Aktuelle Situation an der Ems und mögliche Lösungsansätze: Masterplan Ems 2050 Marie Naulin (BAW), Karin Ritter (WSA Emden), Jens Jürges (BAW) www.baw.de WSA Emden BAW BAWKolloquium Hamburg, 18. Juni 2015 WSA Emden (Nicklau) Masterplan Ems 2050 KNOCK SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG EMDEN Inhalt • Einleitung • Aktuelle Situation an der Ems • Hintergrund & Motivation: Masterplan Ems 2050 SPERRWERK LEDA TIDEPOLDER • Vorstudien: Wasserbauliche Maßnahmen als Lösungsansätze • Sohlschwelle • Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle • Tidepolder • Zusammenfassung und Ausblick Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 2 PAPENBURG ISTZUSTAND HERBRUM KNOCK Aktuelle Herausforderungen EMDEN Aktuelle Situation an der Ems SPERRWERK Problem: Schwebstoffkonzentration Faktor „100“ im Vergleich zu Weser oder Elbe und Ausbildung von Fluidmud LEDA Videoquelle: Gerhard Conens, Bürgermeister der Gemeinde Rhede (Ems) RHEDE PAPENBURG HERBRUM BAW WSA Emden Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 3 Aktuelle Herausforderungen Ökonomische und Ökologische Folgen Ökonomie Hohe Baggerkosten ~ 41,0 Mio. Euro/Jahr Ökologie Schlechte Gewässerqualität kein / kaum Sauerstoff Außenems: ~16,1 Mio. Euro/Jahr Unterems: ~24,9 Mio. Euro/Jahr Unterems: Gewässergüteklasse III (stark verschmutzt) WSA Emden Bagger auf der Unterems WSA Emden (Nicklau) Tidegrenze Wehr Herbrum Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 4 Masterplan Ems 2050 Der Vertrag • Masterplan Ems 2050: Unterzeichnung im Frühjahr 2015 • Ziel: Langfristige Verbesserung des ökologischen Zustands Ökonomie (z.B. Schifffahrt, Meyer Werft) Ökologie Verbesserung der Gewässergüte Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 5 Masterplan Ems 2050 Pressespiegel Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 6 Masterplan Ems 2050 Inhalt und Ziele • Verbesserung avifaunistischer Lebensräume • Aufwertung ästuartypischer Lebensräume und Arten • Verbesserung der Durchgängigkeit für aquatische Fauna Quelle: NLWKN • Machbarkeitsuntersuchung für drei grundsätzliche Lösungsvorschläge zur Verbesserung der Gewässergüte und Reduzierung der Verschlickung: - Tidesteuerung mit dem Emssperrwerk ( NLWKN) - Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle ( WSV) - Tidespeicherbecken ( NLWKN) Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 7 Wasserbauliche Maßnahmen Voruntersuchungen an der BAW Rollenhagen, Kolloquium (2009, 2011) Überblick Ergebnisse Vorstudien und Ausblick weitere Arbeiten Jürges, Kolloquium (2013) Heute Tidepolder Sohlschwelle Ästuarverlängerung Tidesteuerung Sohlschwelle Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Masterplan Ems 2050 Seite 8 Wasserbauliche Maßnahmen Mögliche Lösungen für die Ems? • Feste Sohlschwelle • Tidesteuerung • mit flexibler Sohlschwelle • mit dem Emssperrwerk • Tidepolder (Tidespeicherbecken) • Ästuarverlängerung* * kein Bestandteil des Masterplans Ems 2050 Prinzipskizze Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 9 Voruntersuchungen Methode Numerisches Modell des Ems-Dollart-Ästuars Mathematische