Control de Sedimento en Regiones Piede Monte

Diplomarbeit:Maßnahmen zur

Reduzierung des Sedimenteintrages

eines GeestgewässersAm Beispiel des Börnsengrabens

(Herzogtum Lauenburg)

Hochschule für Angewandte

Wissenschaften Hamburg

Hamburg University of Applied Sciences

Christian Kielhorn

Titel: Diplomarbeit: Maßnahmen zur Reduzierung des Sedimenteintrages eines Geestgewässers am Beispiel des Börnsengrabens

(Herzogtum Lauenburg) Erschienen: Hamburg 2005

Verfasser: C. Kielhorn Reichardtstraße 2 22761 Hamburg Betreuung: Prof. Dr.-Ing. W. Dickhaut Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Fachbereich Bauingenieurwesen Hebebrandstraße 1 22761 Hamburg

Herr Dipl.-Ing. C. Gantert BWS GmbH Gotenstraße 14 20097 Hamburg

Inhalt Christian Kielhorn

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Verzeichnis der Anlagen ..........................................................................................................5 Verzeichnis der Abbildungen....................................................................................................5 Verzeichnis der Fotos...............................................................................................................7 Verzeichnis der Tabellen..........................................................................................................8 1 Anlass und Aufgabenstellung ............................................................................9 2 Geschiebehaushalt und seine Auswirkung auf Geestgewässer...................11 2.1 Berechnungsverfahren ........................................................................................11 2.1.1 MANNING-STRICKLER.......................................................................................11 2.1.2 Grundlagen des Feststofftransports in Fließgewässern ......................................12 2.1.3 Geschiebetransportformel von MEYER-PETER & MÜLLER...............................18 2.1.4 Bemessung von Geschiebemengen nach ENGELUND-HANSEN......................19 2.2 Erosion.................................................................................................................20 2.2.1 Längserosion .......................................................................................................20 2.2.2 Seitenerosion.......................................................................................................21 2.2.2.1 Diffuse Sedimentquellen......................................................................................21 2.2.2.2 Punktuelle Sedimentquellen ................................................................................22 2.3 Wirkungsweise von Sandfängen .........................................................................23 2.4 Auswirkung von Sedimentation ...........................................................................25 2.4.1 Auswirkung auf die Gewässerfauna ....................................................................25 2.4.2 Auswirkung auf die Gewässerflora ......................................................................26 3 Gewässer- und Einzugsgebietscharakteristik des Börnsengrabens .........................................................................................27 3.1 Lage und Flächennutzung ...................................................................................27 3.2 Morphologische und geologische Verhältnisse ...................................................34 3.3 Fließgewässercharakteristik im Einzugsgebiet....................................................35 3.4 Hydrologisch- wasserwirtschaftliche Bestandsbeschreibung im Einzugsgebiet .................................................................................................36 3.4.1 Bauwerke.............................................................................................................36 3.4.2 Einleitungen .........................................................................................................41 4 Sedimenteintrag und Transport im Börnsengraben.......................................43 4.1 Längserosion im Börnsengraben.........................................................................43 4.2 Seitenerosion im Börnsengraben ........................................................................44 4.2.1 Diffuse Sedimentquellen......................................................................................44 4.2.2 Punktuelle Sedimentquellen ................................................................................45


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5 Maßnahmenkatalog zur Verbesserung der ökologischen und wasserwirtschaftlichen Situation des Börnsengrabens ................................50 5.1 Zielsetzung und Maßnahmenkonzeption.............................................................50 5.2 Beschreibung der Lastfälle ..................................................................................51 5.2.1 Lastfall 1 – Ist-Zustand ........................................................................................51 5.2.2 Lastfall 2 - Planungsziel.......................................................................................53 5.3 Maßnahmen im Einzugsgebiet des Börnsengraben............................................54 5.4 Maßnahmen im und am Börnsengraben .............................................................56 5.5 Verbesserung der Einleitsituationen ....................................................................57 5.5.1 Verbesserung der Einleitsituation E9...................................................................57 5.5.2 Verbesserung der Einleitsituation E11 und E13 ..................................................58 5.6 Standorte der Sandfänge im Börnsengraben ......................................................59 5.6.1 Sandfang Höhe Kirchweg (SO 1:Stat. 1+672) .....................................................59 5.6.2 Sandfang Höhe Kirchweg (SO 2:Stat. 0+705) .....................................................61 5.7 Bewertungsmatrix ................................................................................................62 5.7.1 Ergebnisse der Bewertungsmatrix.......................................................................65 5.7.2 Sandfang am Standort 1 (Höhe Kirchweg Stat. 1+672).......................................66 5.7.3 Sandfang am Standort 2 (Heuweg Stat. 0+705)..................................................70 6 Schlussfolgerung und Empfehlungen .............................................................73 7 Zusammenfassung ............................................................................................75 Literaturverzeichnis .............................................................................................................78


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Anlagen Anl. 1 : Informationsquellen Anl. 3.1: Fotodokumentation Kapitel 3 Anl. 4.1: Fotodokumentation Kapitel 4 Anl. 5.1: Fotodokumentation Kapitel 5 Anl. 5.2: Berechnung des Abflusses und der möglichen Geschiebefracht für Lastfall 1 Anl. 5.3: Berechnung des Abflusses und der möglichen Geschiebefracht für Lastfall 2 Anl. 5.4: Darstellung der potentiellen Geschiebefrachten beider Lastfälle Anl. 5.5: Ausführungszeichnung des Sandfangs am Standort 1 Anl. 5.6: Ausführungszeichnung des Sandfangs am Standort 2

Verzeichnis der Abbildungen Abbildung 1.1 Übersicht über das Einzugsgebiet der Brookwetterung........................................... Abbildung 2.1 Sohlenformen (Transportkörper) (aus DVWK, 1994a) ........................................12 Abbildung 2.2 Verlauf der Sohlschubspannung τs bei verschiedenen Sohlenformen (nach ENGELUND u.a. 1982; aus DVWK, 1994a).......................13 Abbildung 2.3 Verteilung der Schubspannung in einem trapezförmigen Gerinnequerschnitt (Bild 8.6 Naturnaher Wasserbau) ........................................................................16 Abbildung 2.4 Prall- und Gleitufer (Bild 3.5 Naturnaher Wasserbau) .........................................20 Abbildung 2.5 Aufbau eines Sandfangs im Hauptschluss ..........................................................24 Abbildung 2.6 Prinzip eine Sandfangs im Nebenschluss ...........................................................24 Abbildung 2.7

Darstellung des Lebensraum Fließgewässersohle


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(Bild 4.5 Naturnaher Wasserbau) ........................................................................25

Abbildung 3.1 Straßenkarte ........................................................................................................27 Abbildung 3.2 Herzogtum Lauenburg .........................................................................................27 Abbildung 3.3 Einzugsgebiet des Börnsengrabens ....................................................................28 Abbildung 3.4 Ackerflächen des Einzugsgebiet..........................................................................29 Abbildung 3.5 Siedlungsflächen des Einzugsgebiet ...................................................................30 Abbildung 3.6 Waldgebiete des Einzugsgebiet ..........................................................................32 Abbildung 3.7 Die Grünflächen des Einzugsgebiets...................................................................33 Abbildung 3.8 Übersicht Bauwerke.............................................................................................36 Abbildung 3.9 Skizze Sandfang..................................................................................................39 Abbildung 3.10 Lage der Einleitungen..........................................................................................41 Abbildung 4.1 Einleitungen in den Börnsengraben.....................................................................45 Abbildung 5.1 Einzugsgebiet für Variante 1................................................................................51 Abbildung 5.2 Entwässerungssituation Börnsener Straße .........................................................55 Abbildung 5.3 Sicherung des Gewässerprofils (Bild 7.9 Gewässerregelung Gewässerpflege) .56 Abbildung 5.4 Standort Sandfang Höhe Kirchweg .....................................................................59 Abbildung 5.5 Verlauf Ist-Zustand und Planung .........................................................................60 Abbildung 5.6 Übersicht Standort 1 ............................................................................................61 Abbildung 5.7 Sandfang am Standort 1......................................................................................69 Abbildung 5.8 Standort Sandfang Heuweg......................................................................72

Verzeichnis der Fotos Foto 3.1 Ackerflächen im nördlichen Einzugsgebiet ..........................................................29


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Foto 3.2 Östliches Siedlungsgebiet ...................................................................................30 Foto 3.3 Waldgebiete im Oberlauf .....................................................................................32 Foto 3.4 Weideland im Geestrandmoor .............................................................................33 Foto 3.5 Stauanlage...........................................................................................................37 Foto 3.6 Regenrückhaltebecken ........................................................................................38 Foto 3.7 Der Sandfang.......................................................................................................39 Foto 3.8 Der Sandfang.......................................................................................................40 Foto 4.1 Einleitung E8........................................................................................................46 Foto 4.2 Zuleitung aus dem Regenrückhaltebecken (Einleitung E9).................................47 Foto 4.3 Einleitung E11......................................................................................................48 Foto 4.4 Einleitung E13......................................................................................................48 Foto 4.5 Einleitung „Autobahngraben“ ...............................................................................49 Foto 5.1 Längserosion im Gerinne.....................................................................................56 Foto 5.2 Sandfang Standort 1............................................................................................66


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Verzeichnis der Tabellen Tabelle 2.1 Erfahrungswerte der kritischen Sohlschubspannung τkrit (Schneider Bautabellen 13.39) ...................................................................17 Tabelle 2.2 Einteilung der Quellen nach Art der Veröffentlichung..........................................21 Tabelle 3.1 Flächengrößen der Nutzung im Einzugsgebiet ..........................................27 Tabelle 3.2 Leistungsfähigkeit der Durchlässe..............................................................37 Tabelle 4.1 Einleitungsmengen von Regenwasser in den Börnsengraben...................42 Tabelle 4.2 Feststofffracht aus Regenentwässerung....................................................46 Tabelle 5.1 Eintrag der einzelnen Einleitungen.............................................................51 Tabelle 5.2 Gedrosselter Eintrag aus den Siedlungsgebieten ......................................53 Tabelle 5.3 Bewertungsmatrix.......................................................................................64 Tabelle 5.4 Berechnung des Sandfangs Standort 1 nach Lastfall 1 .............................67 Tabelle 5.5 Abmessung Sandfang ................................................................................67 Tabelle 5.6 Berechnung der Sandfänge für LF 1 und LF 2 ...........................................71 Tabelle 5.7 Abmessung Sandfang ................................................................................71

Kapitel 1 Anlass und Aufgabenstellung Christian Kielhorn

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1 Anlass und Aufgabenstellung

Das Problem der Versandung von Bächen und Flüssen ist ein natürlicher Prozess und Teil der morphologischen Veränderung der Erde. Im Zuge der Industrialisierung, als Bäche und Flüsse zu Wirtschaftsfaktoren der jeweiligen Regionen wurden, hatte man begonnen, den Verlauf von Fließgewässern zu kontrollieren, indem man die Ufer befestigte und ihnen eine Form gab, die einzig der wirtschaftlichen Nutzung dienen sollte. Diese Veränderungen wurden bis in die 1970er Jahre durchgeführt. Die Folge waren häufiger auftretende Hochwasser und eine starke Dezimierung der ökologischen Vielfalt. Die Hauptgründe für die starke Belastung von menschlich veränderten Bächen und Flüssen liegen in der vermehrten Einleitung industrieller Abwässer sowie in der direkten Einleitung von Wasser aus Regensielen.

Die hier genannten Probleme finden sich bei nahezu allen Gewässern in Deutschland. Die größte Zahl der Gewässer ist durch direkten oder indirekten Eingriff durch den Menschen betroffen. Die in Norddeutschland gelegenen Gewässer haben oft eine Entwässerungsfunktion und sind daher besonders von menschlichen Eingriffen betroffen. Ein typisches Beispiel bietet hier die Brookwetterung.

Die Brookwetterung beginnt im Bereich der Landesgrenze von Hamburg zu Schleswig-Hol-stein, südlich der zur Gemeinde Escheburg (Kreis Herzogtum Lauenburg) gehörenden Siedlung Voßmoor. Von dort aus fließt das Gewässer in nordwestliche Richtung. Nach ca. 4 km teilt sich die Brookwetterung in einen neuen, verlegten Gewässerabschnitt (auch Neue Brookwetterung genannt), der in die Obere Dove-Elbe mündet, und in den ursprünglichen Unterlauf der Brookwetterung (Alte Brookwetterung), welcher in den Schleusengraben südlich von Bergedorf fließt (vgl. Abb. 1.1). Die Brookwetterung hat ein Einzugsgebiet von 28,94 km². Davon befinden sich 2,20 km² (8%) auf Hamburger Staatsgebiet (Bezirk Bergedorf) und 26,74 km² (92%) in Schleswig-Holstein.

