2012 (siehe Anlage I) informiert in allgemein verständlicher und übersichtlicher Form über die Projektziele. Die Broschüre Ems- Ästuar 2030 Ein Masterplan für die Ems von April 2014 (siehe Anlage II) informiert ausführlich und zusammenfassend über die Ergebnisse des Projekts Perspektive Lebendige Unterems. 3. Verknüpfung mit aktuellen Forschungsprojekten auf nationaler und europäischer Ebene 3.1 Konferenz zur Renaturierung Europäischer Ästuare: Möglichkeiten, Planungen und Umsetzung Unter reger Beteiligung der rund 150 Teilnehmer aus dem In- und Ausland fand am Freitag, den 22. Februar 2013 in Leer (Ostfriesland) die Konferenz zur Renaturierung Europäischer Ästuare statt. Große europäische Ästuare wie Elbe, Weser, Ems, Schelde und Seine befinden sich heute in einem schlechten ökologischen Zustand, insbesondere durch den Ausbau zur Schifffahrtsstraße und Eindeichungen des Überschwemmungsgebietes für den Hochwasserschutz sowie die Landwirtschaft. Rund 150 TeilnehmerInnen aus den Niederlanden, Belgien, Frankreich, Großbritannien, England und Deutschland tauschten sich hier über Möglichkeiten, Planungen sowie Erfahrungen mit der Umsetzung von Renaturierungsprojekten an europäischen Ästuaren aus. Vertreter der Wasserund Schifffahrts-, Hafenverwaltungen, Landnutzer, Umweltverbände, Meyer Werft und interessierte Bürger haben Vorträge über die Renaturierung von Flussmündungen, aber auch der Gefahr des Umkippens eines ganzen Flusssytems durch eine Vertiefungsmaßnahmen gehört. Deutlich wurde, dass es dringend geboten ist, die Schiffe den ökologischen Grenzen der Ästuare anzupassen, weil es einen Umschlagspunkt im Ästuar gibt. Ist ein Ästuar bereits stark vorbelastet, kann eine Ausbaumaßnahme zu einem Systemwechsel führen, d.h. zu veränderten Sedimenttransportprozessen, die sich selbst verstärken und beschleunigen (snowball-effect). Daraus ergibt sich insbesondere für die Sanierung der Ems ein dringender Handlungsbedarf. Eine ausführliche Dokumentation der Konferenz mit Programm und sämtlichen Vorträgen findet sich in Band 3, Anlage 10. 4

254 3.2 Exkursion an die Schelde Vom 2o. bis 21. März 2014 fand u.a. mit der Niedersächsischen Staatssekretärin für Europa und regionale Landesentwicklung, der Niedersächsischen Staatssekretärin für Umwelt, Energie und Klimaschutz sowie Vertretern von Ministerien und Behörden eine Exkursion an das Ästuar der Schelde in Belgien statt. Unterstützt wurde die Exkursion insbesondere von Hr. Prof. Patrick Meire von der Universität Antwerpen. An der belgischen Schelde konnten umgesetzte oder in Bau befindlichen Maßnahmen, die dem Ästuar mehr Raum geben und Ziele aus dem Bereich Hochwasser- und Naturschutz mit Regionalentwicklung (Tourismus/ Nacherholung/ Naturerleben) kombinieren, besucht werden. Neben der Besichtigung der Maßnahmenflächen bestand Gelegenheit Gespräche mit Entscheidungsträgern aus dem Bereich Hochwasserschutz, Naturschutz, Landwirtschaft und Regionalentwicklung zu führen. Von besonderem Interesse war dabei etwas zu erfahren über die Vorgehensweise, die Schlüsselfaktoren für die Initiierung und den Erfolg solcher Projekte und den Prozess der Akzeptanzgewinnung z.b. bei Landwirten und Anwohnern. Die Tidepolder an der Schelde dienen vorrangig dem