BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU - weseranpassung.de · Bundesanstalt für Wasserbau Anpassungen Unter- und Außenweser – Hydrodynamik und Salztransport BAW-Nr.: 5.02.10048.00-1 –

BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAUKarlsruhe . Hamburg . Ilmenau

Fahrrinnenanpassung der Unterweser

Fahrrinnenanpassung der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie

Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle

Summationswirkung der Anpassungen von Unter- und Außenweser

Gutachten

zur ausbaubedingten Änderung von Hydrodynamik und Salztransport

Fahrrinnenanpassung der Unterweser

Fahrrinnenanpassung der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie

Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle

Summationswirkung der Anpassungen von Unter- und Außenweser

Gutachten

zur ausbaubedingten Änderung von Hydrodynamik und Salztransport

Auftraggeber: Wasser- und Schifffahrtsamt Bremerhaven Wasser- und Schifffahrtsamt Bremen bremenports GmbH & Co. KG

Auftrag vom: 03.05.2004 Auftrags-Nr.: BAW-Nr. 5.02.10048.00 – 1 Aufgestellt von: Abteilung: Wasserbau im Küstenbereich Referat: Ästuarsysteme I (K2) Bearbeiter: Dr.-Ing. R. Schubert Dr.-Ing. U. Vierfuß Dipl.-Ing. (FH) U. Schiller Dipl.-Ing. (FH) H. Brand Hamburg, 24. 03. 2006 Das Gutachten darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eine Veröf-fentlichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der BAW.

Bundesanstalt für Wasserbau · Wedeler Landstr. 157 · 22559 Hamburg · (0 40) 8 19 08 - 0

Bundesanstalt für Wasserbau Anpassungen Unter- und Außenweser – Hydrodynamik und Salztransport BAW-Nr.: 5.02.10048.00-1 – März 2006

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Zusammenfassung Die Wasser- und Schifffahrtsämter Bremen und Bremerhaven, vertreten durch die Projekt-gruppe Weseranpassung (PG WAP), planen die Fahrrinnenanpassungen der Unterweser und der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie die Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle vor Bremerhaven. Für das Planfeststellungsverfahren war im Auftrag der Projektgruppe Weseranpassung und bremenports (Schreiben vom 03.05.2004, Geschäftszeichen 2/231.2/WAP 07/1) von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) eine wasserbauliche Systemanalyse mit dem Ziel einer detaillierten Ermittlung aus-baubedingter Änderungen der abiotischen Systemparameter zu erstellen. Aufgrund getrenn-ter Planfeststellungsverfahren waren die Wirkungen der Unterweservertiefung und die Wir-kung der Außenweseranpassung mit Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle getrennt zu ermitteln und darüber hinaus auch die Summationswirkung (Überlagerung) aller geplanten Anpassungsmaßnahmen in Unter- und Außenweser zu untersuchen. In diesem Gutachten werden die Ergebnisse der umfangreichen Untersuchungen zu den ausbaubedingten Änderungen auf die Tidedynamik und den Salztransport vorgelegt. Durch die gewählte Methodik der Modellierung und der Bewertung wurde sichergestellt, dass die angegebenen Prognosewerte deutlich auf der sicheren Seite liegen. Es wurden für Normaltiden unterschiedliche Analysezeiträume herangezogen und weitere hydrologische Szenarien untersucht, um die Bandbreite der Änderungen sowohl in den Ti-dewasserständen und den Tideströmungen als auch in den Salzgehaltsänderungen zu er-fassen. Die Szenarien „Kantenflut“ und „beschleunigter Meeresspiegelanstieg“ wurden mit aufgenommen, um darzulegen, dass bei einer höheren Füllung der Unterweser keine ge-genüber den Normaltiden erhöhten ausbaubedingten Änderungen auftreten. Alle Untersuchungen wurden mit Hilfe eines hochaufgelösten 3D-HN-Modells (Weser, Hunte) bzw. detaillierter 1D-Modelle (Lesum/Wümme und Ochtum mit Nebengewässern) durchge-führt. Außenweservariante Infolge der geplanten Anpassung der Außenweser ergeben sich in der Außen- und Unter-weser nur geringe Änderungen der Tidewasserstände. In der Prognose ergibt sich eine Erhöhung des Tidehochwassers um bis zu +1 cm, eine Absenkung des Tideniedrigwassers um bis -1 cm und damit ein Anstieg des Tidehubs um bis zu +2 cm. In den Nebenflüssen der Unterweser werden die Änderungen der Tidewasserstände gedämpft. Die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterweser sind gering, die mittle-ren Strömungsgeschwindigkeiten erhöhen sich bis zu +2 cm/s. Die ausbaubedingten Ände-rungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in der Außenweser schwanken je nach Örtlichkeit zwischen ±6 cm/s. Im Bereich der vertieften hafenbezogenen Wendestelle wird eine Abnahme um bis zu -9 cm/s erwartet. Die ausbaubedingte Erhöhung des Salzgehalts in der Unterweser erreicht Werte von 0,5 bis 1 PSU. Es wird von einer Stromaufverschiebung des Brackwasserzone von bis zu 0,5 km ausgegangen.


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Unterweservariante Infolge der geplanten Anpassung der Unterweser steigt das Tidehochwasser um bis zu +2 cm an, fällt das Tideniedrigwasser um bis zu -5 cm ab und der Tidehub erhöht sich um bis zu +7 cm. Die Wasserstandsänderungen klingen in der Außenweser relativ schnell ab. Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterweser ergeben sich aus dem erhöhten Tidevolumen und den lokalen Änderungen der Fließquerschnitte. Die mittleren Geschwindigkeiten erhöhen sich um bis zu +5 cm/s, in Vertiefungsabschnitten sind lokal auch Abnahmen von bis zu -5 cm/s zu erwarten. In der Außenweser ergeben sich nur ge-ringfügige Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten infolge des erhöhten Tidevolumens der Unterweser. Die Salzintrusion verstärkt sich ausbaubedingt in der Unterweservariante. Der Salzgehalt erhöht sich in der Unterweser um 0,5 bis 1 PSU; die Brackwasserzone wird bis zu 1 km weiter stromauf vordringen. In den Nebenflüssen ergeben sich geringere Ausbauwirkungen als in der Unterweser. Bei-spielsweise hebt das Ochtumsperrwerk die Tnw-Absenkung an der Ochtummündung nahezu vollständig auf. Von der Zunahme des Tidehubs an der Lesummündung verbleibt an der Hammemündung weniger als die Hälfte. So ergeben sich in den Nebenflüssen auch nur geringe Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten. Überlagerungsvariante (Summationswirkung) Die Ausbauwirkung der Überlagerungsvariante ergibt sich aus der Summe der Einzelwirkun-gen der Anpassung von Unter- und Außenweser. Signifikante nichtlineare Effekte, die zu einer größeren Gesamtwirkung als die Summe der Einzelwirkungen führen könnten, treten nicht auf. In der Unterweser steigt das Tidehochwasser bis zu +3 cm an, fällt das Tideniedrigwasser bis zu -6 cm ab und erhöht sich infolgedessen der Tidehub um bis zu +9 cm. Die prognostizierten ausbaubedingten Änderungen der mittleren Strömungsgeschwindigkei-ten in Außen- und Unterweser schwanken je nach Örtlichkeit zwischen +5 und -4 cm/s. Im Bereich der vertieften hafenbezogenen Wendestelle wird eine Abnahme um bis zu -8 cm/s erwartet. Der Salzgehalt erhöht sich in der Unterweser um 0,5 bis 1 PSU; die Brackwasserzone wird bis zu 1 km weiter stromauf vordringen. In den Nebenflüssen ergeben sich geringere Ausbauwirkungen als in der Unterweser. Bei-spielsweise hebt das Ochtumsperrwerk die Tnw-Absenkung an der Ochtummündung nahezu vollständig auf. Von der Zunahme des Tidehubs an der Lesummündung verbleibt an der Hammemündung weniger als die Hälfte. So ergeben sich in den Nebenflüssen auch nur geringe Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten.


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Inhaltsverzeichnis Seite

1 Veranlassung und Aufgabenstellung 1

2 Verwendete Unterlagen und Daten 2

3 Bearbeitungskonzept 4 3.1 Mathematische Simulationsverfahren 4 3.2 Analyse und Bewertung 5

4 Untersuchungsgebiet und Untersuchungsvarianten 7 4.1 Modellgebiet 7 4.2 Vergleichszustand (planerischer Ist-Zustand) 7 4.3 Ausbauzustände 10 4.3.1 Allgemeines 10 4.3.2 Ausbauvariante Außenweser (Kürzel aw80) 12 4.3.3 Ausbauvariante Unterweser (Kürzel uw80) 12 4.3.4 Überlagerungsvariante (Kürzel uwaw80) 13

5 Untersuchungsszenarien 14 5.1 Normaltiden (Spring-Nipp-Zyklus) 14 5.2 Kantenflut 15 5.3 Beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels 15 5.4 Nebenflüsse 16

6 Analyse der Berechnungsergebnisse 17 6.1 Hinweise zu den Ergebnisdarstellungen 17 6.2 Weser bei Normaltiden 18 6.2.1 Tidewasserstände 18 6.2.1.1 Systemverhalten des Tidewasserstandes im Vergleichszustand 18 6.2.1.2 Wirkungsmechanismen der Wasserstandsänderungen 21 6.2.1.3 Tidehub 24 6.2.1.4 Tidehochwasser 25 6.2.1.5 Tideniedrigwasser 27 6.2.1.6 Tidemittelwasser 29 6.2.1.7 Überflutungsdauer 34 6.2.1.8 Eintrittszeiten der Tidewasserstandscheitel 35 6.2.2 Tideströmungen 36 6.2.2.1 Systemverhalten der Strömungen im Vergleichszustand 36 6.2.2.2 Wirkungsmechanismen der Strömungsänderungen 38 6.2.2.3 Mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit 42 6.2.2.4 Maximale Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten 45


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6.2.2.5 Stauwasserdauer bei Kenterung Flut und Ebbe 52 6.2.2.6 Mittlere Flut- und Ebbestromdauer 53 6.2.2.7 Kenterpunktabstände 54 6.2.2.8 Mittleres Flut- und Ebbestromvolumen 54 6.2.2.9 Systemverhalten zur Salzintrusion für den Vergleichszustand 55 6.2.2.10 Wirkungsmechanismen der durch Ausbauten veränderten Salzintrusion 57 6.2.2.11 Salzgehalte und Salzgehaltsvariation 58 6.3 Kantenflut 64 6.4 Meeresspiegelanstieg 64 6.4.1 Tidewasserstände 65 6.4.2 Tideströmungen 67 6.4.3 Zusammenfassung der ausbaubedingten Änderungen in der Weser bei

Normaltiden, Kantenflut und Meeresspiegelanstieg 67 6.5 Geeste 73 6.6 Hunte 74 6.6.1 Tidewasserstände 74 6.6.1.1 Wirkungsmechanismen der Wasserstandsänderungen 74 6.6.1.2 Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen der Tidewasserstände 74 6.6.2 Strömungen 79 6.6.2.1 Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen der Strömung 79 6.6.2.2 Zusammenfassung der ausbaubedingten Änderungen in der Hunte 84 6.7 Lesum – Wümme – System 86 6.8 Ochtum 93

7 Bewertung der ausbaubedingten Änderungen unter Berücksichtigung der Betroffenheiten 100

7.1 Langlütjensand und Fedderwarder Priel 100 7.2 Wurster Watt 101 7.3 Strandbad Nordenham 101 7.4 Schweiburg 103 7.5 Rechter Nebenarm 105 7.6 Außentiefs und Siele im Bereich Blexen - Nordenham 107 7.7 Außentiefs und Siele im Bereich Schweiburg 109 7.8 Außentiefs und Siele im Bereich Brake und Rechter Nebenarm 110 7.9 Außentiefs und Siele im Bereich Elsfleth – Bremen Farge 112 7.10 Überströmung von Sommerdeichen 113 7.11 Bereiche der Hamenfischerei 114 7.12 Lesum-Wümme-System 120 7.13 Ochtum 121

8 Zusammenfassung 123


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9 ANHANG: Beschreibung der HN – Modelle 127 9.1 Unter- und Außenweser 127 9.1.1 Mathematisches Modell 127 9.1.2 Modellgitternetz 129 9.1.3 Modellkalibrierung 131 9.1.3.1 Allgemeines 131 9.1.4 Hunte 143 9.2 Modell des Lesum – Wümme – Systems 143 9.2.1 Topographie und Bauwerke 143 9.2.2 Hydrologie 145 9.2.3 Kalibrierung 146 9.2.4 Systemzustände und Randbedingungen bei der Ermittlung der ausbaubedingten

Änderungen 148 9.3 Modell des Ochtum – Systems 149 9.3.1 Topographie und Bauwerke 151 9.3.2 Hydrologie 152 9.3.3 Kalibrierung 152 9.3.4 Systemzustände und Randbedingungen bei der Ermittlung der ausbaubedingten

Änderungen 152 9.4 Nordseemodell 154


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Bildverzeichnis Seite Abbildung 1: Untersuchungsgebiet (Vergleichszustand als planerischer IST – Zustand) 9 Abbildung 2: Zunahme der Baggereingriffsflächen bei durchgängiger Berücksichtigung eines

Baggervorratsmaßes von 0,5 m und einer Baggertoleranz von 0,3 m 11 Abbildung 3: Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Außenweser (aw80) 12 Abbildung 4: Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Unterweser (uw80) 13 Abbildung 5: Gesteuerte Wasserstands- und Abflusskurve im Simulationszeitraum 14 Abbildung 6: Untersuchungsszenario Kantenflut, Wasserstandsganglinie am Pegel Brake 15 Abbildung 7: Berechnete Wasserstandskurven an den Pegelpositionen der Weser 20 Abbildung 8: Berechnete (Linien) und gemessene (Punkte) Tidewasserstände entlang der

Unter- und Außenweser 20 Abbildung 9: Zunahme des Tidehubs 21 Abbildung 10: Strömung im Bereich der inneren Außenweser 23 Abbildung 11: Vergleichszustand – MThb entlang der RFL der Weser für unterschiedliche

Analysezeiträume 24 Abbildung 12: Vergleichszustand – MThw entlang der RFL der Weser 26 Abbildung 13: Vergleichszustand – MTnw entlang der RFL der Weser 28 Abbildung 14: Vergleichszustand – Tidemittelwasser entlang der RFL der Weser für

unterschiedliche Analysezeiträume 29 Abbildung 15: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des

Tidewasserstandes 31 Abbildung 16: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen des

Tidewasserstandes 32 Abbildung 17: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen des

Tidewasserstandes 33 Abbildung 18: Vergleichszustand – mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit, deren

Verhältniswert und mittlerer Reststrom entlang der RFL 37 Abbildung 19: Prinzipbeispiel - mögliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten

infolge Fahrrinnenvertiefung 39 Abbildung 20: Prinzipbeispiel ausbaubedingte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im

Vertikalprofil (oben: Bezug NN, unten: Bezug Gewässersohle) 41 Abbildung 21: Vergleichszustand – mittlere Flut- (vfm) und mittlere Ebbestromgeschwindigkeit

(vem) entlang der RFL der Weser 43 Abbildung 22: Vergleichszustand – maximale Flut- (vfx) und maximale

Ebbestromgeschwindigkeit (vex) entlang der RFL der Weser für unterschiedliche Analysezeiträume 47

Abbildung 23: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie 49

Abbildung 24: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie 50


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Abbildung 25: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie 51

Abbildung 26: Langjährige Zeitreihe des Salzgehalts am Pegel Robbensüdsteert (aus Beweissicherung SKN-14m, WSA Bremerhaven) 56

Abbildung 27: Langjährige Zeitreihe des Salzgehalts am Pegel Brake (aus Beweissicherung SKN-14m, WSA Bremerhaven) 57

Abbildung 28: Verlauf des maximalen und minimalen Salzgehalts für den Vergleichszustand und für die Überlagerungsvariante bei 350 und 160 m3/s 59

Abbildung 29: Ausbaubedingte Veränderungen des mittleren, maximalen und minimalen Salzgehalts im Überlagerungsfall bei 350 und 160 m3/s 60

Abbildung 30: Maximaler Salzgehalt für Vergleichszustand und Überlagerungsvariante bei geringem Oberwasser (160 m3/s) entlang der RFL der Weser (Ausschnitt), Prognosewerte 61

Abbildung 31: Durch den Ausbau induzierter Stromauftransport des maximalen und minimalen Salzgehalts im Überlagerungsfall bei 350 und 160 m3/s 61

Abbildung 32: Längsschnitt der mittleren Salzgehaltsvariationen und berechneten ausbaubedingten Änderungen für den Spring-Nipp-Zeitraum und einem Oberwasserzufluss von 350 m3/s (Überlagerungs- (oben), Außenweser- (Mitte) und Unterweservariante (unten)) 63

Abbildung 33: Überlagerungsvariante - ΔThw und Prognosewerte für Kantenflut entlang RFL der Weser 64

Abbildung 34: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Wasserstandes für das Szenario Meeresspiegelanstieg 66

Abbildung 35: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen für das Szenario Meeresspiegelanstieg 67

Abbildung 36: Hunte - Überlagerungsvariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 76

Abbildung 37: Hunte - Außenweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 77

Abbildung 38: Hunte - Unterweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes 78

Abbildung 39: Hunte - Überlagerungsvariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen 81

Abbildung 40: Hunte - Außenweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen 82

Abbildung 41: Hunte - Unterweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen 83

Abbildung 42: Modellgebiet des Lesum-Wümme-Systems (Skizze, Quelle: IMS - Bericht) 86 Abbildung 43: Lesum-Wümme: Längsschnitt mit Tidehoch- und Tideniedrigwasser im

Vergleichszustand (Quelle: IMS - Bericht) 87 Abbildung 44: Modellgebiet des Ochtum-Systems (Skizze, Quelle: IMS - Bericht) 93


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Abbildung 45: Ochtum – Grollander Ochtum: Längsschnitt mit Tidehoch- und -niedrigwasser im Vergleichszustand bei niedrigem Oberwasserzufluss (Quelle: IMS-Bericht)94

Abbildung 46: Ochtum – Grollander Ochtum: Längsschnitt mit Tidehoch- und -niedrigwasser im Vergleichszustand bei hohem Oberwasserzufluss (Quelle: IMS-Bericht) 95

Abbildung 47: Strandbad Nordenham - Ausbaubedingte Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante) 103

Abbildung 48: Schweiburg - Ausbaubedingte Änderung der Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante) 104

Abbildung 49: Rechter Nebenarm und Harriersand, Baggereingriffsflächen und Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante) 106

Abbildung 50: Außentiefs und Siele im Bereich Blexen – Nordenham 108 Abbildung 51: Siele und Außentiefs im Bereich der Schweiburg 110 Abbildung 52: Siele und Außentiefs im Bereich Brake und Rechter Nebenarm 111 Abbildung 53: Siele und Außentiefs im Bereich Elsfleth – Bremen Farge 113 Abbildung 54: Positionen der Hamenfischerei in der Weser 115 Abbildung 55: Überlagerungsvariante - Bereich Nordenham - Ausbaubedingte Änderungen

der mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten in ausgewählten Querschnitten 117 Abbildung 56 Überlagerungsvariante - Bereich Strohauser Plate - Ausbaubedingte

Änderungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten in ausgewählten Querschnitten 118

Abbildung 57: Modellgitternetz - Ausschnitte von Außen- (oben) und Unterweser (unten) 130 Abbildung 58: Lage der Pegelstationen der Außen- und Unterweser 134 Abbildung 59: Pegel Leuchtturm Alte Weser - Gegenüberstellung Simulation - Messung 134 Abbildung 60: Pegel Dwarsgat - Gegenüberstellung Simulation - Messung 135 Abbildung 61: Pegel Robbensüdsteert - Gegenüberstellung Simulation - Messung 136 Abbildung 62: Messpfahl Bremerhaven - Gegenüberstellung Simulation - Messung 137 Abbildung 63: Pegel Nordenham Unterfeuer - Gegenüberstellung Simulation - Messung 138 Abbildung 64: Pegel Rechtenfleth - Gegenüberstellung Simulation - Messung 139 Abbildung 65: Pegel Brake - Gegenüberstellung Simulation - Messung 140 Abbildung 66: Pegel Elsfleth - Gegenüberstellung Simulation - Messung 140 Abbildung 67: Pegel Farge - Gegenüberstellung Simulation - Messung 141 Abbildung 68: Pegel Vegesack - Gegenüberstellung Simulation - Messung 141 Abbildung 69: Pegel Oslebshausen - Gegenüberstellung Simulation - Messung 142 Abbildung 70: Pegel Weserbrücke - Gegenüberstellung Simulation - Messung 142 Abbildung 71: Hunte – Vergleich des berechneten (Linie) und gemessenen (Punkte)

gemittelten Tidehoch- und Tideniedrigwassers (Längsschnitt) 143 Abbildung 72: Schematische Darstellung des Lesum-Wümme-Systems innerhalb der

Modellgrenzen mit Lage der wichtigen Messpegel und Bauwerke (Quelle: IMS-Bericht) 144

Abbildung 73: Ausschnitt der Wasserstandszeitreihe am Pegel Wasserhorst / Lesum (Modell-km 7+530) mit Kalibrierergebnis (Quelle: IMS - Bericht) 147


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Abbildung 74: Ausschnitt der Wasserstandszeitreihe am Pegel Borgfeld / Wümme (Modell-km 18+050) mit Kalibrierergebnis (Quelle: IMS - Bericht) 147

Abbildung 75: Schematische Darstellung des Ochtum-Systems innerhalb der Modellgrenzen mit Lage der wichtigen Messpegel und Bauwerke (Quelle: IMS-Bericht) 150


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Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1: Gewählte Schwellenwerte der Tide- und Transportkenngrößen 17 Tabelle 2: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen in der Weser

(Prognosewerte) 70 Tabelle 3: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen in der Weser

(Prognosewerte) 71 Tabelle 4: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen in der Weser

(Prognosewerte) 72 Tabelle 5: Hunte - Ausbaubedingte Änderungen für Überlagerungs-, Außenweser- und

Unterweservariante (Prognosewerte) 85 Tabelle 6: Lesum-Wümme-Hamme – Ausbaubedingte Änderungen infolge

Überlagerungsvariante (Prognosewerte) 90 Tabelle 7: Lesum-Wümme-Hamme – Ausbaubedingte Änderungen infolge

Außenweserausbau (Prognosewerte) 91 Tabelle 8: Lesum-Wümme-Hamme – Ausbaubedingte Änderungen infolge

Unterweservariante (Prognosewerte) 92 Tabelle 9: Ochtum – Ausbaubedingte Änderungen infolge Überlagerungsvariante

(Prognosewerte) 97 Tabelle 10: Ochtum – Ausbaubedingte Änderungen infolge Außenweservariante

(Prognosewerte) 98 Tabelle 11: Ochtum – Ausbaubedingte Änderung infolge Unterweservariante

(Prognosewerte) 99 Tabelle 12: Gewässerabschnitte und topographische Datengrundlagen 144 Tabelle 13: Gewässerabschnitte und Modellgrenzen 145 Tabelle 14: Mittlere Niedrigwasserabflüsse im Lesum – Wümme – System 149 Tabelle 15: Gewässerabschnitte und Modellgrenzen 149 Tabelle 16: Gewässerabschnitte und topographische Datengrundlagen 151 Tabelle 17: Annahmen für die mittleren Niedrig- und Hochwasserabflüsse im Ochtum -

System 153


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Anlagenverzeichnis Anlage Flächenhafte Darstellung der ausbaubedingten Änderungen Anlage 1 Vergleichszustand und Überlagerungsvariante Anlage 1.1 Bereich Außenweser Anlage 1.2 Bereich nördliche Unterweser Anlage 1.3 Bereich südliche Unterweser

Anlage 2 Vergleichszustand und Außenweservariante Anlage 2.1 Bereich Außenweser Anlage 2.2 Bereich nördliche Unterweser Anlage 2.3 Bereich südliche Unterweser

Anlage 3 Vergleichszustand und Unterweservariante Anlage 3.1 Bereich Außenweser Anlage 3.2 Bereich nördliche Unterweser Anlage 3.3 Bereich südliche Unterweser Verwendete Abkürzungen Abk. Erläuterung ALW Pegel Alte Weser, Leuchtturm ATKIS Amtliches Topographisch - Kartographisches Informationssystem

Ein Projekt der Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland

aw80 Außenweservariante BAL Pegel Bremerhaven Alter Leuchtturm BRA Pegel Brake DGM Digitales Geländemodell DHI Danish Hydraulic Institute DWG Pegel Dwarsgat ELS Pegel Elsfleth FAR Pegel Farge GMS Fließgesetz nach Gauckler, Manning und Strickler KF Kantenflut MThb mittlerer Tidehub (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) MThw mittleres Tidehochwasser (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) MTmw mittleres Tidemittelwasser (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) MTnw mittleres Tideniedrigwasser (gemittelt über den angegebenen Analysezeitraum) NUF Pegel Nordenham Unterfeuer OSL Pegel Oslebshausen PG WAP Projektgruppe Weseranpassung


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PIZ Planerischer Ist-Zustand RFL Richtfeuerlinie bzw.

Pegel Rechtenfleth RSS Pegel Robbensüdsteert uw80 Unterweservariante uwaw80 Überlagerungsvariante VEG Pegel Vegesack vem mittlere Ebbestromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analyse-

zeitraum) vex maximale Ebbestromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analy-

sezeitraum) vfm mittlere Flutstromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analysezeit-

raum) vfx maximale Flutstromgeschwindigkeit (gemittelt über den angegebenen Analyse-

zeitraum) vgl Vergleichszustand WBR Pegel Große Weserbrücke ΔKenngröße Änderung der Kenngröße bezogen auf den Vergleichszustand (PIZ)


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1 Veranlassung und Aufgabenstellung

Die Wasser- und Schifffahrtsämter Bremen und Bremerhaven, vertreten durch die Projekt-gruppe Weseranpassung (PG WAP), planen die Fahrrinnenanpassungen der Unterweser und der Außenweser an die Entwicklungen im Schiffsverkehr sowie die Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle vor Bremerhaven. Für das Planfeststellungsverfahren ist im Auftrag der Projektgruppe Weseranpassung und bremenports (Schreiben vom 03.05.2004, Geschäftszeichen 2/231.2/WAP 07/1) von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) eine wasserbauliche Systemanalyse mit dem Ziel einer detaillierten Ermittlung aus-baubedingter Änderungen der abiotischen Systemparameter zu erstellen. Aufgrund getrenn-ter Planfeststellungsverfahren sind die Wirkungen der Unterweservertiefung und die Wirkung der Außenweseranpassung mit Tiefenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle getrennt zu ermitteln und darüber hinaus auch die Summationswirkung (Überlagerung) aller geplan-ten Anpassungsmaßnahmen in Unter- und Außenweser zu untersuchen. Aufgrund der umfangreichen Untersuchungen wurde von der BAW das folgende strukturierte Bearbeitungskonzept zur Ermittlung der Auswirkungen der Fahrrinnenanpassung zugrunde gelegt:

Tidedynamik und Salztransport Ermittlung der maßgebenden Kennwerte der Tidedynamik und des Salztransports auf der Basis einer hochauflösenden 3D HN-Modellierung eines Vergleichszustandes sowie Ermittlung der ausbaubedingten Auswirkungen auf die Kennwerte.

Sturmfluten Ermittlung der heutigen Sturmflutverhältnisse auf der Basis einer hochauflösenden HN-Modellierung ei-nes Vergleichszustandes sowie Ermittlung der ausbaubedingten Auswirkungen auf die Scheitelwasser-stände sowie des Verlaufs unterschiedlicher Sturmfluten.

Morphodynamik Beschreibung der heutigen Transportprozesse auf der Basis einer hochauflösenden 3D HN-Modellierung eines Vergleichszustandes sowie Ermittlung der ausbaubedingten Auswirkungen auf die Transportpro-zesse.

Schiffserzeugte Belastungen Beschreibung der heutigen schiffserzeugten Belastungen auf der Basis von Naturuntersuchungen und hydraulischen Modellversuchen und Ermittlung der ausbaubedingten Änderungen der schiffserzeugten Belastungen.

Grundwasser Beschreibung der heutigen Grundwasserverhältnisse und Ermittlung ausbaubedingter Änderungen auf der Basis bestehender Erkenntnisse und wasserbaulichen Systemstudien einer geohydraulischen Model-lierung.

Das vorliegende Gutachten behandelt ausschließlich die Untersuchungen zum Teilaspekt von Tidedynamik und Salztransport. In weiteren Gutachten der BAW werden die Teilas-pekte Sturmfluten, Transportprozesse und Morphodynamik, schiffserzeugte Belastungen sowie Grundwasser behandelt.


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2 Verwendete Unterlagen und Daten

Dokumente Hydrodynamische 1D-Modellierung der Wümme und der Ochtum. Bericht Nr. 9087-01, IMS Ingenieurgesellschaft mbH, Hamburg

Ber. 9087-01 27. 09. 2005

Systemgeometrien Peilungen und Befliegungsdaten Vermessung Sommerdeiche WSA HB

WSA Brhv Überflutungsflächen Bremen Systemgeometrie CT IV & Wendestelle Lageplan Hafenerweiterungsgebiet Nord Niedersachsen Ports, Niederlassung Brake

Plan 09.05.2005

Hafenerweiterung Brake Übersichtsplan und Lagepläne Hafenerweiterungsgebiet Nord Niedersachsen Ports, Niederlassung Brake

Plankopie 09.05.2005

Erweiterung des Hafens in Brake Antrag auf Planfeststellung Erläuterungsbericht (Auszug) Niedersächsisches Hafenamt Brake

Kopie

Über den Einfluss einer Querschnittserweiterung für den Schiffsanleger Brake auf die Weser und ihre Nebenarme Bericht Nr. 642 Leichtweiss – Institut für Wasserbau, Technische Universität Braun-schweig Prof. Dr.-Ing. Führböter

Kopie Aug. 1987

Hunte Bundeswasserstraße Hunte Anpassung der Unteren Hunte Übersicht der Maßnahmen Wasser- und Schifffahrtsdirektion Nordwest Wasser- und Schifffahrtsamt Bremen

Plankopie 01.03.2005

Ausbau Außenweser Anpassung der Außenweser PG WAP Wassertiefen in der Fahrrinne der Außenweser AV1.2 WSA Bremerhaven

26.01.2005

Ende der Ausbaustrecke Vermerk


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WSA Bremerhaven 26.01.2005 Ausbau Unterweser Weseranpassung PG WAP WSA Bremerhaven

23.12.2004

Messdaten für Systemzustände ADCP - Messungen 2002 Salzgehaltsmessung 20.05.2002 bis 07.07.2002 Sonstige Daten für Systemzustände Meteorologische Daten (Wind)


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3 Bearbeitungskonzept

3.1 Mathematische Simulationsverfahren

Im vorliegenden Gutachten waren die Wirkungen der Maßnahmen • Fahrrinnenanpassung der Unterweser, • Fahrrinnenanpassung der Außenweser an die Entwicklung im Schiffsverkehr sowie Tie-

fenanpassung der hafenbezogenen Wendestelle • und die Summationswirkung der Anpassungen von Unter- und Außenweser auf die Tidedynamik und den Salztransport unter Berücksichtigung der detaillierten Anforde-rungen der Umweltverträglichkeitsstudie zu ermitteln und zu beschreiben, um damit eine Grundlage für die Bewertung der ökologischen Auswirkungen sowie der Nachbarbetroffen-heiten zu schaffen. Durch die Anpassung der Fahrrinne wird infolge bereichsweiser Vertiefungen und Verbreite-rungen, sowie der Vertiefung einer hafenbezogenen Wendestelle eine Wirkung auf das Fort-schreiten der von der Nordsee her einschwingenden Tide erwartet, so dass es zu ausbaube-dingten Veränderungen der Tidekennwerte (z.B. Tidehoch-, Tideniedrigwasser, Flut- und Ebbeströmungen) in der Weser kommt. Für die Prognose solcher Ausbauwirkungen sind nach Stand von Technik und Wissenschaft wasserbauliche Systemanalysen mit Hilfe einer dreidimensionalen hydrodynamisch – numerischen Modellierung erforderlich. Das verwendete 3D HN-Modell bildet die physikalischen Prozesse im Jade-Weser-Ästuar mit Hilfe des numerischen Verfahrens UnTrim dreidimensional ab. Die örtliche Auflösung des Rechengitters und die zeitliche Auflösung der Simulation wurden so gewählt, dass alle cha-rakteristischen, d.h. gewässerprägenden physikalischen Prozesse berücksichtigt und die durch die Ausbaumaßnahmen vorzunehmenden Änderungen der Topographie aufgelöst werden. Das Modell wurde zunächst an Naturmessungen (Wasserstands-, Strömungs- und Salzgehaltsmessungen) kalibriert und verifiziert, so dass es den „IST - Zustand“ der Ge-wässer- und Tideverhältnisse beschrieb. Die verfahrensrelevanten ausbaubedingten Änderungen werden jedoch auf den „Ver-gleichszustand als planerischer Ist - Zustand“ bezogen. Dieser unterscheidet sich vom Ist – Zustand zum Einen dadurch, dass Mindertiefen in der Fahrrinne durch die aktuell plan-festgestellten Solltiefen ersetzt werden (optimaler Unterhaltungszustand der Fahrrinne), zum Anderen werden alle weiteren baulichen Maßnahmen berücksichtigt, die zum Zeitpunkt der Ausführung der zu untersuchenden Maßnahmen realisiert sein werden. Dabei bleiben die Steuer- und Kalibrierungsdaten unverändert. In die Modelltopographie des Vergleichszustandes werden schließlich die Ausbaumaßnah-men eingebaut, so dass ein HN – Modell des „Ausbauzustandes“ entsteht. Die nun mit dem HN – Modell unter Verwendung der exakt gleichen Modellparameter und Randwertsteuerungen ermittelten Wasserstände, Strömungsgeschwindigkeiten und Salzge-haltsverteilungen ergeben die Rechenwerte für den Ausbauzustand. Durch Differenzbildung


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der berechneten Tide-, Strömungs- und Transportkennwerte für den Ausbauzustand und den Vergleichszustand werden über das gesamte Modellgebiet ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte ermittelt. Durch diese Vorgehensweise können Änderungen eindeutig der Aus-baumaßnahme zugeordnet werden. Ausbaubedingte Veränderungen der Tidedynamik in der Unterweser können sich in die tidebeeinflussten Wesernebenflüsse (einschließlich der dort anschließenden tidebeein-flussten Gewässer) hinein fortpflanzen. Deshalb waren auch dort die ausbaubedingten Ände-rungen näher zu untersuchen. Dies betrifft

- die Hunte, - die Geeste, - das Lesum – Wümme - System mit Hamme und Wörpe, - das Ochtum - System mit Delme, Varreler Bäke, Huchtinger Fleet.

Die Hunte ist im o.g. 3D HN-Modell so detailliert nachgebildet, dass die Ausbauwirkungen im Gesamtmodell mit untersucht werden konnten. Die anderen aufgeführten Nebenflüsse sind im dreidimensionalen Jade-Weser-Modell als vereinfachte Ersatzsysteme modelliert, so dass ihre Wirkung auf die Tidedynamik der Weser erfasst wird. Die Ausbauwirkungen in den umfangreichen, fein verzweigten Systemen von Le-sum/Wümme und Ochtum wurden mit Hilfe eigenständiger eindimensionaler HN-Modelle untersucht (Modellverfahren Mike 11 des DHI, Horsholm, Dänemark). Die Geeste steht nur in dem kurzen Abschnitt zwischen ihrer Mündung und dem Tidesperr-werk unter Tideeinfluss; gutachterliche Aussagen zu den Ausbauwirkungen sind hier ohne eigenständige Modellierung möglich. Auch die 1-D-Modelle wurden mit Hilfe vorhandener Naturdaten kalibriert. Um die Sensitivität der Flusssysteme hinsichtlich der ausbaubedingten Veränderungen in der Weser zu ermit-teln und die Prognosesicherheit zu erhöhen, wurde neben der so erhaltenen Parametrisie-rung zusätzlich ein „ungünstiger Systemzustand“ definiert. Dabei wurden die Systemparame-ter so gewählt, dass Ausbauwirkungen sich weiter und stärker ausbreiten konnten („glatteres System“). Ausbauwirkungen sind grundsätzlich bei geringen Oberwasserzuflüssen am größten, weil andernfalls die Tide und damit das „Ausbausignal“ gedämpft wird. Dies wurde bei der Ermitt-lung der Ausbauwirkungen ebenso berücksichtigt, wie die Besonderheiten der Ochtum infol-ge der bei großem Oberwasserzufluss gelegten Stauhaltungen.