Kapitel 1 Anlass und Aufgabenstellung Christian Kielhorn

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Die der Brookwetterung zufließenden Gewässer entspringen mit Ausnahme des Knollgrabens und des Torfgrabens auf der Geest (siehe Abbildung 1.1). Mit streckenweise sehr hohem Gefälle fließen diese Gewässer in Richtung Elbmarsch, wo sich das Gefälle und damit auch die Fließgeschwindigkeit deutlich reduzieren. Nachdem die Gewässer die Brookwetterung erreicht haben, führt diese die Zuflüsse in westlicher Richtung zur Oberen Dove-Elbe ab. Die Brookwetterung selbst weist ein sehr geringes durchschnittliches Gefälle auf. Dadurch ist das Transportvermögen (Abfluss, Stofffrachten) sehr begrenzt. Große Zuflussmengen aus den von der Geest kommenden Gewässern verursachen häufig Überschwemmungen. Die mitgeführten Sandfrachten sorgen infolge von Sedimentation zudem für eine Verminderung der Leistungsfähigkeit. Die Probleme im Einzugsgebiet der Brookwetterung sollen durch eine einzugsgebietsorientierte, länderübergreifende, kooperative Zusammenarbeit zwischen dem schleswig-holsteinischen Kreis Herzogtum Lauenburg, den betroffenen Gemeinden und der Stadt Hamburg behoben bzw. minimiert werden. Diese Diplomarbeit ist Teil des Projektes „Länderübergreifender Hochwasserschutz an Binnengewässern am Beispiel der Brookwetterung“. Das Projekt ist als Leitprojekt beim Wettbewerb „Neue Leit- und Modellprojekte für die Metropolregion Hamburg“ ausgezeichnet worden.

Bei Geestgewässern tritt das Problem der Erosion und Sedimentation in besonderem Maße auf, da der Boden dort naturgemäß sehr sandig bis feinkörnig und dadurch stark durch Erosion gefährdet ist. Um die Gefahren die durch Bodenabtrag und Versandung drohen entgegen zu wirken, sind eine Vielzahl von Maßnahmen möglich. Die Ermittlung und Beschreibung dieser Maßnahmen ist Ziel dieser Diplomarbeit.

Der Börnsengraben ist im Oberlauf ein Geestgewässer und als Zulauf der Brookwetterung Teil des oben genannten Leitprojektes. Der Börnsengraben entspringt auf der Hohen Geest, mitten in der Gemeinde Börnsen. Durch Regensiele wird der Börnsengraben in den bewaldeten Teil des Geesthangs geführt, wo er sich mit einem künstlichen Entwässerungsgraben vereinigt. Nach Durchquerung des Geesthangs wird der Börnsengraben wieder kanalisiert und unter dem Bahnhof Börnsen durchgeführt. Im Anschluss an die Siedlung verläuft der Börnsengraben durch ein begradigtes Gerinne, das über Grünland führt und schließlich in die Brookwetterung mündet.

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, Maßnahmen zur nachhaltigen Reduzierung der Sedimentfracht im Börnsengraben vorzuschlagen. Damit soll auch der Eintrag an Geschiebe in die Brookwetterung, als übergeordnetes Gewässer, vermindert werden. Zu diesem Zweck werden zunächst der Börnsengraben und sein Einzugsgebiet auf Sedimentquellen untersucht. Einige dieser Quellen sind charakteristisch für die Einzugsgebiete von Geestgewässern, andere ergeben sich aus den örtlichen Gegebenheiten. Anhand der Katalogisierung der Sedimentquellen werden dann unter der Betrachtung verschiedener Lastfälle Maßnahmen vorgeschlagen, um die Stofffracht nachhaltig zu reduzieren.

Kapitel 2 Geschiebehaushalt und seine Auswirkung auf Geestgewässer Christian Kielhorn

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2 Geschiebehaushalt und seine Auswirkung auf Geestgewässer

2.1 Berechnungsverfahren Die physikalischen Eigenschaften von Wasser sind genau erfasst und Grundlage von einfachen und genauen Berechnungsverfahren. Wasserdruck, Verhalten bei Temperaturänderung u.s.w. lassen sich exakt beschreiben und experimentell beweisen. Die Betrachtung von natürlich fließendem Wasser dagegen ist kompliziert und ungenau. Wasser in natürlichen Fließgewässern fließt turbulent und unstetig. Daher können Berechnungsverfahren nur als grobe Schätzung angenommen werden.

Um das Problem der Erosion und Sedimentation zu erfassen, benötigt man eine mathematische Beschreibung, damit die Zusammenhänge zwischen Fließgeschwindigkeit, Erosion und Sedimentfracht dargestellt werden können. Die Formeln und Modelle, die nachfolgend beschrieben werden, stellen nur einen Ansatz dar, da es zum Thema Geschiebetrieb in Fließgewässern und Erosion von Flächen viele verschiedene Betrachtungsweisen gibt. Diese Modelle unterscheiden sich massiv im Ergebnis. Daher sind im Rahmen dieser Diplomarbeit die gängigen Formeln gewählt worden.

2.1.1 MANNING-STRICKLER

Um die Leistungsfähigkeit und die Strömungsgeschwindigkeit von offenen Gerinnen zu berechnen, ist die „MANNING-STRICKLER-Formel“ die gängigste Formel.

vm = kStr · rhy2/3 · Is1/2 Formel 2.1

rhy = A / lu Formel 2.2

vm [m/s] : mittlere Geschwindigkeit kStr [m1/3/s] : Geschwindigkeitsbeiwert nach Strickler rhy [m] : hydraulischer Radius Is [-] : Sohlgefälle A [m²] : Fließquerschnitt lu [m] : benetzter Umfang Die Werte für kStr sind experimentell ermittelte Beiwerte, die den Widerstand aus Turbulenz und Reibung ausgleichen sollen. Sie sind in der Literatur (z.B. Schneider Bautabellen) nachzulesen. Bei der „MANNING-STRICKLER-Formel“ wird von einer mittleren Geschwindigkeit im Querschnitt ausgegangen. Diese Annahme trifft auf vereinfachte Querschnitte, die auf Leistungsfähigkeit ausgelegt sind, zu. Bei natürlichen Querschnitten stellt diese Formel nur eine grobe Vereinfachung dar.


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2.1.2 Grundlagen des Feststofftransportes in Fließgewässern

Die Kraft des fließenden Wassers formt den Gewässerlauf entsprechend seiner jeweiligen Umgebung. Die Strömung erodiert Material vom Grund und von den Seiten und transportiert es weiter bis zu einer Stelle, an der es wieder abgelagert wird. Das Fließgewässer bestimmt seine Breite, die Tiefe und den Weg selbst [Madsen &Tent 2000]. Diese Umwandlung ist ein Kreislauf aus Erosion, Transport und Ablagerung von Feststoffen. Da aber natürlicher Boden nicht aus einer homogenen Masse besteht, sondern mit z.B. Wurzeln oder größeren Steinen durchsetzt ist, kann kein genaues Modell dieses Vorgangs erstellt werden. Daher ist es wichtig, Berechnung und Beobachtung in Verbindung zu bringen.

Transportkörper werden diejenigen Formationen genannt, die sich beim Transport von Geschiebe in Fließgewässern ausbilden. Die natürliche Sohle von Geestgewässern besteht aus kiesigem Substrat. Durch anthropogene Eingriffe im Laufe des letzten Jahrhunderts wurde das natürliche Gerinne oft direkt oder indirekt verändert. Die Sohlen dieser Gerinne sind entweder von einer Sandschicht bedeckt oder bestehen wegen Sohleintiefungen ganz aus Sand. Diese Sohlen verhalten sich ähnlich den Sanddünen in Wüsten und bilden, abhängig von Fließgeschwindigkeit und Korngröße, verschiedene Strukturen aus (siehe Abbildung 2.1).

a) Riffelsohle b) Dünen mit Riffeln

c) Dünen im fortge- schrittenem Stadium

d) Übergang zur ebenen Sohle

d) Antidünen mit Oberflächenwelle

e) Stehende Welle

Abbildung 2.1: Sohlenformen (Transportkörper) (aus DVWK, 1994a)


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Der Sedimenttransport beginnt, wenn die Sohlenschubspannung τs größer wird als die Widerstandsfähigkeit τkrit der Feststoffteilchen. Allerdings wird dieser Vorgang durch die jeweilige Sohlenform beeinflusst.

τs = τK + τF Formel 2.3

τs [N/m²] : Sohlenschubspannung τK [N/m²] : Sohlenschubspannung aus der Kornrauheit der Sedimente τF [N/m²] : Sohlenschubspannung aus Sohlenform

Unteres Abflussregime

Oberes Abflussregime

Übe

rgan

gsbe

reic

h

Eben

e So

hle

u.

steh

ende

Wel

len

Anti-dünen

Dünen

Riffeln

EbeneSohle

Fließgeschwindigkeit vm

Soh

lsch

ubsp

annu

ng τ

s

τF

τk

Abbildung 2.2: Verlauf der Sohlenschubspannung τs bei verschiedenen Sohlenformen (nach ENGELUND u.a. 1982; aus DVWK, 1994a)


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Die Gesamtfeststofffracht ist keine gleichförmige Masse, sondern setzt sich zusammen aus:

• gelösten Stoffen, die entweder durch direkte Einleitung (Abwässer) oder durch chemische Prozesse im Gewässer selbst erzeugt werden. Da ihre Masse naturgemäß sehr gering ist, können sie in der Feststoffbilanz vernachlässigt werden,

• Schwimmstoffen, die meist organischen Ursprungs sind und als Nahrungsquelle einen wichtigen Teil des natürlichen Kreislaufs darstellen,

• Schwebstoffen, die als Sedimente abhängig von Korngröße und Fließgeschwindigkeit als Suspension mitgetragen werden und

• Geschiebe, das sich als eingetragenes, erodiertes Sediment im Sohlbereich absetzt und in Fließrichtung „geschoben“ wird. Dabei bilden sich unterschiedliche Transportkörper (s.o.).

Die maßgeblichen physikalischen Eigenschaften von Wasser und Feststoffen ist die Dichte ρWasser (0,998g/cm³ bei 20°) und ρFeststoff. Weiter ist die Korngrößenverteilung des Feststoffs ausschlaggebend dafür, ob er als Geschiebe oder Schwebstoff transportiert wird.

Als Transportbeginn bezeichnet man den Zeitpunkt, an dem sich Geschiebe in Bewegung setzt. Der exakte Beginn des Geschiebetransports unterliegt einer großen Anzahl von Faktoren. Beispielsweise hat ein Gerüst aus unterschiedlichen Korngrößen einen wesentlich höheren Widerstand gegen die Strömung als eine gleichmäßige Korngrößenverteilung. Mathematisch kann der Transportbeginn über die kritische Geschwindigkeit vkrit oder die kritische Schubspannung τkrit ermittelt werden. Dieser Zeitpunkt wird sich aber auf natürliche Gewässer nur in Ausnahmefällen übertragen lassen.


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Die kritische Geschwindigkeit stellt sich zum Zeitpunkt des Transportbeginns ein. Der Transport von Feststoffen in Fließgewässer geschieht unter der Voraussetzung, dass die Wandschubspannung τ0 die Widerstandsfähigkeit τ krit des Transportmaterials überschreitet. Die Wandschubspannung ist abhängig von der Fließgeschwindigkeit v des Wassers. Die Fließgeschwindigkeit wird zu dem Zeitpunkt, an dem der Transport beginnt, zur kritischen Geschwindigkeit vkrit. Von ZANKE (1982) wurde eine dimensionsreine empirische Beziehung formuliert, mit der die mittlere kritische Fließgeschwindigkeit vm,krit in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt werden kann.

vm,krit = 2,8 ⋅ (ρ’ ⋅ g ⋅ dch)0,5 + 14,7 ⋅ (ν / dch) ⋅ ca Formel 2.4

vm,krit [m/s] : kritische mittlere Fließgeschwindigkeit ρ` [-] : relative Feststoffdichte [ρ` = (ρ F – ρ W) / ρ W] g [m/s²] : Fallbeschleunigung [9,81 m/s²] dch [m] : charakteristischer Durchmesser [m] ν [m²/s] : Zähigkeit des Wassers ca [-] : Adhäsion des Sandes (ca = 1) Diese Formel gilt für die Wassertiefen zwischen 0,7m und 2,0m. vm,krit kann für geringere oder höhere Wassertiefen mit diesem Faktor angepasst werden:

vm,krit = (hvorh / 1,4)1/6 Formel 2.5

hvorh [m] : tatsächliche Wassertiefe

Die kritische Schubspannung stellt sich durch die kritische Geschwindigkeit zum Zeitpunkt des Transportbeginns ein. Da die Strömung in einem Fließgewässer turbulent ist und der Gerinnequerschnitt unregelmäßig, verteilen sich auch die Schubspannungen sehr ungleichmäßig. Des Weiteren muss auch zwischen der Schubspannung an den seitlichen Berandungen (Böschungsschubspannung) und der Sohlschubspannung unterschieden werden. Daher wird von einem vereinfachten Schema ausgegangen, um die Schubspannungsverteilung greifbar zu machen.


