Forschungsbericht 01/2013

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1 Forschungsbericht 01/2013 Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz -Forschungsstelle Küste- Heiko Westphal, Cordula Berkenbrink & Andreas Wurpts Bestimmung der mittleren Tidehochwasserlinie für Niedersachsen und Bremen

2 Herausgeber: Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) Geschäftsbereich Gewässerbewirtschaftung und Flussgebietsmanagement -Forschungsstelle Küste Titelblatt: links: Lage und Art der MThw-Linie an niedersächsischer und bremischer Küste. Rechts: Anteile der MThw-Linie in verschiedenen Bereichen von Bremen und Niedersachsen (rechts) sowie nur in Niedersachsen (links). NLWKN - Forschungsstelle Küste An der Mühle 5, Norderney Tel.: Fax: postfach@nlwkn-ny.niedersachsen.de

3 NIEDERSÄCHSISCHER LANDESBETRIEB FÜR WASSERWIRTSCHAFT, KÜSTEN- UND NATURSCHUTZ Betriebsstelle Norden-Norderney -Forschungsstelle Küste- Heiko Westphal, Cordula Berkenbrink & Andreas Wurpts Bestimmung der mittleren Tidehochwasserlinie für Niedersachsen und Bremen Norderney, im April 2013 Dezernent Forschungsstelle Küste Aufgabenbereichsleiterin Küsteningenieurwesen Dr.- Ing. Andreas Wurpts Dipl.- Ing. Cordula Berkenbrink

4 Westphal, H., Berkenbrink, C., Wurpts, A. (2013): Bestimmung der mittleren Tidehochwasserlinie für Niedersachsen und Bremen NLWKN-Forschungsstelle Küste Forschungsbericht 1/2013 unveröffentlicht 1-16 Norderney Bestimmung der mittleren Tidehochwasserlinie für Niedersachsen und Bremen Heiko Westphal, Cordula Berkenbrink & Andreas Wurpts Inhaltsverzeichnis 1. Veranlassung Das Untersuchungsgebiet Methodik Grundlagendaten Interpolation der MThw-Werte Erstellung der fünfjährigen mittleren Tidehochwasserlinie Ergebnisse... 5 Anlage... 6 Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 1

5 1. Veranlassung Innerhalb des NIEDERSÄCHSISCHEN LANDEBETRIEBS FÜR WASSERWIRTSCHAFT, KÜSTEN- UND NATURSCHUTZ wurde die FORSCHUNGSSTELLE KÜSTE von der Projektgruppe EG- Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie im Geschäftsbereich 3 der Betriebsstelle Verden beauftragt die Lage der mittleren Tidehochwasserlinie im Bereich der Festlandsküste, der Inseln sowie der Flüsse Ems, Weser und Elbe zu bestimmen. Die Untersuchung erfolgt nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft mit aktuellsten verfügbaren Daten. 2. Das Untersuchungsgebiet Für die Untersuchung wurde die gesamte niedersächsische Küste, einschließlich der Inseln betrachtet. Die Flüsse Ems, Weser und Elbe wurden bis zum Ende des Tideeinflusses unter mittleren hydrologischen Bedingungen einbezogen, d.h. die Ems bis zum Wehr Herbrum, die Weser bis zum Weserwehr Bremen-Hemelingen und die Elbe bis zum Wehr bei Geesthacht (Abb. 1). Die Bremer Landesfläche wurde entsprechend berücksichtigt, die Landesfläche Hamburgs hingegen nicht. Eine detaillierte Darstellung der MThw-Linie kann den großmaßstäblichen Karten im Anhang entnommen werden. Abb. 1: Übersichtskarte mit Lage und Differenzierung der mittleren Tidehochwasserlinie. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 2

