Aktuelle Situation an der Ems und mögliche Lösungsansätze: Masterplan Ems 2050

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1 Aktuelle Situation an der Ems und mögliche Lösungsansätze: Marie Naulin (BAW), Karin Ritter (WSA Emden), Jens Jürges (BAW) WSA Emden BAW WSA Emden (Nicklau) BAWKolloquium Hamburg, 18. Juni 2015

2 Inhalt KNOCK Einleitung Aktuelle Situation an der Ems Hintergrund & Motivation: EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK LEDA TIDE- POLDER Vorstudien: Wasserbauliche Maßnahmen als Lösungsansätze Sohlschwelle Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle Tidepolder Zusammenfassung und Ausblick PAPEN- BURG IST- ZUSTAND HERBRUM Seite 2

3 Aktuelle Herausforderungen Aktuelle Situation an der Ems KNOCK Problem: Schwebstoffkonzentration Faktor 100 im Vergleich zu Weser oder Elbe und Ausbildung von Fluidmud EMDEN SPERR- WERK LEDA Videoquelle: Gerhard Conens, Bürgermeister der Gemeinde Rhede (Ems) RHEDE PAPEN- BURG HERBRUM BAW WSA Emden Seite 3

4 Aktuelle Herausforderungen Ökonomische und Ökologische Folgen Ökonomie Hohe Baggerkosten ~ 41,0 Mio. Euro/Jahr Außenems: ~16,1 Mio. Euro/Jahr Unterems: ~24,9 Mio. Euro/Jahr Ökologie Schlechte Gewässerqualität kein / kaum Sauerstoff Unterems: Gewässergüteklasse III (stark verschmutzt) WSA Emden Bagger auf der Unterems WSA Emden (Nicklau) Tidegrenze Wehr Herbrum Seite 4

5 Der Vertrag : Unterzeichnung im Frühjahr 2015 Ziel: Langfristige Verbesserung des ökologischen Zustands Ökonomie (z.b. Schifffahrt, Meyer Werft) Ökologie Verbesserung der Gewässergüte Seite 5

6 Pressespiegel Seite 6

7 Inhalt und Ziele Verbesserung avifaunistischer Lebensräume Aufwertung ästuartypischer Lebensräume und Arten Verbesserung der Durchgängigkeit für aquatische Fauna Quelle: NLWKN Machbarkeitsuntersuchung für drei grundsätzliche Lösungsvorschläge zur Verbesserung der Gewässergüte und Reduzierung der Verschlickung: - Tidesteuerung mit dem Emssperrwerk ( NLWKN) - Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle ( WSV) - Tidespeicherbecken ( NLWKN) Seite 7

8 Wasserbauliche Maßnahmen Voruntersuchungen an der BAW Rollenhagen, Kolloquium (2009, 2011) Jürges, Kolloquium (2013) Heute Überblick Ergebnisse Vorstudien und Ausblick weitere Arbeiten Tidepolder Sohlschwelle Ästuarverlängerung Tidesteuerung Sohlschwelle Masterplan Ems 2050 Seite 8

9 Wasserbauliche Maßnahmen Mögliche Lösungen für die Ems? Feste Sohlschwelle Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle mit dem Emssperrwerk Tidepolder (Tidespeicherbecken) Ästuarverlängerung* * kein Bestandteil des Masterplans Ems 2050 Prinzipskizze Seite 9

10 Voruntersuchungen Methode Numerisches Modell des Ems-Dollart-Ästuars Mathematische Methoden UNTRIM, UNTRIM2 SEDIMORPH (Weitere Informationen: BAWiki * ) Gitter 3D unstrukturiert orthogonal (* Seite 10

11 Voruntersuchungen Die Varianten im Überblick KNOCK EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG mit flexibler Sohlschwelle Prinzipskizze am Sperrwerk Mögliche Steuerung: Sohlschwelle aus > 0,0 m NHN Sohlschwelle an < 0,0 m NHN Seite 11

12 Voruntersuchungen Die Varianten im Überblick KNOCK TIDEPOLDER als Systemstudie am Beispiel von zwei Poldern Tidepolder: Driever Ferstenborgum Ems-km 11,3 9,6 Fläche 58 ha 43 ha Volumen 2,0 Mio. m³ 1,5 Mio. m³ EMDEN SPERR- WERK TIDE- POLDER LEDA PAPEN- BURG HERBRUM Seite 12