3.2 Analyse und Bewertung

Aus den Ergebnissen der Simulationsrechnungen wurden die Tidekennwerte der Wasser-stände, der Strömung und des Salzgehaltes errechnet um die Wirkungen der Ausbaumaß-nahmen zu quantifizieren. Die Analyseverfahren und –parameter sind ausführlich auf den Internetseiten der BAW dokumentiert

( http://www.baw.de/vip/abteilungen/wbk/ Methoden/kenn/kenn-de1.html , Stand 2005).


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Die Rechenwerte aus der Modellsimulation und –analyse bedürfen der fachkundlichen Interpretation („wasserbauliches Expertenwissen“), um fundierte Prognosen über die Aus-bauwirkungen abzugeben. Die Berechnungsergebnisse sind somit nicht die alleinige Grundlage der gutachterlichen Aussagen, weil in die Bewertung sowohl die gewässerkundli-chen Erkenntnisse über das Untersuchungsgebiet, als auch die revier- und methodenspezifi-sche Erfahrungen des Modellierers in der wasserbaulichen Systemanalyse einfließen müs-sen. Dies schließt auch die Wirkung des morphologischen Nachlaufs (Reaktion des Systems auf die veränderten Systemzustände nach der Maßnahme) ein.


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4 Untersuchungsgebiet und Untersuchungsvarianten

4.1 Modellgebiet

Die Gebiete der verwendeten HN – Modelle wurden so gewählt, dass die maßgebenden physikalischen Prozesse (hier Tidedynamik und Salztransport bei Normaltiden und Kanten-fluten) hinsichtlich der ausbaubedingten Änderungen simuliert werden konnten. Das Jade-Weser-Modell umfasst folgende Gebiete (Abbildung 1): • Außenweser • Unterweser • Außen- und Innenjade • Jadebusen • Nebenflüsse (Hunte, Geeste, Lesum / Wümme / Hamme, Ochtum) Der offene seeseitige Rand des Jade-Weser-Modells verläuft von Spiekeroog bogenförmig entlang der SKN - 20 m Tiefenlinie durch die Deutsche Bucht bis nach Sahlenburg westlich von Cuxhaven. Das Modellgebiet wurde seeseitig so großräumig gewählt, um sicherzustel-len, dass erwartete ausbaubedingte Änderungen der Tide- und Transportkenngrößen inner-halb des Modellgebietes abklingen und somit nicht durch die Steuerung am Modellrand beeinflusst werden. Für das Lesum-Wümme-Hamme- und das Ochtum-System wurden separate 1D-HN-Modelle aufgebaut, um die ausbaubedingten Änderungen zu untersuchen (Kap. 9.2 und 9.3). Die Mittelweser oberhalb von Bremen ist bei den im vorliegenden Gutachten untersuchten Szenarien nicht vom Ausbau betroffen, da die Tide an der Staustufe Bremen reflektiert wird.

4.2 Vergleichszustand (planerischer Ist-Zustand)

Nach Maßgabe des UVU – Untersuchungsrahmens sind alle aktuell planfestgestellten Maß-nahmen, ohne Rücksicht auf ihren Realisierungszustand, im Vergleichszustand der Untersu-chung als planerischen Ist-Zustand zu berücksichtigen: • Containerterminal CT IV in Bremerhaven, • Erweiterte Wendestelle vor den Containerterminals in Bremerhaven, • Erweiterung der Hafenanlage in Brake. Weiterhin wurden auch Maßnahmen außerhalb der Weser wie z.B. der JadeWeserPort be-rücksichtigt. Außenweser Die Modelltopographie der Außenweser basiert auf Vermessungen der Jahre 2002 und 2003 (Fächerecholot– und Linienpeilungen, Befliegungsdaten der Wattbereiche). Für den Ver-gleichszustand wurden im Bereich der Fahrrinne der Außenweser durchgängig die planfest-gestellten Solltiefen des SKN – 14m Ausbaus hergestellt. Die in den Peilungen vorhande-nen Mindertiefen wurden hierdurch beseitigt, alle (natürlich) vorhandenen Übertiefen wurden


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beibehalten. Darüber hinaus berücksichtigt der Vergleichszustand das Containerterminal CT IV Bremerhaven inkl. Erweiterung der Wendestelle (Abbildung 1). Die Erweiterung der Wendestelle vor den Terminals wurde mit den Solltiefen des SKN – 14m Ausbaus berück-sichtigt. Die Verlegung des Sielbauwerks des Grauwallkanals wurde mit erfasst. Unterweser Die Topographie der Unterweser basiert auf Fächerecholotpeilungen der Jahre 2002 und 2003, in den Randbereichen und den Vorländern auf Befliegungsdaten des Jahres 1998. Im Bereich der Unterweser wurden die Sommerdeiche auf Basis aktueller Vermessungen mo-delltechnisch erfasst. Wie Untersuchungen des WSA Bremerhaven gezeigt haben, ist die Sohlenform in der Un-terweser (Transportkörper in der sog. „Riffelstrecke“) maßgeblich von der Oberwassermenge beeinflusst. Bei großem Oberwasserzufluss werden die Transportkörperkuppen so weit abgesenkt, dass die zukünftig geplante Sollsohlenlage ohne zusätzliche Baggerung bereits heute vorhanden ist. Im Modell wurde jedoch der Zustand mit deutlicher Ausprägung der Transportkörper (1. Quartal 2002) simuliert, weil

a) große Oberwasserzuflüsse weniger häufig vorkommen, b) die Ausbauwirkungen bei niedrigem Oberwasserzufluss am größten sind und dann

die Transportkörper vorhanden sind, c) in dieser Situation die Baggermengen und damit die Ausbauwirkungen am größten

sind. Diese Ausgangssituation legt fest, an welchen Orten das Sohlprofil aus der zukünftigen Sollsohle herausragt und somit gebaggert werden muss. Abhängig von der tatsächlichen Lage bei Ausführung der Maßnahme können diese Kuppen auch räumlich verschoben lie-gen. Für den Vergleichszustand wurden im Bereich der Fahrrinne der Unterweser durchgängig die planfestgestellten Solltiefen des SKN – 9m Ausbaus hergestellt. Auch hier wurden dadurch in den Peilungen vorhandene Mindertiefen beseitigt, vorhandene Übertiefen aber beibehalten. Als weitere geplante Maßnahme wurde die planfestgestellte Erweiterung der Hafenfläche Brake berücksichtigt (Aufspülung der Hafenfläche auf NN + 8,0m und Herstellung einer Liegewanne).


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Abbildung 1: Untersuchungsgebiet (Vergleichszustand als planerischer IST – Zustand)


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Hunte Die Hunte wurde, ausgehend vom Zustand 2002, in einem Systemzustand berücksichtigt, der folgende Ausbaumaßnahmen beinhaltet: • Kurvenabflachung Huntebrücke (Hunte-km 16,0 bis 16,6) • Kurvenabflachung Neuenhuntdorf Süd (Hunte-km 15,25 bis 16,0) • Querschnittsaufweitung (Hunte-km 12,5 bis 13,8) • Kurvenabflachung Hollersiel Ost (Hunte-km 11,5 bis 12,5) • Kurvenabflachung Hollersiel West (Hunte-km 9,45 bis 9,9) • Querschnittsaufweitung (Hunte-km 8,8 bis 9,45) • Querschnittsaufweitung (Hunte-km 6,0 bis 7,5) Nebenflusssysteme Geeste, Lesum-Wümme-Hamme und Ochtum Die Nebenflüsse bzw. Nebenflusssysteme • Geeste • Lesum / Wümme / Hamme und • Ochtum wurden in dem Gesamtmodell Jade-Weser in Form von hydraulischen Ersatzsystemen be-rücksichtigt, um die ein- und ausströmenden Tidevolumen näherungsweise zu erfassen. Jade Die Peilungen im Bereich der Innenjade und des Jadebusens datieren aus den Jahren 2000 und 2001. Die Abmessungen der Hafenfläche des Jade – Weser – Ports, die neue Fahrrin-nentrasse und der Zufahrtsbereich zum Port wurden nach aktuellem Planungsstand berück-sichtigt. Die heutige Fahrrinne wurde im Modell belassen. Randbereiche des Modellgebiets Am Rand des Modellgebiets musste auf ältere Topographiedaten zurückgegriffen werden, die teilweise bis in das Jahr 1992 zurückreichen. Dabei handelt es sich überwiegend um Flächen in den Tiefwasserbereichen am Modellrand in der Nordsee, die geringen morpholo-gischen Änderungen unterworfen sind.

4.3 Ausbauzustände

4.3.1 Allgemeines

Bei der Nachbildung der Maßnahmen zur Fahrrinnenanpassung im Modell und bei der Be-wertung der Rechenergebnisse mussten folgende Gesichtspunkte beachtet werden:

• Baggertiefen werden bei der Herstellung mit einem Vorratsmaß beaufschlagt und können nur mit einer gewissen Toleranz hergestellt werden.

• Welche Transportkörper zum Zeitpunkt der Herstellung in die neue Sollsohle hinein-ragen und daher gekappt werden, lässt sich nicht im Detail vorhersagen.


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• Die Topographie wird sich an das veränderte Strömungsregime anpassen. Dieser morphologische Nachlauf konnte erst nach zeitaufwendigen morphologischen Un-tersuchungen zuverlässig abgeschätzt werden, die parallel durchgeführt wurden und deren Ergebnisse erst gegen Ende der hier beschriebenen Untersuchungen vorla-gen. Im Rahmen der vorgegebenen Terminplanung war es daher erforderlich, für die hydrodynamischen Untersuchungen hinsichtlich der Ausbauwirkungen „auf der siche-ren Seite“ liegende Modelltopographien zu verwenden.

Unabhängig vom tatsächlich verwendeten Baggerverfahren (Hopperverfahren mit Entnahme / großräumiger Umlagerung, Injektionsverfahren mit ortsnaher Umlagerung) wurde deshalb im Modell in allen Ausbaubereichen ein Baggervorratsmaß von 0,5 m und eine Baggertole-ranz von 0,3 m angesetzt, d.h. in der Modelltopographie wurde die Sollsohle durchgängig um 0,8 m weiter vertieft. Dadurch erhöhen sich nicht nur die örtlichen Baggermengen, sondern vergrößern sich auch die Baggerflächen, denn es werden dadurch auch Flächen und Transportkörperkuppen abgetragen, die für die neue Sollsohlenlage keine Mindertiefen darstellen (Abbildung 2). Sollsohle Ausbau Sollsohle Ausbau + 0,8 m

Sohlhöhe in mNN

Abbildung 2: Zunahme der Baggereingriffsflächen bei durchgängiger Berücksichtigung eines Baggervorratsmaßes von 0,5 m und einer Baggertoleranz von 0,3 m

Die so entnommenen Volumina wurden nicht umgelagert, sondern vollständig aus der Mo-delltopographie entfernt. Durch diese Vorgehensweise erfährt die Rinne eine deutlich höhere hydraulische Glättung und wird dadurch hydrodynamisch leistungsfähiger.


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Die Modelltopographien der Nebenflüsse erfahren in den Ausbauzuständen keine Änderun-gen. Sie reagieren lediglich auf die Änderungen der Tidedynamik an ihren Mündungen.

4.3.2 Ausbauvariante Außenweser (Kürzel aw80)

Im Bereich der Außenweser wird die Fahrrinne im Bereich von Weser-km 99 bis km 130 auf 380 m verbreitert, im Bereich Weser-km 65 bis 99 werden die vorhandenen Breiten erhalten. Diese Verbreiterung führt nicht zu großen Entnahmemengen, da in den betroffenen Berei-chen die erforderlichen Wassertiefen streckenweise schon vorhanden sind bzw. durch eine Verschwenkung der Fahrrinne im Bereich der Hohen Weg Rinne zwischen Weser-km 99 und 110 die Böschungsbereiche der Tegeler Plate deutlich weniger betroffen sind. Die neue Sollsohlenlage wurde durchgängig im Ausbaubereich von Weser-km 68,65 bis Weser-km 130 um das o.g. Maß von 0,8 m tiefergelegt, um eine „auf der sicheren Seite liegende“ Modelltopographie zu erhalten (Abbildung 3).

0123456789

10111213141516171819202122232425

65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125

Weser-km

Tief

e m

NN

Sollsohle AW SKN-14mAusbausohle AW

ModelltopographieVergleichszustand

ModelltopographieÜberlagerungsvariante

Abbildung 3: Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Außenweser (aw80)

4.3.3 Ausbauvariante Unterweser (Kürzel uw80)

Im Bereich der Unterweser bleiben im Ausbauzustand die Fahrrinnenbreiten erhalten, die Lage der Fahrrinne wird im Bereich des Blexer Bogens hinsichtlich der Unterhaltung opti-miert. Im Modell wurde die neue Sollsohle durchgängig im Ausbaubereich von Weser-km 8 bis Weser-km 58 um das o. g. Maß von 0,8 m tiefergelegt. Die Abbildung 4 zeigt entlang der Richtfeuerlinie der Weser die Modelltiefen für den Ver-gleichszustand, die Unterweservariante zusammen mit der aktuellen Sollsohlenlage und der Ausbausohle für die Unterweservariante. Zu erkennen ist, dass für die Ausbausohlenlage die hauptsächliche Eingriffsfläche zwischen Weser-km 54 und 58 („Schlickstrecke Nordenham“) liegt. Stromauf davon ragen nur noch wenige Transportkörperkuppen in die neue Sollsohlen-


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lage. Im Vergleich hierzu werden im Modell im Bereich zwischen Brake (Weser-km 40) und Nordenham (Weser-km 60) deutlich mehr Transportkörperkuppen abgetragen. Auch im Bereich zwischen Bremen und Brake wird in die Sohllage durch Baggerung von Transport-körpern eingegriffen, die nicht in die neue Sohllage hineinragen.

0123456789

10111213141516171819202122232425

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Weser-km

Tief

e m

NN

Sollsohle UW SKN-9m Ausbausohle UW

ModelltopographieVergleichszustand

ModelltopographieÜberlagerungsvariante

Abbildung 4: Längsschnitt Modelltopographie Ausbauvariante Unterweser (uw80)

4.3.4 Überlagerungsvariante (Kürzel uwaw80)

Die Überlagerungsvariante ergibt sich aus der Zusammenfassung der Variante Unterweser-ausbau und Außenweserausbau, ohne Änderung der Ausbaumaße, Ausbautiefen oder sons-tige Anpassungen.


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5 Untersuchungsszenarien

5.1 Normaltiden (Spring-Nipp-Zyklus)

Für die Steuerung des Modells werden Randwerte verwendet, die hinsichtlich der Wasser-stände und Strömungen einen charakteristischen Systemzustand der Weser repräsentieren und den Zeitraum eines Spring-Nipp-Zyklus abdecken. Als Simulationszeitraum wurde der 31.05.2002 bis 15.06.2002 gewählt. Innerhalb dieses Zeitraums wurden 3 Analysezeiträume festgelegt (Abbildung 5) und zwar für Nipp-Tiden (04.06. bis 06.06.2002), Spring-Tiden (11.06. bis 13.06.2002) und für den Spring-Nipp-Zeitraum (02.06. bis 14.06.2002). Es wurden folgende Daten für die Simulationen verwendet: • Wasserstände am offenen, seeseitigen Modellrand, die für den Simulationszeitraum an

4 Positionen auf dem Rand gemessen wurden (Abbildung 5), • tägliche Mittelwerte des Oberwasserabflusses der Weser am Pegel Intschede und • stündliche Winddaten aus dem Lokalen Modell (LM) des Deutschen Wetterdienstes

(DWD), die vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zur Verfügung gestellt wurden.

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

2.5

31.0

5.20

02

01.0

6.20

02

02.0

6.20

02

03.0

6.20

02

04.0

6.20

02

05.0

6.20

02

06.0

6.20

02

07.0

6.20

02

08.0

6.20

02

09.0

6.20

02

10.0

6.20

02

11.0

6.20

02

12.0

6.20

02

13.0

6.20

02

14.0

6.20

02

15.0

6.20

02

Datum

mNN

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500m3/s

Wasserstandsganglinie Oberwasserabfluss

Analysezeiträume Nipp SpringNipp - Spring

Abbildung 5: Gesteuerte Wasserstands- und Abflusskurve im Simulationszeitraum


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Deutlich geringere Oberwasserabflüsse als die mittleren in Höhe von ca. 320 m3/s können infolge der verringerten Fliessquerschnitte zu erhöhten ausbaubedingten Änderungen der Tidekennwerte des Wasserstands und der Strömungen führen. Speziell hat dieses Szenario aber Auswirkungen auf die Salzintrusion und deren Änderung im Ausbauzustand, so dass Simulationen auch für einen konstanten Oberwasserabfluss von 160 m3/s durchgeführt wur-den.

5.2 Kantenflut

Die ausbaubedingten Änderungen einer Kantenflut werden zur Bewertung der Überflutungs-häufigkeit von Sommerdeichen und weiteren Fragestellungen im Bereich der Vorländer und ihrer Be- und Entwässerung benötigt. Daher wurde hierfür eine separate Berechnung ange-setzt. Zur Auswahl eines geeigneten Untersuchungszeitraumes wurden von der PG WAP die Tide-hochwasserscheitelwerte der Messungen der letzten Jahre gesichtet und der Zeitraum vom 09.04.1997 bis zum 12.04.1997 als Simulationszeitraum ausgewählt. Hierin ist die Kantenflut am 11.04.1997 um 16:45 Uhr enthalten, deren ausbaubedingtes Änderungsmaß für die weiteren Untersuchungen herangezogen wird. Das Tidehochwasser erreicht am Pegel Brake einen Wert von 3,50 mNN (Abbildung 6). Da für diesen Zeitraum keine Messungen der Tidewasserstände am seeseitigen Rand vor-liegen, wurden diese durch eine Berechung dieses Szenarios im Nordseemodell der BAW erzeugt.

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

10.04.97 13:00

10.04.97 14:00

10.04.97 15:00

10.04.97 16:00

10.04.97 17:00

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10.04.97 19:00

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11.04.97 00:00

11.04.97 01:00

11.04.97 02:00

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11.04.97 19:00

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11.04.97 21:00

11.04.97 22:00

11.04.97 23:00

[ m

NN

]

Abbildung 6: Untersuchungsszenario Kantenflut, Wasserstandsganglinie am Pegel Brake

5.3 Beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels

Das Szenario „Beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels“ zeichnet sich dadurch aus, dass das Tidemittelwasser der Nordsee steigt. Es existieren verschiedene Klimaszenarien, die unterschiedliche Anstiege des Tidemittelwassers in den nächsten 100 Jahren zur Folge


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haben. In Absprache mit der PG WAP wurde für die hier durchzuführenden Untersuchungen von einem (pessimistischem) Anstieg von 90 cm ausgegangen. Eine Erhöhung des Tidemittelwassers in der Nordsee kann auch eine Änderung im Schwin-gungsverhalten der Tiden beinhalten und zu einer Verlagerung der Amphidromien führen. Daher mussten auch für diese Untersuchungen die Modellrandbedingungen über das Nord-seemodell der BAW erzeugt werden. Die Vorgehensweise im Einzelnen: • Die Partialtiden an den Modellrändern des Nordseemodells für den Untersuchungszeit-

raum 31.05.2002 bis 15.06.2002 (Spring-Nipp-Zyklus) wurden um 90 cm angehoben. Der Untersuchungszeitraum wurde im Nordseemodell simuliert.

• Die Wasserstände entlang des Modellrandes des Jade – Weser – Modells wurden extra-hiert.

• Mit diesen Steuerdaten des Wasserstandes und dem gemessenen Oberwasserabfluss wurden der Vergleichszustand und die Überlagerungsvariante beschickt.

• Die Differenzen der Tidekennwerte stellen die ausbaubedingten Änderungen nach dem beschleunigtem Meeresspiegelanstieg dar.

Zu beachten ist, dass für diese Systemuntersuchung keine veränderten Höhenniveaus der Wattflächen und der Fahrrinnensollsohlen angesetzt wurden, da solche Voraussagen nach dem Stand der Wissenschaft nicht möglich sind.

5.4 Nebenflüsse

Bei der Ermittlung der Ausbauwirkungen in den Nebenflüssen wurde der unter Kapitel 5.1 genannte Spring-Nipp-Zyklus verwendet. Die Hunte ist im Gesamtmodell enthalten und die ausbaubedingten Änderungen werden dort ermittelt. Für das Lesum – Wümme – und das Ochtum – System wurden separate 1D - Modelle auf-gebaut und mit den aus dem Gesamtmodell extrahierten Wasserständen an ihren Mündun-gen betrieben. Wegen der geringeren Dämpfung der Tiden und damit der Ausbauwirkungen sind die aus-baubedingten Änderungen in den Nebenflüssen grundsätzlich bei geringem Oberwasserzu-fluss am größten. Deshalb wurde das jeweilige MNQ eingesteuert. Im Ochtum-System wer-den die Tiden dann aber sehr stark durch die Stauanlagen beeinflusst. Deshalb war dort zu überprüfen, ob bei höheren Oberwasserzuflüssen, aber in Verbindung mit den dann aufge-hobenen Stauhaltungen, größere Ausbauwirkungen auftreten können (MHQ - Zufluss in Kombination mit dem o. g. Spring-Nipp-Zyklus).


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6 Analyse der Berechnungsergebnisse

6.1 Hinweise zu den Ergebnisdarstellungen

Die in den Untersuchungsergebnissen angegebenen Wasserstands-, Strömungs- und Transportkenngrößen wurden, wenn nichts anders angegeben wird, für den Analysezeitraum 02.06.2002 bis 14.06.2002 (Spring-Nipp-Zyklus) ermittelt. Um die ausbaubedingten Änderungen der charakteristischen Kenngrößen infolge der An-passung der Weser zu erfassen, werden unterschiedliche Differenzdarstellungen verwendet. Längsschnitte entlang der Richtfeuerlinie Die Analysen der Tidekennwerte werden entlang der Richtfeuerlinie (der Weser) an dicht nebeneinander liegenden Positionen (Abstand = 100 m) für den Vergleichs- und den Aus-bauzustand durchgeführt. Die ausbaubedingten Änderungen ergeben sich durch Differenz-bildung Ausbauzustand – Vergleichszustand und werden entlang einer Achse für die Weser-kilometrierung aufgetragen. Erhöhungen im Ausbauzustand ergeben sich so zu positiven Werten. Flächenhafte Darstellung tiefengemittelter Analysegrößen Dazu wird die Differenz aus den Kenngrößen der Analysen des Ausbauzustands und des Vergleichszustands für jedes Gitterelement gebildet und flächenhaft für das Untersuchungs-gebiet dargestellt. Die Änderungen müssen hierfür farblich kodiert werden. Dies erfolgt über eine diskrete Farbskalierung, mit der eine Klasseneinteilung der Änderungen erfolgt. Ausbaubedingte Änderungen werden dabei nur farblich kodiert, wenn sie einen modelltech-nisch sinnvollen Schwellenwert überschreiten, ansonsten erhalten sie die Farbe Weiß. Die gewählten Schwellenwerte sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Kenngröße Schwellenwert Δ Wasserstand 1 cm

Δ Strömungsgeschwindigkeit 1 cm/s

Δ Salzgehaltskonzentration 0,2 PSU

Δ zeitliche Änderung 1 min

Tabelle 1: Gewählte Schwellenwerte der Tide- und Transportkenngrößen

Ausbaubedingte Änderungen mit Werten außerhalb der gewählten Legende erhalten separat gewählte Farbkodierungen. In den flächenhaften Darstellungen sind die Ergebnisse aus der 3D HN-Modellrechnung über die Tiefe gemittelt.


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Die fachlichen Grundlagen zu den Analyseverfahren und den Größen der Wasserstands- , Strömungs- und Transportanalyse können der Homepage der BAW – DH (www.baw.de, Abteilung Küste, Stand: Dez. 2005) entnommen werden. Nachfolgend werden die Systemeigenschaften und die Wirkprinzipe der Hydrodynamik im Weserästuar beschrieben. Hieraus werden die prinzipiellen Wirkungen von Ausbaumaß-nahmen hergeleitet und erläutert. Dies erfolgt auf Basis der Analyse des Untersuchungszeitraumes, der einen Spring-Nipp-Zyklus erfasst. Dieser ist repräsentativ für die Verhältnisse im Weserästuar. Wenn im Fol-genden z.B. vom mittleren Tidehub (MThb) gesprochen wird, so ist dies der Mittelwert der im Untersuchungszeitraum gelaufenen Tiden und nicht der gewässerkundliche mittlere Tidehub (MThb), der sich aus langjährigen Mitteln ergibt.

6.2 Weser bei Normaltiden

6.2.1 Tidewasserstände

6.2.1.1 Systemverhalten des Tidewasserstandes im Vergleichszustand

Die Wasserstände der Nordsee werden maßgeblich durch • die astronomischen Tiden, • einlaufende Fernwellen, • die großräumigen und lokalen topographischen Gegebenheiten • und dem Luftdruck und Wind über der Nordsee bestimmt. Nähert man sich mit der einlaufenden Tidewelle von der Nordsee aus dem Weserästuar, so werden der Wasserstand und die Strömungsgeschwindigkeit durch die sich allmählich ver-mindernden Wassertiefen und die vorhandenen Rinnensysteme des Ästuars geprägt. Auch der landseitige (Süß-) Wasserabfluss beeinflusst die o.g. hydrologischen Systemgrößen ggf. bis in die Außenweser. Die Abbildung 7 zeigt die berechnete Tidewasserstände für den Zeitraum vom 11.06.2002 bis 13.06.2002 an den Pegelpositionen entlang der Unter- und Außenweser. Auffällig ist die Zunahme des Tidehubs von etwa 3,0 m am Pegel Leuchtturm Alte Weser bis auf etwa 4,5 m am Pegel Große Weserbrücke in Bremen. Während das mittlere Tidehochwasser kontinuier-lich ansteigt, weist das mittlere Tideniedrigwasser im Bereich von Nordenham ein Minimum aus. Extrahiert man aus den gemessenen bzw. berechneten Tidekurven die Tideniedrig- und Tidehochwasserstände, so kann man an jeder Position für den dargestellten Zeitraum das mittlere Tideniedrigwasser, mittlere Tidehochwasser und den mittleren Tidehub für diesen Zeitraum bestimmen (Abbildung 8). Der Vergleich zwischen den berechneten und gemesse-nen Größen belegt die gute Wiedergabe des natürlichen Systemverhaltens durch das Modell (Details siehe Kap. 9.1.3).


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Auch diese Abbildung zeigt, dass das Tidehochwasser kontinuierlich vom Leuchtturm Alte Weser (Weser-km 115) bis nach Bremen Vegesack (Weser-km 18) ansteigt. Das Tidenied-rigwasser fällt zum einen zwischen dem Leuchtturm Alte Weser bis nach Nordenham stetig ab, steigt aber stromauf Nordenham wieder recht kontinuierlich an. Letzteres ist das Resultat von komplexen Schwingungseffekten im Zusammenhang mit einer Reflexion am Weserwehr. Insgesamt ergibt sich hieraus ein stetiger Anstieg des Tidehubs von See bis zur landseitigen Begrenzung des Ästuars (Wehr). Aufgrund des Verlaufs des mittleren Tidehoch- und Tideniedrigwassers wird auch das mittle-re Tidemittelwasser im Bereich der Unterweser angehoben und liegt für den Analysezeitraum in Bremen 0,5 m über NN. Der Verlauf des Tidehubs in einem Ästuar wird durch die stromauf abnehmenden Gewäs-serquerschnitte, die von See her einlaufende Tideenergie und die lokale Energiedissipation infolge Turbulenz und Sohlreibung bestimmt. Im Weserästuar werden die Tidegrenzen im Allgemeinen durch Wehre oder andere Bauwerke bestimmt. Für die Weser ist dies bei Nor-maltiden das Weserwehr bei Bremen – Hemelingen, bei Sturmtiden oder hohen Oberwas-serabflüssen, bei denen das Weserwehr gelegt ist, können die Wasserstände bis zur Stau-stufe bei Intschede beeinflusst werden. An den Wehren und Sperrwerken wird die Tidewelle reflektiert. Schwingungseffekte, einlau-fende und reflektierte Welle überlagern sich, bestimmen die Wasserstände im System mit. Ausbauten der Tideflüsse führen zu einer hydraulischen Glättung des Systems, d.h. die Energiedissipation wird verringert. Dadurch wird mehr Tideenergie in das Ästuar hineintrans-portiert.


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-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

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0.0

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2.0

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3.0

11.06.02 00:00 11.06.02 12:00 12.06.02 00:00 12.06.02 12:00 13.06.02 00:00 13.06.02 12:00

Datum

mN

N

WBR OSL VEG FAR ELS BRA RFL NUF BAL RSS DWG ALW

Abbildung 7: Berechnete Wasserstandskurven an den Pegelpositionen1 der Weser

- 2.5

- 1.5

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0.5

1.5

2.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

mN

N

mittleres Tidehochwasser

mittleres Tidemittelwasser

mittleres Tideniedrigwasser

Messung

Messung

Abbildung 8: Berechnete (Linien) und gemessene (Punkte) Tidewasserstände entlang der Un-ter- und Außenweser

1 Erläuterung der Abkürzungen in Tabelle „Verwendete Abkürzungen“


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6.2.1.2 Wirkungsmechanismen der Wasserstandsänderungen

Weser-km

Zunahme Tidehub

Unterweser Außenweser

+Vertiefung

Weser-km

Zunahme Tidehub


+Vertiefung

Weser-km

Zunahme Tidehub


+Vertiefung

Ausbau Außenweser

Ausbau Unterweser

Ausbau Überlagerungsfall

Abbildung 9: Zunahme des Tidehubs

Die Abbildung 9 veranschaulicht die grundlegenden Mechanismen bei der Überlagerung der ausbaubedingten Änderungen des Wasserstands, hier speziell des Tidehubs, infolge der Vertiefung der Außen- bzw. der Unterweser und im Überlagerungsfall der beiden Maßnah-men. Die ausbaubedingten Erhöhungen des Tidehubs klingen in einer bestimmten Entfernung zur Maßnahme ab (Abbildung 9). Wie in Kapitel 6.2.1.1 gezeigt wurde, steigt im Vergleichszu-stand der Tidehub stetig an. Daher nehmen auch die ausbaubedingten Änderungen stetig zu. Im Falle der Außenweservertiefung verringert sich die ausbaubedingte Änderung des Tidehubs im Bereich der Unterweser (Abbildung 9, oben). Bei einer ausschließlichen Vertiefung der Unterweser (Abbildung 9, Mitte) klingt die dort auftretende Erhöhung des Tidehubs in der Außenweser sehr schnell ab, da sich die (Fließ-) Querschnitte rapide aufweiten. Bis zum Weserwehr nimmt die Erhöhung des Tidehubs konti-nuierlich zu, da sich die Vertiefungsabschnitte über die gesamte Unterweser verteilen und der Tidehub bereits im heutigen Zustand nur geringfügig gedämpft ist. Im Überlagerungsfall (Abbildung 9, unten) summieren sich die Wirkungen.


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Die Erhöhung der hydraulischen Leistungsfähigkeit der (Fahr-)Rinne führt zu einer Erhöhung des Tidehochwassers und einem Absunk des Tideniedrigwassers. Zu beachten ist hierbei, dass die Fließquerschnitte bei Tideniedrigwasser geringer sind als bei Tidehochwasser. Bei Tideniedrigwasser kommt es damit zu erhöhten ausbaubedingten Änderungen. Für das Weserästuar ergibt sich die Änderung des Tidehubs erfahrungsgemäß zu einem Drittel aus der Erhöhung des Tidehochwassers und zu zwei Drittel aus dem Absunk des Tideniedrig-wassers. Der Absunk des Tideniedrigwassers klingt langsamer ab als der Anstieg des Tidehochwas-sers. Weil das Tideniedrigwasser stärker absinkt als das Tidehochwasser ansteigt, sinkt auch das Tidemittelwasser infolge des Ausbaus ab. Aus Erfahrung kann gesagt werden, dass die ausbaubedingten Änderungen des Wasser-stands sich umgekehrt proportional zum Füllstand des Ästuars und proportional zur einlau-fenden Tideenergie ergeben. Bei geringeren mittleren Wasserständen ist die Quer-schnittsaufweitung prozentual größer, was zu größeren ausbaubedingten Änderungen führt. Bei erhöhtem Tidehub (Springtide) ergeben sich höhere ausbaubedingte Änderungen als bei geringerem (Nipptide). Maximale ausbaubedingte Änderungen des Wasserstands ergeben sich also bei geringem Tidemittelwasser und hohem Tidehub. Diese Werte treten aber nur zeitlich begrenzt auf. Wirkungsmechanismen bei ausbaubedingten Änderungen der Überflutungsdauer Zur Erläuterung wird exemplarisch der Bereich des Langlütjensands und des Blexer Bogens betrachtet. Die Abbildung 10 links zeigt hier eine ausgeprägte Flutströmung, die Abbildung 10 rechts eine ausgeprägte Ebbeströmung. Zu erkennen ist, dass speziell der Langlütjen-sand von der Fahrrinne aus überflutet bzw. zur Fahrrinne hin entwässert wird. Eine Erhöhung des Tidehochwassers bewirkt zum einen, dass weitere, ufernahe Flächen überflutet werden und zum anderen dass ufernahe, vorher schon überflutete Flächen länger überflutet werden. Durch den Absunk des Tideniedrigwassers fallen Bereiche nahe dem Tideniedrigwasserstand in einen steileren Teil des Ebbeasts. Die Überflutungsdauer wird in diesen Bereichen reduziert.


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Flutströmung Ebbeströmung

Abbildung 10: Strömung im Bereich der inneren Außenweser


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6.2.1.3 Tidehub

Vergleichszustand

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3.0

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4.0

4.2

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

MThb [ mNN ]

Nippzeitraum (04.06.02-23:00:00 bis 06.06.02-21:00:00)

Nipp- Springzeitraum (02.06.02-20:00:00 bis 14.06.02-13:00:00)

Springzeitraum (11.06.02-06:00:00 bis 13.06.02-01:00:00)

Abbildung 11: Vergleichszustand – MThb entlang der RFL der Weser für unterschiedliche Analysezeiträume

Die Abbildung 11 zeigt den Verlauf des mittleren Tidehubs längs der Richtfeuerlinie der Weser für den untersuchten Spring-Nipp-Zeitraum und für die analysierten Nipp- bzw. Springtiden dieses Zeitraums. Der mittlere Tidehub nimmt für die hier untersuchten Tiden von 2,75 m (Nipptide: 2,45 m, Springtide: 3,00 m) bei Weser-km 125 stetig auf 3,95 m (Nipp-tide: 3,50 m, Springtide: 4,20 m) bei Weser-km 50 zu. Weiter stromauf erfolgt ein Absunk bis etwa Weser-km 30 um etwa 1 Dezimeter und noch weiter stromauf ein erneuter Anstieg bis zum Weserwehr um etwa 4 Dezimeter. Überlagerungsvariante Die ausbaubedingten Änderungen des mittleren Tidehubs entlang der Richtfeuerlinie für die Überlagerungsvariante für den Spring-Nipp-Zyklus, Nipp- und Springtiden sind der Abbildung 15 (Seite 31) zu entnehmen. Stromab Weser-km 105 sind die Änderungen für alle Analyse-zeiträume annähernd 0. Zwischen Weser-km 105 und Weser-km 90 bleibt die Erhöhung des Tidehubs unterhalb von +1 cm.


Seite 25

Während die Erhöhung des Tidehubs zwischen Weser-km 90 und 70 unterhalb +2 cm bleibt, steigt er stromauf Weser-km 70 deutlich an und erreicht zwischen Weser-km 10 und 20 ein Maximum von ca. +8 cm für die Springtiden. Für die Prognose wird von einem Anstieg des Tidehubs von +9 cm im Bereich vom Weser-wehr bis Weser-km 25 ausgegangen. Der Anstieg nimmt stromab bis Weser-km 70 verhält-nismäßig stetig bis auf +2 cm ab, reduziert sich bei Weser-km 90 auf +1 cm und ist bis We-ser-km 105 praktisch vollständig abgeklungen. Außenweservariante In Übereinstimmung mit den oben erläuterten Wirkungsmechanismen ergeben sich für die Außenweservariante Erhöhungen des Tidehubs von +1 bis +2 cm im Bereich der Unterwe-ser, die sich stetig zwischen Weser-km 110 und 70 aufbauen. Seeseitig Weser-km 110 be-trägt die Erhöhung annähernd ~0 cm (Abbildung 16 Seite 32). Für die Prognose wird von einem Anstieg des Tidehubs von +2 cm für die gesamte Unterwe-ser zwischen dem Wehr Hemelingen bis hin zu Weser-km 90 ausgegangen. Im Bereich Weser-km 90 bis 110 beträgt der Anstieg des Tidehubs +1 cm und ist stromab Weser-km 110 vollständig abgeklungen. Unterweservariante Stromab Weser-km 75 ist die für die Unterweservariante berechnete Erhöhung des Tidehubs annähernd 0. Zwischen Weser-km 75 und 30 nimmt die ausbaubedingte Änderung des Ti-dehubs verhältnismäßig stetig zu. Bei Weser-km 10 ergibt sich eine berechnete, maximale Zunahme des Tidehubs von etwas mehr als +6 cm. Die Prognose (Abbildung 17 Seite 33) zeigt eine Zunahme des Tidehubs von +7 cm vom Weserwehr bis Weser-km 30. Stromab Weser-km 30 verringert sich die Zunahme des Tide-hubs recht stetig. Zwischen Weser-km 65 und 75 beträgt die Erhöhung nur noch +1 cm und wird stromab Weser-km 75 als vollständig abgeklungen angesehen.