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Der Ansatz zur Ermittlung der Sohlschubspannung ergibt sich aus den klassischen Gleichgewichtsbedingungen. Die Gewichtskraft des Wasserkörpers G in Fließrichtung ergibt sich aus:

G = l ⋅ A ⋅ ρw ⋅ g ⋅ sinα Formel 2.6

G [N] : Gewichtskraft des Wasserkörpers l [m] : Länge des Wasserkörpers A [m²] : Querschnittsfläche ρw [kN/m³]: Dichte des Wassers g [m/s²] : Fallbeschleunigung h [m] : Wassertiefe α [°] : Neigung der Sohle

Aus der Gleichgewichtsbedingung F = τ · l · lu ergibt sich:

τkrit(Sohle) = ρw ⋅ g ⋅ rhy ⋅ ls Formel 2.7

rhy [m] : hydraulischer Radius (rhy = A/lu) lu [m] : benetzter Umfang

4h h

0,97ρghls

0,75ρghls

1,51

Abbildung 2.3: Verteilung der Schubspannung in einem trapezförmigen Gerinnequerschnitt (Bild 8.6 Naturnaher Wasserbau).


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Die Uferschubspannung unterscheidet sich von der Schubspannung im Sohlbereich, da sich die Geschwindigkeit dort anders verteilt. Die Uferschubspannung τkrit wird mit folgender Formel berechnet:

)Sohle(krit2

2

)Ufer(krit 'sinsin1 τ⋅

ϕβ

−=τ Formel 2.8

β [°] : Neigungswinkel der Uferböschung φ` [°] : innerer Reibungswinkel des Materials der Uferoberfläche

Sohlenmaterial τkrit in N/m² Sohlenschutzschicht τkrit in

N/m² festgelagerter Sand bzw. feiner Kies 8 - 10 Rasen, kurzfristig belastet 20 – 30

kolloidaler Lehm und Ton 10 – 12,5 Rasen, längerfristig belastet 15 - 18 Kies, d = 5 – 10 mm 12,5 Spreutlage 30 – 40 Kies, d ≈ 15 mm 15 – 20 Rauwehr 40 Geröll, d ≈ 50 mm 30 – 40 Pflaster, je nach Dicke 70 – 200

Geröll, d = 50 bis 100 mm 40 – 60 Packwerk, Oberfläche gepflastert 170

grobe Blöcke 240 Schüttsteine je nach Größe 100 - 170 Tabelle 2.1: Erfahrungswerte der kritischen Sohlschubspannung τkrit

(Schneider BT 13.39)


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2.1.3 Geschiebetransportformel von MEYER-PETER & MÜLLER

Zur Berechnung von Geschiebe in Fließgewässern gibt es zahlreiche Ansätze und Modelle. Da sich diese im Ergebnis teilweise massiv unterscheiden, gibt es keinen allgemein gültigen Ansatz, mit dem man den Geschiebetransport beschreiben kann. Für diese Diplomarbeit ist die Formel nach MEYER-PETER & MÜLLER nicht gewählt, da sie nicht für die vorhandenen Korngrößen (d < 1mm) ausgelegt ist.

Wie bereits erläutert, setzt sich das Sohlenmaterial in Bewegung, wenn die Schubspannung bei einer bestimmten Fließgeschwindigkeit größer wird als der Widerstand des Materials. Die Formel nach MEYER-PETER & MÜLLER vergleicht die aktuelle Schubspannung mit der kritischen Schubspannung.

( ) 23

cr

chWFsrW

WWF

FG

dg047,0RIg1g8m

τ

⋅⋅ρ−ρ⋅−

τ⋅⋅⋅ρ

⋅ρ

⋅ρ−ρ

ρ⋅= Formel 2.9

Ik

kIr

Strr ⋅

= Formel 2.10

690

r d26k = Formel 2.11

QQhR s

s ⋅= Formel 2.12

mG [kg/(m·s)] : Geschiebetrieb Ir [-] : Reibungsgefälle dch [m] : charakteristischer Korndurchmesser kStr [m1/3/s] : Beiwert nach MANNING-STRICKLER kr [m1/3/s] : Koeffizient der Kornrauheit d90 [m] : Korndurchmesser beim 90% - Durchgang Rs [m] : hydraulischer Radius für den transportwirksamen Abflussanteil Qs [m³/s] : transportwirksamer Abflussanteil Q [m³/s] : Abfluß ρW [kg/m³] : Dichte Wasser ρF [kg/m³] : Dichte Feststoff Über den transportwirksamen Abflussanteil Qs wird die an den Transportvorgängen beteiligte Querschnittsfläche berücksichtigt. Zur Festlegung dieses Anteils wird die Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt benötigt. Näherungsweise kann Rs ≈ h · (b / lu) angenommen werden. Bei breiten Gerinnen (b > 30 · h) kann anstelle von Rs die Wassertiefe h eingesetzt werden.


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2.1.4 Bemessung von Geschiebemengen nach ENGELUND-HANSEN

Aufgrund der Vielzahl von natürlichen Prozessen, die in einem Fließgewässer und damit auch auf den Geschiebetrieb wirken, lässt sich die Wirklichkeit nur als grobe Näherung erfassen. Mit der Formel nach ENGELUND-HANSEN wird das Transportvermögen φ bestimmt. Dieses ist aber in den meisten Fällen nicht ausgelastet. Die Formel betrachtet die Korn-Froude-Zahl Fr0

*. Dieser Wert stellt nach ZANKE [Wasser und Boden 1/1990] einen Referenzwert dar, für den das Bewegungsrisiko R etwa 10% beträgt. Für den Sand, der den Hauptteil des Geschiebes ausmacht, wird die Korngröße d50 = 0,2mm angenommen. Die absolute Rauheit bezieht sich auf die Höhe der Riffel, die sich im Geschiebe ausbilden. Sie wird als hRiffel = 15mm angenommen.

Die Formel gilt für den Korngrößenbereich:

0,1mm < d50 < 1,0mm Formel 2.13 Für den Feststofftrieb gilt:

5,2*0Fr4,0 ⋅=φ⋅λ Formel 2.14

φ [-] : Transportintensität λ [-] : Widerstandsbeiwert Fr0

* [-] : Korn-Froude-Zahl

( ) dgFr

F

00 ⋅⋅ρ−ρ

τ=∗ Formel 2.15

E0 Ihg ⋅⋅⋅ρ=τ Formel 2.16

⋅⋅=

λ kr84,14

log21 hy Formel 2.17

k [mm] : absolute Rauheit (hier Riffelhöhe)

3

FF d'gm ⋅ρ⋅⋅ρ⋅φ= Formel 2.18


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2.2 Erosion

2.2.1 Längserosion

Der Begriff Längserosion fasst die oben beschriebenen Prozesse zusammen. Sie finden im Gerinne in Fließrichtung statt. Längserosion lässt sich vor allem im Bereich von Mäandern am Prallufer beobachten. Das dabei erodierte Material wird im weiteren Verlauf an den Gleitufern anderer Mäander abgelagert. Dies ist Teil der natürlichen Morphologie eines Fließgewässers. Die dabei entstehende geringe Menge an Sandfracht ist nicht schädlich für das Gewässer, da diese sich zeitlich verteilt und nur im Bereich von Gleitufern abgetragen wird.

Abbildung 2.4: Prall- und Gleitufer (Bild 3.5 Naturnaher Wasserbau)

Die Längserosion wird deutlich verstärkt durch die direkte Einleitung von Regenwasser aus Sielen, da bei Starkregen der Abfluss und damit die Schubspannung im Gerinne stark ansteigt. Die natürlichen Prozesse beschleunigen sich und damit auch die Sandfracht. An den Prallufern von Mäandern kommt es zu einer Unterspülung und als Fortsetzung davon zu Hangabrutschungen (siehe Abbildung 2.4). Dabei wird das Gerinne zerstört. Die entstandene erhöhte Sandfracht wird nicht mehr auf natürlichem Wege abgetragen, sie sedimentiert nun an Stellen mit geringer Fließgeschwindigkeit. Im Zuge vieler Maßnahmen zur Flurbereinigung wurden bei vielen Bächen und Gräben die Sohle vertieft, um das Gerinne und damit die Leistungsfähigkeit zu vergrößern. Tatsächlich haben diese Maßnahmen den gegenteiligen Effekt, da eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit auch eine Erhöhung der Erosion zur Folge hat. Natürliche Geestgewässer haben eine stabile kiesige Sohle, die Lebensraum für viele Arten des Makrozoobenthos (z.B. Mückenlarven) ist. Nach Entfernung dieser Sohle treten die unterliegenden sandigen Schichten der Geest zu Tage. Sie sind anfällig für die sogenannte Sohlerosion. An diesen Stellen gräbt sich das Gewässer meist tiefer in die Erde und vermindert die breite, so dass nun die erhöhte Fließgeschwindigkeit die Erosion weiter verstärkt.


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2.2.2 Seitenerosion

Als Seitenerosion bezeichnet man die Erosion, die aus dem säumenden Gelände in Richtung Gerinne stattfindet. In diesem Kapitel werden auch Prozesse betrachtet, die nicht direkt auf das Gewässer einwirken. Erodiertes Sediment kann z.B. durch die Kanalisation in Bäche und Flüsse getragen werden.

2.2.2.1 Diffuse Sedimentquellen

„Diffuse Quelle sind diejenigen Belastungen, die nicht einer bestimmten Schmutzquelle zugeordnet werden können. Beispielsweise Stoffeinträge aus landwirtschaftlicher Bodennutzung, aus alten Deponien durch Altlasten, bergbaubedingte Sickerwässer, geogene Stoffeinträge und atmosphärische Deposition.“ (LAWA 1997):

Ackerflächen können durch falsches Pflügen oder ungenügende Abgrenzung zum Fließgewässer eine starke Sedimentquelle darstellen. Mit Hilfe der „allgemeinen Bodenabtragsgleichung“ (ABAG) können anhand von Regenmengen, Bodenerodierbarkeit, Geländeoberflächen, Fruchtfolge und Erosionsschutzfaktoren Feststoffmengen abgeschätzt werden. Da aber die oben beschriebenen Geschiebetransportformeln das Maximum an Geschiebe ermitteln, wird von der Mengenermittlung mit der ABAG hier abgesehen. Die Oberfläche von Äckern wird im Frühjahr gepflügt, und bevor die Saat anwächst, ist der Boden ungeschützt. Bei Regen wird dann Sediment weggespült. Dies stellt kein Problem dar, wenn die Pflugrichtung quer zum Gefälle ist. Wenn die Pflugrichtung aber mit dem Gefälle verläuft, können sich bei starkem Regen kleine Rinnen bilden, die große Menge von Geschiebe abtransportieren. Wie stark ein Acker erosionsgefährdet ist, hängt auch von den Anbaufrüchten ab. Hier spielen Faktoren wie Wurzelstärke und Anbaudichte eine große Rolle. Nach AUERSWALD/SCHMIDT (1986) sind folgende Erosionsfaktoren definiert:

Anbaufrucht C-Faktor Mais 0,400 Kartoffeln 0,300 Zuckerrüben 0,300 Raps 0,100 Wintergerste 0,100 Feldfutter 0,004 Wein 0,100 Gemüse 0,400 Hülsenfrüchte 0,400 Tabelle 2.2:Erosionsfaktoren vom Einzelfrüchte


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2.2.2.2 Punktuelle Sedimentquellen

Als punktuelle Sedimentquellen bezeichnet man die Sedimentquellen, die sich einer bestimmten Feststoffquelle zuordnen lassen, beispielsweise Einleitungen aus Regensielen. An diesen Geschiebequellen können oft Maßnahmen vorgenommen werden, um den Eintrag in das Gewässer zu verhindern oder zu minimieren. Die Sedimentquellen lassen sich nicht immer kategorisieren, da sie oft von Gewässer zu Gewässer verschieden sind und auf lokalen Begebenheiten beruhen.

