Aktuelle Situation an der Ems und mögliche Lösungsansätze ... · Masterplan Ems 2050 Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015 Seite 3 PAPEN- BURG HERBRUM EMDEN SPERR- WERK LEDA

www.baw.de

WSA Emden (Nicklau) BAW

Aktuelle Situation an der Ems und mögliche Lösungsansätze:

Masterplan Ems 2050

Marie Naulin (BAW), Karin Ritter (WSA Emden), Jens Jürges (BAW)

WSA Emden

BAWKolloquium

Hamburg, 18. Juni 2015

Masterplan Ems 2050

Naulin, Ritter & Jürges · 18. Juni 2015

Seite 2

TIDE- POLDER

SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG

IST- ZUSTAND

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA

Inhalt

• Einleitung

• Aktuelle Situation an der Ems

• Hintergrund & Motivation: Masterplan Ems 2050

• Vorstudien: Wasserbauliche Maßnahmen als Lösungsansätze

• Sohlschwelle

• Tidesteuerung mit flexibler Sohlschwelle

• Tidepolder

• Zusammenfassung und Ausblick

Masterplan Ems 2050 KNOCK

Masterplan Ems 2050


Seite 3

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA

KNOCK

Aktuelle Situation an der Ems

Aktuelle Herausforderungen

Problem: Schwebstoffkonzentration Faktor „100“ im Vergleich

zu Weser oder Elbe und Ausbildung von Fluidmud

Videoquelle:

Gerhard Conens, Bürgermeister

der Gemeinde Rhede (Ems)

WSA Emden

BAW

RHEDE

//themis/ems/aktionsprogramm/doc/BAW_Kolloquium/Video/Bore_Rhede.avi

Masterplan Ems 2050


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Ökonomische und Ökologische Folgen

Ökonomie

Hohe Baggerkosten

~ 41,0 Mio. Euro/Jahr

Außenems: ~16,1 Mio. Euro/Jahr

Unterems: ~24,9 Mio. Euro/Jahr

Ökologie

Schlechte Gewässerqualität

kein / kaum Sauerstoff

Unterems:

Gewässergüteklasse III

(stark verschmutzt)

Aktuelle Herausforderungen

Bagger auf der Unterems Tidegrenze Wehr Herbrum

WSA Emden WSA Emden (Nicklau)

Masterplan Ems 2050


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Der Vertrag

Masterplan Ems 2050

• 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


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Pressespiegel

Masterplan Ems 2050

Masterplan Ems 2050


Seite 7

• Verbesserung avifaunistischer

Lebensräume

• Aufwertung ästuartypischer

Lebensräume und Arten

• Verbesserung der Durchgängigkeit für aquatische Fauna

• 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)

Quelle: NLWKN

Inhalt und Ziele

Masterplan Ems 2050

Masterplan Ems 2050


Seite 8

Voruntersuchungen an der BAW

Wasserbauliche Maßnahmen

Überblick

Ergebnisse

Vorstudien

und

Ausblick

weitere

Arbeiten

Rollenhagen, Kolloquium (2009, 2011)

Jürges, Kolloquium (2013)

Heute

Tidepolder Sohlschwelle Ästuar-

verlängerung

Tide- steuerung

Sohlschwelle

Masterplan Ems 2050

Masterplan Ems 2050


Seite 9

Mögliche Lösungen

für die Ems?

• Feste Sohlschwelle

• Tidesteuerung

• mit flexibler Sohlschwelle

• mit dem Emssperrwerk

• Tidepolder

(Tidespeicherbecken)

• Ästuarverlängerung*

* kein Bestandteil des

Masterplans Ems 2050

Wasserbauliche Maßnahmen

Prinzipskizze

Masterplan Ems 2050


Seite 10

Methode

Numerisches Modell des

Ems-Dollart-Ästuars

Mathematische Methoden

• UNTRIM, UNTRIM2

• SEDIMORPH

(Weitere Informationen:

BAWiki*)

Gitter

• 3D unstrukturiert

orthogonal

(*http://www.baw.de/methoden)

Voruntersuchungen

http://www.baw.de/methoden

http://www.baw.de/methoden

Masterplan Ems 2050


Seite 11

SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG EMDEN

SPERR- WERK

KNOCK

Die Varianten im Überblick

Voruntersuchungen

SOHLSCHWELLE

TIDESTEUERUNG mit flexibler Sohlschwelle

Mögliche Steuerung:

• Sohlschwelle „aus“ > 0,0 m NHN

• Sohlschwelle „an“ < 0,0 m NHN

Prinzipskizze am Sperrwerk

Masterplan Ems 2050


Seite 12

Die Varianten im Überblick

TIDEPOLDER als Systemstudie am Beispiel von zwei Poldern

Voruntersuchungen

TIDE- POLDER

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA

KNOCK

Tidepolder: Driever Ferstenborgum

Ems-km 11,3 9,6

Fläche 58 ha 43 ha

Volumen 2,0 Mio. m³ 1,5 Mio. m³

Masterplan Ems 2050


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15.05.201018:00:00

MEZ

15.05.201023:00:00

MEZ

16.05.201004:00:00

MEZ

16.05.201009:00:00

MEZ

16.05.201014:00:00

MEZ

16.05.201019:00:00

MEZ

17.05.201000:00:00

MEZ

17.05.201005:00:00

MEZ

17.05.201010:00:00

MEZ

-3.

-2.

-1.

0

1.

2.

3.

Wassers

tand

mN

HN

Wasserstand v261_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" Wasserstand v266_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" Wasserstand v265_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" Wasserstand v260_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte"

15.05.201018:00:00

MEZ

15.05.201023:00:00

MEZ

16.05.201004:00:00

MEZ

16.05.201009:00:00

MEZ

16.05.201014:00:00

MEZ

16.05.201019:00:00

MEZ

17.05.201000:00:00

MEZ

17.05.201005:00:00

MEZ

17.05.201010:00:00

MEZ

-0.5

-0.25

0

0.25

0.5

0.75

1.

1.25

1.5

Wassers

tand

mN

HN

Delta ( Wasserstand v261_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" ; Wasserstand v260_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" )Delta ( Wasserstand v266_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" ; Wasserstand v260_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" )Delta ( Wasserstand v265_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" ; Wasserstand v260_WasserSt Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" )

Programm GVIEW2D 16.06.2015

v260_v261_v265_v266

US

ER

: B

AW

-AK

(R

efe

rat K

3)

F

ILE

: gvie

w2d0001.c

gm

Wasserstand

Alle Varianten heben das Tideniedrigwasser an

Tidepolder und Sohlschwelle

lassen das Tidehochwasser verspätet eintreten

Simulationsergebnisse Voruntersuchungen

KM 05

WA

SSER

STA

ND

[m

NH

N]


TIDE- POLDER

IST- ZUSTAND

TIDESTEUERUNG Sohlschwelle an aus

Masterplan Ems 2050


Seite 14

Programm LQ2PRO 04.06.2015

p.TnwPHYNAME: Tnw

LAYER: 2DZEITRAUM: sn_mit

HERKUNFT: FahrrinnenmitteABSCHNITT: Gesamt

Knock

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

60000.0 70000.0 80000.0 90000.0 1.000E5 1.100E5Meter

-2.5

-2.

-1.5

-1.

-0.5

0 mNHN

1

1 mittleres Tnw v261_1_S NSEE-HE

2


3


4


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

rat K

3) F

ILE

: Lq2pro0008.c

gm

Tideniedrigwasser


TIDE- POLDER


IST- ZUSTAND

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA

Richtung Nordsee Richtung Wehr

KN EM SP LE PA HE m NHN

KNOCK

Masterplan Ems 2050


Seite 15

15.05.201018:00:00

MEZ

15.05.201023:00:00

MEZ

16.05.201004:00:00

MEZ

16.05.201009:00:00

MEZ

16.05.201014:00:00

MEZ

16.05.201019:00:00

MEZ

17.05.201000:00:00

MEZ

17.05.201005:00:00

MEZ

17.05.201010:00:00

MEZ

0

0.4

0.8

1.2

1.6

Str

oem

ungsgeschw

indig

keit

m/s

Stroemungsgeschwindigkeit [Betrag] v261_StroemGe Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" Stroemungsgeschwindigkeit [Betrag] v266_StroemGe Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" Stroemungsgeschwindigkeit [Betrag] v265_StroemGe Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte" Stroemungsgeschwindigkeit [Betrag] v260_StroemGe Knoten "Ems-Kilometer 005.000 in Fahrrinnenmitte"

15.05.201018:00:00

MEZ

15.05.201023:00:00

MEZ

16.05.201004:00:00

MEZ

16.05.201009:00:00

MEZ

16.05.201014:00:00

MEZ

16.05.201019:00:00

MEZ

17.05.201000:00:00

MEZ

17.05.201005:00:00

MEZ

17.05.201010:00:00

MEZ

-0.6

-0.3

0

0.3

0.6

Str

oem

ungsgeschw

indig

keit

m/s

Programm GVIEW2D 16.06.2015

v260_v261_v265_v266

US

ER

: B

AW

-AK

(R

efe

rat K

3)