6.2.1.4 Tidehochwasser

Vergleichszustand Die Abbildung 12 zeigt den Verlauf der über verschiedene Analysezeiträume gemittelten Tidehochwasserstände entlang der Richtfeuerlinie der Weser. Dabei wurden zum einen die Tidehochwasserstände über den gewählten Spring-Nipp-Zeitraum und zum anderen über wenige Nipp- und wenige Springtiden getrennt gemittelt. Bei Springtide steigt das gemittelte Tidehochwasser von 1,45 mNN bei Weser-km 125 stetig bis auf 2,60 mNN bei Weser-km 10 an. Für die Nipptiden betragen die Werte 0,90 mNN bei Weser-km 125 und 1,75 mNN bei Weser-km 10.


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0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

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2.8

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

MThw [ mNN ]




Abbildung 12: Vergleichszustand – MThw entlang der RFL der Weser

Obwohl die Tidehochwasserstände einen Unterschied zwischen Spring- und Nipp-Tide von ca. 0,5 (Weser-km 115) bzw. 0,8 m (Weser-km 10) aufweisen, zeigen sie einen sehr ähnli-chen Verlauf. Bei Spring-Tide werden mehr höher gelegene Flächen überflutet, die das Ti-dehochwasser beeinflussen. Überlagerungsvariante Die Abbildung 15 (Seite 31) zeigt zwischen Weser-km 90 und 30 einen kontinuierlichen Anstieg der ausbaubedingten Änderung des Tidehochwassers für alle 3 Analysezeiträume. Der berechnete Maximalwert von ca. +3 cm wird bei Springtide im Bereich von Bremen (We-ser-km 20) erreicht. Der ausbaubedingte Anstieg des Tidehochwassers stromab Weser-km 90 beträgt deutlich weniger als <+1 cm. Die hier vorhandenen großen Fließquerschnitte und die Ausspiegelung des Tidehochwassers über große Wattgebiete reduziert die Wirkung des Eingriffs signifikant. Die Prognosewerte betragen für den Anstieg des Tidehochwassers +3 cm zwischen Weser-wehr und Weser-km 45. Der Anstieg nimmt stromab stetig ab und erreicht zwischen Weser-km 70 und 90 einen Wert von +1 cm. Stromab Weser-km 90 wird er als vollständig abge-klungen angesehen. Außenweservariante Bei einem alleinigen Ausbau der Außenweser steigt das Tidehochwasser zwischen Weser-km 95 und 65 stetig an. Der berechnete Anstieg bleibt allerdings kleiner als <+1 cm


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(Abbildung 16 Seite 32). Die Abbildung zeigt, dass dieser Wert stromauf keinerlei Dämpfung erfährt, sondern dass es infolge von Schwingungseffekten zu weiteren, geringen Erhöhun-gen des Tidehochwassers kommt. Für die Prognose wird vom Weserwehr bis Weser-km 95 von einem Anstieg des Tidehoch-wassers von +1 cm ausgegangen. Stromab Weser-km 95 werden die Änderungen als abge-klungen angesehen. Unterweservariante Bei einem alleinigen Ausbau der Unterweser ist ein stetiger Anstieg des Tidehochwassers zwischen Weser-km 70 und 30 zu verzeichnen. Der maximale, berechnete Wert von ca. +2 cm wird bei Weser-km 20 erreicht und klingt bis zur Tidegrenze auch nur wenig ab (Abbildung 17 Seite 33). Für die Prognose wird von einem Anstieg des Tidehochwassers von +2 cm vom Weserwehr Bremen bis Weser-km 55 ausgegangen. Zwischen Weser-km 55 und 70 beträgt die Erhö-hung +1 cm. Stromab Weser-km 70 wird die Änderung des Tidehochwassers als abgeklun-gen angesehen.

6.2.1.5 Tideniedrigwasser

Vergleichszustand Der Verlauf des Tideniedrigwassers wird deutlicher als das Tidehochwasser durch topogra-phische Systemeigenschaften und das Schwingungsverhalten in der Unterweser geprägt. Im Bereich der Außenweser zwischen Weser-km 125 und 70 fällt das Tideniedrigwasser für den Untersuchungszeitraum von -1,55 mNN (Nipptide: -1,50 mNN, Springtide: -1,65 mNN) auf -2,05 mNN (Nipptide: -1,95 mNN, Springtide: -2,15 mNN) ab. Infolge von Schwingungs- und Reflexionseffekten am Weserwehr steigt das Tideniedrigwas-ser zwischen Weser-km 60 und 20 für alle drei Analysezeiträume auf ca. -1,75 mNN an. Stromauf Weser-km 20 wird der Verlauf des Tideniedrigwassers auch durch das Oberwas-ser, das Schwingungsverhalten der Hafenbecken und das Reflexionsverhalten am Weser-wehrs bestimmt.


Seite 28

-3.4

-3.2

-3.0

-2.8

-2.6

-2.4

-2.2

-2.0

-1.8

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-1.4

-1.2

-1.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

MTnw [ mNN ]




Abbildung 13: Vergleichszustand – MTnw entlang der RFL der Weser

Überlagerungsvariante Die Abbildung 15 (Seite 31) zeigt für den Springzeitraum eine recht stetige Zunahme des ausbaubedingten Abfalls des Tideniedrigwassers von Weser-km 110 in das Weserästuar hinein bis zur Tidegrenze. Der berechnete maximale Absunk im Bereich der Außenweser beträgt etwas mehr als -1 cm. Der maximale Absunk des Tideniedrigwassers im Bereich der Unterweser beträgt für den Springzeitraum bei Bremen fast -6 cm, für den Nippzeitraum -4 cm. Die Prognosewerte betragen für den Absunk des Tideniedrigwassers -6 cm zwischen We-serwehr und Weser-km 30. Der Absunk nimm fast stetig ab und erreicht bei Weser-km 60 nur noch einen Wert von -2 cm. Bei Weser-km 85 fällt der Absunk auf -1 cm und wird bei Weser-km 105 als vollständig abgeklungen angesehen. Außenweservariante Im Falle einer alleinigen Anpassung der Außenweser ergibt sich ein berechneter maximaler Absunk des Tideniedrigwassers von ca. -1 cm bei Weser-km 80 (Abbildung 16 Seite 32). Stromab Weser-km 100 klingt der Absunk von -1 cm bis Weser-km 110 stetig ab. Im Bereich der Unterweser reduziert sich der Absunk des Tideniedrigwassers infolge der Energiedissi-pation, so dass sich bei Bremen ein Berechnungswert von < -1 cm ergibt. Für die Prognose wird von einem konstanten Absunk des Tideniedrigwassers von -1 cm zwischen dem Weserwehr und Weser-km 110 ausgegangen. Stromab Weser-km 110 wird die ausbaubedingte Änderung als vollständig abgeklungen angesehen.


Seite 29

Unterweservariante Bei alleinigem Ausbau der Unterweser ist der berechnete Absunk des Tideniedrigwassers der Unterweser bei Weser-km 75 fast vollständig abgeklungen. Der maximale Berechnungs-wert von fast -5 cm wird stromauf Weser-km 10 ermittelt (Abbildung 17 Seite 33). Als Prognose für den Absunk des Tideniedrigwassers für die Unterweservariante wird ein Wert von -5 cm zwischen dem Weserwehr und Weser-km 40 angenommen. Der Absunk klingt recht stetig bis auf -1 cm bei Weser-km 60 ab. Bei Weser-km 75 wird der ausbaube-dingte Absunk als vollständig abgeklungen angesehen.

6.2.1.6 Tidemittelwasser

Vergleichszustand Die Abbildung 14 zeigt für die gewählten Tidezeiträume den auch schon bei Weser-km 125 recht deutlichen Unterschied im Tidemittelwasser. Der Mittelwert des betrachteten Spring-Nipp-Zeitraums beträgt dort -0,10 mNN. Der Wert für den Nippzeitraum beträgt -0,25 mNN, für den Springzeitraum -0,05 mNN. Das Tidemittelwasser steigt in das Weserästuar hinein relativ stetig an. Im Bereich der Außenweser infolge der großen Fließquerschnitte weniger, im Bereich der Unterweser stärker.

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

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0.2

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

MTmw [ mNN ]




Abbildung 14: Vergleichszustand – Tidemittelwasser entlang der RFL der Weser für unter-schiedliche Analysezeiträume


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Überlagerungsvariante Die berechneten ausbaubedingten Änderungen des Tidemittelwassers bleiben in der Au-ßenweser deutlich unter -1 cm, in der Unterweser reicht der Absunk des Tidemittelwassers an die -1 cm heran (Abbildung 15 Seite 31). Für die Prognose wird für die Überlagerungsvariante von einem Absunk des mittleren Tide-mittelwassers im Bereich der Unterweser (Weserwehr bis Weser-km 65) von -1 cm ausge-gangen. Stromab Weser-km 65 werden ausbaubedingten Änderungen von annähernd 0 cm angenommen. Außenweservariante Die berechnete Änderung des Tidemittelwassers liegt im gesamten Untersuchungsgebiet deutlich unter ±1 cm (Abbildung 16 Seite 32). Für die Prognose wird für die gesamte Weser von geringen (≅ 0 cm) Änderungen des Tide-mittelwassers ausgegangen. Unterweservariante Da das Tideniedrigwasser im Bereich der Unterweser mehr absinkt als das Tidehochwasser ansteigt, ergibt sich hieraus ein Absunk des Tidemittelwassers. Der Absunk beträgt im Be-reich vom Weserwehr bis Weser-km 40 etwa -1 cm und klingt bis Weser-km 65 ab (Abbildung 17 Seite 33). Für die Prognose wird von einem Absunk des mittleren Tidemittelwassers von -1 cm vom Weserwehr bis Weser-km 65 und stromab davon von geringfügigen (≈ 0 cm) Änderungen ausgegangen.


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Überlagerungsvariante

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

9

87

6

5

3

2

1~0

Prognosewerte

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThw [ cm ]

3

2

1~0

Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MTnw [ cm ]

-6

-5

-3

-2

-1~0

-4

Prognosewerte

-10

-8

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-4

-2

0

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MTmw [ cm ]




-1~0

Prognosewerte

Abbildung 15: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes


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Außenweservariante

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

2

1~0

Prognosewerte

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThw [ cm ]

1

~0

Prognosewerte

-10

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0

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MTnw [ cm ]

-1

~0

Prognosewerte

-10

-8

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0

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MTmw [ cm ]




~0Prognosewerte

Abbildung 16: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen des Tidewasserstandes


Seite 33

Unterweservariante

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

7

6

5

4

3

2

1~0

Prognosewerte

-2

0

2

4

6

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThw [ cm ]

2

1

~0

Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MTnw [ cm ]

-5

-4

-3

-2

-1

~0

Prognosewerte

-10

-8

-6

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-2

0

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MTmw [ cm ]




-1

~0

Prognosewerte

Abbildung 17: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen des Ti-dewasserstandes


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6.2.1.7 Überflutungsdauer

Vergleichszustand Die Anlage 1.1.1 zeigt, dass auch in der inneren Außenweser nur geringe Flächen so hoch liegen, dass sie eine Überflutungsdauer von weniger als 6,5 Stunden aufweisen. Hier sind speziell die küstennahen Bereiche des Langlütjensands im Bereich des südlichen Fedder-warder Priels und küstennahe Bereiche des Wurster Watts hervorzuheben. Die Anlage 1.2.1 zeigt, dass im Abschnitt der nördlichen Unterweser Wattgebiete im Bereich des Blexer Bo-gens, die Buhnenfelder im Bereich Weser-km 58 bis 48 und die nördliche Mündung der Schweiburg und des Rechten Nebenarms Flächen mit weniger als 6,5 Stunden Überflu-tungsdauer aufweisen. Im südlichen Teil der Unterweser sind diese Uferabschnitte so schmal, dass sie von dem Modell nur bedingt approximiert werden (Anlage 1.3.1). Überlagerungsvariante Im Bereich der Inneren Außenweser zeigen die höhergelegenen Wattgebiete am südlichen Fedderwarder Priel, um Langlütjen I und II herum und vor der Wurster Küste eine Verlängerung der Überflutungsdauer von +1 bis +2 Minuten. Eine Reduzierung der Über-flutungsdauer um -1 bis -2 Minuten ist im Bereich des Leitdamms Robbenplate und nördlich des Terminals CT IV abzulesen (Anlage 1.1.1). Im Bereich der nördlichen Unterweser (Anlage 1.2.1) ist durchgängig eine Reduzierung der Überflutungsdauer um -1 bis -3 Minuten in der Tideniedrigwasserzone abzulesen. Dies setzt sich auch in den nördlichen Mündungsbereichen der Schweiburg und des Rechten Nebenarms fort. Die höhergelegenen Wattgebiete im Blexer Bogen, entlang der Buhnenfelder zwischen Weser-km 58 und 48 und in beiden Seitenarmen zeigen eine Verlängerung der Überflutungsdauer um +1 bis +3 Minuten. Gleiches gilt auch für den südlichen Teil der Unterweser von Weser-km 36 bis ca. Weser-km 22, wobei hier die betroffenen Überflutungsflächen schon deutlich schmaler sind (Anlage 1.3.1). Stromauf Weser-km 22 sind kaum noch betroffene Überflutungsflächen vorhanden. Außenweservariante Die Anlagen 2.1.1 (Innere Außenweser), 2.2.1 (Nördliche Unterweser) und 2.3.1 (Südliche Unterweser) stellen die ausbaubedingte Änderungen der Überflutungsdauer für den Ausbau-zustand Außenweservariante dar. Im Bereich der inneren Außenweser wird die Erhöhung des Tidehochwassers maßgeblich durch die Außenweservariante bestimmt. Die Änderung der Überflutungsdauer ergibt sich daher wie im Falle der Überlagerungsvariante zu +1 bis +2 Minuten für den südlichen Langlütjensand und -1 bis -2 Minuten für den Bereich des Leitdammes Robbenplate. Im Bereich der nördlichen Unterweser (Anlage 2.2.1) ist durchgängig eine Reduzierung der Überflutungsdauer um -1 bis -3 Minuten in der Tideniedrigwasserzone abzulesen. Dies setzt sich auch in den nördlichen Mündungsbereichen der Schweiburg und des Rechten Nebenarms fort. Die höhergelegenen Wattgebiete im Blexer Bogen, entlang der


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Buhnenfelder zwischen Weser-km 58 und 48 und in beiden Seitenarmen zeigen eine Verlängerung der Überflutungsdauer um +1 bis +3 Minuten. Gleiches gilt auch für den südlichen Teil der Unterweser von Weser-km 36 bis ca. Weser-km 22, wobei hier die betroffenen Überflutungsflächen schon deutlich schmaler sind (Anlage 2.3.1). Stromauf Weser-km 22 sind kaum noch betroffene Überflutungsflächen vorhanden. Unterweservariante Durch das schnelle Abklingen der Erhöhung des Tidehochwassers in der Inneren Außenwe-ser sind hier alle Änderungen der Überflutungsdauer geringer als ±1 Minute (Anlage 3.1.1). Im Abschnitt der nördlichen Unterweser ergeben sich infolge der etwas geringeren Erhöhun-gen des Tidehochwassers kaum noch Flächen, die eine Verlängerung der Überflutungsdauer aufweisen. Dies ist sowohl entlang der Weserfahrrinne als auch in den Seitenarmen der Fall (Anlage 3.2.1). Im Bereich des Blexer Bogens sind gegenüber der Überlagerungsvariante die Zonen mit reduzierter Überflutungsdauer nicht mehr auszumachen, während sich die Verminderung im Bereich der Buhnenfelder und den nördlichen Mündungen der Nebenarme weiterhin bei -1 bis -2 Minuten bewegt. Im Abschnitt der südlichen Unterweser (Anlage 3.3.1) vermindert sich die Überflutungsdauer in einem schmalen Streifen entlang der Tideniedrigwasserlinie um -1 bis zu -3 Minuten.

6.2.1.8 Eintrittszeiten der Tidewasserstandscheitel

Vergleichszustand Die Laufzeit des einlaufenden Tidehochwassers beträgt zwischen Pegel Alte Weser und Bremerhaven ca. 80 min (Tidekalender 2002: 1 h 18 min) und zwischen Bremerhaven und Elsfleth ca. 60 min (Tidekalender 2002: 1 h 02 min). Für das Tideniedrigwasser betragen die Laufzeiten ca. 60 min (Tidekalender 2002: 59 min) und ca. 1 h 30 min (Tidekalender 2002: 1 h 26 min). Die Gesamtlaufzeit Pegel Alte Weser bis Elsfleth ist infolge des geringeren Wasserstands für den Tideniedrigwasserscheitel ca. 10 min länger als für den Tidehochwas-serscheitel. Überlagerungsvariante Infolge der ausbaubedingt erhöhten Wassertiefen ergibt sich eine Reduzierung der Laufzei-ten der Tidewasserstandsscheitel. In der Prognose ist im Bereich der Außenweser und im nördlichen Teil der Unterweser für den Tidehochwasserscheitel keine signifikante Änderung zu verzeichnen. Zwischen Weser-km 50 und 10 reduziert sich die Eintrittszeit des Tidehochwassers um weniger als -2 min, zwischen Weser-km 10 und dem Weserwehr weniger als -3 min. Eine Reduzierung der Lauf-zeit des Tideniedrigwasserscheitels von etwa -1 min ist erst stromauf Weser-km 10 vorhan-den.


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Außenweservariante Für die Außenweservariante sind keine signifikanten Reduzierungen, kleiner -1 min, der Laufzeiten der Tidescheitelwasserstände vorhanden. Unterweservariante In der Prognose für die Unterweservariante ergeben sich die gleichen Werte der Reduzie-rung wie für die Überlagerungsvariante.

6.2.2 Tideströmungen

6.2.2.1 Systemverhalten der Strömungen im Vergleichszustand

In einem Tideästuar mit wechselnder Fließrichtung und sich schnell ändernden Wasserstän-den existieren zeitlich sehr unterschiedliche Ausprägungen der Strömungen. Gleichzeitig bestimmen speziell in der Brackwasserzone die baroklinen Verhältnisse die Strömungen. Die unterschiedlichen Dichten führen im Wasserkörper der Brackwasserzone zu augenfälligen Abweichungen vom klassischen, logarithmischen Geschwindigkeitsprofil und zu Durchmi-schungsvorgängen in der Wassersäule, die direkte Auswirkungen auf die lokalen Strö-mungsgeschwindigkeiten haben. Aus der Asymmetrie der Tidekurve resultiert ein unterschiedlicher Verlauf der Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit (Beispiele in Kapitel 9.1.3). Die Flutstromgeschwindigkeit zeigt einen steilen Anstieg und ein ausgeprägtes Maximum der Geschwindigkeit zu Beginn der Flut. Die Ebbestromgeschwindigkeit ist an den höheren Geschwindigkeiten im Bereich der Oberfläche und an ihrer i.Allg. symmetrischeren Form zu erkennen. Besteht eine Salzgehaltsschichtung in der Art, dass die bodennahe Salzkonzentration einige PSU größer ist als die oberflächennahe, so tritt eine Strömungsumkehr bei Ebbestromkente-rung zuerst bodennah ein. Das schwerere Salzwasser drückt bodennah in das Ästuar hinein. Bei einer stärkeren Ausprägung der Flutstromgeschwindigkeit erfolgt eine Durchmischung des Salzgehalts über die gesamte Wassersäule. Hierdurch kann sich wieder das logarithmi-sche Geschwindigkeitsprofil ausbilden, da keine Konzentrationsunterschiede in der Vertika-len mehr bestehen. Das Salz an der Oberfläche wird jetzt aber schneller transportiert als in Bodennähe. Hieraus resultiert zeitweise eine instabile Schichtung (das salzhaltigere, schwe-rere Wasser liegt über dem leichteren) was zu einer Erhöhung der Durchmischungsvorgänge führt. Werden tiefen- und tidephasengemittelte Strömungsgeschwindigkeiten betrachtet, so wie es beispielhaft in Abbildung 18 für die mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit dargestellt ist, so können folgende Eigenschaften für das Weserästuar abgelesen werden: Die mittlere Flutstromgeschwindigkeit steigt seeseitig von ca. 0,5 m/s auf ca. 0,9 m/s bei Weser-km 100 an und behält ihren Wert bis Weser-km 80 in etwa bei. Seeseitig existieren große Wassertiefen und keine bzw. nur eine geringe seitliche Limitierung wie in Rinnensys-temen, daher sind hier die Strömungsgeschwindigkeiten relativ gering. Zwischen Weser-km 100 (Tegeler Plate) und Weser-km 80 (Robbensüdsteert, südliches Ende der Leitwerke) ist


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die Rinne der Außenweser natürlich ausgeprägt bzw. wird durch massive Leitwerke be-stimmt. Zwischen Weser-km 80 und 20 liegt die mittlere Flutstromgeschwindigkeit zwischen 0,7 und 0,8 m/s. Diese recht geringe Schwankung der mittleren Flutstromgeschwindigkeit ist ein Hinweis darauf, dass die Fließquerschnitte der Unter- und inneren Außenweser den Durch-flussmengen angepasst sind. Stromauf Weser-km 20 fällt die mittlere Flutstromgeschwindigkeit infolge des gegenläufigen Oberwassers stark ab. Die Schwankungen der mittleren Flutstromgeschwindigkeit resultieren einerseits aus den Querschnittsverhältnissen andererseits aber auch daraus, dass der Strich des Flutstromes nicht immer der hier zugrunde gelegten Richtfeuerlinie folgt. Besonders sichtbar ist dies z.B. im Bereich von Weser-km 90 bis 100, wo der Flutstromstrich nach Westen in Richtung Leuchtfeuer Hohe Weg verschwenkt ist und auch im Bereich des Blexer Bogens bei Weser-km 65.

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2.4[ - ]Nipp- Springzeitraum

(02.06.02-20:00:00 bis 14.06.02-13:00:00) mittlere Ebbestromgeschwindigkeit

mittlere Flutstromgeschwindigkeit

Flut- / Ebbestromgeschwindigkeit

mittlerer Reststrom

Abbildung 18: Vergleichszustand – mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit, deren Ver-hältniswert und mittlerer Reststrom entlang der RFL

Wie Abbildung 18 zeigt, ist im Allgemeinen die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit auf Grund der im Mittel geringeren Fließquerschnitte in der Weser größer als die mittlere Flutstromge-schwindigkeit. Auch sie weist Schwankungen infolge der Querschnittsverhältnisse und der Lage des Stromstrichs auf. Der Verhältniswert zwischen mittlerer Flutstromgeschwindigkeit und mittlerer Ebbestromge-schwindigkeit verdeutlicht die in der Weser vorhandene Ebbestromdominanz. Bei Weser-km


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80 und 95 folgt die Strömung nicht der Richtfeuerlinie (lokale Stromteilungen), was zu den abweichenden Verhältniswerten führt. Eine flächenhafte Darstellung der mittlere Strömungsgeschwindigkeiten für den Vergleichs-zustand findet sich in den Abbildungen der Anlagen (Außenweser: Anlagen 1.1.2 und 1.1.3; Nördliche Unterweser: Anlagen 1.2.2 und 1.2.3; Südliche Unterweser: Anlagen 1.3.2 und 1.3.3)

6.2.2.2 Wirkungsmechanismen der Strömungsänderungen

In Abbildung 21 auf Seite 43 wurden die mittleren Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten für unterschiedliche Analysezeiträume gegenübergestellt. Die Abbildung zeigt, dass für unter-schiedliche Tidehübe und Wasserstände (Nipp- bzw. Springtide), der prinzipielle Verlauf der Strömungsgeschwindigkeiten erhalten bleibt, wenn von speziellen lokalen Effekten abgese-hen wird. D.h., erhöht sich bei etwa gleich bleibendem Fließquerschnitt das Tidevolumen, so erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit proportional dazu. Im Falle einer Ausbaumaßnahme wird die Zunahme des Tidevolumens durch die Erhöhung der hydraulischen Leistungsfähigkeit bewirkt. In den Abschnitten, in denen kein Eingriff in die Topographie vorgenommen wird, erhöht sich daher die Strömungsgeschwindigkeit proporti-onal der Erhöhung des Tidevolumens (Abbildung 19, links unten). In den Bereichen, in de-nen der Fließquerschnitt infolge der Vertiefung aufgeweitet wird, fällt die Erhöhung der Strö-mung geringer aus oder die Strömungsgeschwindigkeit wird sogar reduziert (Abbildung 19, rechts). Dies können auch lokale Effekte sein, wenn Mindertiefen infolge von Transportkör-pern beseitigt werden. Daher sind in den ausbaubedingten Änderungen auch lokal sehr begrenzte Reduzierungen der Strömungsgeschwindigkeit abzulesen. Eine exakte Positionierung der lokalen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten gilt aber nur für die Momentaufnahme der untersuchten Topographien. Sollte sich zum Zeitpunkt der Herstellung der Maßnahme die Lage der Transportkörper verändert haben, so sind die Änderungsspitzen natürlich bei den neuen Transportkörperkuppen zu finden. Grundsätzlich ist zu sagen, dass eine Vergrößerung des Fließquerschnitts durch eine Vertiefung bzw. Verbreiterung der Hauptabflussrinne zu einer Stärkung ihres Durchflusses führt und die angrenzenden Seitenbereiche dadurch geschwächt werden. Dies zeigen die flächenhaften Darstellungen der ausbaubedingten Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten. Die speziellen Wirkungen in den Wattgebieten werden im Kap. 7 (Bewertung der ausbaube-dingten Änderungen unter Berücksichtigung der Betroffenheiten) behandelt.


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Vergleichszustand / Fließquerschnitt

Fließquerschnitt wird beim Ausbau nicht verändert

+

Zunahme infolge erhöhtem Tidevolumens

Fließquerschnitt wird „maßvoll“ vergrößert

Zunahme im Bereich der FahrrinneAbnahme in den Seitenbereichen

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Fließquerschnitt wird „verstärkt“ vergrößert

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Abnahme im gesamten Querschnitt

Konzentration der Strömungauf die Rinne

Vergleichszustand / Fließquerschnitt

Fließquerschnitt wird beim Ausbau nicht verändert

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Zunahme infolge erhöhtem Tidevolumens

Fließquerschnitt wird „maßvoll“ vergrößert

Zunahme im Bereich der FahrrinneAbnahme in den Seitenbereichen

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Fließquerschnitt wird „verstärkt“ vergrößert

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Abnahme im gesamten Querschnitt

Konzentration der Strömungauf die RinneKonzentration der Strömungauf die Rinne

Abbildung 19: Prinzipbeispiel - mögliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten infol-ge Fahrrinnenvertiefung

Geschwindigkeitsprofil Im folgenden soll die Wirkung der ausbaubedingten Änderungen auf das Geschwindigkeits-profil betrachtet werden. Erfährt der betrachtete Fließquerschnitt auf Grund des Ausbaus keinerlei Änderung, so ergibt sich infolge des erhöhten Tidehubs eine höhere tiefengemittelte Strömungsgeschwindigkeit. Der bodennahe Verlauf des Geschwindigkeitsprofils wird maß-geblich von der Rauhigkeit der Sohle bestimmt. Da davon ausgegangen werden kann, dass (bezogen auf die Wirkungen der hier untersuchten Maßnahme) das Sohlmaterial nur in ei-nem geringen Maße durch die Ausbaumaßnahmen verändert wird, ändern sich die Rauhig-keiten und damit die bodennahen Geschwindigkeiten nur unwesentlich. Die Geschwindigkei-ten in den oberflächennahen Wasserschichten werden sich entsprechend der Änderung der mittleren Geschwindigkeit verändern. Die Abbildung 20 oben zeigt das vertikale Profil für die mittlere Flutstromgeschwindigkeit an einer ausgewählten Position im Vergleichs- und Überlagerungsfall. Die Sohle an dieser Position liegt in der Vergleichsvariante bei ca. -17,2 mNN und in der betrachteten Ausbauvariante bei -18,7 mNN. Eine Differenzbildung der Geschwindigkeitsbeträge in einer vorgegebenen Wassertiefe kann nur bis zur Sohle des Vergleichszustandes ausgeführt werden und führt in Sohlnähe zu recht hohen Zunahmen, da Werte in unterschiedlicher Profilhöhe über der Sohle abgegriffen werden. Werden beide Geschwindigkeitsprofile in einer Achse „Meter über Grund“ abgetragen (Abbildung 20 unten), so zeigt sich, dass sich die Fließgeschwindigkeiten in Sohlnähe nicht


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verändern. Die Überlagerungsvariante zeigt jetzt über die gesamte Wassertiefe eine Abnahme der Geschwindigkeit, die sich aus dem erhöhten Fließquerschnitt ergibt. Kleinere Abweichungen ergeben sich aus der unterschiedlichen Lage der diskreten Stützstellen der Kurven. Durch Tiefenintegration dieser Profile ergeben sich die tiefengemittelten Kennwerte, so wie sie in den Anlagen dieses Gutachtens dargestellt werden. Wie dieses Beispiel gezeigt hat, stellen die dort abzulesenden Beträge eine gute Basis zur Beurteilung der ausbaubedingten Änderungen der Strömungen dar. Dies haben auch Auswertungen an anderen Positionen des Untersuchungsgebietes bestätigt.


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Weser-km 85 - Richtfeuerliniemittlere Flutstromgeschwindigkeit

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rund

Sohle

Vergleichszustand

Ausbauzustand

Abbildung 20: Prinzipbeispiel ausbaubedingte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im Vertikalprofil (oben: Bezug NN, unten: Bezug Gewässersohle)


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6.2.2.3 Mittlere Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit

Vergleichszustand Die Abbildung 21 zeigt die Beträge der tiefengemittelten mittleren Flutstromgeschwindigkeit für den gewählten Spring-Nipp-Zeitraum insgesamt und die darin enthaltenen Nipp- und Spring-Zeiten als Einzelauswertung. In den tiefen Bereichen der Außenweser stromab km 120 beträgt die mittlere Flutstromgeschwindigkeit 0,50 m/s (Nipptide: 0,43 m/s, Springtide: 0,60 m/s). Infolge der Einengung des Fließquerschnittes steigt die mittlere Flutstromge-schwindigkeit relativ stetig an und erreicht im Bereich Weser-km 100 bis 80 ihre Maximalwer-te von 0,8 bis 0,9 m/s (Nipptide: 0,7 bis 0,8 m/s, Springtide: 0,9 bis 1,0 m/s). Zwischen We-ser-km 80 und km 20 schwankt die mittlere Flutstromgeschwindigkeit zwischen 0,7 und 0,8 m/s (Nipptide: 0,6 bis 0,7 m/s, Springtide: 0,75 bis 0,85 m/s). Stromauf Weser - km 20 fällt sie deutlich ab und erreicht bei Weser-km 10 Werte von nur noch 0,3 bis 0,4 m/s. Deutliche Einbrüche in der mittleren Flutstromgeschwindigkeit (z.B. bei Weser-km 95, km 76 und km 62) ergeben sich daraus, dass die Richtfeuerlinie nicht überall dem Stromstrich folgt. Die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit ist durchgängig höher als die mittlere Flutstromge-schwindigkeit. Dies ist vorwiegend auf die bei Ebbestrom geringeren Fließquerschnitte zu-rückzuführen. Die für den Untersuchungszeitraum maximalen mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten von ca. 1 m/s (Nipptide: 0,85 m/s, Springtide: 1,15 m/s) treten in der Außenweser bei Weser-km 102 und 89 auf. In der Unterweser schwankt die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit zwi-schen 0,85 und 0,95 m/s (Nipptide: 0,75 und 0,90 m/s, Springtide: 0,85 und 1,15 m/s). Dies belegen die Anlagen 1.1.2 und 1.1.3, die flächenhaft die tiefengemittelten, mittleren Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeiten für die Außenweser zeigen. Überlagerungsvariante Die ausbaubedingten Änderungen zeigen fast durchgängig in der Außen- und Unterweser eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeiten (Abbildung 23 Seite 49), d.h. im Allgemei-nen führt die Aufweitung des Fließquerschnitts nicht zu einer Reduzierung der Strömungen. Zwischen den ausbaubedingten Änderungen für den Spring-Nipp-Zeitraum und den enthal-tenen Nipp- und Spring-Zeiträumen sind keine signifikanten Unterschiede festzustellen. In der Strecke zwischen Weser-km 105 und km 120 werden Transportkörper gebaggert, die lokal zu Abnahmen der mittleren Flutstromgeschwindigkeiten bis zu -2 cm/s führen. Gleiches ist in den Abschnitten Weser- km 78 bis km 81 und bei Weser-km 86, 90 und 92 abzulesen. Die Vertiefung der erweiterten Wendestelle zwischen Weser-km 70 und km 74 führt zu einer Reduzierung der mittleren Flutstromgeschwindigkeit bis zu -6 cm/s. Die mittlere Zunahme im Bereich der Außenweser liegt bei +2 cm/s, bereichsweise beträgt sie aber auch +4 cm/s. Die Anlage 1.1.2 zeigt, dass eine signifikante ausbaubedingte Erhö-hung der Flutstromgeschwindigkeit hauptsächlich in der Fahrrinne abzulesen ist.


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vem [ m/s ] Nippzeitraum

(04.06.02-23:00:00 bis 06.06.02-21:00:00)



Abbildung 21: Vergleichszustand – mittlere Flut- (vfm) und mittlere Ebbestromgeschwindigkeit (vem) entlang der RFL der Weser

Auch im Bereich der Unterweser werden Transportkörperkuppen abgetragen, die lokal be-grenzt zu Reduzierungen der mittleren Flutstromgeschwindigkeit bis zu -2 cm/s führen. Flä-chenhaft deutlichere Abnahmen der mittleren Flutstromgeschwindigkeit sind in den Kurven und Baggerbereichen bei Weser-km 56 und km 64 abzulesen (Anlage 1.2.2). Im Mittel liegt die berechnete Erhöhung der mittleren Flutstromgeschwindigkeit zwischen Weser-km 10 und 35 bei +2 cm/s, zwischen Weser-km 35 und 65 bei +3 und +4 cm/s und erreicht einen Maxi-malwert von +5 cm/s bei Weser-km 51. Wie der Abbildung 23 (Seite 49) zu entnehmen ist, kann in der Prognose bei den Strö-mungsgeschwindigkeiten nicht ein Wert für die ausbaubedingten Änderungen in einem Ab-


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schnitt angegeben werden, sondern es wird mit einer Spanne von Zu- und Abnahme gear-beitet. Die maximale Zunahme der mittleren Flutstromgeschwindigkeit beträgt +5 cm/s, die maximale Abnahme in Bereichen, in denen Transportkörper gebaggert werden, -2 cm/s. Die Vertiefung der Wendestelle führt in der Prognose zu einer lokalen Reduzierung der mittleren Flutstromgeschwindigkeit bis zu -4 cm/s. Die Abbildung 23 zeigt, dass infolge der bei Ebbe im Mittel kleineren vorhandenen Fließ-querschnitte die ausbaubedingten Reduzierungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit größer ausfallen als die der mittleren Flutstromgeschwindigkeit. Obwohl die mittleren Ebbe-stromgeschwindigkeiten infolge der unterschiedlichen Tidehübe (Tideenergien) für die ver-schiedenen Analysezeiträume unterschiedliche Größen aufweisen, zeigt die Abbildung, dass die ausbaubedingten Änderungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit, bis auf lokale Effekte, nicht wesentlich voneinander abweichen. In der Prognose beträgt die maximale Zunahme der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit beträgt +5 cm/s, die maximale Abnahme in den Bereichen, in denen Transportkörper gebag-gert werden, -4 cm/s. Im Bereich der vertieften Wendestelle reduziert sich die mittlere Ebbe-stromgeschwindigkeit um bis zu -8 cm/s. Außenweservariante Bei einem alleinigen Ausbau der Außenweser wird die Unterweser durchgängig eine Erhö-hung der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten zeigen, da alle Fließquerschnitte erhalten bleiben (Abbildung 24 Seite 50). Die Erhöhung fällt gegenüber der Überlagerungsvariante deutlich geringer aus, da infolge der deutlich geringeren Änderungen der Tidewasserstände die Erhöhung des Tidevolumens wesentlich kleiner ist. Im Bereich der Außenweser fallen die berechneten Änderungen der mittleren Geschwindig-keiten gegenüber der Überlagerungsvariante etwas geringer aus. Der Abbildung 24 ist zu entnehmen, dass im Bereich der Unterweser für die Außenweservariante eine Erhöhung der mittleren Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit im Allgemeinen von weniger als +1 cm/s be-rechnet wurde. Im Bereich der Außenweser reichen die Prognosewerte der Änderungen der mittleren Flut-stromgeschwindigkeit zwischen einer Zunahme von bis zu +5 cm/s und einer Abnahme um bis zu -3 cm/s in Bereichen, in denen Transportkörper gebaggert werden. Im Bereich der vertieften Wendestelle reduziert sich die mittlere Flutstromgeschwindigkeit um bis zu -6 cm/s. Die Anlage 2.1.2 zeigt, dass die ausbaubedingten Änderungen auf die Fahrrinne beschränkt bleiben. Durch Zunahme des Tidevolumens in der Unterweser infolge des Außenweserausbaus er-höht sich die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit in der Unterweser in der Prognose um +1 bis +2 cm/s. Im Bereich der Außenweser haben die Eingriffe eine deutlichere Wirkung auf die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit als auf die mittlere Flutstromgeschwindigkeit. Die maximale Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit beträgt ±6 cm/s. Im Bereich der Wendestelle verringert sich die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit um -9 cm/s.