Methoden • UNTRIM, UNTRIM2 • SEDIMORPH (Weitere Informationen: BAWiki*) Gitter • 3D unstrukturiert orthogonal (*http://www.baw.de/methoden) Masterplan Ems 2050 Seite 10 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 KNOCK Voruntersuchungen Die Varianten im Überblick EMDEN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERRWERK SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG mit flexibler Sohlschwelle Prinzipskizze am Sperrwerk Mögliche Steuerung: • Sohlschwelle „aus“ > 0,0 m NHN • Sohlschwelle „an“ < 0,0 m NHN Masterplan Ems 2050 Seite 11 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 KNOCK Voruntersuchungen Die Varianten im Überblick EMDEN SPERRWERK TIDEPOLDER als Systemstudie am Beispiel von zwei Poldern Tidepolder: Ems-km Fläche Volumen Driever Ferstenborgum 11,3 9,6 58 ha 43 ha 2,0 Mio. m³ 1,5 Mio. m³ TIDEPOLDER LEDA PAPENBURG HERBRUM Masterplan Ems 2050 Seite 12 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Wasserstand Wasserstand mNHN WASSERSTAND [m NHN] Wasserstand mNHN SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG Alle Varianten heben das Tideniedrigwasser an Tidepolder und Sohlschwelle lassen das Tidehochwasser verspätet eintreten v260_v261_v265_v266 TIDEPOLDER 3. 2. KM 05 1. 0 ISTZUSTAND -1. -2. -3. 15.05.2010 18:00:00 MEZ 1.5 15.05.2010 23:00:00 MEZ 16.05.2010 04:00:00 MEZ 16.05.2010 09:00:00 MEZ 16.05.2010 14:00:00 MEZ 16.05.2010 19:00:00 MEZ 17.05.2010 00:00:00 MEZ TIDESTEUERUNG 17.05.2010 17.05. Sohlschwelle 05:00:00 10:0 an MEZ aus 1.25 1. 0.75 Masterplan Ems 2050 Seite 13 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 KNOCK Simulationsergebnisse Voruntersuchungen EMDEN Tideniedrigwasser PHYNAME: Tnw LAYER: 2D p.Tnw m NHN 0 KN mNHN SPERRWERK ZEITRAUM: sn_mit HERKUNFT: Fahrrinnenmitte SP EM SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG ABSCHNITT: Gesamt LE PA HE LEDA TIDEPOLDER -0.5 PAPENBURG -1. ISTZUSTAND HERBRUM -1.5 1 2 3 4 -2. -2.5 Richtung Nordsee 60000.0 70000.0 Knock 80000.0 Sperrwerk Emden 90000.0 1.000E5 Weener Terborg 1.100E5 Richtung Wehr Meter Masterplan Ems 2050 Seite 14 Herbrum Naulin, Ritter & Papenburg Jürges · 18. Juni 2015 Simulationsergebnisse Voruntersuchungen Strömungsgeschwindigkeit Stroemungsgeschwindigkeit m/s Strömungsgeschwindigkeit [m/s] schwindigkeit m/s SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG Alle Varianten reduzieren die Flutstromgeschwindigkeit Sohlschwelle und Tidepolder verlängern die Flutstromdauer Alle Varianten reduzieren die Ebbstromgeschwindigkeit v260_v261_v265_v266 1.6 Flut Ebbe Flut TIDEPOLDER Ebbe KM 05 1.2 0.8 ISTZUSTAND 0.4 0 15.05.2010 18:00:00 MEZ 0.6 0.3 15.05.2010 23:00:00 MEZ 16.05.2010 04:00:00 MEZ 16.05.2010 09:00:00 MEZ 16.05.2010 14:00:00 MEZ 16.05.2010 19:00:00 MEZ 17.05.2010 00:00:00 MEZ TIDESTEUERUNG 17.05.2010 17.05. Sohlschwelle 05:00:00 10:0 an MEZ aus Masterplan Ems 2050 Seite 15 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 KNOCK Simulationsergebnisse Voruntersuchungen SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG EMDEN Max. Flut- zu Ebbströmung SPERRWERK • Alle Varianten reduzieren das Verhältnis (Ausnahme: Anschlussbereich Tidepolder) PHYNAME: Vfex ZEITRAUM: sn_mit Gesamt • p.Vfex Bis hin zur Ebbestrom-Dominanz bei Sohlschwelle ABSCHNITT: / Tidesteuerung LAYER: 2D HERKUNFT: Fahrrinnenmitte - 2. KN SP EM LE LEDA TIDEPOLDER PA Verhältniswerte > 1: Flut > Ebbe 1.5 1. 