13 Wasserstand mnhn WASSERSTAND [m NHN] Wasserstand mnhn Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Wasserstand Alle Varianten heben das Tideniedrigwasser an Tidepolder und Sohlschwelle lassen das Tidehochwasser verspätet eintreten v260_v261_v265_v SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG TIDE- POLDER KM 05 IST- ZUSTAND :00: :00: :00: :00: :00: :00: :00:00 TIDESTEUERUNG Sohlschwelle :00:00 an aus : Seite 13

14 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Tideniedrigwasser KNOCK EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK m NHN 0 p.tnw mnhn PHYNAME: Tnw LAYER: 2D ZEITRAUM: sn_mit HERKUNFT: Fahrrinnenmitte ABSCHNITT: Gesamt KN EM SP LE PA HE LEDA TIDE- POLDER PAPEN- BURG IST- ZUSTAND HERBRUM -2.5 Richtung Nordsee E E5 Richtung Wehr Meter Knock Emden Sperrwerk Terborg Weener Papenburg Herbrum Seite 14

15 schwindigkeit m/s Stroemungsgeschwindigkeit m/s Strömungsgeschwindigkeit [m/s] Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Strömungsgeschwindigkeit SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG Alle Varianten reduzieren die Flutstromgeschwindigkeit Sohlschwelle und Tidepolder verlängern die Flutstromdauer Alle Varianten reduzieren die Ebbstromgeschwindigkeit v260_v261_v265_v Flut Ebbe Flut Ebbe TIDE- POLDER KM IST- ZUSTAND :00: :00: :00: :00: :00: :00: :00:00 TIDESTEUERUNG Sohlschwelle :00:00 an aus :0 0.3 Seite 15

16 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Max. Flut- zu Ebbströmung Alle Varianten reduzieren das Verhältnis (Ausnahme: Anschlussbereich Tidepolder) PHYNAME: Vfex ZEITRAUM: sn_mit ABSCHNITT: Gesamt p.vfex Bis hin zur Ebbestrom-Dominanz bei Sohlschwelle / Tidesteuerung 2. - LAYER: 2D HERKUNFT: Fahrrinnenmitte KNOCK KN EM SP LE PA EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK LEDA TIDE- POLDER 1.5 Verhältniswerte > 1: Flut > Ebbe Verhältniswerte < 1: Ebbe > Flut PAPEN- BURG IST- ZUSTAND HERBRUM 0 Richtung Nordsee E E5 Richtung Wehr Meter Knock Emden Sperrwerk Terborg Weener Papenburg Herbrum Seite 16

17 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Max. Salzgehalt Tidepolder erhöhen den max. Salzgehalt Sohlschwelle und Tidesteuerung reduzieren den max. Salzgehalt ABSCHNITT: Gesamt p.sx PSU ** PHYNAME: Sx LAYER: 2D ZEITRAUM: sn_mit HERKUNFT: Fahrrinnenmitte KNOCK KN EM SP LE PA HE EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK LEDA TIDE- POLDER PAPEN- BURG IST- ZUSTAND HERBRUM 5. 0 Richtung Nordsee E E5 Richtung Wehr Meter Knock Emden Sperrwerk Terborg Weener Papenburg Herbrum Seite 17

18 Positiver Netto-Transport: Ebbe > Flut PHYNAME: Crst_VAR2 i.crst Negativer Netto-Transport: LAYER: 2D Flut > Ebbe t Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Netto-Schwebstofftransport Differenz Ebbe-Transport minus Flut-Transport E+3 kg ZEITRAUM: sn_mit HERKUNFT: Querprofil-Integration KNOCK ABSCHNITT: Gesamt KN EM SP LE PA HE EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK LEDA TIDE- POLDER PAPEN- BURG IST- ZUSTAND HERBRUM Richtung Nordsee E E5 Richtung Wehr Meter Knock Emden Sperrwerk Terborg Weener Papenburg Herbrum Seite 18