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Unterweservariante Wird alleinig die Unterweser ausgebaut, so zeigt sich in der Außenweser durchgängig eine Erhöhung der mittleren Fließgeschwindigkeiten infolge des durch den Ausbau erhöhten Tidevolumens und der in der Außenweser gleich bleibenden Fließquerschnitte (Abbildung 25 Seite 51). Die ausbaubedingte Zunahme der mittleren Fließgeschwindigkeit klingt in der Außenweser infolge der natürlichen Vergrößerung der Fließquerschnitte bis Weser-km 100 ab. Im Bereich der Unterweser fallen die berechneten Erhöhungen der mittleren Flutstromge-schwindigkeit infolge der gegenüber der Überlagerungsvariante geringeren Zunahme des Tidevolumens kleiner aus. Die sich in der Prognose aus der Unterweservertiefung ergebene Erhöhung der mittleren Flutstromgeschwindigkeit von +3 cm/s bei Weser-km 65 klingt in der Außenweser bis Weser-km 100 vollständig ab. Die maximalen Zunahme der mittleren Flutstromgeschwindigkeit beträgt +4 cm/s und die maximale Abnahme -2 cm/s in Bereichen, in denen Transportkörper gebaggert werden. Die Anlage 3.1.2 zeigt, dass die ausbaubedingten Änderungen außerhalb der Fahrrinne recht schnell abklingen. Abbildung 25 zeigt auch den Verlauf der berechneten ausbaubedingten Änderungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie für die Unterweservariante. Im Bereich der Unterweser folgen die Änderungen den Änderungen der Fließquerschnitte infolge Baggerung. In der Prognose beträgt die maximale Zunahme der mittleren Ebbe-stromgeschwindigkeit +5 cm/s, die maximale Abnahme -5 cm/s. Die Änderungen klingen bis Weser-km 80 auf ±1 cm/s und bis Weser-km 110 vollständig ab.

6.2.2.4 Maximale Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten

Vergleichszustand Die maximale Flutstromgeschwindigkeit zeigt für die unterschiedlichen Analysezeiträume einen sehr ähnlichen Verlauf entlang der Richtfeuerlinie der Weser (Abbildung 22). Die Ma-ximalwerte treten mit 1,6 m/s bei Weser-km 83 auf (Nipptide: 1,4 m/s, Springtide: 1,8 m/s). Zur See hin fällt die maximale Flutstromgeschwindigkeit recht stetig ab, wenn man von den Einflüssen absieht, die durch Stromtrennungen hervorgerufenen werden. Im Bereich der Unterweser zwischen Weser-km 45 und 55 beträgt die maximale Flutstrom-geschwindigkeit ca. 0,9 m/s bei Weser-km 55 ab (Nipptide: 0,85 m/s, Springtide: 1,0 m/s). Sie steigt stromauf Weser-km 45 wieder an und erreicht bei Weser-km 21 einen Wert von 1,3 m/s an (Nipptide: 1,1 m/s, Springtide: 1,4 m/s). Stromauf Weser-km 20 fällt die maximale Flutstromgeschwindigkeit durch den Einfluss des Oberwassers recht stetig ab. Die maximale Ebbestromgeschwindigkeit erreicht in der Außenweser zwischen Weser-km 70 und 110 mehrfach Werte von ca. 1,6 m/s (Nipptide: 1,5 m/s, Springtide: 1,8 m/s). Im Bereich der Unterweser ergeben sich Werte von im Mittel 1,1 m/s bei Weser-km 40 und 1,4 m/s bei weser-km 65. Stromauf Weser-km 40 fällt die maximale Ebbestromgeschwindigkeit recht kontinuierlich bis auf 0,5 m/s bei Weser-km 10 ab. Stromauf Weser-km 5 dominiert der Ein-fluss des Oberwassers.


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Die flächenhafte Verteilung der maximalen Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeiten sind für den Bereich der Außenweser in den Anlagen 1.1.4 und 2.1.4 bzw. für den Bereich der Un-terweser in den Anlagen 2.1.4 und 2.1.5 dargestellt. Überlagerungsvariante Die Abbildung 23 (Seite 49) zeigt, dass die die berechneten Änderungen der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten deutlicher als die Änderungen der mittleren Flutstromge-schwindigkeit auf die Ausbaumaßnahme reagiert. Trotzdem zeigen die verschiedenen Ana-lysezeiträume einen recht ähnlichen Verlauf. Im Mittel ist eine Zunahme der maximalen Strö-mungsgeschwindigkeiten abzulesen. Die vertiefte Wendestelle zeigt für die maximalen Ge-schwindigkeiten zwischen Weser-km 70 und 75 ein recht differenziertes Verhalten. Die aus den berechneten ausbaubedingten Änderungen abgeleiteten Prognosewerte sind entlang der Richtfeuerlinie in auch in Abbildung 23 dargestellt. Die Erhöhung der maximalen Flutstromgeschwindigkeit beträgt im Bereich zwischen Weser-km 80 und 90 +7 cm/s, im Maximum von +8 cm/s zwischen weser-km 110 und 115. Dort wo Transportkörper gebaggert werden, kann sich die maximale Flutstromgeschwindigkeit um bis zu -4 cm/s reduzieren. Im Bereich der vertieften Wendestelle nimmt die maximale Flutstromgeschwindigkeit um bis zu -7 cm/s ab. Die Änderungen der maximalen Ebbestromgeschwindigkeit betragen im Bereich der vertief-ten Wendestelle lokal +12 bis -15 cm/s. Im Bereich der Außenweser werden aus den be-rechneten ausbaubedingten Änderungen Werte zwischen +8 und -6 cm/s, für den Bereich der Unterweser von +8 bis -3 cm/s prognostiziert. Die flächenhafte Verteilung der ausbaubedingten Änderungen zeigen für die Außenweser die Anlagen 1.1.4 und 1.1.5 bzw. für die Unterweser die Anlagen 1.2.4 und 1.2.5. Außenweservariante Die berechneten Änderungen der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten fallen in dieser Variante im Bereich der Außenweser im Allgemeinen etwas geringer aus als in der Überlage-rungsvariante (Abbildung 24 Seite 50). Die ausbaubedingten Änderungen der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten klingen für die Außenweservertiefung bis Weser-km 65 recht stark ab. Da in der Außenweservariante die Fließquerschnitte der Unterweser nicht verändert werden, erhöht sich infolge des vergrö-ßerten Tidevolumens in der Berechnung die maximale Flutstromgeschwindigkeit um bis zu +1 cm/s, die maximale Ebbestromgeschwindigkeit um bis zu +2 cm/s.


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-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

vfx [ m/s ]

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

vex [ m/s ]




Abbildung 22: Vergleichszustand – maximale Flut- (vfx) und maximale Ebbestromgeschwin-digkeit (vex) entlang der RFL der Weser für unterschiedliche Analysezeiträume

In der Prognose ergibt sich im Bereich der Außenweser eine Erhöhung der maximalen Flut-stromgeschwindigkeit zwischen +4 und +8 cm/s, die Abnahme in den Bereichen, in denen Transportkörper gebaggert werden, liegt zwischen -2 und -5 cm/s. Im Bereich der vertieften


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Wendestelle ergibt die Prognose Änderungen der maximalen Flutstromgeschwindigkeit von +5 bis -9 cm/s. In der Unterweser erhöht sich die maximale Flutstromgeschwindigkeit um +1 cm/s Im Bereich der Außenweser wird je nach Abschnitt eine Erhöhung der maximalen Ebbe-stromgeschwindigkeit von bis zu +8 cm/s und eine Abnahme von bis zu -8 cm/s abgelesen. Die maximalen Änderungen treten wiederum im Bereich der vertieften Wendestelle mit +12 bis -15 cm/s auf. In der Unterweser erhöht sich die maximale Ebbestromgeschwindigkeit um +2 cm/s. Die flächenhafte Verteilung der ausbaubedingten Änderungen zeigen für die Außenweser die Anlagen 2.1.4 und 2.1.5 bzw. für die Unterweser die Anlagen 2.2.4 und 2.2.5. Unterweservariante Die Abbildung 25 (Seite 51) zeigt, dass in der Berechnung Änderungen der maximalen Flut-stromgeschwindigkeit infolge des Unterweserausbaus bis Weser-km 100 zu verzeichnen sind. Die Änderungen betragen im Bereich der Außenweser +3 bis -2 cm/s. In der Unterwe-ser sind Änderungen zwischen +7 cm/s (Weser-km 50 bis 55) und -4 cm/s (Weser-km 35 bis 45) abzulesen. Die ausbaubedingten Änderungen der maximalen Ebbestromgeschwindigkeit zeigen für die Unterweservariante eine noch deutlich unruhigeren Verlauf als für die maximale Flutstrom-geschwindigkeit. Auch bei Weser-km 70 sind lokale Erhöhungen der maximalen Ebbestrom-geschwindigkeit von +10 cm/s abzulesen. Stromab klingt die Änderung bis Weser-km 110 vollständig ab. Die flächenhafte Verteilung der ausbaubedingten Änderungen zeigen für die Außenweser die Anlagen 3.1.4 und 3.1.5 bzw. für die Unterweser die Anlagen 3.2.4 und 3.2.5.


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-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vfm [ cm/s ]

34

3 32

54 4

-2 -2-4

~0

-1

Prognosewerte

-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vem [ cm/s ]

34

22

54 4 4

~0

-2

-8

-2 -2 -2 -2-4 -4

-3-4

-2-3

Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vfx [ cm/s ]

64

3

8

5 64

~0

54

7 8

-2 -2

-7

-2-4

-3-1 -1

Prognosewerte

-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vex [ cm/s ]

-2




3 45

2

6 78

7

~0

8

12

-2 -2

-4-3-3 -4

-6

-15

Prognosewerte

Abbildung 23: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie


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Außenweservariante

-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vfm [ cm/s ]

12

43

53

~0~0

-1-1-3

-2

-6

~0-2-1

-2Prognosewerte

-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vem [ cm/s ]

12

4 3

1

3

~0

4

~0

4643

-1

-9

-6-4

-2

-4-3

-2

Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vfx [ cm/s ]

31

6

~0

4

86

455

~0

-2

-5

-2-4 -3

~0

-9

Prognosewerte

-22-20-18-16-14-12-10

-8-6-4-202468

10121416

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vex [ cm/s ]




1

7

25 4

12

6

~0

5

87

~0

6

-5

-8-7

-1

-15

-7

-4 -3-3 -4-4-3

~0

Prognosewerte

Abbildung 24: Außenweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strö-mungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie


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Unterweservariante

-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vfm [ cm/s ]

23

43

21 ~0

-1 -1-2

-1-2

~0

Prognosewerte

-14-12-10

-8-6-4-202468

101214

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vem [ cm/s ]

12

4 54

32

~01

~0-1

-2-1

-4-2

-5

-2-4

-3-2

-1

Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vfx [ cm/s ]

35 4 5 6

4 5

~01232

46

457

-3-1

-2-1 -1

-2-1-2

-4

-1

Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta vex [ cm/s ] Nippzeitraum

(04.06.02-23:00:00 bis 06.06.02-21:00:00)



2 3 2 35

7

~0124

86

~0-1-2

-1-3

-8

-1-3

-6

-3

-8

-2

-6

-3-1

Prognosewerte

Abbildung 25: Unterweservariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strö-mungsgeschwindigkeit entlang der Richtfeuerlinie


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6.2.2.5 Stauwasserdauer bei Kenterung Flut und Ebbe

Vergleichszustand Die Anlagen 1.1.7 und 1.1.8 zeigen die Verteilung der tiefengemittelten Stauwasserdauer in den Rinnen der Außenweser für die Flutstrom- bzw. Ebbestromkenterung. Die tiefengemittelte Stauwasserdauer in der Fahrrinne der Weser beträgt zwischen 20 und 30 (Flutstromkenterung) bzw. 15 und 20 Minuten (Ebbestromkenterung). Der Wurster Arm weist Stauwasserdauern von 35 bis 40 (Flutstromkenterung) bzw. 40 bis 45 Minuten (Ebbestromkenterung) auf. In den an die Rinnen angrenzenden Wattgebiete können bei Ebbestromkenterung Stauwasserdauern von mehr als 85 Minuten auftreten. Auffällig ist, dass der Fedderwarder Priel in seinem Mündungsbereich bei Flutstromkenterung eine recht lange Stauwasserdauer von 60 bis 80 Minuten aufweist. Die Stauwasserdauer bei Ebbestromkenterung beträgt in diesem Bereich 30 bis 40 Minuten, lokal weniger. Die Anlagen 1.2.7 und 1.2.8 zeigen, dass im Bereich der nördlichen Unterweser die tiefengemittelte Stauwasserdauer bei Flutstromkenterung in der Rinne (ca. 30 Minuten) und in den Wattgebieten (ca. 45 Minuten) länger ist als bei Ebbestromkenterung (Rinne ca. 20 Minuten, Wattgebiete 35 Minuten und mehr). Die beiden Nebenarme weisen naturgemäß eine deutlich längere Stauwasserdauer auf. Die Verteilung der Stauwasserdauer im südlichen Teil der Unterweser entspricht der im nördlichen Teil, wobei allerdings stromauf Vegesack (Weser-km 18) die Stauwasserdauer bei Flutstromkenterung infolge des Oberwassereinflusses deutlich verlängert wird. Überlagerungsvariante Infolge der Erhöhung der mittleren Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit in der Fahrrinne der Außenweser ist hier eine Reduzierung der Stauwasserdauer von -1 bis -2 Minuten vorhanden (Anlagen 1.1.7 und 1.1.8). Bei Flutstromkenterung weisen in der Außenweser nur wenige Randbereiche im Dwarsgat und zwischen den Leitwerken eine Verlängerung von +1 bis +4 Minuten auf. Bei näherer Betrachtung fällt auf, dass dies allerdings die Bereiche sind, die im Vergleichszustand eine Stauwasserdauer von mehr als 60 Minuten aufweisen, so dass diese Änderungen ein geringere Relevanz haben. Im Bereich der nördlichen Unterweser sind in der Fahrrinne nur ganz lokal Änderungen we-nig größer als +1 Minute auszumachen (Anlagen 1.2.7 und 1.2.8). In den an die Ausbaubag-gerstrecken angrenzen Wattgebiete erhöht sich die Stauwasserdauer bis zu +3 Minuten. Beide Nebenarme weisen Erhöhungen der Stauwasserdauer von +1 bis +2 Minuten auf. Außenweservariante Im Bereich der Außenweser ergeben sich die Änderungen der Stauwasserdauer aus den Maßnahmen der Außenweser. Daher weisen sie in diesem Bereich die gleiche Größenord-nung wie in der Überlagerungsvariante auf (Anlagen 2.1.7 und 2.1.8). Im Bereich der Unterweser zeigen einige wenige Bereiche im Abschnitt Blexen – Nordenham eine geringfügige Erhöhung von +1 min auf (Anlagen 2.2.7 und 2.2.8).


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Unterweservariante Für die Unterweservariante sind in der Außenweser nur sehr geringfügige ausbaubedingte Änderungen der Stauwasserdauer zu erwarten (sehr viel kleiner eine Minute) (Anlagen 3.1.7 und 3.1.8). Im nördlichen Bereich der Unterweser ist wiederum der Anstieg der Stauwasserdauer in den Wattgebieten, die an die Baggerstrecken angrenzen, von bis zu +3 Minuten abzulesen (Anlagen 3.2.7 und 3.2.8).

6.2.2.6 Mittlere Flut- und Ebbestromdauer

Vergleichszustand Die Anlage 1.1.9 zeigt, dass die Flutstromdauer in der Fahrrinne der Außenweser zwischen 5h 50min und 6h 10min variiert. Die Ebbestromdauer ist etwas länger und bewegt sich entsprechend zwischen 6h 35min und 6h 15min (Anlage 1.1.10). Hieraus ergibt sich im Mittel eine Tidedauer von 12 h 25 min. Aufgrund der breiten Querschnitte der angrenzenden Priele sowie des leicht geschwungenen Verlaufs der tiefen Rinne ergeben sich in den leichten Krümmungen deutliche Bereiche, in denen die Flut- bzw. Ebbestromdauer überwiegt (z.B. Dwarsgat) Die Priele des Langlütjensandes zeigen eine verkürzte Flut- und eine verlängerte Ebbestromdauer. Überlagerungsvariante Infolge der Konzentration der Strömung auf die vertiefte Fahrrinne verlängert sich die Flutstromdauer um +1 bis +2 Minuten (Anlage 1.1.9). Im Abschnitt der Baggerstrecke bei Weser-km 95 sind es bis zu 5 Minuten. Auch die flutstromdominierten Randbereiche weisen eine Verlängerung der Flutstromdauer von wenigen Minuten auf. Stromab des Leitdamms Robbenplate und bei der Neuen Weser, reduziert sich die Flutstromdauer um -1 bis -2 Minuten. In den Prielen des Langlütjensands verkürzt sich die Flutstromdauer um wenige Minuten, die Ebbestromdauer (Anlage 1.1.10) nimmt entprechend zu. Außenweservariante Die Änderungen der Flut- und Ebbestromdauer haben in der Außenweservariante im Bereich der Außenweser die gleiche Größe wie im Überlagerungsfall. Im Bereich der Unterweser sind keine Änderungen abzulesen. Unterweservariante Im Bereich der Außenweser sind für die Unterweservariante keine Änderungen der Flut- und Ebbestromdauer abzulesen. Die Änderungen in der Unterweservariante im Bereich der Unterweser haben die gleiche Größe wie im Überlagerungsfall.


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6.2.2.7 Kenterpunktabstände

Vergleichszustand Die Anlagen 1.1.14 und 1.1.15 zeigen, dass in der Fahrrinne der Weser der zeitliche Abstand zwischen dem Tidehochwasser und der Kenterung der Flutströmung bis zu 90 Minuten beträgt. Der Kenterpunktabstand bei Ebbestromkenterung ist kürzer und beträgt in der Fahrrinne der Weser bis zu 80 Minuten. Die Wattgebiete in der Außenweser zeigen einen negativen Kenterpunktabstand von wenigen Minuten bis zu einer halben Stunde, d.h. hier ändert sich die Strömungsrichtung vor Erreichen des Tidehochwassers. Die wasserbedeckten Flächen sind bei Ebbestromkenterung naturgemäß deutlich reduziert. In der Unterweser nimmt der Kenterpunktabstand bei Flutstromkenterung kontinuierlich ab und ist bei Vegesack auf annähernd Null abgesunken. Auch der Kenterpunktabstand bei Ebbestromkenterung beträgt nur noch wenige Minuten. Die Wattgebiete der Unterweser einschließlich der Buhnenfelder weisen positive Kenterpunktabstände auf, die entsprechend geringer als in der Fahrrinne sind. Überlagerungsvariante Die ausbaubedingten Änderungen der Kenterpunktabstände werden im Überlagerungsfall nur zu wenigen Minuten bestimmt (Anlagen 1.1.14 und 1.1.15). Außenweservariante Die Änderungen der Kenterpunktabstände haben in der Außenweser die gleiche Größe wie im Überlagerungsfall. Änderungen in der Unterweser sind nicht abzulesen. Unterweservariante In der Unterweservariante sind keinerlei Änderungen der Kenterpunktabstände in der Au-ßenweser abzulesen. Die Änderungen im Bereich der Unterweser haben gleiche Werte wie im Falle der Überlage-rungsvariante.

6.2.2.8 Mittleres Flut- und Ebbestromvolumen

Vergleichszustand Im Vergleichszustand werden für die Fahrrinne der Weser Flut- und Ebbestromvolumina von 0,4 * 106 bis 0,5 * 106 m3/m (Kubikmeter pro Meter Breite) berechnet (Anlagen 1.1.16 und 1.1.17). Dabei sind die Ebbestromvolumina durchgängig größer als die des Flutstroms. Aufgrund der vorhandenen (seitlichen) Strömungseinflüsse im Bereich zwischen Weser-km 89 und 113 durch den Dwarsgat und den Fedderwarder Priel ergibt sich in der Fahrrinne eine Unstetigkeit im Flut- bzw. Ebbestromvolumen. Überlagerungsvariante


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Die Anlagen 1.1.16 und 1.1.17 belegen die Stärkung des Durchflusses in der Fahrrinne der Außenweser. Flut- und Ebbestromvolumen werden auch in der Fahrrinne der Unterweser gestärkt (Anla-gen 1.2.16 und 1.2.17). In den Wattgebiete des westlichen Ufers stromauf von Nordenham ist eine leichte Reduzierung des Durchflusses auszumachen. Außenweservariante Das Flut- und Ebbestromvolumen erhöht sich in der Fahrrinne der Außenweser in der Au-ßenweservariante in annähernd gleicher Größe wie in der Überlagerungsvariante (Anlagen 2.1.16 und 2.1.17). In der Unterweser klingt die Zunahme schnell ab, so dass nur im Bereich von Nordenham eine geringe Erhöhung abzulesen ist (Anlage 2.2.16 und 2.2.17). Unterweservariante In der Unterweservariante ist keine Änderung im Flut- und Ebbestromvolumen in der Au-ßenweser abzulesen (Anlagen 3.1.16 und 3.1.17). Die Fahrrinne der Unterweser zeigt eine Erhöhung des Flut- bzw. Ebbestromvolumens in gleicher Größenordnung wie in der Überlagerungsvariante (Anlagen 3.2.16 und 3.2.17).

6.2.2.9 Systemverhalten zur Salzintrusion für den Vergleichszustand

Die Menge des gelösten Salzes beeinflusst die Dichte eines Wasserkörpers signifikant. Je mehr Salz gelöst ist, desto schwerer ist der Wasserkörper. In den vorliegenden Untersu-chungen wird von einem Salzgehalt von 32 PSU in der Nordsee ausgegangen. Das Ober-wasser der Weser hat infolge des am Oberlauf durchgeführten Kaliabbaus einen Salzgehalt von 0,5 bis 1 PSU. Das Nordseewasser ist in etwa 4% schwerer als das Weserwasser. Brackwasserzone heißt der Bereich eines Ästuars, in dem sich Salz- und Süßwasser mitein-ander vermischen. Die untere Salzgehaltsgrenze schwankt je nach Untersuchungsraum zwischen 0,5 und 3 PSU (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Brackwasser). Wasser mit gerin-gerem Salzgehalt wird als Süßwasser, Wasser mit höherem Salzgehalt als Salzwasser be-zeichnet. Für das Weserästuar bietet sich die 2 PSU Isohaline als Oberstrom – Brackwas-sergrenze an, da der Süßwasserzufluss eine Salzbelastung von 0,5 bis zu 1 PSU aufweist. Der Abbildung 28 (Seite 59) ist zu entnehmen, dass entlang der Fahrrinne der Weser auch bei geringem und mittleren Oberwasserabfluss eine Durchmischung mit dem Salzwasser bis etwa Weser-km 120 erfolgt. Während sich in einem Ästuar mit sehr geringem Tidehub infolge der Dichteunterschiede eine ausgeprägte Salzschichtung aufbaut, wird diese durch die Tideströmung maßgeblich gestört. Bei einsetzender Flut dringt das schwerere Nordseewasser bodennah in das Ästuar ein, während oberflächennah weiterhin das leichtere (Süß-)Wasser abfließt. Bei weiter ent-wickelter Flutströmung wird das Salzwasser oberflächennah schneller in das Ästuar hinein transportiert, so dass oberflächennah zeitweilig höhere Salzgehalte auftreten. Infolge der nun instabilen Schichtung erfolgt aber eine lokal begrenzte vertikale Durchmischung. Bei voll entwickelter Flutströmung wird der Wasserkörper vollständig vertikal durchmischt und es


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stellt sich ein annähernd konstanter Salzgehalt über die Wassertiefe ein. Bei einsetzender Ebbe zieht sich das Salzwasser in Richtung See zurück. Das „nachrückende“ Süßwasser schichtet sich über das Salzwasser, bis wiederum bei voll ausgebildetem Ebbestrom die Wassersäule vollständig durchmischt wird. Während einzelner Flut- und Ebbestromphasen zeigen die vertikalen Strömungsprofile daher voneinander abweichende Charakteristiken. Im Bereich der oberen Grenze der Brackwasserzone bilden sich infolge deutlicher Dichteun-terschiede in der wechselnden Tideströmung komplexe Strömungsvorgänge aus. Überlagert werden diese im Falle des Weserästuars außerdem noch durch die Kurvenströmungen in der Kurve vor Nordenham und speziell des Blexer Bogens. Die Lage der oberen Grenze der Brackwasserzone im Ästuar wird hauptsächlich von der Tide und dem Oberwasser bestimmt. Die Abbildung 26 zeigt den langjährigen Verlauf des Salzgehalts am Pegel Robbensüdsteert anhand der Minimal- und Maximalwerte und den dazugehörigen Oberwasserabfluss der Weser. Der Maximalwert schwankt je nach hydrolo-gischer Situation zwischen 14 und 30 PSU, der Minimalwert zwischen ~0 und 22 PSU. Die langjährige Zeitreihe des maximalen und minimalen Salzgehalts am Pegel Brake (Abbildung 27) zeigt, dass bei einem Abfluss unterhalb 250 m3/s hier der Salzgehalt stark vom Ober-wasser bestimmt wird. Des weiteren ist abzulesen, dass bei längeren Phasen mit Abflüssen < 250 m3/s sich der maximale Salzgehalt zwischen 1,5 und 3,5 PSU einpendelt (Juni-Dez. 1999 bzw. 2000). Deutlich höhere Salzgehalte von bis zu 5,5 PSU treten nur kurzfristig auf. Es ist davon auszugehen, dass diese Extremwerte durch eine verstärkte Füllung des Sys-tems bei Wind- oder Sturmfluten ausgelöst werden.

02468

10121416182022242628303234363840

Jun 97 Dez 97 Jun 98 Dez 98 Jun 99 Dez 99 Jun 00 Dez 00 Jun 01 Dez 01 Jun 02 Dez 02

Salz

geha

lt [‰

]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Abf

luß

[m³/s

]

Maximum Minimum MQRobbensüdsteert

Abbildung 26: Langjährige Zeitreihe des Salzgehalts am Pegel Robbensüdsteert (aus Be-weissicherung SKN-14m, WSA Bremerhaven)


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0

1

2

3

4

5

6

7

8

Jun 97 Dez 97 Jun 98 Dez 98 Jun 99 Dez 99 Jun 00 Dez 00 Jun 01 Dez 01 Jun 02 Dez 02

Salz

geha

lt [‰

]

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

Abf

luß

[m³/s

]

Maximum Minimum MQBrake

Abbildung 27: Langjährige Zeitreihe des Salzgehalts am Pegel Brake (aus Beweissicherung SKN-14m, WSA Bremerhaven)

6.2.2.10 Wirkungsmechanismen der durch Ausbauten veränderten Salz-intrusion

Abträge von Transportkörperkuppen und Vertiefung von ganzen Abschnitten der Fahrrinne der Weser erleichtern es dem salzhaltigen, schwereren Nordseewasser bodennah weiter stromauf vorzudringen. Bei voll ausgeprägter Strömung erfolgt die vertikale Durchmischung, so dass eine ausbaubedingte Erhöhung des mittleren Salzgehalts eintreten kann. Es kann davon ausgegangen werden, dass für die ausbaubedingt verstärkte Salzintrusion nicht die punktuellen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten maßgeblich sind, son-dern vielmehr die Änderungen der für den Transport relevanten querschnittsgemittelten Strömungen. Vom Betrag her sind diese Änderungen der Strömungen deutlich geringer als die lokal vorhandenen. Es ist daher davon auszugehen, dass die Salzgehaltskonzentrationen recht träge auf die ausbaubedingten Änderungen reagieren. Zur Bestimmung der ausbaubedingten Änderungen des Salzgehalts werden die mittleren, maxi- und minimalen Salzgehalte des Vergleichszustands und der Überlagerungsvariante für die Springtiden am Ende des Simulationszeitraums für ein Oberwasser von im Mittel ca. 350 m3/s und für 160 m3/s gegenübergestellt. Zur Beurteilung der Wirkungen werden in die-sen Abbildungen sowohl die Zunahme des Salzgehalts an einem bestimmten Ort als auch die Verschiebung nach stromauf jeder gewählten Isohaline abgelesen. Die beschriebene Erhöhung des Salzgehalts tritt infolge der vertikalen Durchmischung auch in den oberen Wasserschichten auf. Die Überflutung der angrenzenden Wattgebiete erfolgt daher ebenso mit erhöhtem Salzgehalt. In den weiten Wattgebieten der Außenweser wirkt sich zusätzlich die Erhöhung des Tidehochwassers aus. Sehr flache Bereiche können daher


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durch Änderungen der Überflutungsströmung und der Überflutungshöhe Änderungen im Salzgehalt in gleicher Größenordnung wie in der Fahrrinne erfahren.

6.2.2.11 Salzgehalte und Salzgehaltsvariation

Vergleichszustand Die Anlagen 1.1.19 bis 1.1.21 und 1.2.19 bis 1.2.21 zeigen flächenhaft den mittleren, maxi-malen und minimalen Salzgehalt für den Bereich der Außen- bzw. nördlichen Unterweser. Dabei zeigt der maximale Salzgehalt in der Stromrinne (Fahrrinne) die Salzgehaltsverteilung zur Flutstrom- und der minimale die Salzgehaltsverteilung zur Ebbestromkenterung. Die Verteilung des mittleren Salzgehalts im Bereich der südlichen Außenweser wird ver-ständlich, wenn die beiden letztgenannten Verteilungen herangezogen werden. Das salzär-mere Wasser aus der Weser verteilt sich nach Ebbestromkenterung über den Langlütjen-sand und auch an der Wurster Küste bei Imsum. Die in der Fahrrinne auflaufende Flut drängt dieses Wasser auf dem Langlütjensand an die Küste vor Tettens und in einem geringeren Umfang vor die Wurster Küste bei Imsum. Überlagerungsvariante Die Anlage 1.1.19 zeigt die Zunahme des mittleren Salzgehalts stromauf Weser-km 80 und speziell in den flachen Bereichen des Langlütjensandes und an der Wurster Küste. In den flachen Bereichen ergeben sich aus (geringfügigen) Änderungen der Strömungsverhältnisse und der Überflutung signifikante Änderungen des Salzgehalts. Sowohl auf dem Langlütjen-sand als auch vor der Wurster Küste beträgt die Zunahme des Salzgehalts +0,5 bis +1 PSU. In der flachen Zone des Hohe Weg Watts bei Langwarden wird eine Abnahme des Salzge-halts um wenige zehntel PSU berechnet. Für den maximalen Salzgehalt fallen die Zunahmen im Bereich von Langlütjen II, vor der Küste bei Tettens und auf der gegenüberliegenden Weserseite an der Wurster Küste bei Imsum etwas höher aus. Wiederum sind besonders die Wattgebiete betroffen, die Erhöhun-gen von +0,5 bis +1 PSU aufweisen. In den Wattgebieten zwischen Mittelpriel bzw. Suezpriel und dem Wremer Loch ergeben sich auf Grund der Änderungen der Überflutung Zunahmen des maximalen Salzgehalts von bis zu +0,5 PSU. Der minimale Salzgehalt weist auf den an die Fahrrinne angrenzenden Wattgebieten, wie z.B. dem südlichen Langlütjensand, eine Erhöhung des Salzgehalts von bis zu +0,5 PSU aus. Vor der Wurster Küste ist eine Erhöhung des Salzgehalts von bis zu +0,5 PSU abzulesen. Im südlichen Teil des Wurster Arms nimmt der Salzgehalt um +0,5 PSU, lokal bis zu +1 PSU, zu. Auch in dieser Analyse nimmt der Salzgehalt auf dem Hohe Weg Watt bei Langwarden um bis zu -0,5 PSU ab. Die Abbildung 28 stellt die Verläufe des maximalen und minimalen Salzgehalts für die Ober-wasserzuflüsse von Q = 350 m3/s bzw. Q = 160 m3/s für den Vergleichszustand (blaue Li-nien) und die Überlagerungsvariante (rote Linien) dar. Es ergibt sich sowohl eine ausbaube-


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dingte „Verschiebung“ der Brackwasserzone nach stromauf als auch eine „Streckung“, d.h. größere Ausdehnung der Brackwasserzone (insbesondere im Bereich der 1 – 5 PSU Isohali-nen).

Abbildung 28: Verlauf des maximalen und minimalen Salzgehalts für den Vergleichszustand und für die Überlagerungsvariante bei 350 und 160 m3/s

Die aus Abbildung 28 ermittelten Änderungen des maximalen, mittleren und minimalen Salz-gehalts sind für beide untersuchten Szenarien in Abbildung 29 dargestellt. Zu erkennen ist für alle Kenngrößen der untersuchten Oberwasserzuflüsse eine Erhöhung des Salzgehalts von ca. +0,25 bis +0,5 PSU (ca. Weser-km 35 bis 95). Ausschließlich die Form und die Lage der Kurven unterscheiden sich.

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Weser - Kilometer

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Q = 350 m3/s

Smax Überlagerungsvariante

Smax Vergleichszustand

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Weser - Kilometer

[ PSU

]

Q = 160 m3/s

Smax Überlagerungsvariante

Smax Vergleichszustand

Smin Überlagerungsvariante

Smin Vergleichszustand


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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Weser - Kilometer

[ PSU

]

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Q = 350 m3/s

max. Salzgehaltmin. Salzgehalt

mit. Salzgehalt

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Weser - Kilometer

[ PSU

]

max. Salzgehalt

min. Salzgehalt

mit. Salzgehalt

0,5

Q = 160 m3/s

Abbildung 29: Ausbaubedingte Veränderungen des mittleren, maximalen und minimalen Salzgehalts im Überlagerungsfall bei 350 und 160 m3/s

Für die Ermittlung der Stromaufverschiebung der Brackwasserzone, wurde das Verschie-bungsmaß aller Isohalinen im Abstand von 1 PSU bestimmt. Die Abbildung 30 zeigt beispiel-haft einen Ausschnitt für den maximalen Salzgehalt des Szenarios 160 m3/s zur Verdeutli-chung der Stromaufverschiebung. Abbildung 31 zeigt im Endergebnis eine berechnete Ver-schiebung der 5 bis 30 PSU Isohalinen um 100 bis 600m, so dass im Mittel von einer Stro-maufverschiebung von ca. 500m ausgegangen werden kann (5 bis 30 PSU Isohalinen). Die 1 bis 4 PSU Isohalinen verschieben sich jedoch stärker stromauf (bis ca. 1000m), so dass sich für diesen Abschnitt der Brackwasserzone auch eine ausbaubedingte Ausdehnung der Brackwasserzone ergibt. Die bisherige Erfahrung in der Anwendung zahlreicher HN-Modelle für das Weserästuar zeigt, dass diese ausbaubedingten Änderungen in ihrer Größenordnung auch für hier nicht untersuchte Szenarien des Salztransports bei höheren oder geringeren Oberwasserzuflüssen in der Weser anzunehmen sind.