Einleitungen aus Regensielen stellen starke Sedimentquellen dar. Regenwasser aus Siedlungs- oder Gewerbeflächen enthält eine große Sandfracht, da sich bei längeren Trockenperioden Staub, Reifenabrieb und Sand sammeln und bei Regen bis in das Gewässer getragen werden.

Der Eintrag an Feststoffen aus Siedlungsflächen vollzieht sich über die Regenentwässerung und ist damit aus Sicht des Gewässers als punktuelle Quelle zu betrachten. Da aber das Sielnetz nur eine Verbindung der Flächen mit dem Flusslauf darstellt, sind die Mechanismen, durch die die Feststofffracht entsteht, diffus. Werte für eine Abschätzung der Feststofffracht (hier AFS = abfiltrierbare Stoffe) ergeben sich aus dem Vortrag: „Stoff- und Sedimenteinträge aus kommunaler Herkunft“ [Sabine Kunst 2004]. Hier wird von einer mittleren AFS-Konzentration von 107-339 mg/l ausgegangen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit ist der Wert überschläglich mit 200 mg/l gewählt. Allerdings sind diese Werte nur als grobe Schätzungen anzusehen, da die Konzentration an Feststoffen im Regenwasser nach längerer Trockenzeit mit der Dauer des Regens abnimmt.

Die Einleitung aus offenen Gerinnen stellt oft eine starke Sedimentquelle dar. Offene Gerinne sind meist einmündende Fließgewässer. Wenn diese große Mengen von Geschiebe befördern, bilden sich gut sichtbare „Sandfahnen“ an der Einmündung. In Einzelfällen stellen offene Gerinne den Anschluss an Regensiele dar. Die hier entstehende Stofffracht kann z.B. durch einen vorgeschalteten Sandfang vermindert werden.


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2.3 Wirkungsweise von Sandfängen [LECHER-LÜHR&ZANKE 2001] “Ein Sandfang ist eine beckenartige Erweiterung im Gewässer. Diese stellen immer eine Störung des ökologischen Gewässerkontinuums dar, z.B. sind sie Wandersperren für Fische“. Die Wirkungsweise eines Sandfangs basiert auf der Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit auf unter 0,3 m/s, um eine Fällung der Feststofffracht zu ermöglichen. Dies wird durch eine Aufweitung des Fließquerschnittes erreicht. Die Berechnung erfolgt nach LANGE-LECHER 1993 und berücksichtigt die Sinkgeschwindigkeit nach dem STOCKESschen Gesetz.

2d74w ⋅= Formel 2.19 w [m/s] : Sinkgeschwindigkeit des Kleinstkorns d [cm] : Durchmesser des Kleinstkorns Die Formel 2.19 ist nicht einheitenrein und wird nur als grobes Schätzverfahren angesehen [LANGE-LECHER 1993]. Als Maximalgeschwindigkeit für vf wird im Allgemeinen 0,3 m/s angenommen. Für die Länge des durchströmten Absetzbeckens wird folgende Formel angesetzt:

wt3,0l ⋅

= Formel 2.20

l [cm] : Länge des Absetzbeckens t [cm] : Tiefe des Absetzbeckens

Kreisförmige oder rechteckige Grundrissformen sind ungünstig, da der Hauptstrom zur Seite an den Beckenrand abgelenkt wird [LANGE/LECHER 1993]. Aus diesem Grund sollte eine ovale Form mit einer Böschungsneigung von 1:2 gewählt werden.

Für die Gestaltung von Sandfängen bieten sich zwei Möglichkeiten an. Sie können im Haupt- oder im Nebenschluss hergestellt werden. Bei einer Gestaltung im Hauptschluss wird der Sandfang mittig durchströmt und stellt eine permanente Feststofffällung sicher (siehe Abbildung 2.5). Dies stellt aber eine Störung des Gewässerkontinuums dar, da sich in einem Becken andere Biozönosen (Lebensgemeinschaften von Pflanzen und Tieren) einstellen als im Fließgewässer [LANGE/LECHER 1993]. Um dies zu umgehen, können Fischtreppen oder andere Verbindungen der natürlichen Gerinne (ober- und unterhalb des Sandfangs) mit in die Planung einbezogen werden. Weiter stellt ein effektiver Sandfang eine deutliche Verbesserung der biologischen Qualität eines Fließgewässers dar und schafft durch eine Entsandung der Sohle neue Lebensräume für Makrozoobenthos (wirbellose Kleinstlebewesen z.B. Insektenlarven).


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Überlaufschwelle

Wasserstand Normalabfluß

Wasserstand Starkregen

Um das Gewässerkontinuum nicht zu unterbrechen ist es möglich Sandfänge im Nebenschluss zu planen. Bei diesen Sandfängen wird der Gewässerquerschnitt nicht verändert, sondern eine seitlich Überlaufschwelle eingebracht, die bei erhöhtem Abfluss überströmt wird und nur in diesem Fall als Sandfang fungiert (siehe Abbildung 2.6). Diese Bauweise eignet sich besonders bei natürlichen Gewässern deren Sandfracht vor allem durch Starkregen entsteht. Da der Sandfang nur bei erhöhtem Abfluss wirkt wird das natürliche Gerinne nicht beeinträchtigt.

Abbildung 2.5: Aufbau eines Sandfangs im Hauptschluss

Abbildung 2.6: Prinzip eine Sandfangs im Nebenschluss


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2.4 Auswirkung von Sedimentation

2.4.1 Auswirkungen auf die Gewässerfauna

„Für den überwiegenden Teil der im Wasser anzutreffenden Organismen sind die Bettsedimente, vor allem das Lückensystem, unter der Fließgewässersohle und im angrenzenden Uferbereich (Interstitial) die wichtigsten Lebensräume.“ [PATT,JÜRGING & KRAUS 2004]. Für viele Fliegenlarven (z.B. Köcher-, Stein- und Eintagsfliegen) oder frisch geschlüpfte Bachforellen sind die Hohlräume eines kiesigen Sohlsubstrats Rückzugsraum und Schutz vor Hochwasserwellen, Austrocknung oder Frost.

Abbildung 2.7: Darstellung des Lebensraums Fließgewässersohle (Bild 4.5 Naturnaher Wasserbau)


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Die durch Veränderungen an Bächen und Flüssen erhöhte Sandfracht setzt sich an vielen Stellen im Lückensystem der Sohle ab. Damit wird der Lebensraum der oben genannten Arten (Makrozoobenthos) zerstört. Diese sind nicht in der Lage, in dicht gelagertem Sediment zu überleben. Eine weitere Lebensform, die durch eine erhöhte Sandfracht beeinträchtigt wird, ist die Bach- oder Flussperlmuschel. Laut dem Niedersächsischen Landesamt für Ökologie ist der Bestand von 1938 bis 1980 um ca. 95% gesunken (Quelle: Zur Problematik von Feinsedimenten für die Gewässerfauna am Beispiel der Flussperlmuschel – Vortrag NNA-Tagung 2004). Untersuchungen haben gezeigt, dass die Reproduktionsrate von Flussperlmuscheln im Wesentlichen durch Feinsediment dezimiert wird. Das bedeutet, dass die Sandfracht als Suspension im Gewässer mitgetragen und durch Fische oder Muscheln aufgenommen wird.

Laut LAWA (Länderarbeitsgemeinschaft Wasser) gibt es für die Flüsse des norddeutschen Tieflandes das Leitbild der „Sandgeprägten Tieflandbäche und –Flüsse“. Dieses Leitbild setzt eine sandgeprägte Sohlstruktur als natürlichen Zustand voraus. Für diesen Fall wäre zu prüfen, ob ein sandgeprägtes Gewässer wirklich natürlichen Ursprungs ist oder ob nicht die menschlichen Einwirkungen in den letzten Jahrhunderten zu diesem Erscheinungsbild geführt haben (siehe Artikel im Wassernetz: Gibt es im norddeutschen Tiefland überhaupt sandgeprägte Fließgewässer?)

Als Mittel, um der Versandung von Bächen und Flüssen entgegen zu wirken, werden in vielen Fällen Sandfänge installiert. Diese sind künstliche Aufweitungen des Gewässerquerschnitts und verhindern durch gebremste Fließgeschwindigkeit eine Durchwanderung von Fischen und anderen Tieren. Dies hat zur Folge, dass ganze Gewässerabschnitte von der Besiedelung durch die natürliche Flussfauna abgeschnitten sind. Lösung für dieses Problem stellen Wanderhilfen für Fischen oder im Nebenschluss gebaute Sandfänge dar.

2.4.2 Auswirkungen auf die Gewässerflora Es gibt keine erkennbaren Auswirkungen von Versandung auf die Vegetation der Gewässer. Die natürliche Vegetation leidet eher unter den gleichen Ursachen. Im Rahmen der Flussbegradigung wurde meist auch die Vegetation entfernt und durch Rasen ersetzt. Das hat verheerende Folgen für die Uferflora, da durch die Verringerung der Fließgeschwindigkeit eine Überwucherung des Fluss- oder Bachbettes einsetzt. Um der Überwucherung entgegen zu wirken, muss eine teure Unterhaltung in Form von Vegetationsbeschneidung vorgenommen werden.

Kapitel 3 Gewässer- und Einzugsgebietscharakteristik des Börnsengrabens Christian Kielhorn

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3 Gewässer- und Einzugsgebietscharakteristik des Börnsengrabens

3.1 Lage und Flächennutzung

Der Börnsengraben ist ein Gewässer 2. Ordnung. Sein Einzugsgebiet (siehe Abbildung 3.3) liegt östlich der Hamburger Stadtgrenzen innerhalb der Gemeinde Börnsen (Kreis Herzogtum Lauenburg in Schleswig-Holstein). Das Einzugsgebiet gehört zum übergeordneten Einzugsgebiet der Brookwetterung und ist unterteilt nach den verschiedenen Nutzungen: Ackerflächen, Siedlungsflächen, Wald und Weideflächen. Diese Flächen verteilen sich auf Geestrandmoor, Vorgeest und die Geest (siehe Tabelle 3.1).

Fläche Nutzung [ha]

Äcker 30,0 Siedlungen 57,0

Wald 26,0 Grünland 19,0 gesamt 132,0

Abbildung 3.2: Herzogtum Lauenburg

Abbildung 3.1: Straßenkarte

Tabelle 3.1: Flächengrößen der Nutzungen im Einzugsgebiet


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Foto 3.1: Ackerflächen im nördlichen Einzugsgebiet

Abbildung 3.3: Das Einzugsgebiet des Börnsengrabens


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Die Ackerflächen im Einzugsgebiet befinden sich auf der Hochgeest und liegen auf ebenen Flächen. An den Rändern befinden sich Entwässerungsgräben, die direkt oder indirekt in die Regenentwässerung führen [Fotodok.: Foto 3.1] und folglich mit dem Börnsengraben in Verbindung stehen. Die Ackerfläche oberhalb des Kirchwegs entwässern in einen Graben, der Regenwasser über den Geesthang zur Börnsener Straße führt [Fotodok.: Foto 3.2][Fotodok.: Foto 3.3]. Die Äcker im Einzugsgebiet werden intensiv bewirtschaftet und ausschließlich mit Mais bepflanzt.

Abbildung 3.4: Ackerflächen des Einzugsgebiet


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Das Siedlungsgebiet erstreckt sich von der Hochgeest bis zum Rand der Vorgeest. Es besteht aus befestigten Straßen und teilweise befestigten Gehwegen. Das Straßennetz ist vollständig an die Regenentwässerung angeschlossen. Die unbefestigten Teile des Straßennetzes sind stark verdichtet, so dass sie nur wenig Versickerung zulassen (siehe Foto 3.2). Die Bebauung besteht zum größten Teil aus Einzelbebauung und wenigen Reihenhäusern. Auf vielen Grundstücken stehen ehemalige Bauernhöfe. Die meisten werden nicht mehr bewirtschaftet, weshalb in den letzten Jahren viele der ehemaligen Hofflächen versiegelt wurden. Die Grundstücke mit Einzelbebauungen haben ein durchschnittliches Maß an Versiegelung. Aufgrund der ländlichen Lage und der dörflichen Struktur gibt es in Börnsen nur wenige öffentliche Grünflächen. Die Grundstücke, die westlich an den Oberlauf des Börnsengraben heranreichen, sind zwar bebaut, haben aber nur am westlichen Rand Siedlungscharakter. Die östliche Seite wird zu der bewaldeten Fläche des Einzugsgebiet gezählt.