1 2 3 PAPENBURG 4 Verhältniswerte < 1: Ebbe > Flut 0.5 0 Richtung60000.0 Nordsee70000.0 Knock 80000.0 Sperrwerk Emden 90000.0 1.000E5 1.100E5 Richtung Wehr Weener Terborg Meter Masterplan Ems 2050 Seite 16 Herbrum Naulin, Ritter & Papenburg Jürges · 18. Juni 2015 ISTZUSTAND HERBRUM KNOCK Simulationsergebnisse Voruntersuchungen EMDEN Max. Salzgehalt • • PSU 25. SPERRWERK Tidepolder erhöhen den max. Salzgehalt Sohlschwelle und Tidesteuerung reduzieren den max. Salzgehalt PHYNAME: Sx ZEITRAUM: sn_mit ABSCHNITT: Gesamt p.Sx LAYER: 2D HERKUNFT: Fahrrinnenmitte KN 1 210**-3 3 4 SP EM SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG LE PA HE LEDA TIDEPOLDER 20. PAPENBURG 15. ISTZUSTAND HERBRUM 10. 5. 0 Richtung60000.0 Nordsee70000.0 Knock 80000.0 Sperrwerk Emden 90000.0 1.000E5 1.100E5 Richtung Wehr Weener Terborg Meter Masterplan Ems 2050 Seite 17 Herbrum Naulin, Ritter & Papenburg Jürges · 18. Juni 2015 KNOCK Simulationsergebnisse Voruntersuchungen EMDEN Netto-Schwebstofftransport • • • t 15000.0 SPERRWERK Differenz Ebbe-Transport minus Flut-Transport Positiver Netto-Transport: Ebbe > Flut PHYNAME: Crst_VAR2 ZEITRAUM: sn_mit i.Crst Negativer Netto-Transport: Flut >HERKUNFT: Ebbe LAYER: 2D Querprofil-Integration E+3KN kg SP EM SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG ABSCHNITT: Gesamt LE PA HE LEDA TIDEPOLDER 10000.0 5000.0 PAPENBURG 4 0 ISTZUSTAND HERBRUM 2 3 -5000. 1 -10000. -15000. Richtung60000.0 Nordsee70000.0 Knock 80000.0 Sperrwerk Emden 90000.0 1.000E5 1.100E5 Richtung Wehr Weener Terborg Meter Masterplan Ems 2050 Seite 18 Herbrum Naulin, Ritter & Papenburg Jürges · 18. Juni 2015 KNOCK Simulationsergebnisse Voruntersuchungen TIDESTEUERUNG EMDEN Varianten Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle SPERRWERK Dirks (2015): Prinzipstudie zur Steuerung des Flut-/Ebbstroms PHYNAME: Crst_VAR2 ZEITRAUM: sn_mit ABSCHNITT: Gesamt Hohes der HERKUNFT: Steuerung i.Crst Optimierungspotential LAYER: 2D Querprofil-Integration KN t 15000.0 SP EM E+3 kg LE LEDA PA HE Netto-Schwebstofftransport 10000.0 Nebenwirkungen u.a. 5000.0 5 0 2 3 -5000. 6 4 1 • Kolk • Schwall- und Sunkwellen -10000. Dirks (2015) -15000. Richtung Nordsee 60000.0 70000.0 Knock 80000.0 Sperrwerk Emden Terborg 90000.0 1.000E5 1.100E5 Richtung Wehr Meter Weener Masterplan Ems Herbrum 2050 Seite 19 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Papenburg KNOCK Simulationsergebnisse Voruntersuchungen EMDEN Varianten Tidepolder SPERRWERK Weitere Beispiele als Systemstudie ZEITRAUM: sn_Mt ABSCHNITT: bork-herb HERKUNFT: Querprofil-Integration ZEITRAUM: sn_mit PHYNAME: Crst_VAR2 ABSCHNITT: Gesamt i.Crst LAYER: 2D HERKUNFT: Querprofil-Integration R2 t 15000.0 E+3KN kg SP EM LE LEDA DRIEVER (58 ha) + FERSTENBORGUM (43 ha) PA COLDEMÜNTJE (30 ha) + HOLTHUSEN (12 ha) Netto-Schwebstofftransport 10000.0 VELLAGE (22 ha) Nebenwirkungen ALLE TIDEPOLDER u.a. 5000.0 4 0 • 2 3 -5000. 