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0

1

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6

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Weser - Kilometer

PSU

Vergleichszustand


+0,3 PSU

+1 km

Abbildung 30: Maximaler Salzgehalt für Vergleichszustand und Überlagerungsvariante bei geringem Oberwasser (160 m3/s) entlang der RFL der Weser (Ausschnitt), Prognosewerte

0.0

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PSU

Stro

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km

Smax Q=350 m3/s

Smin Q=350 m3/s

Smax Q=160 m3/s

Smin Q=160 m3/s

Abbildung 31: Durch den Ausbau induzierter Stromauftransport des maximalen und minima-len Salzgehalts im Überlagerungsfall bei 350 und 160 m3/s


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Durch die ausbaubedingte Verschiebung und Dehnung der Brackwasserzone ergibt sich ebenfalls eine Verschiebung und für den oberstromigen Abschnitt der Brackwasserzone (1 bis 4 PSU Isohaline) eine Ausdehnung der Salzgehaltsvariation. Abbildung 32 zeigt für den Vergleichszustand und die Überlagerungsvariante die berechneten Salzgehaltsvariation. Stromauf des Maximums der Salzgehaltsvariation sind ausbaubedingte Änderungen der Salzgehaltsvariation von bis zu 0,35 PSU berechnet worden. Stromab des Maximums der Salzgehaltsvariation ergibt sich aufgrund des weiter stromaufdringenden salzreichen Nord-seewassers eine Abnahme der Salzgehaltsvariation in der gleichen Größenordnung. Außenweservariante Die ausbaubedingten Änderungen der Salzgehaltskennwerte in Anlage 2.1.19 bis 2.1.21 zeigen im Vergleich zu den Änderungen der Überlagerungsvariante die recht beachtliche Wirkung der Außenweseranpassungen. Die Ausbauwirkung ist im Wesentlichen auf die Vertiefung der Fahrrinne in der inneren Außenweser zurückzuführen, da salzreiches Nord-seewasser nun weiter stromauf vordringen kann. Abbildung 32 zeigt für den Vergleichszustand und die Außenweservariante die berechneten Salzgehaltsvariation. Stromauf des Maximums der Salzgehaltsvariation sind ausbaubedingte Änderungen der Salzgehaltsvariation von bis zu 0,2 PSU berechnet worden. Stromab des Maximums der Salzgehaltsvariation ergibt sich aufgrund des weiter stromaufdringenden salzreichen Nordseewassers eine Abnahme der Salzgehaltsvariation in der gleichen Grö-ßenordnung. Unterweservariante Anlage 3.1.19 bis 3.1.21 zeigen im Vergleich zu den Änderungen der Überlagerungsvariante die geringere Wirkung der Unterweseranpassung auf die ausbaubedingten Änderungen der Salzgehaltskennwerte. Abbildung 32 zeigt für den Vergleichszustand und die Unterweservariante die berechneten Salzgehaltsvariation. Stromauf des Maximums der Salzgehaltsvariation sind ausbaubedingte Änderungen der Salzgehaltsvariation von bis zu 0,2 PSU berechnet worden. Stromab des Maximums der Salzgehaltsvariation ergeben sich geringe Änderungen (±0,1 PSU) der Salz-gehaltsvariation.


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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125

Weser - Kilometer

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0.8

0.9

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[ 10*

*-3

]

Vergleichszustand


Änderung

0123456789

1011121314151617181920

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125

Weser - Kilometer

[ 10*

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]

-1.0-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

[ 10*

*-3

]

Vergleichszustand

Außenweservariante

Änderung

0123456789

1011121314151617181920

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125Weser - Kilometer

[ 10*

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*-3

]

Vergleichszustand

Unterweservariante

Änderung

Abbildung 32: Längsschnitt der mittleren Salzgehaltsvariationen und berechneten ausbaube-dingten Änderungen für den Spring-Nipp-Zeitraum und einem Oberwasserzufluss von 350 m3/s (Überlagerungs- (oben), Außenweser- (Mitte) und Unterweservari-ante (unten))


Seite 64

6.3 Kantenflut

Für die Untersuchungen der Änderungen der Tidehochwasserstände bei Kantenfluten wurde das in Kapitel. 5.2 beschriebene Szenario für den Vergleichszustand und die Überlagerungs-variante simuliert. Aus den berechneten Ergebnissen wurde die Änderung des Tidehoch-wassers entlang der Richtfeuerlinie der Weser bestimmt (Abbildung 33).

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Weser - Kilometer

cm

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≈ 0

Abbildung 33: Überlagerungsvariante - ΔThw und Prognosewerte für Kantenflut entlang RFL der Weser

Die Erhöhung unterhalb des Weserwehres ist etwas größer als im Falle der Normaltiden. Der Verlauf entlang der RFL der Weser ist unterschiedlich, da die Überflutung von Vorlandsflä-chen bei dem erhöhten Wasserstand die Hochwasserscheitel signifikant beeinflussen. Im dem Bereich von Weser-km 15 bis 40, in dem sich die meisten Sommerdeiche befinden, steigt der Tidehochwasserscheitel um +3 cm.

6.4 Meeresspiegelanstieg

Für die Untersuchungen zu den ausbaubedingten Änderungen bei Berücksichtigung eines starken Meeresspiegelanstiegs wurde das in Kapitel 5.3 beschriebene Szenario mit dem Vergleichzustand und der Überlagerungsvariante simuliert und die Änderungen entlang der RFL der Weser bestimmt. Eine höhere Füllung des Ästuars reduziert die Auswirkungen der vertieften Fahrrinne. Die ausbaubedingten Änderungen des Tidewasserstands fallen folglich geringer aus, als die bei geringeren Füllgraden. Der Verlauf der ausbaubedingten Änderungen unterscheidet sich gegenüber dem der Nor-maltiden, da speziell bei Hochwasser andere Überflutungsflächen den Hochwasserscheitel bestimmen. Auf eine detaillierte flächenhafte Auswertung wird verzichtet, da nicht davon


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ausgegangen werden kann, dass bei einem entsprechenden Meeresspiegelanstieg die Watt-gebiete und die Vorländer ihre heutige Topographie beibehalten werden.


Die Abbildung 34 zeigt die berechneten ausbaubedingten Änderungen des Tidehochwassers und des Tideniedrigwassers für den Überlagerungsfall bei Berücksichtigung eines Meeres-spiegelanstiegs von 90 cm. Der Verlauf der Änderungswerte des Tidehochwassers verläuft etwas flacher als bei den Normaltiden (vergleiche Abbildung 15 Seite 31). Die maximale Erhöhung beträgt in beiden Fällen +3 cm. Der maximale Absunk des Tideniedrigwassers ist mit -5 cm geringer als bei den Normaltiden (-6 cm, Abbildung 15 Seite 31). Der Verlauf der Änderungen ist allerdings recht ähnlich. Auf Grund des geringen Absunks des Tideniedrigwassers ist auch die Erhöhung des Tide-hubs mit +8 cm geringer als bei den Normaltiden. Der Verlauf ist in beiden Szenarien sehr ähnlich. Zwischen Weser-km 0 und 35 ist mit einem Absunk des Tidemittelwassers von -1 cm zu rechnen.


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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

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Prognosewerte

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2Prognosewerte

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Delta MTmw [ cm ]


≈ 0-1

Prognosewerte

Abbildung 34: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Wasserstandes für das Szenario Meeresspiegelanstieg


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6.4.2 Tideströmungen

Abbildung 35 zeigt die berechneten ausbaubedingten Änderungen der mittleren Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit für das Szenario Meeresspiegelanstieg. Der Vergleich mit den Änderungen bei Normaltiden zeigt, dass die Größe und der prinzipielle Verlauf der Änderungen zwischen beiden Szenarien eine gute Übereinstimmung zeigen. In der Prognose ändert sich die mittlere Flutstromgeschwindigkeit um +5 bis -4 cm/s, die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit um +5 bis -7 cm/s.

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Weser - Kilometer

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Prognosewerte

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Delta vem [ cm/s ]


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Prognosewerte

Abbildung 35: Überlagerungsvariante - Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen für das Szenario Meeresspiegelanstieg

6.4.3 Zusammenfassung der ausbaubedingten Änderungen in der Weser bei Normaltiden, Kantenflut und Meeresspiegelanstieg

Um die Wertung der ausbaubedingten Änderungen des Wasserstands für die Untersu-chungsvarianten zu erleichtern, wurde die Weser in 5 km lange Abschnitte unterteilt, für jeden dieser Abschnitte ein repräsentativer Wert bestimmt und in tabellarischer Form zu-sammengestellt (Tabelle 2 bis Tabelle 4). Repräsentativ bedeutet im Falle der Strömungsgeschwindigkeiten, dass nicht unbedingt die Maximalwerte in diesem Abschnitt gewählt wurden, wenn sich diese auf lokal sehr begrenzte


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topographische Änderungen zurückführen lassen. Es ist davon auszugehen, dass auf Grund morphologischer Anpassungen diese Maximalwerte angeglichen werden. Alle ausbaubedingten Änderungen der Tidekennwerte der Strömung belegen, dass auch im Überlagerungsfall das im Vergleichszustand vorhandene charakteristische Systemverhalten im Allgemeinen beibehalten wird. Bestimmte Aspekte werden gestärkt und andere ge-schwächt, es ist aber an keiner Stelle eine Umkehrung zu erwarten. Welche einzelnen Be-troffenheiten sich hieraus ergeben wird in Kapitel 7 detailliert beschrieben. An dieser Stelle wird zunächst eine zusammenfassende Wertung der Änderungen vorgenommen. Die ausbaubedingten Änderungen des Salzgehalts sind gegenüber der Variation des Salz-gehalts infolge unterschiedlicher hydrologischer Situationen gering. Es wurde eine Abschät-zung mit einem konstanten geringen Oberwasser (Q = 160 m3/s) durchgeführt. Für diesen Systemzustand wurden der Vergleichszustand und die Überlagerungsvariante simuliert und die gewonnenen Ergebnisse gegenübergestellt. Da sowohl die Unterweser- als auch die Außenweservariante infolge der deutlich geringeren Änderungen der Tidekennwerte auch geringe Änderungen im Salzgehalt aufweisen werden, wurde auf eine Simulation dieser beiden Varianten verzichtet. Überlagerungsvariante Der Verlauf der Änderungen des Tidehochwassers zeigt die Zunahme der Tideenergie infolge des Weserausbaus. Die Außenweservertiefung hat in der Überlagerungsvariante nur einen geringen Zuwachs zur Folge. Dies ist auf das geringe Maß der Querschnittsaufweitung im Bereich der Außenweser zurückzuführen. Die Unterweser reagiert wesentlich empfindlicher, die Zunahme der Tideenergie führt in der Summe zu einer Erhöhung des Tidehubs von +9 cm in Bremen. Die Erhöhung des Tidehochwassers von +1 bis +3 cm in der Unterweser führt zur Überflutung weiterer höhergelegener Flächen. Der Tideniedrigwasserabsunk ist mit –1 bis -6 cm größer als der Anstieg des Tidehochwassers. Das Tidemittelwasser sinkt nur marginal ab. Die Änderungen im Tidehoch- und Tideniedrigwasser wirken sich auch auf die Überflutungsdauer der Wattgebiete in Unter- und Außenweser aus. In den höhergelegenen Bereichen, die eine um wenige cm höhere Überdeckung aufweisen, ergibt sich eine Zunahme der Überflutungsdauer von wenigen Minuten. Infolge der etwas geänderten Tidecharakteristik ergeben sich im Übergangsbereich zu den dauerhaft überfluteten Flächen Sektoren, deren Überflutungsdau-er um wenige Minuten reduziert wird. Im Überlagerungsfall wird die Fahrrinne der gesamten Tideweser vertieft. Insofern ergeben sich infolge des erhöhten Tidehubs höhere Geschwindigkeitserhöhungen in den Bereichen, in denen keine Vertiefung stattfindet (vorhandene Übertiefen). Je nach dem Maß der Quer-schnittsaufweitung ergeben sich lokal auch Abnahmen der Strömungsgeschwindigkeit. Ins-gesamt haben die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten und die daran gebundenen Tidekenngrößen deutlich lokalere Bedeutungen. Die ausbaubedingten Änderungen erreichen an keiner Stelle Werte, die aus hydrodynamischer bzw. wasserbaulicher zu Bedenken füh-ren.


Seite 69

Infolge der Vertiefung der Außenweser erhöht sich der Salzgehalt bis Bremerhaven um 0,5 bis 1 PSU. Die Vertiefung im Bereich Nordenham erleichtert das Vordringen des Salzgehalts in die Unterweser. Auch hier ist eine Erhöhung von 0,5 bis 1 PSU zu erwarten. Der Strom-auftransport hängt vom Salzgehalt ab und ergibt sich für Salzgehalte von 1 bis 3 PSU zu ca. 1 km, für höhere Salzgehalte zu 0,5 km. Außenweservariante Die Erhöhung des Tidehubs erreicht infolge der Vertiefung der Außenweser einen Wert von +2 cm, der sich in der Inneren Außenweser und der Unterweser einstellt. Die Änderungen von Tidehoch- und Tideniedrigwasser liegen unterhalb ±1 cm. Die Außenweservariante zeigt im Bereich der Außenweser etwas geringere Werte in der Zunahme und etwas größere Werte in der Abnahme der Strömungsgeschwindigkeiten als die Überlagerungsvariante. Im Bereich der Unterweser erfolgt keinerlei Änderungen der Fließquerschnitte, so dass sich hier durchgehend eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten durch Vertiefung der Außenweser ergibt. Da die Zunahme des Tidevolumens infolge Außenweserausbau in der Unterweser recht gering ist, sind auch diese Erhöhungen der Geschwindigkeiten sehr moderat. Der Salzgehalt erhöht sich infolge der Vertiefung der Außenweser bei Bremerhaven um 0,5 bis 1 PSU. Der weitere Stromauftransport wird nur durch das leicht erhöhte Tidevolumen der Unterweser verstärkt, so dass von einer stromauf Verlagerung des Brackwassers um 0,5 km ausgegangen wird. Unterweservariante Vom Weserwehr bis Weser-km 30 erhöht sich der Tidehub um +7 cm. Die Erhöhung klingt bis Weser-km 75 ab. Im Bereich der Außenweser ergeben sich infolge der Unterweservertiefung ausschließlich Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten. Das zusätzliche Tidevolumen, das sich aus der Vertiefung der Unterweser ergibt, ist infolge der betroffenen Flächen recht mäßig. Die Erhöhung des Tidevolumens führt zu einer Erhöhung des Salzgehalts im Bereich der Unterweser von 0,5 bis 1 PSU. Der Stromauftransport wird sich zu 0,5 bis 1 km einstellen.

Bundesanstalt für Wasserbau

Anpassungen Unter- und Außenw

eser – Hydrodynam

ik und Salztransport BAW

-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006 Seite 70

Tabelle 2: Überlagerungsvariante - A

usbaubedingte Änderungen in der W

eser (Prognose-

werte)

WBR OSL VEG FAR ELS BRA RFL NUF BAL RSS DWG ALW0,03 8,35 17,85 26,30 33,30 39,20 46,48 55,80 66,67 79,93 92,85 115

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115Kennwert 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Einheit

ΔMThb +9 +8 +7 +6 +5 +3 +2 +1 ~0

ΔMThw +3 +2 +1 ~0

ΔMTnw -6 -5 -4 -3 -2 -1 ~0

ΔMTmw -1 ~0

Δvfm +2/-2 +3/-2 +4/-2 +5/-2 +3/-2 +4/-2 +3/-4 +4/-1 +4/-2

Δvem +2/-2 +3/-2 +3/-4 +3/-2 +4/-4 +4/-2 +5/-3 +4/-2 +4/-4 +2/-8 +4/-2 +4/-3 +4/-2

Δvfx +3/-2 +4/-2 +5/-2 +6/-4 +6/-1 +8/-1 +5/-1 +5/-2 +7/-7 +7/-1 +7/-1 +6/-2 +4/-3 +8/-3 +4/-3

Δvex +2/-2 +3/-2 +4/-2 +4/-3 +6/-3 +8/-3 +7/-2 +7/-6 +12/-15 +8/-4 +8/-2 +8/-4 +5/-3 +7/-3

ΔSmax +0,5 bis +1 PSU

ΔSmin +0,5 bis +1 PSU

ΔSmax 0 +0,5 bis +1 ~0 PSU

ΔSmin 0 +0,5 bis +1 ~0 PSU

KF ΔThw +4 +3 +2 +1 ~0 cm

ΔMThb +8 +7 +6 +5 +4 +3 +2 +1 ~0

ΔMThw +3 +2 +1 ~0

ΔMTnw -5 -4 -3 -2 -1 -2 -1 ~0

ΔMTmw -1 ~0

Δvfm +1/-1 +2/-1 +2/-2 +3/-1 +4/-1 +5/-1 +3/-1 +3/-2 +3/-4 +4/-1 +5/-1 +4/-1 +3/-1 +3/-2 +5/-1 +2/-3

Δvem +1/-1 +2/-1 +2/-2 +3/-1 +4/-4 +4/-1 +4/-2 +5/-3 +4/-3 +5/-2 +3/-7 +1/-7 +4/-3 +3/-3 +3/-2 +4/-2 +5/-1 +4/-2

uwaw80

cm

cm/s

cm

Mee

ress

pieg

el-

anst

ieg

cm/s

160m

3 /s

Nor

mal

tide

350m

3 /s



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006

Seite 71

Tabelle 3: Außenw

eservariante - Ausbaubedingte Ä

nderungen in der Weser (P

rognosewer-

te)



ΔMThb +2 +1 ~0

ΔMThw +1 ~0

ΔMTnw -1 ~0

ΔMTmw ~0

Δvfm ~0 +1/~0 +2/-1 +2/-3 +2/-6 +4/-2 +4/-1 +3/-1 +3/-2 +5/-2 +5/-1 +3/-2

Δvem ~0 +1/~0 +2/-1 +3/-6 +1/-9 +4/-4 +4/-2 +3/-4 +4/-3 +3/-2 +4/-2 +6/-2 +4/-2

Δvfx ~0 +1/~0 +3/~0 +5/-4 +5/-9 +5/-2 +6/-2 +5/-2 +4/-3 +6/-3 +8/-2 +4/-5

Δvex ~0 +1/~0 +2/~0 +2/-1 +5/-1 +7/-7 +12/-15 +8/-8 +8/-3 +8/-5 +8/-4 +5/-3 +4/-7 +6/-4 +7/-3 +6/-4

ΔSmax ~0 +0,5 bis 1 PSU ~0 PSU

ΔSmin ~0 +0,5 bis 1 PSU ~0 PSU

cm

cm/s

aw80

Nor

mal

tiden

350m

3/s



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006 Seite 72

Tabelle 4: Unterw

eservariante - Ausbaubedingte Ä

nderungen in der Weser (P

rognosewer-

te)



ΔMThb +7 +6 +5 +4 +3 +2 +1 ~0

ΔMThw +2 +1 ~0

ΔMTnw -5 -4 -3 -2 -1 ~0

ΔMTmw -1 ~0

Δvfm +2/-1 +3/-2 +3/-1 +4/-2 +3/-1 +3/~0 +2/~0 +1/~0 ~0

Δvem +1/-1 +2/-2 +2/-1 +2/-4 +2/-2 +4/-5 +4/-2 +4/-4 +5/-4 +4/-3 +3/-2 +2/-2 +1/-1 +1/~0 ~0

Δvfx +3/-1 +5/-2 +4/-1 +5/-1 +5/-3 +4/-1 +6/-4 +5/-4 +5/-2 +7/-2 +5/-2 +4/-1 +6/-1 +4/-1 +2/-1 +3/-2 +2/-1 +1/~0 ~0

Δvex +2/-1 +2/-2 +3/-1 +2/-6 +3/-2 +5/-8 +5/-3 +5/-6 +7/-6 +7/-3 +6/-1 +8/-8 +4/-3 +4/-1 +2/-3 +1/~0 ~0

ΔSmax +0,5 bis 1 PSU PSU

ΔSmin +0,5 bis 1 PSU PSU

uw80

Nor

mal

tiden

Q=3

50m

3/s

cm

cm/s


Seite 73

6.5 Geeste

Vergleichszustand Die Geeste ist von ihrer Mündung in Bremerhaven (Weser-km 65,6) bis zur Staustufe (ca. 5 km stromauf der Mündung) tidebeeinflusst. Die Tide erfährt auf dieser Strecke praktisch keine Dämpfung. Überlagerungsvariante Die Geeste besitzt weist zwischen der Mündung und der Staustufe eine geringe Dämpfung der Tideenergie auf, so dass die ausbaubedingten Änderungen des Wasserstands an der Mündung sich bis zur Staustufe ungedämpft ausbreiten. Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten erhöhen sich aufgrund des erhöhten Tidevolumens. In der Prognose ergibt sich die Erhöhung des Tidehubs für den Überlagerungsfall zu +3 cm (Tidehochwasser +2 cm, Tideniedrigwasser -2 cm). Analog zu Lesum und Ochtum, wird die Erhöhung der querschnittsgemittelten Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit zu annähernd ~0 cm/s prognostiziert. Überlagerungsvariante Fokusfläche Geeste ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +3 +2 -2 ~0 ~0 ~0

Außenweservariante Die ausbaubedingte Erhöhung des Tidehubs wird mit +2 cm prognostiziert (Tidehochwasser +1 cm, Tideniedrigwasser -1 cm). Die sich aus dem erhöhten Tidevolumen ergebende Erhö-hung der querschnittsgemittelten Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit wird gering (~0 cm/s) ausfallen. Außenweservariante Fokusfläche Geeste ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +2 +1 -1 ~0 ~0 ~0

Unterweservariante Im Falle der Unterweservariante klingen die ausbaubedingten Änderungen im Bereich der Mündung der Geeste schon ab, so dass die Erhöhung des Tidehubs zu +2 cm (Tidehoch-wasser +1 cm, Tideniedrigwasser -1 cm) prognostiziert wird. Tendenziell erhöhen sich infolge des vergrößerten Tidevolumens die querschnittsgemittelte Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit, der Zuwachs wird aber gering (~0 cm/s) ausfallen.


Seite 74

Unterweservariante Fokusfläche Geeste ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +2 +1 -1 ~0 ~0 ~0

Änderung des Salzgehalts Es wird davon ausgegangen, dass kein nennenswerter Gradient im Salzgehalt in der Geeste von der Mündung bis zur Staustufe auftritt. Zumindest langfristig wird sich daher die an der Mündung der Geeste auftretende Erhöhung des Salzgehalts (Prognose: 0,5 bis max. 1 PSU) bis zur Staustufe ausgebreitet haben.

6.6 Hunte


6.6.1.1 Wirkungsmechanismen der Wasserstandsänderungen

Die ausbaubedingten Änderungen des Tidewasserstands der Hunte erfahren die gleiche Dämpfung wie die Tidewasserstände des Vergleichszustands. Die ausbaubedingten Erhöhungen des Tidehochwassers werden daher nur geringe Unter-schiede zwischen der Huntemündung und der Tidegrenze der Hunte aufweisen. Dahingegen wird der ausbaubedingte Absunk des Tideniedrigwassers zwischen Hunte-km 18 und 15 eine deutliche Dämpfung erfahren. Durchgängig ist eine Zunahme des Tidehubs zu ver-zeichnen.

6.6.1.2 Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen der Tidewasser-stände

Überlagerungsvariante Der Anstieg des Tidehubs von +7 cm für den Überlagerungsfall an der Huntemündung wird bis auf +4 cm bei Hunte-km 15 gedämpft. Dieser Wert ist bis zur Tidegrenze der Hunte ab-lesbar (Abbildung 36 Seite 76). Die berechnete Erhöhung des Tidehochwassers zeigt nur geringe Unterschiede zwischen der Hunte – Mündung und der Tidegrenze der Hunte. Es wird für den Überlagerungsfall eine konstanten Erhöhung des Tidehochwassers von +3 cm prognostiziert. Der Absunk des Tideniedrigwassers beträgt an der Hunte-Mündung -5 cm. Dieser Absunk erfährt, wie beschrieben, eine starke Dämpfung, so dass bei Hunte-km 15 nur noch ein Ab-sunk von -1 cm übrig bleibt. Dieses Absunkmaß ist konstant bis zur Tidegrenze. Die vorhandene Dämpfung des Tideniedrigwasserabsunks hat zur Folge, dass stromauf Hunte-km 17,5 das Tidemittelwasser um +1 cm angehoben wird. Stromab Hunte-km 17,5 ist von einem Absunk des Tidemittelwassers von -1 cm auszugehen.


Seite 75

Außenweservariante Die Außenweservariante zeigt im gesamten Bereich der Unterweser Änderungen der Tide-wasserstände von wenigen Zentimetern (Abbildung 37 Seite 77). Sowohl der Anstieg des Tidehubs als auch der des Tidehochwassers beträgt konstant +2 cm. Der Absunk des Tideniedrigwassers von weniger als -1 cm an der Mündung der Hunte ist bei Hunte-km 15 vollständig abgeklungen. Hieraus ergibt sich ein Anstieg des Tidemittelwassers von weniger als +1 cm. Unterweservariante Im Falle des alleinigen Ausbaus der Unterweser beträgt der Zuwachs des Tidehubs an der Mündung der Hunte +6 cm (Abbildung 38 Seite 78). Durch die vorhandene Dämpfung redu-ziert sich dieser Zuwachs auf +3 cm bei Hunte-km 15. Dieser Wert ist konstant bis zur Tide-grenze. Es ergibt sich ein Anstieg des Tidehochwassers von +2 cm für die gesamte Hunte bis zur Tidegrenze. Der Absunk des Tideniedrigwassers von -4 cm an der Hunte – Mündung wird nach stromauf bis zu Hunte-km 15 auf -1 cm gedämpft. Dieser Wert ist konstant bis zur Tidegrenze. Für das Tidemittelwasser ist ein leichter Absunk von -1 cm von der Mündung bis Hunte-km 17,5 abzulesen. Stromauf Hunte-km 17,5 ist die Änderung des Tidemittelwassers annähernd 0 cm.


Seite 76


0

2

4

6

8

10

12

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

7

6

5

4

Prognosewerte

-2

0

2

4

6

8

10

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MThw [ cm ]

3Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MTnw [ cm ]

-1

-2

-4

-5

Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MTmw [ cm ]




-1

1

Prognosewerte

Abbildung 36: Hunte - Überlagerungsvariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes


Seite 77

Außenweservariante

0

2

4

6

8

10

12

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

2

Prognosewerte

-2

0

2

4

6

8

10

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MThw [ cm ]

2

1

Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MTnw [ cm ]

-1

~0

Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MTmw [ cm ]




1

Prognosewerte

Abbildung 37: Hunte - Außenweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes


Seite 78

Unterweservariante

0

2

4

6

8

10

12

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MThb [ cm ]

6

5

4

3Prognosewerte

-2

0

2

4

6

8

10

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MThw [ cm ]

2Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MTnw [ cm ]

-1

-2

-4

Prognosewerte

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta MTmw [ cm ]




-1

~0

Prognosewerte

Abbildung 38: Hunte - Unterweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstandes


Seite 79

6.6.2 Strömungen

6.6.2.1 Ausbaubedingte Änderungen der Kenngrößen der Strömung

Überlagerungsvariante Die ausbaubedingte Erhöhung des Tidehubs hat eine Erhöhung des Tidevolumens zur Fol-ge. Daher ist durchgängig eine Erhöhung der mittleren Flut- und Ebbestromgeschwindigkeit zu verzeichnen. Infolge der in der Ebbephase geringeren Fließquerschnitte, ist die Erhöhun-gen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit größer als die der mittleren Flutstromgeschwin-digkeit. Für die Überlagerungsvariante beträgt die Erhöhung der mittleren Flutstromgeschwindigkeit +1 cm/s (Abbildung 39). Die Ebbestromgeschwindigkeit erhöht sich zwischen Huntemündung und Hunte-km 15 um +2 cm/s, stromauf Hunte-km 15 um +1 cm/s. Die Änderungen der maximale Flut- und maximalen Ebbestromgeschwindigkeiten weisen in der Hunte lokale Spitzen auf, die sich aus lokal begrenzten Strömungsumlagerungen im Modell ergeben. Diese sind nicht signifikant für die Bewertung der ausbaubedingten Ände-rungen. Die maximale Flutstromgeschwindigkeit nimmt im Bereich Hunte-km 5 bis 22,5 um +2 cm/s zu. Stromauf und stromab dieses Bereiches beträgt die Erhöhung +1 cm/s. Die maximale Ebbestromgeschwindigkeit nimmt zwischen der Tidegrenze der Hunte und Hunte-km 12,5 um +1 cm/s, zwischen Hunte-km 12,5 und 20 um +3 cm/s und stromab Hunte-km 20 um +2 cm/s zu. Außenweservariante Infolge des recht geringen Anstiegs des Tidehubs in der Hunte bei alleiniger Vertiefung der Außenweser erhöhen sich sowohl die mittlere Flutstrom- als auch die mittlere Ebbestromge-schwindigkeit um weniger als +1 cm/s zu (Abbildung 40). Stromauf Hunte-km 5 sind beide Erhöhungen abgeklungen. Die maximale Flutstromgeschwindigkeit erhöht sich im Bereich Hunte-km 5 und 20 um +1 cm/s. Außerhalb sind keine signifikanten Änderungen vorhanden. Die maximale Ebbe-stromgeschwindigkeit erhöht sich im Hunteabschnitt Hunte-km 15 bis 20 um +2 cm/s. Strom-ab dieses Bereichs und stromauf bis Hunte-km 7,5 beträgt die Erhöhung +1 cm/s. Weiter stromauf sind die Änderungen nahe Null und nicht mehr signifikant. Unterweservariante Die ausbaubedingten Erhöhungen der mittleren Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten bei alleiniger Vertiefung der Unterweser fallen etwas geringer aus als im Überlagerungsfall, da ein etwas geringerer Anstieg des Tidehubs zu verzeichnen ist. Die mittlere Flutstromgeschwindigkeit erhöht sich durchgängig um +1 cm/s (Abbildung 41). Zwischen der Tidegrenze und Hunte-km 7,5 ist die Erhöhung der mittleren Ebbestromge-schwindigkeit annähernd 0 cm/s, +1 cm/s zwischen Hunte-km 7,5 und 15 und +2 cm/s strom-ab Hunte-km 15 bis zur Huntemündung.


Seite 80

Die maximalen Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeiten weisen zwischen Hunte-km 7,5 (Δvfx) bzw. Hunte-km 12,5 (Δvex) und der Huntemündung Erhöhungen um +2 cm/s auf. Stromauf beträgt die Erhöhung +1 cm/s, bei Hunte-km 2,5 ist sie abgeklungen.


Seite 81


-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vfm [ cm/s ]

12

1

Prognosewerte

-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vem [ cm/s ]

12Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vfx [ cm/s ]

1 2 32

Prognosewerte

-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vex [ cm/s ]




14

2Prognosewerte

2

Abbildung 39: Hunte - Überlagerungsvariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen


Seite 82

Außenweservariante

-14-12-10

-8-6-4-202468

101214

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vfm [ cm/s ]

1~0Prognosewerte

-14-12-10-8-6-4-202468

101214

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vem [ cm/s ]

1~0

Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vfx [ cm/s ]

1 2 1~0 ~0

Prognosewerte

-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vex [ cm/s ]




1 2 1~0

Prognosewerte

Abbildung 40: Hunte - Außenweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen


Seite 83

Unterweservariante

-14-12-10

-8-6-4-202468

101214

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vfm [ cm/s ]

1 Prognosewerte

-14-12-10

-8-6-4-202468

101214

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vem [ cm/s ]

12

~0Prognosewerte

-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416182022

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vfx [ cm/s ]

1 2 23~0

Prognosewerte

-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202468

10121416

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Hunte - Kilometer

Delta vex [ cm/s ]




1~02

Prognosewerte

Abbildung 41: Hunte - Unterweservariante, Ausbaubedingte Änderungen der Kennwerte der Strömungen


Seite 84

6.6.2.2 Zusammenfassung der ausbaubedingten Änderungen in der Hunte

Überlagerungsvariante In Tabelle 5 sind für eine schnellere Vergleichbarkeit der Untersuchungsvarianten die prog-nostizierten Änderungen der Kennwerte des Tidewasserstands und der Flut- bzw. Ebbe-strömung für 2,5 km lange Abschnitte zusammengefasst. Die Erhöhung des Tidehubs an der Huntemündung ist im Überlagerungsfall am größten, daher fallen auch die ausbaubedingten Änderungen am höchsten aus. Außenweservariante Im Falle der Außenweservariante ist nur eine relativ geringe Erhöhung des Tidehubs an der Mündung der Hunte zu verzeichnen. Daher fallen auch die ausbaubedingten Änderungen in der Hunte gering aus. Unterweservariante Die Erhöhung des Tidehubs an der Huntemündung ist im Falle der Unterweservariante nur wenig kleiner als in der Überlagerungsvariante. Daraus resultiert auch die etwas geringere Zunahme der Strömungsgeschwindigkeiten.


Seite 85

Hunte - Stationierung und Kilometrierung

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5Kennwert 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 EinheitΔMThb +4 +5 +6 +7ΔMThw +3ΔMTnw -1 -2 -4 -5ΔMTmw +1 -1Δvfm +1 +2 +1Δvem +1 +2Δvfx +1 +2 +3 +2Δvex +1 +2 +4 +2

uwaw80

cm

cm/sNor

mal

tide

Q=3

50m

3/s


0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5Kennwert 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 EinheitΔMThb +2ΔMThw +2 +1ΔMTnw ~0 -1ΔMTmw +1Δvfm ~0 +1Δvem ~0 +1Δvfx ~0 +1 +2 +1 ~0Δvex ~0 +1 +2 +1

aw80

Nor

mal

tide

Q=3

50m

3/s cm

cm/s


0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5Kennwert 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 EinheitΔMThb +3 +4 +5 +6ΔMThw +2ΔMTnw -1 -2 -4ΔMTmw ~0 -1Δvfm +1Δvem ~0 +1 +2Δvfx ~0 +1 +2 +3 +2Δvex ~0 +1 +2

uw80

Nor

mal

tide

Q=3

50m

3/s cm

cm/s

Tabelle 5: Hunte - Ausbaubedingte Änderungen für Überlagerungs-, Außenweser- und Un-terweservariante (Prognosewerte)


Seite 86

6.7 Lesum – Wümme – System

Die Wasserstandsverhältnisse und Strömungsbedingungen im Lesum - Wümme - System (Abbildung 42) wurden durch Einsteuern der Randbedingungen aus dem Jade-Weser-Modell (Überlagerungs- bzw. Unterweservariante und Vergleichszustand) ermittelt. Als Analysezeitraum wurde der Spring-Nipp-Zyklus vom 3. bis 15. Juni 2002, jeweils 00:00 Uhr, verwendet, dadurch wurden 22 Tiden berücksichtigt. Die Rechenwerte für die ausbaubedingten Änderungen ergaben sich durch die Differenzen-bildung vor und nach dem Ausbau. Bei der Festlegung der Prognosewerte wurden zusätzlich die Vergleichsrechnungen mit einem „ungünstigen Systemzustand“ (Kap. 9.2.4) berücksich-tigt.

Lesum

Wörpe

Mittelarm

Wümme

Hamme

Südarm

Nordarm

Stauanlage, Sohlgleite

Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel

Hellwege

Grasberg

Ahrensdorf

Weser

Lesum-sperrwerk

SchleuseRitterhude

SohlgleiteBehrensstau

SohlgleitenHexenbergstau

Wehr 1

StauanlageLilienthal

Sperrwerks-pegel

Wasserhorst

Ritterhude

Niederblockland

Borgfeld

Hexenbergstau

Lesum

Wörpe

Mittelarm

Wümme

Hamme

Südarm

Nordarm


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel

Hellwege

Grasberg

Ahrensdorf

Weser

Lesum-sperrwerk

SchleuseRitterhude



Wehr 1


Sperrwerks-pegel

Wasserhorst

Ritterhude

Niederblockland

Borgfeld

Hexenbergstau

Abbildung 42: Modellgebiet des Lesum-Wümme-Systems (Skizze, Quelle: IMS - Bericht)

Vergleichszustand In Abbildung 43 sind die Tidehoch- und Tideniedrigwasser für den o.g. Analysezeitraum dargestellt (Vergleichszustand). Da ein Spring-Nipp-Zyklus zu Grunde liegt, unterscheiden sich die maximalen und minimalen Tidewasserstände deutlich. Die Mittelwerte des Analyse-zeitraums sind in Blau dargestellt. Durch die Dämpfung der Tideenergie (Reibung, Reflexionen, Oberwassereinfluss) reduzie-ren sich die Tidehochwasserstände Thw im Modellgebiet. Die Tideniedrigwasserstände Tnw steigen stromaufwärts an. Der in der Weser vorhandene Tidehub von etwa 4,0 m wird im Nebenflussgebiet kontinuierlich gedämpft.