Foto 3.2: Östliches Siedlungsgebiet

Abbildung 3.5: Siedlungsflächen des Einzugsgebiet


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Die Entwässerung von Börnsen ist durch ein Trennsystem organisiert. Die Schmutzwasserkanalisation korrespondiert nicht mit der Regenentwässerung und ist für die weitere Betrachtung irrelevant. Die Regenentwässerung der Siedlungsflächen im Einzugsgebiet endet im Börnsengraben. An das Regensiel angeschlossen sind die Entwässerung der Straßen, der Wohngrundstücke und der Ackerflächen.

Die ursprüngliche Quelle des Börnsengraben befindet sich im nördlichen Teil von Börnsen auf Höhe des Rathauses (Börnsener Straße 21). Sie lag ursprünglich in einem hinter dem Rathaus gelegenen Teich, der nun als Sammelbecken für ein Regensiel genutzt wird [Fotodok.: Foto 3.4]. Die Quelle dient der Trinkwassergewinnung , wobei die Verantwortung hierfür bei den Wasserwerken Börnsen liegt [Fotodok.: Foto 3.5]. Die Börnsener Wasserwerke werden von der Consulaqua Hamburg GmbH (eine Tochter der HWW) geleitet.

Bis in die 1960er Jahre führten in Börnsen viele Wege über die Grundstücke der Bauernhöfe. Um diese Verkehrssituation zu verbessern wurden erhebliche Baumaßnahmen durchgeführt. So wurde das Tal, das sich ursprünglich bis zum Rathaus erstreckte, zugeschüttet und in einem weiteren Schritt der „Neue Weg“ angelegt. Außerdem wurde der Börnsengraben in diesem Teil kanalisiert. An dieser Stelle kann man den ursprünglichen Verlauf des Börnsengraben anhand der Grundstücksgrenzen nachvollziehen.

Die Hauptverkehrsstraße des Siedlungsgebietes ist die „Börnsener Straße“. Sie verbindet die Lauenburger Landstraße (B5) und die Schwarzenbeker Landstraße (B207). Unter ihr verläuft ein Regensiel bis zu einem Einlauf auf Höhe des Kirchwegs. Das Regenwasser, das am westlichen Rand aufgefangen wird, fließt ohne Befestigung über den Geesthang in den Börnsengraben.


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Das Waldgebiet wird nach Norden von der Straße „Neuer Weg“ begrenzt und erstreckt sich südlich bis kurz vor die „Lauenburger Landstraße“. Rechts und links des Fließquerschnittes säumt der Wald den Börnsengraben. Das Waldgebiet ist buchendominiert und besitzt teilweise sehr weichen und feuchten Boden. Das gesamte Waldgebiet liegt auf Privatgrundstücken, wobei im nördlichen Teil einige dieser Grundstücke umzäunt und nicht zugänglich sind. An den Grundstücksgrenzen ist der ursprüngliche Verlauf des Börnsengraben zu beobachten. In diesem Gebiet befinden sich auch viele Bauwerke, so unter anderem zwei Stauanlagen und im unteren Teil zwei Sandfänge (siehe Kapitel 3.4.1.). Am nördlichen Rand des Waldgebietes liegt ein Teich, der zur Entwässerung eines moorigen Teils des Grundstücks dient [Fotodok.: Foto 3.6]. Er wurde von Herr Franzke (Besitzer des Grundstücks) künstlich angelegt. In diesem Bereich liegen auch einige ältere Brunnen, die zur Trinkwassergewinnung genutzt wurden [Fotodok.: Foto 3.7]. Südlich des Entwässerungsteiches liegen einige natürlichen Quellen, die sich direkt neben dem Gerinne befinden und den Börnsengraben speisen [Fotodok.: Foto 3.8]. Diese sind als 15A-Biotope eingetragen und dürfen nicht durch Eingriffe verändert oder belastet werden. Um das dortige Geländegefälle abzumindern wurden in das Gerinne des Börnsengraben zwei Stauschwellen eingebaut. Im Anschluss schließt ein Regenrückhaltebecken an den Börnsengraben an. Die Zuleitung vom Regenrückhaltebecken besteht aus einem mit Steinen befestigten Fließ. Im südlichen Teil des Waldgebietes wird die Regenentwässerung, von der Börnsener Straße kommend, durch offene Gerinne in den Börnsengraben geleitet. In diesem Bereich liegt ein Sandfang, der in Kapitel 3.4.1. genauer beschrieben wird. Im unteren Teil fließt der Börnsengraben durch drei Privatgrundstücke, deren Eigentümer den Börnsengraben in ihre Gärten integriert haben.

Abbildung 3.6: Waldgebiete des Einzugsgebiet

Foto 3.3: Waldgebiet im Oberlauf


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Die Grünflächen im Einzugsgebiet liegen zum größten Teil in der Vorgeest und im Geestrandmoor. Zwischen dem Gebiet am Siedlungsrand von Börnsen und den Flächen vor der Mündung liegt die A25. Dort ist der Börnsengraben stark begradigt und streckenweise wurde die Sohle eingetieft [Fotodok.: Foto 3.9].

Der Boden der Grünflächen ist sehr moorig und wird von parallel laufenden Gräben entwässert, die in die Brookwetterung fließen. Die Flächen stehen in Privatbesitz und werden als Weideflächen genutzt.

Foto 3.4: Weideland im Geestrandmoor

Abbildung 3.7: Die Grünflächen des Ein- zugsgebiets


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3.2 Morphologische und geologische Verhältnisse Das Einzugsgebiet des Börnsengrabens und die umliegenden Gebiete erhielten ihr heutiges Erscheinungsbild durch eiszeitliche Prägung. Die Hohe Geest (Altmoräne) wurde von der Saale-Eiszeit (vor 200.000 bis 125.000 Jahren) aufgeschüttet. Die nachfolgende Weichsel-Eiszeit (vor 80.000 bis 15.000 Jahren) blieb von Norden kommend mit ihren Gletschern ca. 30 km vor dem Elbe-Urstromtal stehen. Die Schmelzwasser spülten diverse Seitentäler zur Elbe in die Hohe Geest. Dazu gehört auch das Tal des Börnsengrabens.

Die geologischen Verhältnisse werden anhand der aus der Geologischen Karte von Hamburg 1:25.000, Blatt 2527, Bergedorf gewonnenen Informationen beschrieben. Ergänzend wurden Bohrprofile aus dem Archiv des Geologischen Landesamtes Hamburg (Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt) ausgewertet.

Der höher gelegene Bereich der Geest ist charakterisiert durch einen kleinräumigen Wechsel von saalekaltzeitlichen Geschiebelehmen sowie Schmelzwassersanden und –kiesen. Die Geest wird durch eine steile Erosionskerbe zerschnitten. Aufgrund der extremen Gefälleverhältnisse handelt es sich hier um einen Bereich mit einer hohen Reliefenergie, die verantwortlich ist für die starke Erosion im Oberlauf des Börnsengraben. Am Ausgang des Tals besteht ein Schwemmfächer. Dieser wird der naturräumlichen Einheit Vorgeest zugeordnet.

Unmittelbar an die besiedelte Vorgeest schließt sich ein ca. 400m breites Geestrandmoor an. Die Niedermoortorfe des Geestrandmoores erreichen Mächtigkeiten von bis zu 8,0m und sind als grundwassernaher, hydromorpher Bodentyp zu charakterisieren. Das Geestrandmoor wird aufgrund der Grünlandbewirtschaftung von einem vergleichsweise dichten Gewässernetz durchzogen.


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3.3 Fließgewässercharakteristik im Einzugsgebiet Das „Landesamt für Natur und Umwelt des Landes Schleswig-Holstein“ (LANU) gibt den Katalog „Leitbilder für die Fließgewässer in Schleswig-Holstein“ heraus. In diesem Katalog sind Leitbilder aufgeführt, die „auf der Untersuchung von möglichst wenig gestörten Gewässern eines bestimmten Gebietes beruhen“ [LANU 2001]. Auf Grundlage dieser Referenzgewässer können bei Renaturierungsmaßnahmen oder der Schaffung von Ausgleichsflächen Entwicklungsziele aufgestellt werden. Allerdings stellen diese Leitbilder keinen genau definierten Gewässerzustand dar, sondern eine Spannweite, in der sich die natürliche Variabilität der biotischen und abiotischen Parameter bewegt.

Das hydrologische System im Einzugsgebiet des Börnsengrabens setzt sich aus Gewässerabschnitten zusammen, die aufgrund ihrer naturräumlichen Lage sehr unterschiedliche Charakteristika aufweisen.

Der Ober- und Mittellauf des Börnsengrabens ist nach dem Fließgewässerkatalog Schleswig-Holstein als „kiesgeprägte, gefällereiche Fließgewässer der Moränenbildungen“ einzuordnen. Neben der dominierenden Kiesfraktion und den Sandbeimengungen finden sich aus dem anstehenden Moränen- und Hangmaterial ausgewaschene Steine. Der Gewässerverlauf ist gestreckt bis gekrümmt, Gleit- und Prallhänge sind nur schwach ausgebildet. Die in Folge des hohen Gefälles entstehenden Fließgeschwindigkeiten führen zu umfangreichen Feststofftransporten.

Wird die Vorgeest durchquert, führt das oben genannte Gewässer in das Geestrandmoor. Hier verändert sich die Gewässercharakteristik grundlegend. Das Gewässer ist nun den „teilmineralisch geprägten Fließgewässern der Niederungen und Moorgebiete“ zuzuordnen. Sie verlaufen mit sehr geringem Gefälle durch das Elburstromtal. Die Sohlensubstrate bestehen i.d.R. aus feinkörnigem mineralischen, sowie großen Anteilen organischem Material. Die von der Geest mitgeführten Sandfrachten lagern sich aufgrund der geringen Fließgeschwindigkeiten in diesen Gewässerabschnitten ab. Laut Leitbild sollte sich hier ein Netzwerk aus Nebengerinnen ausbilden. Auch eine Vegetation, beispielsweise Uferröhricht, ist typisch. Da aber der Börnsengraben hier durch Weideland fließt und das Gerinne stark begradigt ist, finden sich diese Charakteristika hier nicht.


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3.4 Hydrologisch- wasserwirtschaftliche Bestandsbeschreibung im Einzugsgebiet

3.4.1 Bauwerke

Die Bauwerke im Börnsengraben liegen zum größten Teil im Oberlauf. Aufgrund der industriellen Nutzung z.B. durch die ehemalige Brauerei (auf dem Gebiet der heutigen Firma HENSEL) wurden schon früh Eingriffe in die natürliche Morphologie vorgenommen. Die Veränderungen haben verschiedene Gründe und wurden zu unterschiedlichen Zeiten geschaffen. Im Oberlauf existieren eine Reihe von provisorischen Bauwerken, die zum Teil großen Einfluss auf die Entwicklung des Börnsengraben haben. Diese Bauwerke sind zwischen den 1950er und 1970er Jahren in Eigenleistung der Gemeinde Börnsen entstanden. Die Recherche bei der Gemeindeverwaltung bezüglich dieser Bauwerke war ergebnislos. Daher können heute keine Aussagen mehr über die Planungsgrundlagen gemacht werden.

Abbildung 3.8: Übersicht Bauwerke


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Foto 3.6: Regenrückhaltebecken

Foto 3.5: Stauanlage

Die Durchlässe am Börnsengraben haben unterschiedliche Aufgaben.Die Durchlässe D2, D3 und D5 sind Straßenunterführungen und haben keine weitere Funktion. Der Durchlass D1 stellt den Auslauf aus dem Sandfang dar und führt durch einen Damm [Fotodok.: Foto 3.10]. Dieser Durchlass wurde im Rahmen der Baumaßnahmen für den Sandfang hergestellt und ist mit DN 200 so dimensioniert, dass es bei großen Regenereignissen vor dem Damm zu einem Rückstau kommt. Der Durchlass D4 kanalisiert den Börnsengraben fast im gesamten Siedlungsbereich Börnsen Bahnhof. An ihn sind sowohl die Straßen als auch die Regenentwässerung der unterführten Grundstücke angeschlossen. Alle Durchlässe sind so dimensioniert, dass sie auch bei Starkregen keinen Rückstau verursachen.