1 Erhöhung ISTSalzgehalt ZUSTAND HERBRUM • -10000. -15000. Richtung60000.0 Nordsee70000.0 Knock 80000.0 Sperrwerk Emden 90000.0 1.000E5 1.100E5 Richtung Wehr Weener Terborg Verschlickung der Polder und Reduzierung Wirksamkeit Meter Masterplan Ems 2050 Seite 20 Herbrum Naulin, Ritter & Papenburg Jürges · 18. Juni 2015 Zusammenfassung Variantenvergleich der Voruntersuchungen Varianten im Vergleich – aus wasserbaulicher Sicht Variante Sohlschwelle Tidesteuerung / Flexible Sohlschwelle Tidepolder Ästuarverlängerung Vorteil Hohes Potential Reduzierung Verschlickung Unterems Siehe Sohlschwelle Renaturierung Reversibilität, z.B. Nutzung des Spüleffekts bei hohem Oberwasser Hohes ökologisches Potential Zukünftige (>2050?) natürliche Anpassungsoption an MSL Schleusenbau Eingeschränkte Schifffahrt oder Schleusenbau Verschlickung der Polder und Reduzierung der Wirkung Nachteil bzw. Nebenwirkung u.a. Ökologische Durchgängigkeit Aktueller MSL: Vertiefung der Fahrrinne in den Stauhaltungen Kolk/Morphologie Morphologie Verringerung Salzgehalt Erhöhung Salzgehalt Schwall- und Sunkwellen Schwebstoffeintrag in die Hoher Flächenbedarf Stauhaltungen Masterplan Ems 2050 Seite 21 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Zusammenfassung Variantenvergleich der Voruntersuchungen Zwischenfazit Effektivität der untersuchten Maßnahmen • Alle Varianten haben lokal positive Effekte, die Verschlickung der Unterems zu reduzieren. • Alle Varianten haben Nebenwirkungen. • Es gibt keine Maßnahme, die alle Probleme der Ems „heilt“. • Auch extreme Maßnahmen haben kaum Einfluss auf den Netto-Sedimentimport aus der Nordsee in die Außenems. Weitere Untersuchungen erforderlich, u.a. • Optimierung Tidesteuerung der flexiblen Sohlschwelle • Naturversuch • Analyse der Nebenwirkungen • Weiterentwicklung der Methoden… Masterplan Ems 2050 Seite 22 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Ausblick Forschung Wechselwirkung Fluid Mud und Tidedynamik • KFKI-Projekt MudEstuary (Juni 2015 – Mai 2018) gefördert vom BMBF in Kooperation mit der Universität der Bundeswehr München Masterplan Ems 2050 Seite 23 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Masterplan Ems 2050 KNOCK EMDEN Zusammenfassung und Diskussion SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG SPERRWERK Zusammenfassung und Ausblick LEDA TIDE• Unterzeichnung „Masterplan Ems 2050“ ist ein Erfolg POLDER • Umfangreiche Vorstudien zu möglichen Lösungsansätzen mit kritischer Diskussion der „Risiken und Nebenwirkungen“ • Fortsetzung der Untersuchungen BAW: Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle in Kombination mit einem Naturversuch PAPENBURG • Weiterentwicklung der Methoden: KFKI-Projekt MudEstuary Fragen und Diskussion • Sind alle Probleme an der Ems mit dem Masterplan gelöst? • Wie gestalten wir den Dialog? • Was können wir von anderen Ästuaren lernen? Masterplan Ems 2050 Seite 24 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 ISTZUSTAND HERBRUM
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