Seite 87

Tidehochwasser Thwund Tideniedrigwasser TnwVergleichszustand

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Modellkilometrierung [km]

Was

sers

tand

[mN

N]

Thw_max Tnw_max

Thw_mit Tnw_mit

Thw_min Tnw_min

TidekennwertanalyseGebiet: Lesum/Wümme/Wümme-NordarmRandwertdatensatz: Vergleichszustandwahrscheinlicher Systemzustand, Zufluss MNQ

Lesu

msp

errw

erk

km 1

,825 Peg

el W

asse

rhor

stkm

7,5

30

Peg

el N

iede

rblo

ckla

ndkm

20,

275

Übe

rgan

g Le

sum

/ W

ümm

e k

m 9

,875

Peg

el B

orgf

eld

km 2

7,92

5M

ündu

ng W

örpe

km 2

8,09

0

Übe

rgan

g W

ümm

e/N

orda

rmkm

32,

200

Kro

ne S

ohlg

leite

Beh

rens

stau

km 3

2,56

5M

ündu

ng W

ümm

e-M

ittel

arm

km 3

2,77

6

Kro

ne S

ohlg

leite

Hex

enbe

rgst

aukm

34,

615

Abbildung 43: Lesum-Wümme: Längsschnitt mit Tidehoch- und Tideniedrigwasser im Ver-gleichszustand (Quelle: IMS - Bericht)

Ein Sedimentationsbereich bei Gesamt-km 25+000, der auf seitliche Eintreibungen aus den angrenzenden Niederungsflächen zurückzuführen ist, ist Ursache für einen signifikanten Sprung im Verlauf des Tideniedrigwassers, besonders deutlich beim minimalen Tideniedrig-wasser. Ähnlich verhält es sich durch den Sohlverlauf in der Nähe des Pegels Borgfeld (Ge-samt-km 27+925). Die mittleren Flutstromgeschwindigkeiten (vfm) betragen in der Lesum etwa 0,4 m/s und erreichen während des Flutstroms Maximalwerte (vfx) von bis zu 0,8 m/s (jeweils quer-schnittsgemittelt). Sie nehmen im Nebenflussgebiet kontinuierlich ab – lokale Erhöhungen durch die Gewässergeometrie ausgenommen. Alle Angaben beziehen sich auf die quer-schnittsgemittelten Geschwindigkeiten. Die mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten (vem) betragen in der Lesum etwa 0,6 m/s, zeitli-che Maximalwerte 1,0 m/s (vex). Eine kontinuierliche Abnahme ist ebenfalls gegeben. Das Tnw und Thw tritt im Nebenflussgebiet gegenüber der Mündungsstelle der Lesum in die Weser zeitlich verzögert auf. Am Pegel Borgfeld beträgt die mittlere Verzögerung des Tnw 250 min und des Thw 158 min. Oberhalb davon ist eine statistische Auswertung der erkenn-baren Tiden nicht mehr sinnvoll. Ausgehend von einer mittleren Flutdauer von 5h 35min am Mündungspunkt reduziert sich die Flutdauer im Nebenflussgebiet. Die mittlere Ebbedauer erhöht sich ausgehend von 6h 50min an der Mündung kontinuierlich nach stromauf.


Seite 88

Überlagerungsvariante Für die Überlagerungsvariante sind die ausbaubedingt zu erwartenden Veränderungen in Tabelle 6 zusammengestellt. • Der Anstieg des Tidehochwassers ist erwartungsgemäß weit in das System hinein bis zu

den Tidegrenzen feststellbar: +3 cm in Lesum und Hamme, +2 bis +3 cm in der Wümme bis Niederblockland und noch etwa +2 cm im Unterwasser des Behrensstaus. In der Wörpe bis zum Stau bei Trupermoor beträgt der Anstieg +2 cm.

• Das Absinken des Tideniedrigwassers beträgt am Lesumsperrwerk noch -4 cm und wird bis zur Hamme auf -1 cm reduziert. Dieser Wert bleibt in der Hamme und in der Wümme bis Niederblockland etwa konstant. Oberhalb dieses Bereichs, einschließlich Wörpe, ist tendenziell ein Anstieg des Tnw zu erwarten. Die deutliche Reduzierung des Tnw - Ab-sunks bis zur Verkehrung in einen nicht signifikanten Anstieg ist auf die rauheitsbeein-flussten Schwingungseffekte des Gesamtsystems zurückzuführen. Durch das höhere Thw wird das einschwingende Tidevolumen vergrößert. Zusammen mit den bei Ebbe stärker wirksamen Reibungskräften führt dies zur Anhebung des Niedrigwassers.

• Das Ansteigen des Thw in Verbindung mit einem nur geringen Absinken des Tnw hebt das Tmw in der Wümme, Hamme und Wörpe um bis zu +1 cm.

• Die Strömungsgeschwindigkeiten nehmen allgemein um maximal +1 cm/s zu. Lediglich die maximalen Flutstromgeschwindigkeiten in der Hamme und maximalen Ebbstrom-geschwindigkeiten in der Lesum zeigen eine etwas deutlichere Änderung (bis +2 cm/s).

• Die genannten Geschwindigkeitsänderungen beziehen sich auf querschnittgemittelte Geschwindigkeiten. In jedem Querschnitt kann es sohl- und ufernah geringere und im Hauptstrom größere Geschwindigkeiten und damit auch Änderungen geben. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die prozentuale Änderung in jedem Punkt des betref-fenden Querschnitts gleich ist. Beispielsweise beträgt die relative Änderung der (mittleren und maximalen) Geschwindigkeiten in der Wümme 0,5 bis 1,5 %.

Außenweservariante Die Änderungen im Mündungsbereich der Lesum infolge der Außenweservariante sind so gering, dass auf eine Modellierung verzichtet wurde. Aus fachlichen Überlegungen ergeben sich die in Tabelle 7 angegebenen ausbaubedingten Änderungen. Unterweservariante Für die Variante Unterweserausbau entsprechen die ausbaubedingt zu erwartenden Verän-derungen allgemein der Überlagerungsvariante, sind aber etwas geringer (Tabelle 8): • Die ausbaubedingten Änderungen der Wasserstände unterscheiden sich um 0 bis 1 cm

von der Überlagerungsvariante. • Die ausbaubedingten Änderungen der querschnittsgemittelten Fließgeschwindigkeiten

betragen oberhalb des Sperrwerks maximal +1 cm/s und sind damit um 0 bis 1 cm/s ge-ringer als in der Überlagerungsvariante.


Seite 89

Im Lesum-Wümme-Hamme-Gebiet ergibt sich die Ausbauwirkung der Überlagerungsvariante praktisch aus der Summe der Einzelwirkungen von Unter- und Außenweserausbau. Signifi-kante nichtlineare Effekte (größere Wirkung als die Summe der Einzelwirkungen) treten nicht auf.



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006 Seite 90

Tabelle 6: Lesum-W

ümm

e-Ham

me – A

usbaubedingte Änderungen infolge Ü

berlagerungsva-riante (P

rognosewerte)

Maßnahme Szenario Gewässer

von | bis Mündung Sperrwerk Hamme- mündung Mündung Schleuse

RitterhudeHamme- mündung

Behrens Stau und Wehr 1

Wehr Lilienthal

Wehr bei Trupermoor Dimension

ΔMThb + 8 + 7 + 4 + 4 cm

ΔMThw + 3 + 3 cm

ΔMTmw - 1 ~ 0 + 1 cm

ΔMTnw - 6 - 4 - 1 - 1 cm

Δvfx + 1 + 2 ~ 0 cm/s

Δvex + 3 +2 + 1 cm/s

Δvfm + 1 cm/s

Δvem + 2 cm/s

Flutdauer min

Eintritt Thw min

+ 1

Übe

rlage

rung

svar

iant

e

MNQ

Z e i t e n , D a u e r n

+ 1 + 1

+ 1 ~ 0

+ 1 ~ 0~ 0

~ 0

Verkürzung bis 3 Minuten

bis 3 Minuten früher

- 1

~ 0

0

~ 0~ 0

+ 1+ 1

+ 4

Nieder- blockland

+ 2

+ 2

WÖRPEHAMME

+ 3

WÜMME und SÜDARM

+ 2

+ 2

W a s s e r s t ä n d e

+ 3

LESUM



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006

Seite 91

Tabelle 7: Lesum-W

ümm

e-Ham

me – A

usbaubedingte Änderungen infolge A

ußenweseraus-

bau (Prognosew

erte)





Wehr Lilienthal


ΔMThb + 1 + 1 cm

ΔMThw + 1 cm

ΔMTmw ~ 0 + 1 cm

ΔMTnw - 1 cm

Δvfx cm/s

Δvex cm/s

Δvfm cm/s

Δvem cm/s

Flutdauer min

Eintritt Thw min

+ 1 + 1

LESUM

~ 0

querschnittsgemittelte G e s c h w i n d i g k e i t e n

+ 1+ 1

~ 0

WÖRPEHAMME

+ 1 + 1

WÜMME und SÜDARM

Nieder- blockland

~ 0+ 1

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

+ 1

~ 0 ~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0


Auß

enw

eser

ausb

au

MNQ


+ 1



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006 Seite 92

Tabelle 8: Lesum-W

ümm

e-Ham

me – A

usbaubedingte Änderungen infolge U

nterweservari-

ante (Prognosew

erte)





Wehr Lilienthal


ΔMThb + 7 + 6 + 3 + 3 + 1 cm

ΔMThw + 2 + 2 cm

ΔMTmw - 1 - 1 ~ 0 + 1 ~ 0 cm

ΔMTnw - 5 - 4 - 1 cm

Δvfx + 1 + 1 ~ 0 + 1 ~ 0 cm/s

Δvex + 2 cm/s

Δvfm + 1 cm/s

Δvem + 1 cm/s

Flutdauer min

Eintritt Thw min

~ 0


Unt

erw

eser

ausb

au

MNQ



~ 0~ 0 ~ 0

~ 0

+ 1 + 1

+ 2 + 2 + 1

~ 0- 1

+ 1

~ 0 + 1

~ 0



WÖRPEHAMME

+ 1+ 2+ 3

Nieder- blockland

WÜMME und SÜDARMLESUM


Seite 93

6.8 Ochtum

Die Wasserstandsverhältnisse und Strömungsbedingungen im Ochtum-System (Abbildung 44) wurden durch Einsteuern der Randbedingungen aus den Jade-Weser-Modell (Ver-gleichszustand, Überlagerungs- und Unterweservariante) ermittelt. Als Analysezeitraum wurde der Spring-Nipp-Zyklus vom 3. bis 15. Juni 2002, jeweils 00:00 Uhr, verwendet, da-durch wurden 22 Tiden berücksichtigt und jeweils mit einem MNQ- und MHQ-Szenario kom-biniert (siehe auch Kap. 9.3).

Ochtum

Delm

e

Grollander Ochtum

Randgraben

Alte Ochtum

Varreler Bäke H

uchtinger

Fleet

Renat.

Ochtum

Holzkamp

Kirchseelte II(Klosterbach)

Weser


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel

Ochtum-sperrwerk

Hasberger Ochtumstau

StromerStau

StauWarfelde

HasbergerSiel

Wassermühle

FlüggerStau

StauWarturm

Wardamm

Sperrwerks-pegel

StromerLandstraße

StromerStau OW

Stau AlteOchtum

Delmestau

Abbildung 44: Modellgebiet des Ochtum-Systems (Skizze, Quelle: IMS - Bericht)

Vergleichszustand In Abbildung 44 sind die Tidehoch- und Tideniedrigwasser für den o.g. Analysezeitraum dargestellt (Vergleichszustand, MNQ). Da ein Spring-Nipp-Zyklus zu Grunde liegt, unter-scheiden sich die maximalen und minimalen Tidehochwasserstände deutlich. Beim Tidenied-rigwasser werden die Unterschiede durch den Einfluss des Sperrwerks abgemindert. Die Stauanlagen im Modellgebiet der Ochtum (Abbildung 44) haben maßgeblichen Einfluss auf die Entwicklung der MThw und MTnw. (Abbildung 45). Die mittleren Niedrigwasserstände


Seite 94

steigen in Richtung Oberwasser stufenweise stark an und der Tidehub MThb nimmt sprung-weise ab. Am Ochtumsperrwerk wird der MThb beispielsweise von 4 m auf 2,5 m reduziert.


-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12


Was

sers

tand

[mN

N]

Thw_max Tnw_max

Thw_mit Tnw_mit

Thw_min Tnw_min

TidekennwertanalyseGebiet: Ochtum / Grollander OchtumRandwertdatensatz: Vergleichszustandwahrscheinlicher Systemzustand, Zufluss MNQ

Och

tum

sper

rwer

kkm

0,4

25

Has

berg

er O

chtu

mst

aukm

5,4

65

Stro

mer

Sta

ukm

8,1

30

Peg

el S

trom

er L

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traße

km 7

,500

Übe

rgan

g O

chtu

m /

Gro

lland

er O

chtu

mkm

10,

075

Sta

u W

artu

rmkm

11,

150

Abbildung 45: Ochtum – Grollander Ochtum: Längsschnitt mit Tidehoch- und -niedrigwasser im Vergleichszustand bei niedrigem Oberwasserzufluss (Quelle: IMS-Bericht)

Die mittleren Flutstromgeschwindigkeiten betragen in der Ochtum etwa 0,2 m/s und errei-chen während des Flutstroms Maximalwerte von bis zu 0,5 m/s. Sie nehmen im Nebenfluss-gebiet kontinuierlich ab, wobei das Sperrwerk eine lokale Erhöhung verursacht. Oberhalb des Hasberger Ochtumstaus betragen die mittleren Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten nur noch < 0,1 m/s. Alle Angaben beziehen sich auf die querschnittsgemittelten Geschwin-digkeiten. Die mittleren Ebbestromgeschwindigkeiten betragen in der Ochtum etwa 0,2 m/s, Maximal-werte 0,4 m/s. Eine kontinuierliche Abnahme ist ebenfalls erkennbar. Das Tnw und Thw tritt im Nebenflussgebiet gegenüber der Mündungsstelle der Ochtum zeitlich verzögert auf. Die Stauwirkung des Sperrwerkes verzögert die Eintrittszeit des MTnw im Mittel um etwa 101 min. Die Verzögerung des Thw ist erheblich kleiner. Oberhalb der anderen Stauanlagen ist eine statistische Auswertung der erkennbaren Tiden nicht mehr sinnvoll.


Seite 95

Ausgehend von einer Flutdauer von 5 h 30 min am Mündungspunkt nimmt sie am Sperrwerk sprunghaft ab und reduziert sich im Nebenflussgebiet der Ochtum kontinuierlich weiter. Die Ebbedauer erhöht sich ausgehend von 6 h 55 min zunächst sprunghaft, dann kontinuierlich. Bei hohem Oberwasserzufluss verschwindet der Einfluss der Staustufen, lediglich die Anhe-bung des Tnw am Ochtumsperrwerk bleibt deutlich sichtbar (Abbildung 46).


-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12


Was

sers

tand

[mN

N]

Thw_max Tnw_max

Thw_mit Tnw_mit

Thw_min Tnw_min

TidekennwertanalyseGebiet: Ochtum / Grollander OchtumRandwertdatensatz: Vergleichszustandwahrscheinlicher Systemzustand, Zufluss MHQ

Och

tum

sper

rwer

kkm

0,4

25

Has

berg

er O

chtu

mst

aukm

5,4

65

Stro

mer

Sta

ukm

8,1

30

Peg

el S

trom

er L

ands

traße

km 7

,500

Übe

rgan

g O

chtu

m /

Gro

lland

er O

chtu

mkm

10,

075

Sta

u W

artu

rmkm

11,

150

Abbildung 46: Ochtum – Grollander Ochtum: Längsschnitt mit Tidehoch- und -niedrigwasser im Vergleichszustand bei hohem Oberwasserzufluss (Quelle: IMS-Bericht) Überlagerungsvariante Durch das Ochtumsperrwerk ist eine starke Dämpfung der ausbaubedingten Änderungen aller Tidekennwerte gegeben. Die ausbaubedingte Erhöhung des Thw an der Mündungsstelle führt auch im Ochtumgebiet zu einer Zunahme des Flutstromvolumens, welches das Tmw geringfügig erhöht (Tabelle 9). An der Delmemündung beträgt die mittlere Erhöhung des Tmw bei der Überlagerungsvarian-te +1 cm. Das MThw erhöht sich im gesamten Nebenflussgebiet um +2 bis +3 cm. Entsprechend ver-hält sich die Tidehubänderung. Durch die Überlagerungsvariante werden Flut- und Ebbstromgeschwindigkeiten im Neben-flussgebiet nur geringfügig erhöht. Die mittleren Geschwindigkeiten ändern sich nicht signifi-kant, die maximalen um 0 bis +1 cm/s.


Seite 96

Im Nebenflussgebiet treten das Tnw und Thw durch den Ausbau maximal 3 min früher ein. Die Flutdauer verkürzt sich um weniger als 3 Minuten. Bei hohem Oberwasserzufluss sind die ausbaubedingten Änderungen an jeder Stelle kleiner als bei niedrigem Zufluss (Tabelle 9). Außenweservariante Die Änderungen im Mündungsbereich der Ochtum infolge der Außenweservariante sind so gering, dass auf eine Modellierung verzichtet wurde. MThw und MThb ändern sich im Och-tumgebiet um maximal +1 cm. Die Änderungen der Fließgeschwindigkeiten sind nicht signifi-kant (Tabelle 10). Unterweservariante Die Unterweservariante hat im Ochtumgebiet geringfügig schwächere Auswirkungen als die Überlagerungsvariante (Tabelle 11). Im Ochtumgebiet ergibt sich die Ausbauwirkung der Überlagerungsvariante praktisch aus der Summe der Einzelwirkungen von Unter- und Außenweserausbau. Signifikante nichtlineare Effekte (größere Wirkung als die Summe der Einzelwirkungen) treten nicht auf.



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006

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Tabelle 9: Ochtum

– Ausbaubedingte Ä

nderungen infolge Überlagerungsvariante (P

rogno-sew

erte)


von | bis Mündung Sperrwerk Hasberger Stau

Stromer Stau

Stau Warturm Mündung Delmestau Wasser-

mühle Mündung Flügger Stau Mündung Schöpf-

werkStau

Warfelde Wardamm Dimension

MNQ ΔMThb + 8 + 2 cm

ΔMThw + 2 cm

ΔMTmw - 1 ~ 0 cm

ΔMTnw - 6 cm

MHQ ΔMThb + 8 + 3 + 2 + 1 ~ 0 cm

ΔMThw + 3 + 3 + 2 + 1 ~ 0 cm

ΔMTmw - 1 cm

ΔMTnw - 6 cm

MNQ Δvfx + 1 cm/s

Δvex cm/s

Δvfm cm/s

Δvem cm/s

MHQ Δvfx ~ 0 cm/s

Δvex + 1 cm/s

Δvfm ~ 0 cm/s

Δvem + 1 cm/s

MNQ Flutdauer min

Eintritt Thw min

MHQ Flutdauer min

Eintritt Thw min

+ 3

+ 1

~ 0

Übe

rlage

rung

svar

iant

e




+ 1

+ 1

~ 0

DELME VARRELERBÄKE

HUCHTINGERFLEET

renaturierteOCHTUM

~ 0

+ 1

+ 1

+ 1

~ 0

+ 3

+ 3

+ 1

~ 0

+ 2

+ 2

+ 1

~ 0 ~ 0

+ 2

+ 2

+ 1

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

+ 2

+ 2

+ 1

~ 0

+ 1

+ 1

~ 0

~ 0

+ 1

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

+ 1

~ 0

~ 0~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0~ 0~ 0

OCHTUM





+ 1

~ 0

+ 1

+ 3



eser – Hydrodynam


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Tabelle 10: Ochtum


nderungen infolge Außenw

eservariante (Prognose-

werte)



Stromer Stau



werkStau


MNQ ΔMThb cm

ΔMThw cm

ΔMTmw cm

ΔMTnw - 1 cm

MHQ ΔMThb cm

ΔMThw cm

ΔMTmw cm

ΔMTnw - 1 cm

MNQ Δvfx cm/s

Δvex cm/s

Δvfm cm/s

Δvem cm/s

MHQ Δvfx cm/s

Δvex cm/s

Δvfm cm/s

Δvem cm/s

MNQ Flutdauer min

Eintritt Thw min

MHQ Flutdauer min

Eintritt Thw min

~ 0

Auß

enw

eser

ausb

auW a s s e r s t ä n d e



~ 0

~ 0

renaturierteOCHTUM

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

+ 1

~ 0

~ 0

~ 0~ 0

+ 1

~ 0

~ 0

+ 1

VARRELERBÄKE

HUCHTINGERFLEET

~ 0

+ 1

~ 0

DELMEOCHTUM

~ 0 ~ 0 ~ 0

+ 1

~ 0

+ 1

~ 0

+ 1

+ 1

+ 1

+ 1

+ 1

+ 1

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006

Seite 99

Tabelle 11: Ochtum


nderung infolge Unterw

eservariante (Prognosew

er-te)



Stromer Stau



werkStau


MNQ ΔMThb + 7 + 1 cm

ΔMThw + 1 cm

ΔMTmw - 1 ~ 0 cm

ΔMTnw - 5 cm

MHQ ΔMThb + 7 + 2 + 1 ~ 0 cm

ΔMThw + 1 ~ 0 cm

ΔMTmw - 1 cm

ΔMTnw - 5 cm

MNQ Δvfx + 1 cm/s

Δvex cm/s

Δvfm cm/s

Δvem cm/s

MHQ Δvfx ~ 0 cm/s

Δvex + 1 cm/s

Δvfm ~ 0 cm/s

Δvem + 1 cm/s

MNQ Flutdauer min

Eintritt Thw min

MHQ Flutdauer min

Eintritt Thw min

~ 0

Unt

erw

eser

ausb

au




+ 1

+ 1

renaturierteOCHTUM

+ 2

+ 1 + 0

DELME VARRELERBÄKE

HUCHTINGERFLEET

+ 2

~ 0

+ 1 ~ 0

+ 1

+ 1+ 2

+ 2

+ 2

+ 1

~ 0

+ 2

+ 1

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+ 1

+ 1

~ 0

~ 0 ~ 0

+ 2

+ 2

+ 1

~ 0

+ 0

~ 0

~ 0

~ 0

~ 0

+ 0

~ 0

~ 0

~ 0

+ 1

~ 0

~ 0~ 0

~ 0

~ 0

~ 0~ 0

~ 0 ~ 0~ 0

OCHTUM





+ 1

~ 0

+ 1

+ 2


Seite 100

7 Bewertung der ausbaubedingten Änderungen unter Berücksichtigung der Betroffenheiten

In Kapitel 6 wurden die ausbaubedingten Änderungen entlang der Trasse der Weser und der Nebenflüsse für verschiedene Ausbauvarianten und hydrologische Szenarien beschrieben und bewertet. In diesem Kapitel sollen nun die Änderungen des Wasserstandes und ggf. der Strömungsgeschwindigkeiten für einige ausgewählte „Fokusflächen“ betrachtet werden. Dabei wird im Allgemeinen nur der Fall Überlagerungsvariante, d.h. die maximalen Änderun-gen, eingeschätzt. Für die anderen Varianten werden ggf. Hinweise gegeben.

7.1 Langlütjensand und Fedderwarder Priel

Überlagerungsvariante Es ist davon auszugehen, dass die ausbaubedingten Veränderungen am Langlütjensand und im Fedderwarder Priel maßgeblich aus der Erhöhung des Tidehochwassers herrühren. Die Wattgebiete des Langlütjensands werden um einige wenige Zentimeter höher überdeckt. Die Verlängerung der Überflutungsdauer in den hoch gelegenen Bereichen um Langlütjen I ist ein entsprechender Indikator (Anlage 1.1.1). Eine Vertiefung der Fahrrinne der Außenweser bedingt auch eine Erhöhung der Fortschritts-geschwindigkeit und damit eine Verkürzung der Laufzeit der Tidewelle in der Fahrrinne. Dies führt dazu, dass weitere Bereiche des südlichen Langlütjensands direkt von der Weser, z.B. über das Wremer Loch und den Suezpriel, überströmt und entwässert werden. Hieraus er-gibt sich eine weitere Schwächung des Fedderwarder Priels. Umlagerungen des Mittelpriels, Wremer Lochs und des Suezpriels infolge meteorologischer Extremereignisse werden die Entwicklung des Langlütjensands unabhängig von der Ausbaumaßnahme mitbestimmen. Eine Bewertung der Auswirkungen der vergrößerten Wendestelle vor den Containerterminals Bremerhavens erfolgt in einem gesonderten Verfahren. Die weitere Vertiefung der Wende-stelle auf die größeren Tiefgänge der Schiffe hat eine Änderung der Überströmung des süd-lichen Langlütjensands, stromauf Langlütjen I, zur Folge. Fokusfläche Langlütjensand – Prognosewerte für Überlagerungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +2 +1 -2 ~0 < +1 < +1

Außenweservariante Da die ausbaubedingten Änderungen des Tidewasserstands im Bereich des Fedderwarder Priels und des Langlütjensandes maßgeblich durch die Außenweservariante bestimmt wer-den, ergeben sich die Prognosen der Änderungen und die daraus hergeleiteten Bewertun-gen entsprechend der Überlagerungsvariante.


Seite 101

Unterweservariante Die ausbaubedingten Änderungen des Tidewasserstandes infolge der Vertiefung der Unter-weser klingen in der Außenweser recht schnell ab. Es treten daher Änderungen deutlich unterhalb signifikanter Schwellwerte auf.

7.2 Wurster Watt

Überlagerungsvariante Es ist davon auszugehen, dass die ausbaubedingten Änderungen speziell im südlichen Teil des Wurster Watts maßgeblich aus der Erhöhung des Tidehochwassers herrühren. Das Tidehochwasser läuft um einige wenige Zentimeter höher auf. Die Verlängerung der Über-flutungsdauer in den hoch gelegenen Bereichen ist ein entsprechender Indikator (Anlage 1.1.1). Die Änderungen der Geschwindigkeiten liegen unterhalb des Schwellwertes von ± 1 cm/s. Fokusfläche Wurster Watt – Prognosewerte für die Überlagerungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s - - - +1 - - - - - - ~0 ~0

Außenweservariante Da die ausbaubedingten Änderungen des Tidewasserstands im Bereich des Wurster Watts maßgeblich durch die Außenweservariante bestimmt werden, ergeben sich die Prognosen der Änderungen und die daraus hergeleiteten Bewertungen entsprechend der Überlage-rungsvariante. Unterweservariante Die ausbaubedingten Änderungen des Tidewasserstandes infolge der Vertiefung der Unter-weser klingen in der Außenweser recht schnell ab. Im Wurster Watt treten daher Änderun-gen unterhalb der gewählten Schwellwerte auf.

7.3 Strandbad Nordenham

Überlagerungsvariante Wie die Abbildung 47 (rechts) zeigt, liegt das Strandbad Nordenham am westlichen Ufer der Weser im Bereich der „Schlickstrecke“. Diese Strecke wird vom WSA Bremerhaven so be-zeichnet, da hier eine Unterhaltungsstrecke mit gegenüber anderen Bereichen deutlich feine-ren Sedimenten (Schlick) vorhanden ist. Durch die weitere Eintiefung der Fahrrinne in diesem Abschnitt wird der Fließquerschnitt derart aufgeweitet, dass es trotz der Erhöhung des Tidevolumens zu einer Reduzierung der Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten kommt. Wie der Abbildung 47 (links) (Anlagen 1.2.2 und 1.2.3) zu entnehmen ist, gilt dies nicht nur für die Fahrrinne, sondern speziell auch für die angrenzenden Wattgebiete und damit auch für das Strandbad Nordenham.


Seite 102

Fokusfläche Strandbad Nordenham - Prognosewerte für die Überlagerungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s - - - +2 - - - - - - -4 -5

Außenweservariante Im Falle der Außenweservariante wird im Bereich des Strandbades Nordenham keine Vertie-fung der Fahrrinne vorgenommen, d.h. der vorhandene Fließquerschnitt bleibt erhalten. Die durch die Vertiefung der Außenweser initiierte Erhöhung des Tidevolumens hat in der Unter-weser durchgängig eine Erhöhung der mittleren Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten zur Folge. Allerdings sind diese Wirkungen im Bereich des Strandbades so gering, dass die Erhöhungen auch in der Prognose deutlich unterhalb des Schwellwertes von +1 cm/s bleiben (Anlagen 2.2.2 und 2.2.3). Unterweservariante Die Unterweservariante weist im Bereich des Strandbades Nordenham die gleichen Ände-rungen des Fließquerschnitts auf, wie die Überlagerungsvariante. Die Reduzierung der mitt-leren Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit fällt gegenüber der Überlagerungsvariante noch etwas höher aus, da der Anteil der Erhöhung des Tidevolumens aus dem Außenweseraus-bau entfällt. D.h., ein geringeres Tidevolumen strömt durch einen gleich weit aufgeweiteten Querschnitt. Die Unterschiede zwischen beiden Varianten sind an dieser Stelle allerdings so gering, dass sich die gleichen Prognosewerte ergeben (Anlagen 3.2.2 und 3.2.3).


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Ausbaubedingte Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit

Baggereingriffsflächen des Modells

Abbildung 47: Strandbad Nordenham - Ausbaubedingte Änderung der mittleren Ebbestrom-geschwindigkeit (Überlagerungsvariante)

7.4 Schweiburg

Die Schweiburg ist der westliche Nebenarm der Weser und mündet seeseitig bei Weser-km 51,5, landseitig bei km 44,5. Schweiburg und Weser umfassen die Reiherplate (nördlicher Teil) und die Strohauser Plate (südlicher Teil). Im Bereich der Reiherplate sind Längswerke angeordnet, durch die die Strömung geführt wird. In dem seeseitigen Mündungsbereich der Schweiburg liegen das Beckumer Siel und das Kraftwerk Esensham, die separat behandelt werden (Kapitel 7.7 Seite 109). Die Abbildung 48 zeigt, dass die mittlere Ebbestromgeschwindigkeit im seeseitigen Mün-dungsbereich der Schweiburg tendenziell zunimmt, da in diesem Bereich eine nur geringfü-gige Aufweitung des Fließquerschnitts in der Fahrrinne vorgenommen wird. Als hauptsächlich für die weitere Entwicklung der Schweiburg ist die Erhöhung des Tide-hochwassers um wenige cm anzusehen. Hierdurch wird mehr Tidevolumen in die Schwei-burg eingetragen.

Strandbad Strandbad


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Die, wenn auch geringfügig, vorhandene Erhöhung der Fortschrittsgeschwindigkeit der Ti-dewelle bewirkt, dass die Einströmung in die südliche Mündung verstärkt wird. Dies dürfte bei den heute schon vorliegenden Verhältnissen nur von geringfügiger Bedeutung sein. Die Insel wird für landwirtschaftliche Zwecke genutzt. Der vorhandene Sommerdeich schützt die Tiere vor höher auflaufenden Fluten. Daher wurde auch der ausbaubedingte Anstieg des Tidehochwassers bei einer Kantenflut untersucht. Infolge des in diesem Szenario vergrößer-ten Fließquerschnitts, fallen die ausbaubedingten Änderungen geringer aus als bei Normalti-de und es kann für die untersuchte Kantenflut von einer Erhöhung des Tidehochwassers von +3 cm ausgegangen werden. Ausbaubedingte Änderung der Ebbestromge-schwindigkeit


Abbildung 48: Schweiburg - Ausbaubedingte Änderung der Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante)


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Überlagerungsvariante Wie der nachfolgenden Tabelle entnommen werden kann, führt die Erhöhung des Tidehubs von +6 cm nur zu Erhöhungen der Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit von weniger als +1 cm/s. Hieraus kann aus hydrodynamischer Sicht nicht auf eine Stärkung der Schweiburg geschlossen werden Fokusfläche Schweiburg – Prognosewerte für die Überlagerungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +6 +2 -4 -1 < +1 < +1

Außenweservariante Die geringen ausbaubedingten Änderungen der Tidewasserstände infolge des Außenweser-ausbaus führen auch in der Prognose zu keinen nennenswerten Änderungen der Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit (~0 cm/s). Unterweservariante Die Prognose der Erhöhung des Tidehubs in der Schweiburg fällt für die Unterweservariante etwas geringer aus als in der Überlagerungsvariante. Die Erhöhung der Strömungsge-schwindigkeiten fällt somit so maßvoll aus, dass nicht von einer Stärkung der Schweiburg ausgegangen werden kann.

7.5 Rechter Nebenarm

Der Rechte Nebenarm und die Weser umschließen die Insel Harriersand. Auf ihr wird Land-wirtschaft und Tourismus betrieben. Ein Campingplatz und ein Strandbad liegen auf der Weserseite gegenüber Brake. Im Bereich der südlichen Mündung befindet sich ein kleiner Segelhafen (Abbildung 49). Für den Rechten Nebenarm gelten die gleichen Wirkungsmechanismen, wie sie auch schon für die Schweiburg beschrieben worden sind. Hauptsächliche ausbaubedingte Wirkungen des Weserausbaus ergeben sich aus dem Anstieg des Tidehochwassers. Infolge der Länge der Insel Harriersand spielt auch hier die Erhöhung der Fortschrittsgeschwindigkeit der Ti-dewelle bei der Durchströmung eine Rolle. Die Einströmung in die südliche Mündung des Rechten Nebenarms wird gestärkt, da der Tidewasserstand zu einem früheren Zeitpunkt steigt. Auch hier dürfte diese Auswirkung infolge der schon vorhandenen Verhältnisse nur von untergeordneter Bedeutung sein. Sommerdeiche schützen die Insel als solche und die Gehöfte der Insel vor höher auflaufen-de Fluten. Die Simulation einer Kantenflut mit 3,70 mNN Tidehochwasserstand bei Brake erbrachte für den Bereich der Insel Harriersand eine ausbaubedingte Erhöhung des Tide-hochwasserscheitels von +3 cm.


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Ausbaubedingte Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit


Abbildung 49: Rechter Nebenarm und Harriersand, Baggereingriffsflächen und Änderung der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit (Überlagerungsvariante)

Überlagerungsvariante Fokusfläche Rechter Nebenarm – Prognosewerte für die Überlagerungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +7 +3 -5 -1 +1 +1

Wie der obigen Tabelle entnommen werden kann, führt die Erhöhung des Tidehubs von +7 cm in der Prognose zu Erhöhungen der Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit von ca. +1 cm/s. Hieraus kann aus hydrodynamischer Sicht nicht auf eine Stärkung des Rechten Nebenarms geschlossen werden Außenweservariante Die geringen ausbaubedingten Änderungen der Tidewasserstände infolge des Außenweser-ausbaus führen auch in der Prognose zu keinen nennenswerten Änderungen der Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit (~0 cm/s).


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Unterweservariante Die Prognose der Erhöhung des Tidehubs im Rechten Nebenarm fällt für die Unterweserva-riante etwas geringer aus als in der Überlagerungsvariante. Die Erhöhung der Strömungsge-schwindigkeiten fällt somit so maßvoll aus, dass auch in der Prognose nicht von einer Stär-kung des Rechten Nebenarms ausgegangen werden kann.

7.6 Außentiefs und Siele im Bereich Blexen - Nordenham

Die Abbildung 50 zeigt die Siele und die zugehörigen Außentiefs des Bereichs Blexen bis Nordenham. Dieser Bereich der Weser wird durch die hier befindliche Brackwasserzone charakterisiert. Dies bedeutet, dass je nach Tidephase und Oberwasserabfluss Salzgehalte zwischen 1 (von oberstrom) und 20 PSU vorhanden sind. Überlagerungsvariante Die ausbaubedingten Änderungen des Wasserstandes zeigen, dass das Niedrigwasser deutlicher absinkt als das Hochwasser ansteigt. Hieraus ergibt sich auch ein geringfügiger Absunk des mittleren Tidemittelwassers. Das höher auflaufende Tidehochwasser führt dazu, dass die an die Außentiefs angrenzenden Wattgebiete höher überflutet werden. Die Darstel-lung der Verlängerung der Überflutungsdauer kann zur Abschätzung der betroffenen Flächen dienen. Die südlichen Siele dieses Bereiches liegen im Einflussbereich der „Schlickstrecke“ bei Nordenham. Die hier notwendige Vertiefung der Fahrrinne führt zu einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeiten speziell in den Randbereichen. Die Vertiefung der Fahrrinne führt auch zu einem verstärktem Eindringen des Salzgehalts in das Ästuar. Die Brackwasserzone verschiebt sich stromauf, d.h. örtlich erhöht sich der Salz-gehalt. Es ist mit einer Zunahme des mittleren Salzgehalts von +0,5 bis +1 PSU auszuge-hen. Fokusfläche Außentiefs im Bereich Blexen/Nordenham – Prognosewerte für die Überlage-rungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +5 +2 -3 -1 +2/-2 +2/-2


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Siele am Westufer 1. Blexer Siel 2. Flagbalger Siel 3. Großensiel Siele am Ostufer 4. Erdmannssiel

5. Dedesdorfer Siel

Abbildung 50: Außentiefs und Siele im Bereich Blexen – Nordenham

Außenweservariante Im Falle der Außenweservariante ergibt sich in der Prognose für diesen Abschnitt eine Erhö-hung des Tidehubs von +2 cm. Die Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten fallen entsprechend klein aus und werden für die Randbereiche der Außentiefs zu annähernd ~0 cm/s prognostiziert. Infolge der verstärkten Salzintrusion ist mit einer Zunahme des Salzgehalts von +0,5 bis +1 PSU zu rechnen. Unterweservariante Für die Unterweservariante ergibt sich in der Prognose für diesen Abschnitt eine Erhöhung des Tidehubs von +3 cm. Die Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten werden für die Randbereiche der Außentiefs <+1 cm/s prognostiziert. Infolge der verstärkten Salzintrusion ist mit einer Zunahme des Salzgehalts von +0,5 bis +1 PSU zu rechnen.