Bauwerk Station hSohle/vorne hSohle/hinten Länge I DN Qmax D 1 1+641 18,47 18,00 6,00 7,83% 180 70,72 D 2 1+584 16,35 16,29 1,75 3,43% 110 12,52 D 3 1+512 14,96 14,07 7,00 2,50% 600 970,93 D 4 1+382 ? ? 330,00 2,00% 800 1853,19 D 5 0+663 2,19 2,18 52,00 0,02% 800 178,75

Tabelle 3.2: Leistungsfähigkeit der Durchlässe

Die Stauanlagen (S1 und S2) sind in Eigenleistung der Gemeinde entstanden. Durch sie verringert sich das Sohlgefälle im Oberlauf etwas. Vor ihnen staut sich das Wasser und Sediment lagert sich ab (siehe Foto 3.5). Die Sohlabstürze sind ca. 50cm hoch.

Entwässert wird das Regenrückhaltebecken in den Börnsengraben durch einen Ablauf DN100. Dieser leitet das Wasser durch einen mit Flies verstärkten Damm. Bei starken Regenereignissen strömt, bedingt durch die geringe Leistungsfähigkeit des Beckens, das Wasser über die Böschung. Dadurch sind bereits deutlichen Erosionsspuren am Hang entstanden. Der Zulauf zum Börnsengraben ist mit Filz und Steinen angelegt [Fotodok.: Foto 3.11]. Dieser wurden durch Starkregen zerstört. Es ist vorgesehen, den Zulauf durch in Beton gelegte Steine und Felsen neu anzulegen.

Das Regenrückhaltebecken liegt auf demPrivatgrundstück „Am Mühlenteich 8“ (Besitzer H. Thormehlen). Es wurde vom Ingenieurbüro Weise aus Lübeck geplant und stellt denEndpunkt der Regenentwässerung desnördlichen Siedlungsgebietes dar. Direkt vordem Einlauf in das Becken ist ein Tosbecken vorgeschaltet. Durch dasRegenrückhaltebecken ist eine Holzwandgezogen, damit das Wasser keinengeradlinigen Abfluss entwickeln kann. Damit ist


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Der Sandfang ist nach Aussagen der Börnsener Verwaltung spätestens in den 1970er Jahren als Eigenleistung der Gemeinde Börnsen entstanden. Er entspricht nicht dem Stand der Technik. Im Zuge der Errichtung wurde auch ein Damm angelegt. Damit wird bei Starkregen der Börnsengraben aufgestaut. Für den Fall einer Aufstauung gibt es ca.1,0m über der GOK einen Auslauf, der neben dem eigentlichen Auslauf aus dem Damm fließt [Fotodok.: Foto 3.12]. Am Einlauf in den Sandfang ist mit Hölzern ein Rechen eingebracht, der sich mit Treibsel zugesetzt hat. Das hat zur Folge, dass sich ein Rückstau bildet, in dem sich Sandfracht absetzt [Fotodok.: Foto 3.13]. Neben dem Rechen fließt das Wasser hinter der Schalung in den Sandfang und spült dadurch zusätzlich Sediment in das Becken [Fotodok.: Foto 3.14]. Die Befestigung ist ursprünglich mit Palisadenhölzern ausgeführt worden. Diese wurde an vielen Stellen vom Erddruck und den Wassermassen verschoben oder zerstört.

Der niedrige Wirkungsgrad des Sandfangs ist an der starken Sedimentation im weiteren Verlauf zu erkennen [Fotodok.: Foto 3.15]. Nach Angaben der Gemeinde wird der Sandfang ungefähr alle 3 Monate ausgebaggert. Das Sandmaterial wird neben dem Becken gelagert und alle 2-3 Jahre abgefahren (Siehe Abbildung 3.8).

Foto 3.7: Der Sandfang

Abbildung 3.9: Skizze Sandfang

Sohle ca. 1,0m unter GOK

- 3,00 -

- 6,00 -

- 1,60 -

- 1,70 -

- 1,90 -

S oh le c a . 1 ,0 m u nt er GOK

Damm

- 3,8

0 -

DN200 GOK

Aushubmaterial

Bör

nsen

er

Stra

ße


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Im Normalabfluss füllt sich das Becken des Sandfanges nicht. Es bildet sich ein Gerinne, das direkt zum Abfluss fließt [Fotodok.: Foto 3.16].

Bei großen Regenereignissen staut sich das Wasser im Sandfang und füllt das gesamte Becken. Je nach Stärke des Regens tritt der Wasserspiegel bisweilen über den Sandfang. Da dieser ca. 3,0m unterhalb der Börnsener Straße liegt und nach Süden mit einem Damm begrenzt ist, treten dadurch keine Probleme auf. Neben dem Sandfang wird Sand gelagert, der aus dem Becken des Sedimentfangs stammt. Bei Überschwemmung des Areals wird dieser zurück in den Sandfang gespült.

Eine genauere Beschreibung der verschiedenen Lastfälle und der Funktion des Sandfanges wird im Kapitel 5 vorgenommen.

Foto 3.8: Die Aufweitung vor dem Durchlass 4

Die Aufweitung vor dem Durchlass D4 wurde nach Aussage des Planungsbüros Weise hergestellt, um die Fließgeschwindigkeit zu verlangsamen. Damit soll ein Absetzen von Sedimenten erreicht werden. Dieser Bereich wird ebenfalls 2-3 mal im Jahr ausgebaggert, das Aushubmaterial direkt daneben gelagert. Dieser Sandfang entspricht aufgrund seiner provisorischen Ausführung nicht dem Stand der Technik.


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3.4.2 Einleitungen

Die Regenentwässerung von Börnsen wird ausschließlich in den Börnsengraben geleitet. Sie unterteilt sich in die Entwässerung der Grundstücke und in die Entwässerung der Straßen. Einige Einleitungen werden direkt durch Siele in den Börnsengraben geführt, andere enden auf dem Geesthang und fließen über den Waldboden in den Börnsengraben (siehe Abbildung 3.9). An vielen Stellen sind Trummen in unbefestigten Boden gesetzt worden [Fotodok.: Foto 3.17], welche meist den Endpunkt einer Ackerdrainage darstellen. Die Regenentwässerung in Börnsen ist im Laufe des letzten Jahrhunderts entstanden. In den letzten Jahren hat sich der Versiegelungsgrad in Börnsen stark erhöht.

Abbildung 3.10: Lage der Einleitungen


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Einleitung E8 fasst die Siedlungsgebiete nördlich und westlich des Börnsengraben zusammen. Aufgrund des steilen Gefälles ist auch die Fließgeschwindigkeit sehr hoch, dort ist zunächst kein Geschiebe festzustellen. Da aber die Siedlungsflächen teilweise aus unbefestigten Straßen bestehen und dort auch landwirtschaftliche Fahrzeuge fahren, ist anzunehmen, dass bei starkem Regen große Mengen von Sand eingespült werden. Im nördlichen Teil des Einzugsgebietes sind die Entwässerungsgräben direkt an die Regenentwässerung angeschlossen. Hinter dem Rathaus Börnsen gibt es ein direkt an die Kanalisation angeschlossenes Regenrückhaltebecken. Die Einleitung E8 stellt den eigentlichen Beginn des Börnsengraben dar, ab hier entspricht der Verlauf des Fließquerschnitts dem ursprünglichen Gerinne. Der Querschnitt oberhalb von E8 ist künstlich angelegt. Der Verlauf der Einleitung kann anhand der Kanalschächte verfolgt werden, die in einigen Abständen neben dem Gerinne zu sehen sind [Fotodok.: Foto 3.18]. Das letzte Teilstück dieser Entwässerungsleitung ist mit dem Durchmesser DN 300 nicht leistungsfähig genug, um bei großen Regenereignissen (MHQ oder HQ5) große Massen an Wasser abzuführen. In diesem Fall kommt es zum Rückstau und infolgedessen zu Überschwemmungen im Bereich „Neuer Weg“.

Einleitung 9 stellt die Verbindung zwischen dem Regenrückhaltebecken auf dem Grundstück „Am Mühlenteich 8“ und dem Börnsengraben dar. Sie ist als offenes befestigtes Gerinne mit Steinen auf einem Filz gestaltet. Aufgrund der fehlenden Verankerung der Steine ist das Gerinne durch Starkregen weitgehend zerstört und stellt eine starke Sedimentquelle dar [Fotodok.: Foto 3.19]. Eine neue Planung sieht vor, den Zulauf durch in Beton gelegte Steine und Felsen neu anzulegen.

Einleitung E11 fasst das östliche Siedlungsgebiet und die Börnsener Straße zusammen. Auch hier gibt es Trummen, die in unbefestigtem Boden liegen. Die Trummen auf der östlichen Straßenseite der Börnsener Straße führen in den Hauptsammler. Die Trummen auf der westlichen, zum Börnsengraben gewandten Seite leiten das Regenwasser direkt neben der Straße auf den Hang. Der Hauptsammler endet in einem unbefestigten, offenen Gerinne, das im Börnsengraben mündet.

Einleitung E13 ist der Endpunkt einer Kanalisation, die den Siedlungsbereich Kirchstraße entwässert. Aufgrund der Lage des Kirchwegs transportiert das Regenwasser eine besonders hohe Sedimentfracht. Der verrohrte Teil des Siels endet wie auch die Einleitung E11 in einem unbefestigten, offenen Gerinne.

Einleitung E14, E15 und E16 sind Regenentwässerungen der Siedlung am Börnsener Bahnhof und schließen unterirdisch an den Börnsengraben an.

Die Einleitung unmittelbar vor der Autobahn ist ein künstlicher Graben, der das Regenwasser aus den Grundstücken im Gartenweg in den Börnsengraben leitet. Des Weiteren schließt an dieser Stelle ein seitlicher Graben der Autobahn an den Börnsengraben an.

Kapitel 4 Sedimenteintrag und Transport Christian Kielhorn

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4 Sedimenteintrag und Transport im Börnsengraben Die Feststoffquellen im Einzugsgebiet des Börnsengraben liegen größtenteils nördlich der A25. Besonders die direkten Einleitungen aus der Regenentwässerung lassen sich als punktuelle Stoffquelle definieren. Die diffusen Einträge aus Flächenerosionen dagegen können aufgrund der komplexen Entwässerung der Ackerflächen und der Börnsener Straße nur schwer eingeschätzt werden.

4.1 Längserosion im Börnsengraben Laut des „Antrages auf Erlaubnis zur Einleitung von Oberflächenwasser“ der Gemeinde Börnsen summiert sich die Menge an eingeleitetem Regenwasser bei einem einjährliches Regenereignis (r15,n=1 und 100l/s pro km² Einzugsgebiet) in den Börnsengraben wie folgt:

Einleitungs-stellen

Größe des Einzuggeb.

Abfluß-summe

[Bezeichn.] [ha] [l/s] E8 16,73 158,8 E9 35,72 72,0 E11 6,77 216,1 E13 8,11 38,0 E14 1,36 30,9 E15 0,39 31,2 E16 5,63 234,2

Σ 74,71 781,2

Im Vergleich dazu hat der Börnsengraben bei einem mittleren Hochwasserabfluss einen Abfluss von 256,84 l/s (dieser Wert bezieht sich auf einen Abfluss von 200l/s⋅ha im Einzugsgebiet). Diese Zahlen stehen nicht in direkter Beziehung zueinander. Sie veranschaulichen aber, das sich der Abfluss bei Starkregen massiv erhöht. Der gesteigerte Abfluss bedingt eine wesentlich höhere Fließgeschwindigkeit, die wiederum die Erosion im Gerinne erhöht. Die dabei gesteigerte Abtragung von Sand aus den Prallufern führt zu Unterspülungen und kann Hangabrutschungen verursachen. Beim Börnsengraben kann dies besonders im Bereich des Oberlaufs beobachtet werden. Es ist zu sehen, dass die Erosion bis zu 50cm über dem Wasserspiegel des Normalabflusses stattfindet [Fotodok.: Foto 4.1]. Die dabei entstehende Sandfracht wird mitgetragen und setzt sich an Stellen mit größerem Querschnitt und damit geringerer Fließgeschwindigkeit ab.

Da im Oberlauf noch die ursprüngliche kiesige Sohle vorhanden ist, findet keine nennenswerte Sohlerosion statt.