19 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Varianten Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle t PHYNAME: Crst_VAR2 ZEITRAUM: sn_mit Hohes i.crst Optimierungspotential der Steuerung E+3 kg LAYER: 2D HERKUNFT: Querprofil-Integration KNOCK Dirks (2015): Prinzipstudie zur Steuerung des Flut-/Ebbstroms ABSCHNITT: Gesamt KN EM SP LE PA HE Netto-Schwebstofftransport EMDEN TIDESTEUERUNG SPERR- WERK LEDA Richtung Nordsee Dirks (2015) E E5 Richtung Wehr Nebenwirkungen u.a. Kolk Schwall- und Sunkwellen Meter Knock Emden Sperrwerk Terborg Weener Papenburg Herbrum Seite 19

20 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Varianten Tidepolder Weitere Beispiele als Systemstudie 2 ZEITRAUM: sn_mt HERKUNFT: Querprofil-Integration i.crst t Richtung Nordsee ABSCHNITT: bork-herb KNOCK KN EM SP LE PA Netto-Schwebstofftransport 1 E+3 kg PHYNAME: Crst_VAR2 LAYER: 2D ZEITRAUM: sn_mit HERKUNFT: Querprofil-Integration ABSCHNITT: Gesamt E E5 Richtung Wehr EMDEN SPERR- WERK LEDA DRIEVER (58 ha) + FERSTENBORGUM (43 ha) COLDEMÜNTJE (30 ha) + HOLTHUSEN (12 ha) VELLAGE (22 ha) Nebenwirkungen ALLE TIDEPOLDER u.a. Erhöhung IST- ZUSTAND Salzgehalt HERBRUM Verschlickung der Polder und Reduzierung Wirksamkeit Meter Knock Emden Sperrwerk Terborg Weener Papenburg Herbrum Seite 20

21 Zusammenfassung Variantenvergleich der Voruntersuchungen Varianten im Vergleich aus wasserbaulicher Sicht Variante Sohlschwelle Tidesteuerung / Flexible Sohlschwelle Vorteil Nachteil bzw. Nebenwirkung u.a. Hohes Potential Reduzierung Verschlickung Unterems Schleusenbau Ökologische Durchgängigkeit Morphologie Verringerung Salzgehalt Siehe Sohlschwelle Reversibilität, z.b. Nutzung des Spüleffekts bei hohem Oberwasser Eingeschränkte Schifffahrt oder Schleusenbau Kolk/Morphologie Schwall- und Sunkwellen Tidepolder Renaturierung Hohes ökologisches Potential Verschlickung der Polder und Reduzierung der Wirkung Erhöhung Salzgehalt Hoher Flächenbedarf Ästuarverlängerung Zukünftige (>2050?) natürliche Anpassungsoption an MSL Aktueller MSL: Vertiefung der Fahrrinne in den Stauhaltungen Schwebstoffeintrag in die Stauhaltungen Seite 21

22 Zusammenfassung Variantenvergleich der Voruntersuchungen Zwischenfazit Effektivität der untersuchten Maßnahmen Alle Varianten haben lokal positive Effekte, die Verschlickung der Unterems zu reduzieren. Alle Varianten haben Nebenwirkungen. Es gibt keine Maßnahme, die alle Probleme der Ems heilt. Auch extreme Maßnahmen haben kaum Einfluss auf den Netto-Sedimentimport aus der Nordsee in die Außenems. Weitere Untersuchungen erforderlich, u.a. Optimierung Tidesteuerung der flexiblen Sohlschwelle Naturversuch Analyse der Nebenwirkungen Weiterentwicklung der Methoden Seite 22

23 Ausblick Forschung Wechselwirkung Fluid Mud und Tidedynamik KFKI-Projekt MudEstuary (Juni 2015 Mai 2018) gefördert vom BMBF in Kooperation mit der Universität der Bundeswehr München Seite 23

24 Zusammenfassung und Diskussion KNOCK EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERR- WERK Zusammenfassung und Ausblick Unterzeichnung ist ein Erfolg Umfangreiche Vorstudien zu möglichen Lösungsansätzen mit kritischer Diskussion der Risiken und Nebenwirkungen Fortsetzung der Untersuchungen BAW: Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle in Kombination mit einem Naturversuch Weiterentwicklung der Methoden: KFKI-Projekt MudEstuary Fragen und Diskussion Sind alle Probleme an der Ems mit dem Masterplan gelöst? Wie gestalten wir den Dialog? Was können wir von anderen Ästuaren lernen? LEDA TIDE- POLDER PAPEN- BURG IST- ZUSTAND HERBRUM Seite 24