1

2

3

4

5


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7.7 Außentiefs und Siele im Bereich Schweiburg

In diesem Abschnitt ergeben sich auf Grund ihrer Lage für die Außentiefs und Siele am West- bzw. Ostufer wesentliche Unterschiede in der Bewertung der ausbaubedingten Ände-rungen. Die Siele des Ostufers liegen nahe an der Weser, so dass nur kleine Außentiefs vorhanden sind und damit die ausbaubedingten Änderungen ungedämpft wirken. Die Siele am westlichen Ufer zeichnen sich durch ein recht langes Außentief (Beckumersiel) bzw. durch die Lage an der Schweiburg aus (Strohauser Siel) aus. Ausbaubedingte Ände-rungen in der Weser treten daher am Siel in abgeschwächter Form auf. Gleichzeitig wird die lokale hydrologische Situation auch durch die Kühlwasserentnahme (stromauf der Mündung der Schweiburg) bzw. -einleitung (stromab der Mündung) beeinflusst. Überlagerungsvariante In diesem Abschnitt ergeben sich für die Außentiefs am östlichen Ufer die Prognosewerte der nachfolgende Tabelle. Die ausbaubedingt erhöhte Salzintrusion führt in der Prognose zu einer Zunahme des Salzgehalts von +0,5 bis +1 PSU. Fokusfläche Außentiefs im Bereich der Schweiburg – Prognosewerte für die Überlagerungs-variante (östliches Ufer) ΔThw ΔTnw ΔThb ΔTmw Δvfm Δvem

cm cm cm cm cm/s cm/s +2 -4 +6 -2 +2/-2 +2/-2

In den Außentiefs der Siele des Westufers ergeben sich tendenziell deutlich geringere Ände-rungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten. Die Erhöhung des Salzgehalts aus dem komplexen Zusammenspiel von erhöhter Salzintrusion, Zu- bzw. Entwässerung und dem Kühlwasserkreislauf. In der Prognose kann davon ausgegangen werden, dass auch hier die Zunahme des Salzgehalts unter +1 PSU liegt. Außenweservariante Für die Außenweservariante ergeben sich gegenüber der Überlagerungsvariante deutlich geringere Wasserstandsänderungen und damit auch deutlich geringere Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten. Abnahmen der Strömungen treten nicht auf, da in dieser Vari-ante in der Unterweser kein Eingriff erfolgt. Auch die Salzintrusion ist gegenüber der Überlagerungsvariante reduziert, so dass in der Prognose von einer Zunahme des Salzgehalts von <+1 PSU ausgegangen wird. Unterweservariante In der Prognose liegen die Änderungen der mittleren Tidewasserstände unterhalb der Über-lagerungsvariante. Daraus ergeben sich gegenüber der Überlagerungsvariante etwas gerin-


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gere Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten. Infolge der Eingriffe in der Unterweser ergeben sich wiederum Zu- und Abnahmen. Die Salzintrusion ist gegenüber der Überlagerungsvariante reduziert, so dass in der Progno-se von einer Zunahme des Salzgehalts von <+1 PSU ausgegangen wird.

Siele und Außentiefs am Westufer 1. Kraftwerk 2. Beckumersiel 3. Strohauser Siel Siele und Außentiefs am Ostufer 4. Lunesiel 5. Dreptersiel 6. Rechtenflether Siel

Abbildung 51: Siele und Außentiefs im Bereich der Schweiburg

7.8 Außentiefs und Siele im Bereich Brake und Rechter Nebenarm

Auch in diesem Abschnitt ergibt sich auf Grund der Lage der Außentiefs am Westufer bzw. am Rechten Nebenarms (Ostufer) ein Unterschied in der Bewertugn der ausbaubedingten Änderungen (Abbildung 52) Die Siele am Westufer liegen dicht an dem Hauptstrom und weisen nur kleine Außentiefs aus. Die ausbaubedingten Änderungen wirken daher ungedämpft.

34

5

2

6

1


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Siele und Außentiefs am Westufer 1. Braker Siel 2. Käseburger Siel = Moorriemer Siel Siele und Außentiefs am Ostufer und Rechtem Nebenarm 3. Sandstedter Siel 4. Indiekkanal 5. Offenwarder Tief 6. Aschwarder Flutgraben mit Aschwarder Siel

Abbildung 52: Siele und Außentiefs im Bereich Brake und Rechter Nebenarm

Die Außentiefs der Siele 3 bis 6 liegen im Bereich des Rechten Nebenarms. Die Erhöhung des Tidehochwassers führt hier zu einer Erhöhung des Tidevolumens. Die sich hieraus er-gebene Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten fallen aber gering aus, so dass die Än-derungen der Strömungsgeschwindigkeiten in den Außentiefs annähernd Null sein werden (~0 cm/s). Überlagerungsvariante Fokusflächen Siele und Außentiefs im Bereich Brake und Rechter Nebenarm – Prognose-werte für die Überlagerungsvariante ΔThw ΔTnw ΔThb ΔTmw Δvfm Δvem

cm cm cm cm cm/s cm/s +3 -5 +7 -1 +2/-2 +2/-2

2

1

3

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5

6


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Außenweservariante Im Falle der Außenweservariante ergeben sich ausbaubedingte Änderungen des Tidewas-serstands, die wenig über den Schwellwerten der Prognose liegen. Sie werden daher unver-ändert auf die Siele übertragen. Die geringen Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten sind bis zu den Sielen abgeklungen. Unterweservariante Der alleinige Ausbau der Unterweser hat in diesem Abschnitt gegenüber der Überlagerungs-variante etwas geringere Änderungen der Tidewasserstände zur Folge.

7.9 Außentiefs und Siele im Bereich Elsfleth – Bremen Farge

Das Rader und das Rekumer Siel liegen direkt an der Weser und weisen nur kleine Außen-tiefs auf (Abbildung 53). Infolge der örtlichen Gegebenheiten können in der Prognose die ausbaubedingten Änderungen in der Fahrrinne auf beide Siele übertragen werden. Überlagerungsvariante Fokusflächen Siele und Außentiefs im Bereich Elsfleth bis Bremen Farge – Prognosewerte für die Überlagerungsvariante ΔThb ΔThw ΔTnw ΔTmw Δvfm Δvem cm cm cm cm cm/s cm/s +8 +3 -6 -1 +2 +2

Außenweservariante Für die Außenweservariante erhöht sich der Tidehub in der Prognose um +2 cm. Hieraus ergeben sich Erhöhungen der Strömungsgeschwindgkeiten, die für die Außentiefs in diesem Abschnitt in der Prognose zu annähernd Null angenommen werden (~0 cm/s). Unterweservariante Im Falle der Unterweservariante ergeben sich in den Wasserständen etwas geringere aus-baubedingte Änderungen als im Überlagerungsfall. Die Änderungen im Bereich der Fahrrin-ne werden mit geringer Dämpfung auf das Rekumer Siel übertragen.


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Siele und Außentiefs am Westufer - keins Siele und Außentiefs am Ostufer 1. Rader Siel 2. Rekumer Siel

Abbildung 53: Siele und Außentiefs im Bereich Elsfleth – Bremen Farge

7.10 Überströmung von Sommerdeichen

Überlagerungsvariante Die Sommerdeiche im Bereich der Unterweser weisen Planungshöhen von 3,7 bis 4,0 mNN auf. Normaltiden erreichen noch nicht einmal die Deichfüße. Für alle mit den Sommerdei-chen im Zusammenhang stehenden Fragen wurde eine als repräsentativ angesehene Kan-tenflut (Abstimmung mit der PG WAP) im Vergleichszustand und Überlagerungsfall simuliert und die ausbaubedingten Änderungen berechnet. Die aus den Ergebnissen hergeleiteten Änderungen des Scheitelwasserstandes des Tide-hochwassers sind in nachfolgender Tabelle zusammengefasst.

Überlagerungsvariante Weser-km von bis ΔThw Scheitel

20 – 40 +3 cm 40 – 60 +2 cm

1

2


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Außenweservariante Tendenziell wird die Erhöhung des Tidehochwasserscheitels bei einer Kantenflut geringer ausfallen als bei einer Normaltide. Unter der Berücksichtigung der berechneten Erhöhungen für die Überlagerungsvariante wird als auf der sicheren Seite liegend ohne weiteren Nach-weis eine durchgängige Erhöhung von +1 cm als Prognosewert angegeben.

Außenweservariante Weser-km von bis ΔThw Scheitel

20 – 60 +1 cm Unterweservariante Die ausbaubedingten Änderungen des Scheitelwasserstands des Tidehochwassers sind im Falle der Unterweservariante gegenüber der Überlagerungsvariante reduziert, da der Anteil der Erhöhung aus dem Außenweserausbau entfällt. Aus den Untersuchungen zur Normaltide kann hergeleitet werden, dass dieser Unterschied recht klein sein wird. Daher gelten für die Unterweservariante die gleichen Prognosewerte.

Unterweservariante

Weser-km von bis ΔThw Scheitel 20 – 40 +3 cm 40 – 60 +2 cm

7.11 Bereiche der Hamenfischerei

Die Hamenfischerei wird in der Inneren Außenweser und der Unterweser betrieben. Die Abbildung 54 gibt anhand der benachbarten Tonnen die Fangplätze wieder. Sie befinden sich außerhalb der Fahrrinnenbegrenzung, so dass dort die ausbaubedingten Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Fahrrinne je nach Örtlichkeit differenziert zu betrach-ten sind. Überlagerungsvariante Auf Grund des ausbaubedingt erhöhten Tidevolumens muss prinzipiell von einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten ausgegangen werden. Reduzierungen der Strömungsge-schwindigkeiten treten nur dort auf, wo eine Querschnittsaufweitung durch die Fahrrinnen-vertiefung erfolgt. Dies ist insbesondere im Bereich der heutigen Unterhaltungsstrecken der Fall. In allen anderen Bereichen ist dies von der aktuellen Lage und Höhe der Transportkör-per in der Weserfahrrinne abhängig. Da im Modell mit einem erhöhten Vertiefungsmaß gear-beitet wird, sind in den Ergebnissen Reduzierungen vorhanden, die so und an diesen Stellen nicht auftreten werden. Des weiteren ist bei der Bewertung zu berücksichtigen, dass die


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Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten außerhalb der Fahrrinne recht schnell abklin-gen und die berechneten Differenzen über die Wassertiefe „lageabhängig“ sind.

Abbildung 54: Positionen der Hamenfischerei in der Weser

In den folgenden Abbildungen sind in 2 Bereichen der Unterweser Querschnitte ausgewählt und die Änderungen der mittleren Ebbestromgeschwindigkeit dargestellt. Auffällig sind die


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starken Erhöhungen in Sohlnähe, die sich aus der Verschiebung der Geschwindigkeitsprofile im Ausbauzustand ergeben. Die ggf. rechts und links der Fahrrinnenbegrenzung vorhande-nen, bodennahen Erhöhungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten resultieren entwe-der aus einer Verlagerung des Strömungsmaximums im Querschnitt (Abbildung 55) oder durch „Mitnahmeeffekte“ (Impulsübertragung) infolge der erhöhten Strömungen in der Fahr-rinne (Abbildung 56). Beide relativ lokal vorhandenen Zunahmen werden sich in der Praxis durch „Böschungsanpassungen“, die im Modell nicht berücksichtigt sind, abbauen. Die bodennahe Form des Geschwindigkeitsprofils wird maßgeblich durch die Energiedissipa-tion durch Reibung am Boden bestimmt. Die Reibung wird durch den geplanten Ausbau nur unwesentlich beeinflusst. Daher kann „auf der sicheren Seite“ liegend davon ausgegangen werden, dass die sich über die Wassertiefe integriert ergebenden ausbaubedingten Erhö-hungen der Strömungsgeschwindigkeiten in jeder Höhenlage wirksam sind.



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006

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Abbildung 55: Ü

berlagerungsvariante - Bereich N

ordenham - A

usbaubedingte Änderungen

der mittleren E

bbestromgeschw

indigkeiten in ausgewählten Q

uerschnitten



eser – Hydrodynam


-Nr.: 5.02.10048.00-1 – M

ärz 2006 Seite 118

Abbildung 56 Ü

berlagerungsvariante - Bereich S

trohauser Plate - A

usbaubedingte Änderun-

gen der mittleren E

bbestromgeschw

indigkeiten in ausgewählten Q

uerschnitten


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In der nachfolgenden Tabelle werden für die in Abbildung 54 dargestellten Positionen (ggf. bereichsweise zusammengefasst) ausbaubedingte Änderungen der Strömungsgeschwindig-keiten angegeben. Für die Tonnen 51a und 86 ist zu beachten, dass sie im lokalen Einfluss-bereich der Hafenanlagen von Bremerhaven bzw. Brake liegen.

Überlagerungsvariante Bereich / Position Δvfm Δvem

Innere Außenweser To 38, To 44 bis 49

+3 cm/s +3 cm/s

To 51a (Im lokalen Einflussbereich von CT IV und der Wendestelle)

(+3 cm/s) (+3 cm/s)

To 56, To 58 und To 70 +2 cm/s +2 cm/s To 81 +2 cm/s +2 cm/s To 86 (im lokalen Einflussbereich des Hafens Brake)

(+2 cm/s) (+2 cm/s)

To 87, To 90 und To 92 +2 cm/s +2 cm/s To 98 und To 104 +2 cm/s +2 cm/s Außenweservariante In der Außenweservariante erfolgt in der Unterweser keinerlei Eingriff. Die ausbaubedingten Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten ergeben sich ausschließlich aus der mäßigen Zunahme des Tidevolumens. Sie fallen entsprechend gering aus.

Außenweservariante

Bereich / Position Δvfm Δvem Innere Außenweser To 38, To 44 bis 49

+3 cm/s +3 cm/s


(+3 cm/s) (+3 cm/s)

To 56, To 58 und To 70 <+1 cm/s <+1 cm/s To 81 <+1 cm/s <+1 cm/s To 86 (im lokalen Einflussbereich des Hafens Brake)

(<+1 cm/s) (<+1 cm/s)

To 87, To 90 und To 92 <+1 cm/s <+1 cm/s To 98 und To 104 <+1 cm/s <+1 cm/s Unterweservariante Die Unterweservariante weist im Bereich des Strandbades Nordenham die gleichen Ände-rungen des Fließquerschnitts auf, wie die Überlagerungsvariante. Die Erhöhung der mittleren Flut- bzw. Ebbestromgeschwindigkeit fällt gegenüber der Überlagerungsvariante etwas ge-


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ringer aus, da der Anteil der Erhöhung des Tidevolumens aus dem Außenweserausbau entfällt. Die Unterschiede zwischen beiden Varianten sind allerdings so gering, dass sich die gleichen Prognosewerte ergeben (siehe auch Anlagen 3.2.2 und 3.2.3).

Unterweservariante

Bereich / Position Δvfm Δvem Innere Außenweser To 38, To 44 bis 49

<+1 cm/s <+1 cm/s


(<+1 cm/s) (<+1 cm/s)

To 56, To 58 und To 70 +2 cm/s +2 cm/s To 81 +2 cm/s +2 cm/s To 86 (im lokalen Einflussbereich des Hafens Brake)

(+2 cm/s) (+2 cm/s)

To 87, To 90 und To 92 +2 cm/s +2 cm/s To 98 und To 104 +2 cm/s +2 cm/s

7.12 Lesum-Wümme-System

Die nachfolgenden Ausführungen geben Antworten auf spezielle Fragen und Problemstel-lungen (kursiv), soweit sie dem Gutachter bekannt geworden sind. Dabei werden die un-günstigeren Bedingungen der Überlagerungsvariante besprochen. Verwallung entlang der Wümme Tidehochwässer in der Wümme können sich ausbaubedingt um +1 bis +3 cm (je nach Ab-schnitt) erhöhen, während das Tmw (bis +1 cm) und das Tnw (0 bis -1 cm) praktisch gleich bleiben. Diese Änderungen wurden für niedrige Oberwasserzuflüsse ermittelt; je höher der Oberwasserzufluss ist, desto geringer sind die Ausbauwirkungen. Grundsätzlich ist mit einer geringen Verschlechterung der Hochwassersituation zu rechnen. Befürchtete Verringerung der Wassertiefe in der Hamme In der Hamme steigt das Thw um +4 cm, während das Tmw (+1 cm) und das Tnw (-1 cm) praktisch gleich bleiben. Mit einer Verschlechterung der Schifffahrtsbedingungen ist somit nicht zu rechnen. Tideeinfluss und Hochwasserabfluss im oberen Bereich der Wörpe (Heidberg) Tidehochwässer in der Wörpe können sich bei geringem Oberwasserzufluss ausbaubedingt um +2 cm erhöhen, während das Tmw (+1 cm) und das Tnw (~0 cm) praktisch gleich blei-ben. Grundsätzlich ist mit einer geringen Verschlechterung der Hochwassersituation zu rechnen.


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Natürlicher Sielzug im Bereich Borgfeld Die Tidehochwässer im Bereich Borgfeld steigen um +2 cm, während das Tmw (+1 cm) und das Tnw (~0 cm) praktisch gleich bleiben. Bezogen auf das Thw ist hier zwar mit einer ge-ringen Verschlechterung der Hochwassersituation zu rechnen. Da aber im “unteren Bereich” der Tidekurve entwässert wird, werden praktisch keine ausbaubedingten Änderungen auftre-ten. Ein stärkerer Ablauf durch die Siele wird befürchtet, so dass der Einbau von Rückhaltevor-richtungen erforderlich wird In der Wümme, Wörpe und Hamme ist wegen der geringen Änderungen der Wasserstände (Tnw und Tmw) praktisch mit keiner Änderung des Wasserspiegelgefälles zu rechnen, so dass ein stärkerer Ablauf an den Sielen nicht zu befürchten ist. Zeitfenster für Sielzüge / Entwässerung des oberen Hamme - Raumes Die Tidehochwässer in der Hamme steigen um +3 cm, während das Tmw (+1 cm) und das Tnw (-1 cm) praktisch gleich bleiben. Bezogen auf den Hochwasserscheitel ist zwar mit einer geringen Verschlechterung der Situation zu rechnen. Da aber im “unteren Bereich” der Tide-kurve entwässert wird, werden praktisch keine ausbaubedingten Änderungen auftreten. Im Wasser stehende Fundamentpfähle des historischen Baudenkmals "Dammgut" in Ritter-hude, Baujahr 1309 Das Tmw in der Hamme steigt ausbaubedingt etwas an (bis +1 cm), das Tnw sinkt geringfü-gig (-1 cm) ab. Das Dammgut liegt über 200 m vom Hammeufer entfernt. Eine messbare Beeinflussung des Grundwassers im Bereich des Dammguts ist ausbaubedingt nicht zu erwarten, so dass die Wasserbedeckung der Pfähle nicht verschlechtert wird. Gefährdung der Standsicherheit der 125 Jahre alten Schleuse Ritterhude Zwar vergrößert sich der Tidehub nahe der Schleuse ausbaubedingt um 4 cm, dabei beträgt die Absenkung des Tnw aber nur -1 cm und das Tmw steigt geringfügig (+1 cm) an. Es ist nicht zu erwarten, dass dadurch eine evtl. Unter- oder Umläufigkeit signifikant beeinflusst wird. Auf Grund der sehr geringen Änderung der hydromechanischen Bedingungen an den Wehrschützen bei Sielzug ist auch keine signifikante Änderung der Fließgeschwindigkeiten und damit des Erosionsverhaltens im Bauwerksbereich zu erwarten.

7.13 Ochtum

Die nachfolgenden Ausführungen geben Antworten auf spezielle Fragen und Problemstel-lungen (kursiv), soweit sie dem Gutachter bekannt geworden sind. Dabei werden die un-günstigeren Bedingungen der Überlagerungsvariante besprochen. Verschlechterung der Sielzugzeiten, Nachteile für die Entwässerung und Bewässerung.


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Tidehochwässer im Ochtumgebiet können sich ausbaubedingt um +3 cm erhöhen, während das Tmw (+1 cm) und das Tnw (~0 cm) praktisch gleich bleiben. Grundsätzlich ist also mit einer geringen Verschlechterung der Hochwassersituation zu rechnen. Hochwasserabfluss-Situation der Delme und des Randgrabens (Delmenhorst) In HW-Situationen steigen die Tidehochwässer in der Delme ausbaubedingt um max. +2 cm, während das Tmw (+1 cm) und das Tnw (~0 cm) praktisch gleich bleiben. Es ist also mit einer geringen Verschlechterung der Hochwassersituation zu rechnen. Entwässerungsprobleme der Siedlungen “Roggenkamp" und “Heidkruger Weg” (Varreler Bäke) Es ist mit einem Anstieg des Thw von +3 cm (bei allgemein hohen Zuflüssen +1 cm) zu rechnen. Es ist also von einer (geringen) Verschlechterung der Hochwassersituation auszu-gehen. Evtl. kann die Problematik mit einer veränderten (Winter-)Steuerung der Stauanlage „Flügger Stau“ verbessert werden. Beeinflussung der renaturierten Huchtinger Ochtum oberhalb des Staus Warfelde Die Tidehochwässer unterhalb des Staus Warfelde steigen, abhängig vom Oberwasserzu-fluss, um bis zu +2 cm an. Dies wird durch den Stau Warfelde um etwa 50% auf +1 cm in der Huchtinger Ochtum gedämpft.


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8 Zusammenfassung

In diesem Gutachten werden die Ergebnisse der umfangreichen Untersuchungen zu den ausbaubedingten Änderungen auf die Tidedynamik und den Salztransport in Unter- und Außenweser für verschiedene Maßnahmen vorgelegt:

Anpassung der Unterweser (Unterweservariante), Anpassung der Außenweser (Außenweservariante), Anpassung von Unter- und Außenweser (Überlagerungsvariante).

Dabei sind die Anforderungen, die an die Eingangsdaten einer Umweltverträglichkeitsprü-fung zu stellen sind, ebenso berücksichtigt, wie die zahlreichen Fragen und Problemstellun-gen, die auf Grund vermuteter Betroffenheiten an die BAW herangetragen wurden. Dies sind u. a.:

• Veränderungen der Hoch- und Niedrigwasserstände • Strömungsbedingungen in Prielen, Nebenarmen, Wattgebiete und Uferbereichen • Bedingungen für die Be- und Entwässerung (Wasserstände, Salzgehalte) • Überflutung von Sommerdeichen • Fischereirelevante Strömungsbedingungen • Randbedingungen für die Standsicherheit und den Betrieb von Bauwerken

Ferner wurden verschiedene hydrologische Szenarien untersucht und unterschiedliche Ana-lysezeiträume herangezogen, um die Bandbreite der Änderungen sowohl in den Tidewas-serständen und den Tideströmungen als auch in den Salzgehaltsänderungen zu erfassen. Die Szenarien „Kantenflut“ und „erhöhter Meeresspiegelanstieg“ wurden mit aufgenommen, um darzulegen, dass bei einer höheren Füllung der Unterweser keine gegenüber den Nor-maltiden erhöhten ausbaubedingten Änderungen auftreten. Alle Untersuchungen wurden mit Hilfe eines hochaufgelösten 3D-HN-Modells (Weser, Hunte) bzw. detaillierter 1D-Modelle (Lesum/Wümme und Ochtum mit Nebengewässern) durchge-führt. Überlagerungsvariante (Summationswirkung) Die Ausbauwirkung der Überlagerungsvariante ergibt sich aus der Summe der Einzelwirkun-gen der Anpassung von Unter- und Außenweser. Signifikante nichtlineare Effekte, die zu einer größeren Gesamtwirkung als die Summe der Einzelwirkungen führen könnten, treten nicht auf. In der Unterweser steigt das Tidehochwasser bis zu +3 cm an, fällt das Tideniedrigwasser bis zu -6 cm ab und erhöht sich infolgedessen der Tidehub um bis zu +9 cm. Die prognostizierten ausbaubedingten Änderungen der mittleren Strömungsgeschwindigkei-ten in Außen- und Unterweser schwanken je nach Örtlichkeit zwischen +5 und -4 cm/s. Im Bereich der vertieften hafenbezogenen Wendestelle wird eine Abnahme um bis zu -8 cm/s erwartet. Der Salzgehalt erhöht sich in der Unterweser um 0,5 bis 1 PSU; die Brackwasserzone wird bis zu 1 km weiter stromauf vordringen. In den Nebenflüssen ergeben sich geringere Ausbauwirkungen als in der Unterweser. Bei-spielsweise hebt das Ochtumsperrwerk die Tnw-Absenkung an der Ochtummündung nahezu


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vollständig auf. Von der Zunahme des Tidehubs an der Lesummündung verbleibt an der Hammemündung weniger als die Hälfte. So ergeben sich in den Nebenflüssen auch nur geringe Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten. Außenweservariante Infolge der geplanten Anpassung der Außenweser ergeben sich in der Außen- und Unter-weser nur geringe Änderungen der Tidewasserstände. In der Prognose ergibt sich eine Erhöhung des Tidehochwassers um bis zu +1 cm, eine Absenkung des Tideniedrigwassers um bis -1 cm und damit ein Anstieg des Tidehubs um bis zu +2 cm. In den Nebenflüssen der Unterweser werden die Änderungen der Tidewasserstände gedämpft. Die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterweser sind gering, die mittle-ren Strömungsgeschwindigkeiten erhöhen sich bis zu +2 cm/s. Die ausbaubedingten Ände-rungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in der Außenweser schwanken je nach Örtlichkeit zwischen ±6 cm/s. Im Bereich der vertieften hafenbezogenen Wendestelle wird eine Abnahme um bis zu -9 cm/s erwartet. Die ausbaubedingte Erhöhung des Salzgehalts in der Unterweser erreicht Werte von 0,5 bis 1 PSU. Es wird von einer Stromaufverschiebung des Brackwasserzone von bis zu 0,5 km ausgegangen. Unterweservariante Infolge der geplanten Anpassung der Unterweser steigt das Tidehochwasser um bis zu +2 cm an, fällt das Tideniedrigwasser um bis zu -5 cm ab und der Tidehub erhöht sich um bis zu +7 cm. Die Wasserstandsänderungen klingen in der Außenweser relativ schnell ab. Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterweser ergeben sich aus dem erhöhten Tidevolumen und den lokalen Änderungen der Fließquerschnitte. Die mittleren Geschwindigkeiten erhöhen sich um bis zu +5 cm/s, in Vertiefungsabschnitten sind lokal auch Abnahmen von bis zu -5 cm/s zu erwarten. In der Außenweser ergeben sich nur ge-ringfügige Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten infolge des erhöhten Tidevolumens der Unterweser. Die Salzintrusion verstärkt sich ausbaubedingt in der Unterweservariante. Der Salzgehalt erhöht sich in der Unterweser um 0,5 bis 1 PSU; die Brackwasserzone wird bis zu 1 km weiter stromauf vordringen. In den Nebenflüssen ergeben sich geringere Ausbauwirkungen als in der Unterweser. Bei-spielsweise hebt das Ochtumsperrwerk die Tnw-Absenkung an der Ochtummündung nahezu vollständig auf. Von der Zunahme des Tidehubs an der Lesummündung verbleibt an der Hammemündung weniger als die Hälfte. So ergeben sich in den Nebenflüssen auch nur geringe Zunahmen der Strömungsgeschwindigkeiten.


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Bundesanstalt für Wasserbau – Dienststelle Hamburg Hamburg, 24.03.2006 Im Auftrag Bearbeiter gez. H. Rahlf gez. R. Schubert Dipl.-Ing. H. Rahlf Dr.-Ing. R. Schubert (Baudirektor) (wiss. Angestellter)


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9 ANHANG: Beschreibung der HN – Modelle

9.1 Unter- und Außenweser

9.1.1 Mathematisches Modell

Die Berechnungen zur Bestimmung der ausbaubedingten Änderungen der Tide- und Trans-portkenngrößen werden mit dem dreidimensionalen, hydrodynamisch – numerischen Modell UnTRIM durchgeführt. Bei dem mathematischen Verfahren UnTRIM handelt es sich um eine Entwicklung, die von Herrn Prof. Vincenzo Casulli (Universität Trient, Italien) durchgeführt wurde. UnTRIM ist ein semi-implizites Finite - Differenzen (-Volumen) Verfahren zur numerischen Lösung der drei-dimensionalen Flachwassergleichungen sowie der dreidimensionalen Transportgleichung für Salz, Wärme, Schwebstoffe sowie suspendierte Sedimente. UnTRIM arbeitet auf einem unstrukturierten, orthogonalen Gitter (UOG). Hierbei wird das Lösungsgebiet von einer endlichen Anzahl konvexer Polygone (Dreiecke, Vierecke) überlap-pungsfrei überdeckt. Ein Gitter entspricht genau dann einem UOG, wenn innerhalb eines jeden Polygons ein Punkt (Zentrum) bestimmt werden kann, so dass jede Verbindungslinie zu einem Zentrum eines Nachbarpolygons die gemeinsame Seite der Polygone senkrecht schneidet. Physikalische Prozesse Die folgenden physikalischen Prozesse werden in dem mathematischen Modell zur die Be-rechnung der Hydrodynamik und des Transports gelöster Stoffe berücksichtigt:

• reynoldsgemittelte Navier - Stokes - Gleichung (RANS) • lokale Beschleunigung (Massenträgheit) • advektive Beschleunigung • Coriolisbeschleunigung • barotroper Druckgradient • barokliner Druckgradient • hydrostatische oder nicht-hydrostatische Druckverteilung • horizontale turbulente Viskosität (lokal isotrop, zeit- und ortsvariabel) • turbulente Viskosität in Vertikalrichtung unter Berücksichtigung der vertikalen Dichte-

schichtung • Bodenreibung • Impulseintrag durch den Wind • Quellen und Senken (Zu- und Abflüsse) • Transport konservativer Tracer • advektiver Transport durch die Strömung • optionaler flux limiter : Minmod, van Leer oder Superbee


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• horizontale turbulente Diffusivität (lokal isotrop, zeit- und ortsvariabel) • turbulente Diffusivität in Vertikalrichtung unter Berücksichtigung der vertikalen Dichte-

schichtung Berechnungsergebnisse Folgende Berechnungsergebnisse werden durch das mathematische Modell an den diskre-ten Berechnungspunkten geliefert:

• Wasserspiegelauslenkung der freien Oberfläche • Strömungsgeschwindigkeit • Tracerkonzentration (z.B. Salzgehalt, Temperatur) • hydrodynamischer Druck

Dabei liegen die skalaren Größen (Wasserstand, Konzentration usw.) in den Zentrumspunk-ten und die vektoriellen Größen (Geschwindigkeit) in den Mitten der Polygonränder vor. Veröffentlichungen Den folgenden Veröffentlichungen können Details zu dem mathematischen Modell entnom-men werden.

1. Casulli, V. and Zanolli, P. (1998), A Three - Dimensional Semi - Implicit Algorithm for Environmental Flows on Unstructured Grids, Proc. of Conf. on Num. Methods for Fluid Dynamics, University of Oxford.

2. Casulli, V. (1999), A Semi-Implicit Finite Difference Method for Non-Hydrostatic, Free-Surface Flows, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 30: 425 - 440.

3. Casulli, V. and R. A. Walters (2000), An unstructured, three-dimensional model based on the shallow water equations, International Journal for Numerical Methods in Fluids 2000, 32: 331 - 348.

4. Casulli, V. and Zanolli, P. (2002), Semi-Implicit Numerical Modelling of Non-Hydrostatic Free-Surface Flows for Environmental Problems, Mathematical and Computer Modelling, 36: 1131 - 1149.

5. Casulli, V. and Zanolli, P. (2004), High Resolution Methods for Multidimensional Ad-vection-Diffusion Problems in Free-Surface Hydrodynamics, Ocean Modelling, to ap-pear.

Validierungsdokument Das vorliegende Validierungsdokument enthält neben einer allgemeinen Einführung in das Simulationsverfahren detaillierte Informationen zu folgenden Themen:

1. Physikalisches System, 2. Modellfunktionalität, 3. konzeptionelles Modell, 4. algorithmische Implementierung, 5. Software-Implementierung, 6. Validierungsstudien, und


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7. Literatur. Die PDF - Version der englischen Dokument-Fassung kann von den Internetseiten der BAW frei heruntergeladen werden

http://www.baw.de/vip/abteilungen/wbk/Methoden/hnm/untrim/hnm_untrim-de.html Stand: 2005

9.1.2 Modellgitternetz

Die Topographie des Modellgebiets wurde durch ca. 420000 Gitterzellen approximiert. Für das 3D – HN – Modell wurde von der Wasseroberfläche bis zu einer Wassertiefe von 30 m eine vertikale Auflösung von 1 m gewählt, so dass sich hieraus ca. 4,55 Mio. Berechnungs-zellen ergeben. Die Abbildung 57 zeigt Ausschnitte des Modellgitternetzes im Bereich der Außen- und Un-terweser. Sowohl die Fahrrinne der Weser als auch die Strombauwerke sind detailliert mo-delliert worden. Die Deichvorländer wurden erfasst und die Sommerdeiche in ihren Höhen ausgebildet. Die Auflösung der Hunte wurde so gewählt, dass die ausbaubedingten Ände-rungen bis zur Tidegrenze der Hunte verfolgt werden können. Die Details der Modelltopographie sind in Kapitel 4 beschrieben.