Tabelle 4.1: Einleitungsmengen von Regenwasser in den Börnsengraben


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Im Unterlauf ereignet sich, aufgrund des organischen Bodens (Geestrandmoor), nur sehr wenig Erosion. In diesem Bereich setzt sich ausschließlich Material aus dem Gerinne nördlich von Börnsen Bahnhof ab. Hier ist bereits die Problematik zu beobachten, die sich auch in der Brookwetterung zeigt. Der Gerinnequerschnitt ist hier sehr groß (b/h = 2,0m / 1,0m) und das Gefälle nur sehr gering (1,5‰) [Fotodok.: Foto 4.2]. Dadurch kommt es zu einer Fällung der Sandfracht, wodurch sich die Problematik der Versandung deutlich zeigt: Verminderung der Leistungsfähigkeit, Überschwemmungen und ein ökologisch „totes“ Gewässer.

4.2 Seitenerosion im Börnsengraben

4.2.1 Diffuse Sedimentquellen

Als diffuse Sedimentquelle findet die Seitenerosion vor allem im Oberlauf des Börnsengraben statt. Bei Gewässern der Hochgeest ist dieser Effekt besonders gut zu beobachten, da der sandige Boden sehr anfällig für Erosion ist.

Im Falle des Börnsengrabens fließt der Oberlauf auf der Hochgeest durch ein Waldgebiet. Dieses schützt den Untergrund durch Baumkronen und Bodenbewuchs vor Regen und Erosion. Das Gelände ist hier sehr steil (Kerbtal). Durch die Entwässerung auf der östlichen Seite der Börnsener Straße, die direkt im Geesthang endet, wird die Seitenerosion erhöht [Fotodok.: Foto 4.3].

Der Unterlauf im Geestrandmoor dagegen weist, aufgrund des niedrigen Gefälles und des moorigen, organischen Geländes, nur eine sehr geringe Seitenerosion auf. Der hier stattfindende Eintrag an Sediment kann vernachlässigt werden.

Die Ackerflächen im nördlichen Teil des Einzugsgebietes entwässern in seitliche Gräben, die an die Regenentwässerung angeschlossen sind [Fotodok.: Foto 4.4]. Die Bepflanzung mit Mais stellt aufgrund der geringen Dichte der Bepflanzung einen nur verminderten Widerstand gegen Erosion dar. Es kann angenommen werden, dass an diesen Stellen große Mengen an Sediment in das Regensiel getragen werden. Die Ackerfläche oberhalb des Kirchwegs ist mit einem Graben umgeben, der nicht direkt in die Regenentwässerung fließt, sondern auf dem Geesthang oberhalb der Börnsener Straße endet [Fotodok.: Foto 4.5]. Dieser Acker ist ebenfalls mit Mais bepflanzt, und da der Weg des Wassers von dem Acker bis in das Sielnetz über unbefestigten Boden verläuft, findet auch hier ein Eintrag von Sedimenten statt.


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4.2.2 Punktuelle Sedimentquellen

Punktuelle Sedimentquellen im Börnsengraben sind ausschließlich Einleitungen aus der Regenentwässerung. Diese unterscheiden sich in zwei Gruppen:

- Einleitungen die direkt aus der Regenentwässerung in den Börnsengraben geleitet werden,

- Einleitungen die über ein unbefestigtes, offenes Gerinne in den Börnsengraben geleitet werden.

Abbildung 4.1: Einleitung in den Börnsengraben


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Die Siedlungsflächen im Einzugsgebiet entwässern in das Sielnetz und damit indirekt auch in den Börnsengraben. Basierend auf den erlaubten Einleitungsmengen kann hier eine Schätzung des Sedimenteintrages vorgenommen werden [Kunst 2004]. Als Schätzwert für die durchschnittlichen Feststoffkonzentrationen im Regenwasser aus Siedlungsgebieten wird 100 mg/l angenommen.

Einleitungs-stellen

Abfluss-summe

mittlere Konzentratio

n

Feststoff- fracht

[Bezeichn.] [l/s] [mg/l] [kg/s] E8 158,8 100 1,6 E9 72,0 100 0,7 E11 216,1 100 2,2 E13 38,0 100 0,4 E14 30,9 100 0,3 E15 31,2 100 0,3 E16 234,2 100 2,3 E20 144,9 100 1,4 E22 16,0 100 0,2

Σ 926,1 100 9,3

Die hier ermittelten Mengen für die Feststofffracht sind als Schätzung zu verstehen. Die Sedimentkonzentration im Regenwasser nimmt mit Dauer des Regenereignisses ab. Es kann aber von einem nicht unerheblichen Eintrag an Feststoffen in das Sielnetz ausgegangen werden. Der direkte Eintrag in das Gerinne des Börnsengraben wird im nachfolgenden Kapitel „Punktuelle Sedimentquellen“ betrachtet.

Die Einleitung E8 schließt direkt an den Börnsengraben an. Das dort endende Regensiel kommt aus dem nördlichen Teil des Einzugsgebiet und stellt den eigentlichen Beginn des Börnsengraben dar. Der Beginn des Siels ist an ein

Regenwassersammelbecken angeschlossen, das im Bereich der Quelle des Börnsengraben liegt. Die stofflichen Einträge aus dieser Einleitung belaufen sich auf ca. 1,6 kg/s (siehe Tabelle 4.1)

bezüglich der erlaubten Einleitungsmenge von 158,8 l/s. Die Erhöhung der Sedimentfracht aus dieser Einleitung resultiert zum einen aus dem Feststoffgehalt des Regenwassers und zum anderen aus einer erhöhten Längserosion bei Starkregen.

Foto 4.1:Einleitung E8

Tabelle 4.2: Feststofffracht aus Regenentwässerung


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Foto 4.2: Zuleitung aus dem Regenrück- haltebecken (Einleitung E9)

Die Einleitung E9 ist ein offenes Gerinne, dass das Regenrückhaltebecken auf dem Grundstück „Am Mühlenteich 8“ und den Börnsengraben verbindet. Dieses Rückhaltebecken wurde geplant vom Ingenieurbüro Weise in Lübeck. Ein vorgeschaltetes Tosbecken und eine Tauchwand im Becken führen zu einer Fällung der Sandfracht, so dass aus dem Regenrückhaltebecken selbst nur sehr wenig Sediment stammt. Die erhöhte Sandfracht aus dieser Einleitung resultiert ausschließlich aus der Verbindung zum Börnsengraben. Die Zuleitung ist aus einem Filz, der mit grobem Kies und kleineren Felsen belegt ist, hergestellt. Da diese Konstruktion dem Abfluss nicht standhält, sind an vielen Stellen starke Erosionen zu beobachten [Fotodok.: Foto 4.6]. Als zukünftige Planung ist vorgesehen, die Zuleitung zu erneuern und den Grobkies und die Felsen in Beton zu setzen. Ein weiterer Effekt, der den Sedimenteintrag in den Börnsengraben erhöht, begründet sich auf dem zu klein dimensionierten Regenrückhaltebecken. Bei Starkregen wird die Leistungsfähigkeit überschritten, und das Wasser fließt über den Damm, der das Regenrückhaltebecken begrenzt. Dabei findet aufgrund der hohen Energie des Wassers ein starker Bodenabtrag statt, wodurch bereits Furchen im Waldboden entstanden sind.


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Die Einleitung E11 ist die letzte Einleitung vor dem Sandfang. Hier setzt sich die Sandfracht aus mehreren Fraktionen zusammen. Zunächst ist an diese Einleitung die Entwässerung der Börnsener Straße angeschlossen. Da diese direkt im Geesthang liegt, wird hier eine hohe Sandfracht durch diffuse Seitenerosion eingetragen. Im Einzugsgebiet dieses Siels liegt auch die Entwässerung der östlichen Ackerfläche, die direkt in den Geesthang oberhalb der Börnsener Straße führt. Um die Energie aus dem austretenden Regenwasser zu nehmen, führt das letzte Stück der Einleitung durch ein unbefestigtes, offenes Gerinne. Dieses Gerinne ist ca. 30m lang und weist deutliche Spuren von Längserosion auf [Fotodok.: Foto 4.7]. Die massive Erosion an dieser Stelle hat großen Anteil an der gesamten

Sedimentfracht im Börnsengraben. Daher ist eine Umgestaltung unumgänglich. Die Sedimenteinleitung aus dem Regenwasser wird überschläglich mit ca. 2,2kg/s angesetzt.

Für die Einleitung E13 gelten die selben Bedingungen wie für Einleitung E11. Die Verbindung zwischen Sielende und Börnsengraben besteht aus einem offenen unbefestigten Gerinne. Im Einzugsgebiet des Siels ist vor allem der Steilhang am Kirchweg zu nennen [Fotodok.: Foto 4.8]. Das dort bei Regen erodierte Material wird direkt durch eine Trumme in das Siel geleitet [Fotodok.: Foto 4.9]. Im Gerinne selbst sind keine deutlichen Erosionsspuren zu beobachten, da die erlaubte Einleitmenge aufgrund des kleinen Einzugsgebiet nur sehr gering ist (38,0 l/s)

[Fotodok.: Foto 4.10]. Da diese Einleitung hinter dem Sandfang liegt, wird das hier eingetragene Material im dahinterliegenden Gerinne abgelagert und anschließend in die Brookwetterung transportiert.

Foto 4.3: Einleitung E11

Foto 4.4: Einleitung E13


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Die Einleitungen E14, E15 und E16 schließend direkt an den kanalisierten Teil des Börnsengraben im Bereich Börnsenbahnhof an. Die Stofffrachten richten sich auch hier nach den erlaubten Einleitungsmengen und stellen nur die Größenordnung dar.

• E14: 0,3 kg/s • E15: 0,3 kg/s • E16: 2,3 kg/s

Die Einleitung E14 und E15 stellen ausschließlich die Entwässerung der Lauenburger Landstraße im Bereich Börnsen Bahnhof dar. Die Einleitung E16 entwässert das Einzugsgebiet der Siedlung zwischen Kirchweg und Lauenburger Landstraße. Die Stofffracht aus diesen Einleitungen resultiert ausschließlich aus dem jeweiligen Einzugsgebiet.

Foto 4.5: Einleitung „Autobahngraben“

Direkt vor dem Durchlass unter der Autobahn A25 mündet ein Graben, der entlang der Autobahn verläuft, in den Börnsengraben. Dieser beinhaltet auch den Zulauf aus der Einleitung E22 (Gartenweggraben, Stofffracht 0,2 kg/s). In beiden Gräben sind deutliche Sedimentationsspuren zu erkennen [Fotodok.: Foto 4.11]. Beide Gräben sind künstliche Gerinne ohne ökologische Bedeutung. Überschwemmungen habe hier keinen Einfluss, da das Einzugsgebiet aus Grünflächen besteht, die als Weideland genutzt werden und die Autobahn ca. 2,5m höher als die Geländeoberkante liegt.

Kapitel 5 Maßnahmenkatalog Christian Kielhorn

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5 Maßnahmenkatalog zur Verbesserung der ökologischen und wasserwirtschaftlichen Situation des Börnsengrabens

5.1 Zielsetzung und Maßnahmenkonzeption Das Ziel aller Maßnahmen ist die Verbesserung der Hochwassersituation in der Brookwetterung. Dies soll u.a. erreicht werden durch eine Verminderung des Sedimenteintrages und der damit verbundenen Sicherstellung der Leistungsfähigkeit.

Der Börnsengraben als direkter Zufluss ist Teil einer Maßnahmenkonzeption, die sich mit dem gesamten Einzugsgebiet der Brookwetterung befasst.

Im Folgenden sind Maßnahmen beschrieben, die ausschließlich die Verminderung des Sedimenteintrages aus dem Börnsengraben erreichen sollen.

In Kapitel 4 wurden die verschiedenen Feststoffquellen aufgeführt, die in ihrer Summe die Geschiebefracht des Börnsengraben darstellen. Die verschiedenen Möglichkeiten unterteilen sich in Maßnahmen im Einzugsgebiet und im Gewässer. Im Einzugsgebiet sollen der Eintrag an Feststoffen in das Regensiel von Börnsen und damit in den Börnsengraben minimiert werden. Diese Maßnahmen beziehen sich meist auf die einzelnen Einleitungen und deren Einzugsgebiete. Maßnahmen, die direkt am Börnsengraben vorgenommen werden, sind punktuelle Ufersicherungen. An Stellen, die besonders von Längserosion betroffen sind sollen sie das Gerinne nachhaltig sichern. Um die Brookwetterung als übergeordnetes Gewässer zu schützen, werden ein oder mehrere Sandfänge geplant.