F

ILE

: gvie

w2d0001.c

gm

Strömungsgeschwindigkeit

Alle Varianten reduzieren die Flutstromgeschwindigkeit

Sohlschwelle und Tidepolder verlängern die Flutstromdauer

Alle Varianten reduzieren die Ebbstromgeschwindigkeit


KM 05

Strö

mu

ngs

gesc

hw

ind

igke

it [

m/s

] SOHLSCHWELLE TIDESTEUERUNG

TIDE- POLDER

IST- ZUSTAND

TIDESTEUERUNG Sohlschwelle an aus

Flut Ebbe Flut Ebbe

Masterplan Ems 2050


Seite 16


p.VfexPHYNAME: Vfex



Knock

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

60000.0 70000.0 80000.0 90000.0 1.000E5 1.100E5Meter

0

0.5

1.

1.5

2. -

1

1 max. Flutstrom : max. Ebbestrom (Mit) v261_1_S NSEE-HE

2


3


4


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

ra

t K

3) F

ILE

: L

q2

pro0

00

3.c

gm

Max. Flut- zu Ebbströmung

• Alle Varianten reduzieren das Verhältnis

(Ausnahme: Anschlussbereich Tidepolder)

• Bis hin zur Ebbestrom-Dominanz bei Sohlschwelle / Tidesteuerung


TIDE- POLDER


IST- ZUSTAND

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA


KN EM SP LE PA

KNOCK

Verhältniswerte > 1:

Flut > Ebbe

Verhältniswerte < 1:

Ebbe > Flut

Masterplan Ems 2050


Seite 17


p.SxPHYNAME: Sx



Knock

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

60000.0 70000.0 80000.0 90000.0 1.000E5 1.100E5Meter

0

5.

10.

15.

20.

25. 10**-31

1 maximaler Salzgehalt (Mit) v261_1_S NSEE-HE

2


3


4


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

ra

t K

3) F

ILE

: L

q2

pro0

00

1.c

gm

Max. Salzgehalt

• Tidepolder erhöhen den max. Salzgehalt

• Sohlschwelle und Tidesteuerung reduzieren den max. Salzgehalt


TIDE- POLDER


IST- ZUSTAND

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA


KN EM SP LE PA HE PSU

KNOCK

Masterplan Ems 2050


Seite 18


i.CrstPHYNAME: Crst_VAR2


HERKUNFT: Querprofil-IntegrationABSCHNITT: Gesamt

Knock

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

60000.0 70000.0 80000.0 90000.0 1.000E5 1.100E5Meter

-15000.

-10000.

-5000.

0

5000.0

10000.0

15000.0E+3 kg

1

1 adv. Rest-Schwebstofftransport (Mit) Schluff [x-Komponente] v261_1_S NSEE-HE

2


3


4


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

rat K

3) F

ILE

: Lq2pro0001.c

gm

Netto-Schwebstofftransport


TIDE- POLDER


IST- ZUSTAND

PAPEN- BURG

HERBRUM

KNOCK EMDEN

SPERR- WERK

LEDA


KN EM SP LE PA HE t

• Differenz Ebbe-Transport minus Flut-Transport

• Positiver Netto-Transport: Ebbe > Flut

• Negativer Netto-Transport: Flut > Ebbe

Masterplan Ems 2050


Seite 19





Knock

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

60000.0 70000.0 80000.0 90000.0 1.000E5 1.100E5Meter

-15000.

-10000.

-5000.

0

5000.0

10000.0

15000.0E+3 kg

1


2


3


4


5


6


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

rat K

3) F

ILE

: Lq2pro0003.c

gm

Varianten Tidesteuerung

mit flexibler Sohlschwelle

Simulationsergebnisse Voruntersuchungen TIDESTEUERUNG KNOCK EMDEN

SPERR- WERK

LEDA


KN EM SP LE PA HE t

Dirks (2015): Prinzipstudie zur Steuerung des Flut-/Ebbstroms

Hohes Optimierungspotential der Steuerung

Netto-Schwebstofftransport

Dirks (2015)

Nebenwirkungen

u.a.