6 3. Methodik 3.1. Grundlagendaten Zur Ermittlung der mittleren Tidehochwasserlinie wurden Pegelmesswerte zur Bestimmung der Wasserfläche und digitale Geländemodelle, mit denen die Wasserfläche verschnitten wurde, verwendet. Für eine flächenhafte Berechnung des MThw an der Küste, den Inseln und den Ästuaren wurden von 17 Pegeln die fünfjährigen mittleren Tidehochwasserwerte für das Abflussjahr 2011, also bezogen auf die Jahre , verwendet. Die Pegel decken das gesamte Untersuchungsgebiet insofern ab, dass eine hinreichende Basis für eine flächenhafte Interpretation der Werte möglich ist. Die Position der Pegel, ihre MThw-Werte sowie die flächenhafte Interpolation zeigt Abbildung 2. Abb. 2: Position und Name der verwendeten Pegel sowie Angabe des lokalen MThw s. Dahinter ist die flächenhafte Interpolation der MThw-Werte abgebildet. Für die Bereiche der Küste, Inseln und Flüsse werden digitale Geländemodelle (DGM) verwendet. Die DGM beruhen, nach heute üblichem Standard, auf ALS-Daten (Airborne Laser Scanning) für terrestrische bzw. trockenfallende Flächen und auf Peildaten für wasserbedeckte Flächen. Die ALS-Daten haben eine sehr hohe horizontale und vertikale Genauigkeit (Fehlerbereich von wenigen Zentimetern bei guten Bedingungen) und größtenteils mehrere Messpunkte pro Quadratmeter. Die Peildaten wurden mit Fächerecholotsystemen in Flächen- und Queraufnahmen erfasst und liegen ebenfalls hochaufgelöst vor. Im Zuge der Verarbeitung dieser Eingangsdaten zu DGM werden Fehler eliminiert, so dass z. B. kleinräumige Strukturen oder Abbruchkanten korrekt dar- Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 3

7 gestellt werden. Lücken, also Bereiche ohne oder mit nur wenigen Messwerten, werden zugleich mittels Interpolationsverfahren geschlossen. Die horizontale Auflösung des hier verwendeten Endprodukts, des DGM, beträgt 1x1 m. Tab. 1: Erhebungszeitpunkte der verwendeten digitalen Geländemodelle. DGM-Gebiet Zeitpunkt DGM-Gebiet Zeitpunkt Rheider Deichacht 2010 Deichverband Land Wursten 2006 Deichverband Heede- Aschendorf-Papenburg 2010 Cuxhavener Deichverband 2010 Overledinger Deichacht 2010 Hadelner Deich- und Uferbauverband 2010 Moormerländer Deichacht 2010 Ostedeichverband 2010 Deichacht Krummhörn 2010 Deichverband Kehdingen-Oste 2010 Deichacht Norden 2010 Deichverband der I. Meile des Altenlandes Deichacht Esens-Harlingerland 2010 Deichverband der II. Meile des Altenlandes III. Oldenburger Deichband, Harlesiel - südlich Hornumersiel III. Oldenburger Diechband, südlich Hornumersiel - Dangast II. Oldenburger Deichband, Dangast - Mürrwarden II. Oldenburger Deichband, Mürrwarden - Fedderwardersiel II. Oldenburger Deichband, Fedderwardersiel - Blexen II. Oldenburger Diechband, Blexen - Huntesperrwerk Harburger Deichverband Deich- und Wasserverband Vogtei Neuland Artlenburger Deichverband Insel Borkum Insel Juist Insel Memmert 2010 I. Oldenburger Deichband 1998 Insel Norderney 2010 Bremischer Deichverband am linken Weserufer Bremischer Deichverband am rechten Weserufer Deichverband Osterstader Marsch Bremenports GmbH & Co KG (Bremerhaven) 1998 Insel Baltrum Insel Langeoog Insel Spiekeroog Insel Wangerooge 2011 Die Geländemodelle liegen nach Deichverbänden getrennt vor. Wenn für einen Deichverband Geländeaufnahmen unterschiedlichen Datums vorlagen wurde die Verbandsfläche unterteilt, so dass die jeweils aktuellsten Daten genutzt wurden. Die Geländemodelle wurden überwiegend im Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 4