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Abbildung 57: Modellgitternetz - Ausschnitte von Außen- (oben) und Unterweser (unten)


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9.1.3 Modellkalibrierung

9.1.3.1 Allgemeines

Die Berechnung mit einem HN – Modell erfordert es, alle Zustandsgrößen mit einer An-fangsbelegung (Anfangszustand) zu versehen und an den Modellrändern (seeseitiger und oberstromseitiger Rand) mit zeitlichen Randwerten zu steuern. Im vorliegenden Fall sind am seeseitigen Rand die Wasserstände und der Salzgehalt und am oberstromseitigen Rand der Zufluss mit seiner Salzkonzentration vorzugeben. Diese Daten werden normalerweise durch Messungen erhoben. Die Anfangsverteilung der Strömungen und des Salzgehalts zum Beginn des Untersu-chungszeitraums ist im Allgemeinen nicht bekannt. Sie muss sich im Modell selber einstellen (Einschwingvorgang), was einen gewissen Vorlauf in der Berechnung erfordert. In diesem Modell wurden die Geschwindigkeit mit 0 m/s, das Wasser ist in Ruhe, und der Salzgehalt mit 32 PSU vorbelegt. Die Geschwindigkeiten stellen sich infolge der gesteuerten Tidewelle und der Salzgehalt infolge des gesteuerten Oberwassers mit geringerem Salzgehalt ein. Die Verteilung der Zustandsgrößen hängt außerdem von den Kalibrierungsparametern ab, die an die natürlichen Gegebenheiten im Modellgebiet anzupassen sind. So wird der Was-serstand im Wesentlichen durch die Bodenreibung bestimmt. Durch den Vergleich gemessener und berechneter Wasserstände, Strömungsgeschwindig-keiten und Salzgehaltskonzentrationen wird gezeigt, dass durch das HN – Modell alle cha-rakteristischen Eigenschaften der abiotischen Systemparameter des Weser – Ästuars natur-ähnlich beschrieben werden. Die punktuelle, zeitliche Beschreibung einer Zustandsgröße im Modell und in der Natur weist einige Unterschiede auf, die bei der Interpretation der Daten zu berücksichtigen sind. Pegelmessungen in der Natur sind so eingerichtet, dass sie möglichst gedämpft erfolgen. D.h. Störungen wie Schiffs- und Windwellen sollen nicht mit erfasst werden. Hierdurch kann der Messwert als repräsentativ für eine größere Fläche angesehen werden. Dahingegen wird mit einer punktuellen Strömungs- oder Konzentrationsmessung nur der Betrag an einem Ort und in einer bestimmten Wassertiefe erfasst. Topographische Gege-benheiten, z.B. naheliegende Bauwerke usw., führen zu deutlichen Änderungen der erfass-ten Größe. Des weiteren zeigen diese Messgrößen auch einen signifikanten Gradienten über die Wassertiefe auf, so dass sie standardmäßig an drei Positionen über die Wassersäule erfasst werden. Die Standardpositionen sind 2 m über Grund, 2 m unter Tideniedrigwasser und ein Gerät dazwischen. Hierdurch erhält man ein recht gutes Bild des zeitlichen Verlaufs der Messgrößen in diesen Tiefen, aber nur einen begrenzten Eindruck über die vertikale Verteilung, da eine Interpolation zwischen den Messgrößen in den meisten Fällen nicht zu-lässig ist. Die Simulationsergebnisse eines HN – Modells können an den durch die Messungen vorge-geben Positionen extrahiert werden. Zu berücksichtigen ist, dass das eingesetzte HN – Mo-dell die Zustandsgrößen an diskreten Positionen liefert, diese aber das Mittel über die Ele-mentfläche darstellen. Der Wasserstand gilt für das gesamte Polygon, in der die Position


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liegt. Da der Wasserstand der Pegelmessung , wie oben beschrieben, auch für einen größe-ren Einflussbereich gilt, kann eine recht gute Übereinstimmung zwischen Messung und Rechnung erzielt werden. Die im HN – Modell berechnete Strömungsgeschwindigkeit bezieht sich auf die vertikale Elementfläche (z.B. Kantenlänge 75 m, Elementhöhe 1 m, entspricht 75 m2). Durch Interpo-lation wird die Strömungsgeschwindigkeit an der Messposition aus den Werten an den dis-kreten Punkten berechnet. Hieraus ist sofort ersichtlich, dass die Strömungsgeschwindigkei-ten im Modell eine Glättung erfahren, so dass die Übereinstimmung mit den Strömungsmes-sungen Differenzen aufweisen werden. Zu beachten ist vor allem auch, dass das Modell keine turbulenten Schwankungen der Strömungen auflöst, die durch Messungen aber erfasst werden können. Dieser Sachverhalt gilt ebenso für den Vergleich von gemessenen und berechneten Kon-zentrationen. Nachfolgend soll anhand des Vergleiches von berechneten und gemessenen Werten gezeigt werden, dass das Modell in jedem Abschnitt des Untersuchungsgebiets die maßgeblichen Systemeigenschaften der Hydrodynamik und des Transports gelöster Stoffe (Salzgehalt) wiedergibt. Unter diesen Voraussetzungen kann davon ausgegangen werden, dass die aus-baubedingten Änderungen infolge maßvoller geometrischer Formänderungen belastbar bestimmt werden und das Modell daher prognosefähig ist. Eingedenk der oben erläuterten Grundlagen werden im folgenden den Messungen die tie-fengemittelten Berechnungsergebnisse gegenübergestellt. Hierdurch wird der interpretative Aufwand wesentlich verringert und es können trotzdem die Modelleigenschaften dargestellt werden. Die Abbildung 58 zeigt die Lage der Pegel- und Messpositionen entlang der Fahrrinne der Außen- und Unterweser. An den Positionen Dwarsgat, Robbensüdsteert, Bremerhaven Messpfahl, Nordenham UF und Rechtenfleth wurden neben den Wasserständen auch Strö-mungsgeschwindigkeiten und Salzgehalte in 3 Tiefen über die Wassersäule erhoben. Der Pegel Alte Weser liegt recht nahe am Modellrand und der Vergleich zwischen gemesse-nem und berechnetem Wasserstand (Abbildung 59) gibt einen Hinweis auf die Güte der am seeseitigen Rand gesteuerten Wasserstände. Der Pegel Dwarsgat liegt in der Verbindung zwischen Fedderwarder Rinne und Wurster Arm, in einem Gebiet mit einem komplexen Strömungsregime. Der Vergleich der Wasserstandkur-ven (Abbildung 60) zeigt, dass der Flutast, speziell mit seinem starken Anstieg in der ersten Flutphase, sehr gut wiedergegeben wird. Dies korrespondiert mit dem starken Anstieg der Flutstromgeschwindigkeit. Die leichte Abweichung im Ebbewasserstand, die sich einstellt, obwohl die Strömungsgeschwindigkeiten im Modell höher ausfallen, kann an dem Trocken-fallen der angrenzenden Wattgebiete liegen. Der maximale Salzgehalt von 30 PSU wird sehr genau getroffen, der minimale Salzgehalt (Ebbe) liegt etwas zu hoch (2 PSU). Am Pegel Robbensüdsteert ist sowohl im Wasserstand als auch in der Geschwindigkeit eine gute Übereinstimmung in Betrag und Form abzulesen (Abbildung 61). An dieser Position wird der maximale Salzgehalt von 25 PSU im Modell etwas überschätzt (+2 PSU), während der minimale mit 13 PSU gut getroffen wird.


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Im Bereich Bremerhaven ist die Tidekurve infolge der Einengung des Fließquerschnitts schon deutlich verformt. Die Abbildung 62 zeigt die gute Übereinstimmung im Wasserstand. Ein Vergleich der Geschwindigkeiten muss an dieser Stelle die Komplexität infolge des Kur-veneinflusses berücksichtigen, insofern sind Betrag und Form recht gut getroffen. Auch hier ist auf den steilen Anstieg der Flutstromgeschwindigkeit hinzuweisen. Der Salzgehalt zeigt in seinen Scheitelwerten eine gute Übereinstimmung, während im Flutast Abweichungen abzu-lesen sind. Auch die Position Pegel Nordenham Unterfeuer wird durch die Kurvenströmung beeinflusst. Die Wasserstandsganglinie zeigt Abweichungen im Tideniedrigwasser, während sowohl der Verlauf des Tidewasserstands als auch der Hochwasserscheitel gut wiedergegeben werden (Abbildung 63). Die Strömungsgeschwindigkeit zeigt in Form und Betrag eine gute Überein-stimmung mit den Messungen. Der Salzgehalt, der hier bei Nordenham auf maximal 10 PSU reduziert ist, wird in seinem Maximalwert im Modell unterschätz. Die Brackwasserzone in ihrer gesamten Komplexität in der Doppelkurve vor Blexen und Nordenham erfährt im Modell eine höhere vertikale Durchmischung als es in der Natur der Fall ist. Am Pegel Rechtenfleth fällt als erstes die deutliche Abweichung zwischen den gemessenen und berechneten Geschwindigkeiten auf (Abbildung 64). Weiterhin auffällig ist der Verlauf der gemessenen Ebbestromgeschwindigkeit. Sie zeigt sehr geringe zeitliche Änderungen und eine Plateauform, die über einen längeren Zeitraum einen Betrag von etwa 0,7 m/s aufweist. Hier spielen geometrische Einflüsse eine deutliche Rolle. Die Verläufe der Wasser-standskurve und des Salzgehalts zeigen eine gute Übereinstimmung. Der Salzgehalt zeigt die mit dem Oberwasser gesteuerten 0,7 PSU und nur in der Flut Werte von bis zu 1,5 PSU. Die Abbildungen Abbildung 65 bis Abbildung 70 zeigen den Vergleich der gemessenen und berechneten Wasserstände an den Pegeln Brake, Elsfleth, Farge, Vegesack, Oslebshausen und Große Weserbrücke. Es besteht an allen Positionen eine gute Übereinstimmung in Form und Scheitelwerten. Stromauf Farge fällt im Modell das Tideniedrigwasser etwas zu stark ab, was auch vom Einfluss der Nebenflüsse Lesum und Ochtum, die im Modell nur als Ersatz-system berücksichtigt worden sind, herrühren kann. Der Vergleich der gemessenen und berechneten Zustandsgrößen zeigt, dass das Modell im gesamten Untersuchungsgebiet die charakteristischen Systemeigenschaften naturähnlich wiedergibt. Die Höhe der Scheitelwasserstände belegt, dass das Einlaufen der Tideenergie in die Weser und die Energiedissipation entlang der Weser korrekt abgebildet wird. Die A-symmetrie der Tidekurven im Zusammenhang mit den Verläufen der Strömungsgeschwin-digkeiten zeigen, dass die Umformung der Tidekurve entlang der Weser durch geometrische und hydrologische Effekte durch das Modell ordnungsgemäß wiedergegeben werden. Das Modell ist daher im gesamten Untersuchungsgebiet prognosefähig.


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Abbildung 58: Lage der Pegelstationen der Außen- und Unterweser

Pegel Alte Weser Pegel Alte WeserWasserstand

-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

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200

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m3 /s

vgl Wasserstand Abfluss Intschede

Abbildung 59: Pegel Leuchtturm Alte Weser - Gegenüberstellung Simulation - Messung


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Pegel Dwarsgat Pegel DwarsgatWasserstand

-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

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m3 /s

Wasserstand vgl Abfluss Intschede

Pegel DwarsgatStrömungsgeschwindigkeit

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

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Datum

m/s

2m über Grund 5m über Grund 8.5m über Grund vgl

Pegel DwarsgatSalzgehalt

56789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

PSU


Abbildung 60: Pegel Dwarsgat - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Ebbe

Flut


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Pegel Robbensüdsteert Pegel RobbensüdsteertWasserstand

-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

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500

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m3 /s


Pegel RobbensüdsteertStrömungsgeschwindigkeit

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

m/s


Pegel RobbensüdsteertSalzgehalt

0123456789

101112131415161718192021222324252627282930

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

PSU


Abbildung 61: Pegel Robbensüdsteert - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Ebbe

Flut


Seite 137

Messpfahl Bremerhaven Messpfahl Bremerhaven = Pegel Bremerhaven Alter LeuchtturmWasserstand

-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

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m3 /s


Messpfahl BremerhavenStrömungsgeschwindigkeit

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

m/s

2m über Grund 5m über Grund 8m über Grund vgl

Messpfahl BremerhavenSalzgehalt

0123456789

101112131415161718192021222324252627282930

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00Datum

PSU


Abbildung 62: Messpfahl Bremerhaven - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Ebbe

Flut


Seite 138

Pegel Nordenham Unterfeuer Pegel Nordenham UnterfeuerWasserstand

-2.6-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Pegel Nordenham UnterfeuerStrömungsgeschwindigkeit

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

m/s

2m über Grund 4.5m über Grund 7m über Grund vgl

Pegel Nordenham UnterfeuerSalzgehalt

0123456789

101112131415161718192021222324252627282930

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

PSU

2m über Grund 4.5m über Grund 7m über Grund vgl

Abbildung 63: Pegel Nordenham Unterfeuer - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Ebbe

Flut


Seite 139

Pegel Rechtenfleth Pegel RechtenflethWasserstand

-2.6-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Pegel RechtenflethStrömungsgeschwindigkeit

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

m/s


Pegel RechtenflethSalzgehalt

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

PSU


Abbildung 64: Pegel Rechtenfleth - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Ebbe Flut


Seite 140

Pegel Brake Pegel BrakeWasserstand

-2.6-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Abbildung 65: Pegel Brake - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Pegel Elsfleth Pegel ElsflethWasserstand

-2.6-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Abbildung 66: Pegel Elsfleth - Gegenüberstellung Simulation - Messung


Seite 141

Pegel Bremen – Farge Pegel FargeWasserstand

-2.6-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Abbildung 67: Pegel Farge - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Pegel Bremen – Vegesack Pegel VegesackWasserstand

-2.6-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Abbildung 68: Pegel Vegesack - Gegenüberstellung Simulation - Messung


Seite 142

Pegel Bremen – Oslebshausen Pegel OslebshausenWasserstand

-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Abbildung 69: Pegel Oslebshausen - Gegenüberstellung Simulation - Messung

Pegel Weserbrücke Pegel Große WeserbrückeWasserstand

-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8

11.06.2002 00:00 11.06.2002 06:00 11.06.2002 12:00 11.06.2002 18:00 12.06.2002 00:00 12.06.2002 06:00 12.06.2002 12:00 12.06.2002 18:00 13.06.2002 00:00

Datum

mN

N

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

m3 /s


Abbildung 70: Pegel Weserbrücke - Gegenüberstellung Simulation - Messung


Seite 143

9.1.4 Hunte

- 2.5

- 2.0

- 1.5

- 1.0

- 0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0Weser - Kilometer

[ mN

N ]

mittleres Tidehochwasser

mittleres Tidemittelwasser

mittleres Tideniedrigwasser

Abbildung 71: Hunte – Vergleich des berechneten (Linie) und gemessenen (Punkte) gemit-telten Tidehoch- und Tideniedrigwassers (Längsschnitt)

Für die Hunte sind in der Abbildung 71 die gemessenen und berechneten Tidehoch- und Tideniedrigwasserstände gegenübergestellt (Analysezeitraum Spring-Nipp-Zyklus). Der Vergleich zeigt, dass der charakteristische Verlauf beider Größen entlang der Hunte im Modell gut wiedergegeben wird. Dies gilt sowohl für den Tidehub im Bereich der Huntemündung, als auch für die deutliche Dämpfung zwischen Hunte-km 18 und 15.

9.2 Modell des Lesum – Wümme – Systems

Das Wümmemodell umfasst das Tidegebiet der Lesum, Wümme, Hamme und Wörpe bis zu den in Tabelle 13 genannten Modellgrenzen (Abbildung 72). Es wurde als eindimensionales hydrodynamisch-numerisches Modell mit dem Softwaresystem Mike 11 erstellt und betrieben (DHI, Horsholm, Dänemark, http://www.dhisoftware.com/mike11). Die Untersuchungen wur-den durch die IMS Ingenieurgesellschaft mbH, Hamburg, durchgeführt.

9.2.1 Topographie und Bauwerke

Die folgende Tabelle 12 gibt einen Überblick über die für die Modellerstellung verwendeten topographischen Daten.


Seite 144

Gewässer Topographische Daten

Lesum • Fächerecholotpeilungen (WSA Bremerhaven 2002)

• Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 1986 bzw. 2001)

Hamme • Fächerecholotpeilungen (WSA Bremerhaven 2002)

Wümme (oberhalb Borgfeld) • Fächerecholotpeilungen (WSA Bremerhaven 2002)

• Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 1986 bzw. 2001)

Borgfelder Wümme • Längspeilungen (NLWKN 2004)

• Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Wörpe • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen / Bremerhaven 2005)

Wümme - Nordarm • Querprofile aus Planungsunterlagen der Sohlgleiten (Inge-nieurgemeinschaft agwa Hannover 1989 bis 2000)

Wümme - Mittelarm • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Wümme - Südarm • Längspeilungen (NLWKN 2004)


Tabelle 12: Gewässerabschnitte und topographische Datengrundlagen

Das Modell entspricht somit im Wesentlichen dem Zustand 2002 (unterhalb Borgfeld) bzw. 2005 (oberhalb Borgfeld), wobei zur Ergänzung auch Aufnahmen aus anderen Jahren heran-gezogen wurden. Bei den Überflutungsflächen wurden außerdem Geländehöhen aus dem ATKIS - System (Länder Niedersachsen und Bremen) verwendet.

Lesum

Wörpe

Mittelarm

Wümme

Hamme

Südarm

Nordarm


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel

Hellwege

Grasberg

AhrensdorfWeser

Lesum-sperrwerk

SchleuseRitterhude



Wehr 1


Sperrwerks-pegel

Wasserhorst

Ritterhude

Niederblockland

Borgfeld

Hexenbergstau

Lesum

Wörpe

Mittelarm

Wümme

Hamme

Südarm

Nordarm


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel

Hellwege

Grasberg

AhrensdorfWeser

Lesum-sperrwerk

SchleuseRitterhude



Wehr 1


Sperrwerks-pegel

Wasserhorst

Ritterhude

Niederblockland

Borgfeld

Hexenbergstau

Abbildung 72: Schematische Darstellung des Lesum-Wümme-Systems innerhalb der Modell-grenzen mit Lage der wichtigen Messpegel und Bauwerke (Quelle: IMS-Bericht)


Seite 145

Gewässer Länge im Modell Modellgrenze

Lesum 9,875 km ---

Hamme 1,900 km Schleuse Ritterhude

Wümme 22,325 km ---

Wörpe 5,400 km Stau nördlich der L154

Wümme - Nordarm 4,335 km Fußpunkt der 3. Sohlgleite („oberhalb Hexen-bergstau“, Krone ca. 3,90 mNN).

Wümme - Mittelarm 3,350 km Brücke

Wümme - Südarm 4,525 km Wehr 1

Tabelle 13: Gewässerabschnitte und Modellgrenzen

Aus den verschiedenen topographischen Daten wurde für das Wümme - System unter Ein-beziehung von ATKIS - Daten ein Digitales Geländemodell (DGM) erstellt und daraus Quer-profile in das Mike 11 – Modell exportiert. Wo nur Querprofilaufnahmen vorlagen, wurden diese direkt ins Modell übernommen. Der Querprofilabstand beträgt im Wümme - Modell etwa 250 m. Die Breite der exportierten Querprofile orientierte sich an der Lage der Flussdeiche. So enthalten die Querprofile in der Regel die Deichkronen rechts und links vom Hauptgerinne. Die Geometrie der Sohlgleiten, Wehranlagen und Brücken wurde den vorliegenden Bau-werkszeichnungen entnommen. Berechnungen des zu erwartenden Pfeilerstaus nach Reh-bock ergaben bei keiner der Brücken mehr als 1 cm. Da auch die Widerlager der Brücken bei MNQ keine signifikante seitliche Einengung des Gewässerquerschnittes verursachen, wurde die Wirkung der Brücken im Modell (lokale Energieverluste) vernachlässigt. Daraus ergibt sich eine geringe (nicht signifikante) Überschätzung der ausbaubedingten Änderungen. Bei der Modellierung der Überflutungsflächen des Lesum - Wümme - Systems wurde beach-tet, dass sie auf den Tidehub und damit auf die ausbaubedingten Änderungen dämpfend wirken. Die Abmessungen wurden daher eher zu knapp als zu großzügig angenommen.

9.2.2 Hydrologie

Die östliche Modellgrenze liegt in einem Bereich, wo die Wümme auf drei Arme (Nord-, Mit-tel-, und Südarm) verzweigt ist. Oberhalb davon liegt der Abflusspegel Hellwege, der somit den Gesamt-Oberwasserzufluss der Wümme angibt. Die Abflussverteilung zwischen den Wümmearmen erfolgt über die Wehranlagen an den (außerhalb des Modells liegenden) Verzweigungspunkten. Darüber hinaus gibt es verschie-dene Überleitungsmöglichkeiten zwischen den Wümmearmen, die nach den Erfordernissen der Anlieger betrieben werden. Um die tatsächliche Abflussverteilung an den betreffenden Modellgrenzen zu ermitteln, wurden Sondermessungen des NLWKN Verden aus dem Som-


Seite 146

mer 2003 ausgewertet. Daraus ergaben sich zwar Anhaltswerte für die Abflussverteilung, es zeigte sich aber auch, dass die Verteilung deutlich schwanken kann. Sie wurde daher im Rahmen der Modellkalibrierung variiert. Für die Hamme lagen keine Daten über Zuflussmengen vor. Lediglich im Hammezufluss Giehler Bach werden Abflussmessungen durchgeführt (Pegel Ahrensdorf). Zur Ermittlung der Abflussmengen bei Ritterhude wurden die Daten des Pegels Ahrensdorf im Verhältnis der Einzugsgebietsflächen (Pegel Ritterhude OW / Pegel Ahrensdorf) hochgerechnet. Für die Wörpe lagen Zuflussdaten des Pegels Grasberg vor. Die Lage der zur Modellkalibrierung verwendeten Wasserstandspegel ist in Abbildung 72 eingetragen.

9.2.3 Kalibrierung

Für die Kalibrierung wurden die Wasserstands- und Abflussmessungen des Zeitraums 1. bis 10. Juli 2002 verwendet. Das Modell wurde dabei mit Messdaten des Pegels Lesumsperr-werk gesteuert. Das optimale Ergebnis wurde mit Abflussbeiwerten (GMS-Werten) von kSt = 37 bis 40 m1/3/s (nach Flussabschnitten variierend) erzielt. Die verbleibenden Abweichungen zu den gemessenen Wasserständen betrugen bis zu -12 cm an der Lesum (Pegel Wasserhorst) und 2 cm an der Wümme (Pegel Borgfeld), sie konn-ten mit fachwissenschaftlich vertretbaren Mitteln nicht weiter reduziert werden und beruhen wahrscheinlich auf Ungenauigkeiten in der Erfassung der Topographie. Auch sind Pegelfeh-ler nicht auszuschließen. Für die Prognosefähigkeit des Modells ist entscheidend, dass die Dissipation der Tideener-gie entlang der Gewässerlängsschnitte richtig wiedergegeben wird. Dies ist erkennbar am Verlauf des Tidehubs und an der Form der Tidekurven. Im Modell war der Tidehub am Pegel Wasserhorst mit -5 cm (< 2%) etwas zu klein und in Borgfeld mit +1 cm (< 1 %) etwas zu groß. Er wird also von Wasserhorst bis Borgfeld (von -5 cm auf +1 cm) etwas zu gering ge-dämpft, dadurch schwingen die Tide und ausbaubedingte Änderungen weiter und stärker ins System ein. Aus diesem Grunde konnte auf aufwendige Nachuntersuchungen zur Klärung der o. g. Ab-weichungen verzichtet werden. Die etwas zu niedrige Lage der Wasserstände insgesamt führt zu einer geringeren Inanspruchnahme der größeren Wasserflächen im oberen Wasser-standsbereich (Retentionsflächen), und damit kommt es zu einer geringeren Dämpfung der Tidedynamik und der ausbaubedingten Änderungen. Die knappe Annahme der Vorlandflä-chen und die Vernachlässigung ihrer Durchströmung wirken in die gleiche Richtung. Das Modell ist somit prognosefähig, die Ausbauwirkungen werden eher über- als unterschätzt.


Seite 147

09:00:007-7-2002

12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00:008-7-2002

03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00:009-7-2002

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

[meter] Time Series Water Level

MessungenSimulation MessungenSimulation

Abbildung 73: Ausschnitt der Wasserstandszeitreihe am Pegel Wasserhorst / Lesum (Mo-dell-km 7+530) mit Kalibrierergebnis (Quelle: IMS - Bericht)

06:00:005-7-2002

12:00:00 18:00:00 00:00:006-7-2002

06:00:00 12:00:00 18:00:00 00:00:007-7-2002

06:00:00 12:00:00 18:00:00 00:00:008-7-2002

06:00:00

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

[meter] Time Series Water Level

MessungenSimulation MessungenSimulation

Abbildung 74: Ausschnitt der Wasserstandszeitreihe am Pegel Borgfeld / Wümme (Modell-km 18+050) mit Kalibrierergebnis (Quelle: IMS - Bericht)


Seite 148

9.2.4 Systemzustände und Randbedingungen bei der Ermittlung der ausbau-bedingten Änderungen

Um bei der Ermittlung und Bewertung der ausbaubedingten Änderungen die Sensitivität des Systems berücksichtigen zu können, wurde das Modell in zwei unterschiedlichen Sys-temzuständen parallel betrieben : Systemzustand gemäß Kalibrierung Dieser Systemzustand repräsentiert das natürliche Systemverhalten hinsichtlich der zu for-dernden Prognosefähigkeit optimal (s. o.) und kann insofern auch als „wahrscheinlicher“ Systemzustand bezeichnet werden Ungünstiger Systemzustand Dieser zweite Systemzustand sollte zeigen, wie empfindlich die Systemreaktionen gegen eine Veränderung der Kalibriergrößen sind, und damit zusätzliche Informationen über die Prognosesicherheit liefern. Dazu sollte er zwar „ungünstig“, aber nicht zu unrealistisch sein. Folgende Eigenschaften wurden gewählt:

- Verminderung der kontinuierlichen Energieverluste der einschwingenden Tide: Die Sohlrauheit wurde verringert und der Abflussbeiwert (GMS-Wert) auf einheitlich kSt = 45 m1/3/s gesetzt. Dies entspricht einem natürlichen Flussbett mit fester Sohle ohne Unregelmäßigkeitseinflüsse.

- Verminderung der lokalen Energieverluste der einschwingenden Tide: Am Lesum-sperrwerk wurde die Schleuse als durchströmt betrachtet, wodurch sich die Fließ-breite um 14 m auf 74 m vergrößert. Außerdem wurde der Stau Lilienthal gelegt (Stauwirkung aufgehoben).

- Das Retentionsvolumen wurde bereits bei der Kalibrierung knapp (d. h. auf der siche-ren Seite liegend) angesetzt und daher nicht weiter reduziert.

Das Modell wurde vom Lesumsperrwerk bis zur Mündung in die Weser verlängert, dort wur-den die Wasserstände aus dem Jade-Weser-Modell (Ausbauzustände und Vergleichszu-stand) eingesteuert. Als Oberwasserzuflüsse wurden die Werte der Tabelle 14 angesetzt, die einer mittleren Niedrigwasserführung (MNQ) entsprechen. Der Hammezufluss wurde durch Hochrechnung des Pegels Ahrensdorf ermittelt (s. unter „Kalibrierung“), für die Wörpe lag der entsprechende Hauptwert des Pegels Grasberg vor. Die Abflussverteilung auf die Wümmearme entspricht den mittleren Verhältnissen des Jahres 2003 (ermittelt aus Sondermessungen des NLWKN Verden). Der ungünstige Systemzustand vergrößert die Rechenwerte der ausbaubedingten Änderun-gen der Wasserstände und der Fließgeschwindigkeiten um bis zu 0,5 cm (lokal bis zu 1 cm) bzw. um bis zu 0,5 cm/s. Diese Ergebnisse wurden bei der Festlegung der Prognosewerte berücksichtigt.


Seite 149

Gewässer Verwendeter Pegel Niedrigwasserzu-

fluss MNQ [m³/s] Hamme Ahrensdorf 1,00 Wörpe Grasberg 0,43 Wümme - Nordarm Hellwege 1,60 Wümme - Mittelarm Hellwege 0,47 Wümme - Südarm Hellwege 1,10

Tabelle 14: Mittlere Niedrigwasserabflüsse im Lesum – Wümme – System

9.3 Modell des Ochtum – Systems

Das Ochtummodell umfasst das Tidegebiet der Ochtum bis zur Einmündung in die Weser einschließlich der tidebeeinflussten Nebengewässer bis zu den in Tabelle 15 genannten Modellgrenzen (Abbildung 75). Es wurde als eindimensionales hydrodynamisch-numerisches Modell mit dem Softwaresystem Mike 11 erstellt und betrieben (DHI, Horsholm, Dänemark, http://www.dhisoftware.com/mike11). Die Untersuchungen wurden durch die IMS Ingenieur-gesellschaft mbH, Hamburg, durchgeführt.

Gewässer Länge im Modell Modellgrenze

Ochtum 10,075 km ---

Delme 1,775 km Hasberger Wassermühle

Delme-Randgraben 0,725 km Hasberger Siel

Varreler Bäke 1,600 km Flügger Stau

Alte Ochtum 0,110 km Stau Alte Ochtum.

Huchtinger Fleet 1,450 km Schöpfwerk am Bahndamm

Renaturierte Ochtum 1,325 km Brücke Wardamm

Grollander Ochtum 1,075 km Wehr Warturm

Tabelle 15: Gewässerabschnitte und Modellgrenzen


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Ochtum

Delm

e

Grollander Ochtum

Randgraben

Alte Ochtum

Varreler Bäke H

uchtinger

Fleet

Renat.

Ochtum

Holzkamp

Kirchseelte II(Klosterbach)

Weser


Sperrwerk

Wasserstandspegel

Durchflusspegel

Ochtum-sperrwerk

Hasberger Ochtumstau

StromerStau

StauWarfelde

HasbergerSiel

Wassermühle

FlüggerStau

StauWarturm

Wardamm

Sperrwerks-pegel

StromerLandstraße

StromerStau OW

Stau AlteOchtum

Delmestau

Abbildung 75: Schematische Darstellung des Ochtum-Systems innerhalb der Modellgrenzen mit Lage der wichtigen Messpegel und Bauwerke (Quelle: IMS-Bericht)


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9.3.1 Topographie und Bauwerke

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die für die Modellerstellung verwendeten topographischen Daten.

Gewässer Topographische Daten

Ochtum • Fächerecholotpeilungen (WSA Bremerhaven 2002 / 2005)

• Querprofilaufnahmen (NLWKN 2000)

Delme • Fächerecholotpeilungen (WSA Bremerhaven 2002 / 2005), teilweise


Delme-Randgraben • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Varreler Bäke • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Huchtinger Fleet • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Renaturierte Ochtum • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Alte Ochtum • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Grollander Ochtum • Querprofilaufnahmen (WSA Bremen 2005)

Tabelle 16: Gewässerabschnitte und topographische Datengrundlagen

Die Geometrie der Wehranlagen und Brücken wurde den vorliegenden Bauwerkszeichnun-gen entnommen. Das Ochtum-Gebiet ist durch mehrere Stauanlagen gekennzeichnet (Betriebsangaben nach Auskunft der Betreiber): - Der Hasberger Stau wird ganzjährig auf NN +1,60 m gehalten. Im Modell wurde ange-

nommen, dass die Schleuse nicht durchströmt wird. - Die Stauregelung des Stromer Staus berücksichtigt einen Sommerstau auf NN +1,90 m,

im Winter ist die Anlage ungestaut. - Der Stau Warfelde vor der Einmündung der Huchtinger Ochtum (renaturierte Ochtum) in

die Ochtum hält das Stauziel NN +2,40 m. - Der Delmestau wird im Sommer so geregelt, dass die Delme halb voll ist. Im Modell

wurde die Schützoberkante bei +2,0 mNN angenommen (Bootsschleuse nicht durch-strömt).

Auch das Ochtumsperrwerk lässt sich als „Stauanlage“ auffassen, weil die Drempelhöhe mit –0,5 mNN recht hoch liegt und so das Niedrigwasser stützt. Analog zum Wümme-Modell wurde der Einfluss der Brücken überprüft und als vernachläs-sigbar behandelt.


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9.3.2 Hydrologie

Messdaten über Oberwassermengen standen im Ochtum-System nur an den Pegeln Holz-kamp (Delme) und Kirchseelte II (Teilzufluss der Varreler Bäke) zur Verfügung. Weitere hydrologische Informationen wurden der Studie „Ochtum und Varreler Bäke“ von 1992 ent-nommen [Wersche GmbH: Studie Ochtum und Varreler Bäke, Untersuchung der wasserwirt-schaftlichen, hydrogeologischen und landschaftsökologischen Auswirkungen bei veränderten Stauhaltungen in der Ochtum und der Varreler Bäke, Erläuterungsbericht, Februar 1992.]. Um bei der Kalibrierung des Modells die Zuflüsse aus der Huchtinger Ochtum berücksich-tigten zu können, wurden die Daten des Pegels Kirchseelte zu Grunde gelegt und entspre-chend dem Verhältnis der Einzugsgebietsgrößen skaliert. Die Zuflüsse aus Huchtinger Fleet, Alter Ochtum und Grollander Ochtum konnten bei der Kalibrierung vernachlässigt werden.

9.3.3 Kalibrierung

Bei der Modellkalibrierung wurde von den in Abschnitt 9.3.1 angegebenen Wehrstellungen ausgegangen, weil die tatsächlichen Einstellungen nicht dokumentiert sind. Sie mussten etwas variiert werden (1,50 statt 1,60 mNN am Hasberger Stau); um die gemessenen Was-serstände reproduzierbar zu machen. Das hydrodynamische Systemverhalten des Gewässers ist durch die Stauanlagen stark überprägt. Ferner ermöglichten die verfügbaren Messdaten nur eine recht grobe Ermittlung der Oberwasserzuflüsse (s. Abschn. 9.3.2). Aus diesen Gründen war eine Kalibrierung im eigentlichen Sinne (eindeutige Bestimmung der Rauheitsparameter mit Hilfe von Wasser-stands- und Abflussmessdaten) nicht möglich. Die Untersuchungen zeigten jedoch, im Sinne einer Modell-„Plausibilisierung“, dass mit Hilfe sinnvoller Annahmen für Oberwasserzuflüsse, Staustellungen und Modellrauheiten (kSt = 33 m1/3/s) die tatsächlich gemessenen Wasser-stände reproduzierbar waren. Damit wurde der Nachweis über die richtige Abbildung des Systemverhaltens erbracht und die Prognosefähigkeit nachgewiesen.

9.3.4 Systemzustände und Randbedingungen bei der Ermittlung der ausbau-bedingten Änderungen

Beim Ochtum-System musste überprüft werden, ob die Ausbauwirkungen bei höheren Ab-flüssen und aufgehobenem Stau möglicherweise größer sind als bei geringen Abflüssen und normaler Staustellung. Aus diesem Grunde wurde zusätzlich zum MNQ-Szenario ein MHQ-Szenario betrachtet. Bei den MNQ-Simulationen wurde von den o. g. Soll-Staustellungen ausgegangen. Wegen der Überprägung der Verhältnisse durch die Wehre konnte auf einen Systemzustand mit geringerer Rauheit verzichtet werden. Beim MHQ-Szenario wurden zur Erhöhung der Prognosesicherheit zwei Systemzustände berücksichtigt:


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- Gerinnerauheit wie bei der Kalibrierung (kSt = 33 m1/3/s), alle Wehre geöffnet - ungünstiger Systemzustand mit glatterer Sohle (kSt = 45 m1/3/s), geöffnete Wehre, durch-

strömte Schleuse am Ochtumsperrwerk Für den Pegel Holzkamp an der Delme waren statistische Angaben (MNQ, MHQ) im Gewäs-serkundlichen Jahrbuch verfügbar. Damit ließen sich für den Betrieb des Modells für die Delme das MNQ und MHQ bestimmen. Bei den anderen Flusszweigen wurden als MNQ die Basisabflüsse aus der Studie „Ochtum und Varreler Bäke“ verwendet bzw. skaliert. Auf der gleichen Grundlage ließen sich Angaben für ein mittleres Hochwasser ableiten (Unter-schreitungshäufigkeit 365 Tage). Daraus ergaben sich die in Tabelle 17 genannten Zuflüsse. Gewässer Niedrigwasserzufluss

MNQ [m³/s] Hochwasserzufluss MHQ [m³/s]

Delme 0,33 7,2 Delme-Randgraben 0 0 Varreler Bäke 0,45 22,6 Huchtinger Fleet 0,04 2,0 Renaturierte Ochtum 0,95 47,4 Alte Ochtum 0 0,1 Grollander Ochtum 0,02 0,9

Tabelle 17: Annahmen für die mittleren Niedrig- und Hochwasserabflüsse im Ochtum - Sys-tem

Der ungünstige Systemzustand vergrößert die Rechenwerte der ausbaubedingten Änderun-gen der Wasserstände und der Fließgeschwindigkeiten um bis zu 0,5 cm bzw. um bis zu 0,5 cm/s (lokal bis zu 1 cm/s). Diese Ergebnisse wurden bei der Festlegung der Prognose-werte berücksichtigt.


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9.4 Nordseemodell

Eine besondere Herausforderung bei der Modellierung des Jade-Weser-Ästuars ist die Steu-erung des sehr langen seeseitigen Modellrandes. Für Normaltiden (Juni 2002, vgl. Kapitel 5.1) standen, über diesen Rand verteilt, Messdaten der BAW zur Verfügung, mit denen die Steuerung durchgeführt werden konnte. Für andere Szenarien wie die betrachtete Kantenflut (Kapitel 5.2) und den Anstieg des Meeresspiegels (Kapitel 5.3) lagen dagegen keine gemes-senen Randwerte vor. Für diese Untersuchungen diente das Nordseemodell der BAW zur Bereitstellung der Steuerdaten am seeseitigen Rand. Die für das vorliegende Gutachten relevanten Untersuchungen wurden nicht im Nordseemo-dell durchgeführt, auf dessen detaillierte Beschreibung deshalb an dieser Stelle verzichtet werden kann. Sie kann aber den folgenden Literaturstellen entnommen werden: Plüß, A. (1999). Nordseemodell der BAW-AK. Supercomputing News der BAW, 8-4:22–30. http://www.baw.de/vip/abteilungen/wbk/Publikationen/scn/sc4-99a/sc4-99a2.pdf. Plüß, A. (2003). Das Nordseemodell der BAW zur Simulation der Tide in der Deutschen Bucht. Die Küste, 67:83–127.

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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU - weseranpassung.de · Bundesanstalt für Wasserbau Anpassungen Unter- und Außenweser – Hydrodynamik und Salztransport BAW-Nr.: 5.02.10048.00-1 –