Hochwasser- und Naturschutz. Abweichend von den Zielen an der Ems wurden die Polder und Rückdeichungen an der Schelde nicht angelegt, um das Tidal Pumping bzw. das Sedimenttransportgeschehen zu beeinflussen. Allerdings werden diese Fragen in das aktuelle Projektmonitoring einbezogen. Der grundsätzliche Ansatz an der Schelde, dem Ästuar mehr Raum zu geben und damit Ziele unterschiedlicher Interessenbereiche zu kombinieren ist auf deutsche Ästuare sehr gut übertragbar. Ein Besuch der bereits umgesetzten Projekte war hilfreich, um einen Überblick über die Gestaltungsmöglichkeiten und die Entwicklung von Tidepoldern sowie ihre Bedeutung für die Regionalentwicklung zu bekommen. Es wurden drei verschiedene Projektgebiete mit Tidepoldern besucht, die sich hinsichtlich Größe, Lage im Naturraum und Baureife unterscheiden: Kruibeke Bazel Rupelmonde Lippenbroek Bergenmeersen Diese Projekte sind eingebettet in den Rahmenplan für das Scheldeästuar, der Ziele der Schifffahrt und des Natur- und Hochwasserschutzes miteinander verknüpft. Eine tragende Rolle kommt hierbei dem Sigmaplan als Teil des Rahmenplans zu, der insbesondere Hochwasser- und Naturschutz miteinander verknüpft. Eine Dokumentation der Exkursion an die Schelde befindet sich in Band 3 Anlage 11. 5

255 4. Vernetzung des Projektes mit den laufenden Prozessen und Gremien 4.1 Lenkungsgruppe Ems und Unterarbeitsgruppen Mitglieder des Projektes Perspektive Lebendige Unterems waren in allen relevanten Gremien vertreten und an Prozessen der Lösungssuche für die Unterems beteiligt. Abbildung 1: Verknüpfung des Projektes mit aktuellen Gremien, laufenden Prozessen und Projekten Lenkungsgruppe Ems Unter der Leitung der Niedersächsischen Staatskanzlei wurde Ende 2008 die Lenkungsgruppe Ems gegründet. Ihre Aufgabe war es, die Machbarkeit und Wirksamkeit eines Emskanals zur Lösung der Schlick- und Sauerstoffprobleme an der Unterems zu prüfen. Im Februar 2011 wurde dieser Auftrag um die Prüfung aller in der Diskussion befindlichen Vorschläge zur Lösung des Schlick- und Sauerstoffproblems ausgeweitet. Mitglieder der Lenkungsgruppe Ems sind das Niedersächsische Umwelt- und Wirtschaftsministerium, das Niedersächsische Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz und Landesentwicklung, die Landkreise Leer und Emsland, die Umweltverbände BUND, NABU und WWF Deutschland, die Bundeswasserstraßenverwaltung und die Meyer Werft. Zunächst wurden die technische Machbarkeit eines Emskanals geprüft und die Kosten abgeschätzt. Im Februar 2011 hat die Lenkungsgruppe Ems dann beschlossen, ein hydromorphologisches Gutachten zur Untersuchung von in der Diskussion befindlichen Lösungsvorschläge in Auftrag zu geben. Mit dem Gutachten soll eine vergleichende Abschätzung der Wirkungen dieser Lösungsvorschläge auf die Gewässergüte verbunden werden. Aufgrund der im Projekt gewonnenen Untersuchungsergebnisse zum ursprünglichen Szenario A Sohlverflachung, (Verlagerung der Berufsschifffahrt auf einen Kanal) hat die Lenkungsgruppe beschlossen, diesen Lösungsansatz nicht weiter zu verfolgen. Die im Projekt entwickelten Szenarien B Ästuarverlängerung und C Tidepolder wurden von der Lenkungsgruppe Ems aufgenommen und in der Alternativenprüfung in optimierter Form weiter verfolgt. 6