8 Jahr 2010 erhoben (Tab. 1). Für das Gebiet der Weser von Bremen bis einschließlich Bremerhaven mussten vergleichsweise alte Daten von 1998 verwendet werden, da keine neueren Daten flächendeckend und in ausreichender Qualität zur Verfügung standen. Hochaufgelöste DGM (1x1 m horizontale Rasterweite) sind hier erst für das Jahr 2014 zu erwarten. Für die Weser liegen ALS-Punktdaten von 1998 vor. Auf Grund der technischen Gegebenheiten zum Aufnahmezeitpunkt ist ihre horizontale Punktdichte stark schwankend, der Abstand beträgt zumeist 2-10 Meter, selten weniger, zum Teil sogar mehr. Da für die Weser noch kein fertiges DGM vorhanden war, wurden die ALS-Daten zunächst trianguliert und dann in ein DGM mit einer gleichmäßigen horizontalen Auflösung von 5x5 m konvertiert. Diese Rasterweite ist durch die Eingangsdatendichte bedingt, stellt aber Strukturelemente (Buhnen, Priele etc.) noch ausreichend genau dar. Somit ergeben sich für den Bereich der Weser zwei wesentliche Unterscheidungsmerkmale im Vergleich zum restlichen Gebiet bestehend aus den etwa 5-fach ungenaueren DGM und der Abbildung eines 15 Jahre alten Zustands Interpolation der MThw-Werte Für eine Interpolation der MThw-Pegelwerte in die Fläche wurde das niedersächsische Küstenmodell (NKM) innerhalb der Modellierungssoftware Delft 3D verwendet. Das NKM erstreckt sich entlang der gesamten niedersächsischen Küste, inklusive der Tidebereiche der Flüsse Ems, Weser und Elbe. Seine nördliche Grenze liegt auf Höhe Helgolands, die westliche auf der Höhe Amelands (NL). Mittels Triangulation auf dem NKM-Modellgitter entstand aus den Pegelwerten (Punktdaten) ein flächenhaftes MThw-Höhenmodell (Abb. 2). Dieses wurde in das Geoinformationssystem ArcGIS überführt und dort zu einem Rasterdatensatz mit 5x5 m horizontaler Auflösung konvertiert. Dieser Rasterdatensatz geht in die weitere Berechnung ein Erstellung der fünfjährigen mittleren Tidehochwasserlinie Für die Erstellung der fünfjährigen mittleren Tidehochwasserlinie wurden im GIS zunächst sogenannte Differenzen-Rasterdatensätze berechnet. Durch Subtraktion des DGM vom MThw- Datensatz entstehen neue Rasterdatensätze, welche die Lage der MThw-Linie zeigen. Der Bereich der MThw-Linie wurde mit den Differenzen-Rasterdatensätzen dargestellt und anschließend die MThw-Linie selbst auf dieser Basis manuell digitalisiert. Hierbei wurden lediglich Bauwerke wie Häfen oder Außentiefs von Sielen berücksichtigt. Aus Gründen der Generalisierung fanden Priele keine Berücksichtigung. Die Digitalisierungen wurden im Maßstab 1:3.000 durchgeführt. 4. Ergebnisse Die Linie des mittleren Tidehochwassers für Niedersachsen und Bremen hat eine Gesamtlänge von 1066,7 km. Die Linie wird in vier verschiedene Bereiche unterteilt und analysiert: Festlandsküste, Fluss, Flussinsel und Insel. Die Abgrenzungen der Flüsse von der Nordsee erfolgt durch die Definition im Bundeswasserstraßengesetz (WaStrG). Hiernach enden die MThw-Linien der Ems bei Pilsum, die der Weser bei Langwarden sowie dem Arenschen Bach bei Berensch, und die der Elbe auf Höhe der Kugelbake bei Cuxhaven. Auf Grund dieser Einteilung entfallen rund 50 % der Länge der MThw-Linie auf Flüsse. Die Festlandsküste und die Inseln nehmen einen nahezu gleich großen Anteil von ca. 22 % ein. Der Anteil der Flussinseln ist mit etwa 6 % erwartungsgemäß am geringsten (Abb. 3). Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 5

9 232.4 km km 61.2 km km Festlandsküste Fluss Flussinsel Insel Abb.3: Arten und Verteilung der MThw-Linie in Niedersachsen und Bremen. Betrachtet man ausschließlich niedersächsisches Gebiet so ergibt sich eine um ca. 4 % geringere Gesamtlänge der MThw-Linie von nunmehr 1019,6 km. Die Länge der MThw-Linie an der Festlandsküste, den Inseln sowie den Flussinseln bleibt gleich, lediglich deren prozentualer Anteil an der Gesamtlänge nimmt konsequenterweise leicht zu. Auf die Flüsse entfällt weiterhin der zwar leicht gesunkene, aber dennoch größte Anteil der MThw-Linie mit etwa 48 % (Abb. 4) km km 61.2 km km Festlandsküste Fluss Flussinsel Insel Abb.4: Arten und Verteilung der MThw-Linie in Niedersachsen. Anlage Nachfolgend finden sich großmaßstäbliche Karten, welche die Lage und Art der mittleren Tidehochwasserlinie detailliert zeigen. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 6

10 Anlage Abb. A-1: Darstellung der mittleren Tidehochwasserlinie von Herbrum bis Pilsum. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 7

11 Anlage Abb. A-2: Darstellung der mittleren Tidehochwasserlinie von Emden bis Norddeich. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 8

12 Anlage Abb. A-3: Darstellung der mittleren Tidehochwasserlinie von Norddeich bis Neuharlingersiel. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 9

13 Anlage Abb. A-4: Darstellung der mittleren Tidehochwasserlinie von Neuharlingersiel bis Varel. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 10

14 Anlage Abb. A-5: Darstellung der mittleren Tidehochwasserlinie von Varel über Bremen bis Bremerhaven. Forschungsbericht Forschungsstelle Küste 01/13 11