• Kolk

• Schwall- und

Sunkwellen

Masterplan Ems 2050


Seite 20


AZ1-PS2-M1-5PHYNAME: Crst_VAR2

LAYER: 2DZEITRAUM: sn_Mt

HERKUNFT: Querprofil-IntegrationABSCHNITT: bork-herb

Borkum-Ss

Borkum-Fb

Emshoern

Eemshvn

Dukegat

Knock

Bu67

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

25000.0 50000.0 75000.0 1.000E5Meter

-25000.

-20000.

-15000.

-10000.

-5000.

0

5000.0

10000.0

15000.0E+3 kg

1

1 adv. Rest-Schwebstofftransport (Mit) Schluff [x-Komponente] PS2-M1-54_ NSEE-HE

2


3


4


5


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

ra

t K

3) F

ILE

: L

q2

pro0

00

1.c

gm

Varianten Tidepolder

Weitere Beispiele als Systemstudie


DRIEVER (58 ha) + FERSTENBORGUM (43 ha)

KNOCK EMDEN

SPERR- WERK

LEDA


KN EM SP LE PA t

Netto-Schwebstofftransport COLDEMÜNTJE (30 ha) +

HOLTHUSEN (12 ha)

VELLAGE (22 ha)

ALLE TIDEPOLDER

IST- ZUSTAND

HERBRUM

Nebenwirkungen

u.a.

• Erhöhung

Salzgehalt

• Verschlickung

der Polder und

Reduzierung

Wirksamkeit





Knock

Emden

Pogum

Sperrwerk

Terborg

Ledamuendung

Weener

Papenburg

Rhede

Herbrum

60000.0 70000.0 80000.0 90000.0 1.000E5 1.100E5Meter

-15000.

-10000.

-5000.

0

5000.0

10000.0

15000.0E+3 kg

1


2


3


4


US

ER

: B

AW

-A

K (

Refe

rat K

3) F

ILE

: Lq2pro0001.c

gm

Masterplan Ems 2050


Seite 21

Varianten im Vergleich – aus wasserbaulicher Sicht

Variante Sohlschwelle

Tidesteuerung /

Flexible

Sohlschwelle

Tidepolder

Ästuar-

verlängerung

Vorteil Hohes Potential

Reduzierung

Verschlickung

Unterems

Siehe Sohlschwelle

Reversibilität, z.B.

Nutzung des

Spüleffekts bei

hohem Oberwasser

Renaturierung

Hohes ökologisches

Potential

Zukünftige

(>2050?)

natürliche

Anpassungs-

option an MSL

Nachteil

bzw.

Neben-

wirkung

u.a.

Schleusenbau

Ökologische

Durchgängigkeit

Morphologie

Verringerung

Salzgehalt

Eingeschränkte

Schifffahrt oder

Schleusenbau

Kolk/Morphologie

Schwall- und

Sunkwellen

Verschlickung der

Polder und

Reduzierung der

Wirkung

Erhöhung Salzgehalt

Hoher Flächenbedarf

Aktueller MSL:

Vertiefung der

Fahrrinne in den

Stauhaltungen

Schwebstoff-

eintrag in die

Stauhaltungen

Zusammenfassung Variantenvergleich der Voruntersuchungen

Masterplan Ems 2050


Seite 22

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…

Zusammenfassung Variantenvergleich der Voruntersuchungen

Masterplan Ems 2050


Seite 23

Wechselwirkung Fluid Mud und Tidedynamik

• KFKI-Projekt MudEstuary (Juni 2015 – Mai 2018) gefördert vom BMBF

in Kooperation mit der Universität der Bundeswehr München

Ausblick Forschung

Masterplan Ems 2050


Seite 24

TIDE- POLDER


IST- ZUSTAND

PAPEN- BURG

HERBRUM

EMDEN

SPERR- WERK

LEDA

KNOCK

Zusammenfassung

und Diskussion

Masterplan Ems 2050

Zusammenfassung und Ausblick

• Unterzeichnung „Masterplan Ems 2050“ ist ein Erfolg

• Umfangreiche Vorstudien zu möglichen Lösungsansätzen

mit kritischer Diskussion der „Risiken und Nebenwirkungen“

• Fortsetzung der Untersuchungen BAW: Tidesteuerung mit flexibler

Sohlschwelle in Kombination mit einem Naturversuch

• Weiterentwicklung der Methoden: KFKI-Projekt MudEstuary

Fragen und Diskussion

• Sind alle Probleme an der Ems mit dem Masterplan gelöst?

• Wie gestalten wir den Dialog?

• Was können wir von anderen Ästuaren lernen?

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