Die verschiedenen Lastfälle für die Bemessung der Maßnahmen ergeben sich aus dem Ist-Zustand der Regenwassereinleitung und einem Planungsziel, das einen verminderten Eintrag vorsieht. Die Situation einer verminderten Zuleitung von Regenwasser kann erreicht werden durch eine Neuplanung der Regenentwässerung, die zu einer Drosselung auf 60 l/s·km² führen soll. Dieser Wert wird von dem Planungsbüro BWS GmbH vorgegeben. Die BWS erstellt ein Gutachten das die hydraulische Situation im gesamten Einzugsgebiet der Brookwetterung darstellt. Unter anderem soll durch die Verbesserung der Regenentwässerung eine Verminderung der Hochwassersituation erreicht werden.


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5.2 Beschreibung der Lastfälle

5.2.1 Lastfall 1 – Ist-Zustand

Die Bemessung nach Lastfall 1 geht davon aus, dass der Ist-Zustand der Regenwasser-einleitung erhalten bleibt. Um den Abfluss und die Fließgeschwindigkeit im Börnsengraben zu ermitteln wurde das Einzugsgebiet unterteilt. Für den bewaldeten Teil des Kerbtals (siehe Abbildung 5.1) wird angenommen, dass das Regenwasser über den Waldboden in den Börnsengraben gelangt. Davon ist der Teil oberhalb der Einleitung E8 ausgenommen, da dieser Teil zum Einflussgebiet des Regensiels gezählt wird. Diese Annahmen beruhen auf veralteten Tatsachen. Da aber die Einleitungsmengen aufgrund dieser Voraussetzungen ermittelt sind und die Abweichung der Ergebnisse unwesentlich ist, wurde auch hier nach diesen Vorgaben gerechnet. Die restlichen Flächen des eigentlichen Einzugsgebiet wurden nicht mehr berücksichtigt und stattdessen die erlaubten Einleitmengen angenommen (Quelle: Antrag auf Erlaubnis zur Einleitung von Oberflächenwasser der Gemeinde Börnsen).

Einleitungen Abflusssumme [l/s]

E8 158,8 E9 72,0

E11 216,1 E13 38,1 E14 30,9 E15 31,2 E16 234,2

Tabelle 5.1: Eintrag der einzelnen Einleitungen

Abbildung 5.1: Einzugsgebiet für Variante 1


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Im Anhang 5.1 sind der Abfluss und die mögliche Geschiebefracht berechnet. Die Ergebnisse sind in einem Diagram dargestellt. Die Menge des Abflusses QWald ergibt sich aus den Werten:

- jährliches 15minütiges Regenereignis r15(1) = 100l/s·ha

- Abflussbeiwert für Waldgebiete ψWald = 0,05

- Fläche des Einzugsgebietes AE = 18,1ha

Dieser Lastfall stellt den Ist-Zustand dar. Allerdings wird dieser Lastfall nur bei einem Starkregenereignis erreicht, da für diesen Fall die Sandfänge bemessen werden. Der Normalabfluss im Börnsengraben ist wesentlich geringer.


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5.2.2 Lastfall 2 – Planungsziel

Der Unterschied zu Lastfall 1 liegt in der Verminderung der Zuflussmengen aus der Regenentwässerung. Geplant ist, die Zuflussmengen der Einleitungen auf 60l/(s·km²) zu drosseln. Die Ermittlung von Maßnahmen zur Erreichung dieses Planungsziels ist nicht Gegenstand dieser Diplomarbeit. Die Einleitmengen sind durch die Flächen und die gedrosselte Abflussmenge ermittelt.

Einleitungen

AEinzugsgebie

t [km²]

Abflussspende q

[l/s·km²]

Einleitungs-menge

[l/s] E8 0,17 60 10,0 E9 0,36 60 21,4

E11 0,07 60 4,1 E13 0,08 60 4,9 E 14 0,01 60 0,6 E15 0,01 60 0,6 E16 0,06 60 3,6

Tabelle 5.2: Gedrosselter Eintrag aus den Siedlungsgebieten Im Anhang 5.2 ist der Abfluss und der möglichen Geschiebefracht berechnet und in einem Diagramm dargestellt.


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5.3 Maßnahmen im Einzugsgebiet des Börnsengraben Für den Lastfall 2 wird eine Verminderung der Regenwassereinleitungsmengen angenommen. Um diesen Lastfall zu erreichen, kann die Versickerung von Regenwasser im Einzugsgebiet gefördert werden. Dies kann z.B. durch Entsiegelung von Flächen erfolgen. Der Nachteil bei der Entsiegelung des Einzugsgebietes ist die Erhöhung der Stofffracht. Daher sollte bei der Entsiegelung von Flächen auch eine Entkoppelung vom Sielnetz erfolgen.

Um den Eintrag an Regenwasser in den Börnsengraben zu drosseln, können den Einleitungen Regenrückhaltebecken vorgeschaltet werden. Damit werden die starken Abflussschwankungen bei Starkregen ausgeglichen. Der Beruhigung des Wassers würde auch eine Stofffällung folgen, die den Feststoffeintrag in den Börnsengraben entscheidend minimieren würde.

Der Bau von Sandfängen im Bereich der Einleitungen ist der effektivste Weg, die Feststofffracht aus dem Einzugsgebiet zu minimieren. In diesem Fall könnten Schächte, die den Einleitungen vorgeschaltet sind, diese Funktion erfüllen. Diese Möglichkeit ist in Bezug auf den hohen Erstellungs- und Wartungsaufwand die aufwendigste, aber auch die effektivste.

Aufgrund der landwirtschaftlichen Prägung von Börnsen gibt es viele Stellen im Einzugsgebiet, die zwar an die Regenentwässerung angeschlossen sind, aber aufgrund der fehlenden Versiegelung starke Sedimentquellen darstellen. Dies wären z.B. Ackerflächen, Waldflächen oder unbefestigte Straßen und Wege. Um die Feststofffracht im Börnsengraben nachhaltig zu vermindern, ist eine Eliminierung dieser Feststoffquellen notwenig.

Die Ackerflächen nördlich von Börnsen werden zur Börnsener Straße hin entwässert. Dort wird durch Uferrandstreifen zwischen den Drainagegräben und den Äckern eine Verminderung der Sandfracht erreicht. Dennoch sind an vielen Stellen Trummen und Kanaldeckel direkt in unbefestigten Boden gesetzt [Fotodok.: Foto 5.1]. Hier wäre eine Verlegung oder ein Rückbau der Trummen und der Kanaldeckel zu überlegen. An einigen Stellen ist dies aufgrund der Entwässerungssituation nicht möglich. Im Bereich des Geesthangs ist die Entwässerung des Einzugsgebiet in Bezug auf die Sedimentfracht sehr ungünstig gestaltet. Die Ackerflächen oberhalb des Kirchwegs werden durch einen Graben entwässert, der direkt in den Geesthang abfließt [Fotodok.: Foto 5.2]. Um diese Stoffquelle zu minimieren sollte die Entwässerung der Ackerflächen direkt an das Sielnetz angeschlossen werden .


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Bew

alde

ter G

eest

hang

Bew

alde

ter G

eest

hang

Reg

ensi

el R

icht

ung

E11

Leitung Richtung Börnsengraben

Bef

estig

ter G

eweg

Unb

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r Ran

dstre

ifen

Die Entwässerung der Börnsener Straße ist im Bereich zwischen Börnsen Bahnhof und

Börnsen seitenerosionsfördernd gestaltet (siehe Abbildung 5.1). Die westliche Entwässerung wird über unbefestigten Waldboden geleitet. Dies hat zum einen ökologische Nachteile und zum anderen fördert es die Erosion in Richtung des Börnsengraben. Die Trummen, die in Richtung des Börnsengraben entwässern, müssen für die Minimierung der Seitenerosion an das Hauptsiel angeschlossen wer-den.

Im Bereich des Kirchwegs ereignete sich im Frühjahr 2002 ein Abrutschen des angrenzenden Hanges. Im hinteren Teil ist daraufhin der Hang mit Bepflanzung und einer eingebrachten Spundwand gesichert worden [Fotodok.: Foto 5.3]. Allerdings weist auch der Hang im vorderen Teil des Kirchwegs deutliche Erosionsspuren auf und stellt eine starke Sedimentquelle dar [Fotodok.: Foto 5.4]. Um die Sedimentfracht in das Sielnetz und damit durch die Einleitung E13 in den Börnsengraben zu vermindern, muss die Sicherung auf den gesamten Hang erweitert werden.

Abbildung 5.2: Entwässerungssituation Börnsener- straße


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5.4 Maßnahmen im und am Börnsengraben Die Leistungsfähigkeit des Börnsengraben ist durch den Eintrag von Regenwasser bei Starkregen oft überschritten. Dies führte zu massiver Längserosion, die an vielen Stellen das Gewässer aufgeweitet hat und die Sandfracht massiv erhöht. Um der fortscheitenden Aufweitung und der damit einhergehenden Versandung des Gewässers entgegenzuwirken, ist es nötig an besonders stark betroffenen Stellen eine naturnahe Ufersicherung zu schaffen. Um die Gewässercharakteristik zu erhalten, ist darauf zu achten, dass bei der Modellierung des Gewässerlaufs naturnahe Materialien verwendet werden, beispielsweise Steine, Holz oder Rauhbäume. In der Literatur sind viele Möglichkeiten für einen naturnahen Wasserbau aufgeführt. In Abbildung 5.3 sind einige Beispiele dargestellt.

Foto 5.1: Längserosion im Gerinne

Abbildung 5.3: Sicherung des Gewässerprofils (Bild 7.9 Gewässerregelung Gewässerpflege)


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5.5 Verbesserung der Einleitsituationen Wie bereits beschrieben sind die Zuleitungen aus der Regenentwässerung von Börnsen aufgrund ihrer Ausführung starke Sedimentquellen. Die Einleitungen E11 und E13 enden auf dem Geesthang und werden anschließend unbefestigt in den Börnsengraben geführt. Die Einleitung E9 ist ursprünglich befestigt ausgeführt, aber durch Starkregen so zerstört, dass von einem unbefestigten Gerinne ausgegangen werden kann. Die Einleitungen 14, 15 und 16 schließen direkt an den kanalisierten Teil des Börnsengraben an und sind damit für die Seitenerosion irrelevant. Die Planung sieht vor, die Einleitung von Regenwasser zu vermindern (siehe Kapitel 5.2.2.). In diesem Fall würde auch die Seitenerosion in diesen Bereichen vermindert. Da jedoch im Zuge der Verbesserungsmaßnahmen ein nachhaltiges Konzept erreicht werden soll, ist auch für den Lastfall der Einleitungsdrosselung eine Neugestaltung sinnvoll.

5.5.1 Verbesserung der Einleitsituation E9

Wie in Kapitel 4.2.2. beschrieben, ist die Ausführung des Zulaufgerinnes aus dem Regenrückhaltebecken mangelhaft. Die ursprünglich zu hohen Einleitmengen verursachten starke Erosionen im Hangbereich. Um dies zu vermeiden, wurde der Ablauf aus dem Regenrückhaltebecken auf DN100 gedrosselt und das Zulaufgerinne zum Börnsengraben befestigt. Das hat zur Folge, dass aufgrund einer unzureichenden Bemessung des Regenrückhaltebeckens, Wasser über die Böschung läuft und wiederum zur Erosion des Hangs führt. Der Zulauf zum Börnsengraben wurde zunächst mit einem geotextilen Flies und Steinen ausgebildet, ist nun jedoch durch die starke Erosionsbelastung nahezu zerstört. Um in diesem Bereich den Sedimenteintrag zu vermindern, ist es notwendig, die Verbindung des Regenrückhaltebeckens zum Börnsengraben so zu gestalten, dass sie den Anforderungen entspricht.

- Um das Problem des Überlaufens zu beheben, müssen entweder die Einleitmengen in das Regenrückhaltebecken gedrosselt oder das Regenrückhaltebecken vergrößert werden. Beide Maßnahmen sind nicht Gegenstand dieser Diplomarbeit.

- Anstatt des offenen Gerinnes kann der Zulauf zum Börnsengraben vollständig verrohrt werden. Um das Gefälle zu reduzieren müssen dann mehrere Absturzschächte zwischen geschaltet werden.

- Bei einer Drosselung der Einleitmengen würde das jetzige Volumen des Regenrückhaltebeckens ausreichen. Wodurch das überlaufen bei starkregen verhindert würde. Das Gerinne kann mit in Beton gesetzten Steinen (d=10cm bis 30cm) befestigt werden. Die Steine sind notwendig, um das Gefälle auszugleichen und die Fließenergie zu drosseln. Dieser Variante ist Vorzug zu geben.


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5.5.2 Verbesserung der Einleitsituation E11 und E13

Über die Einleitung E11 wird die Börnsener Straße in Richtung Börnsengraben entwässert. Die Einleitung E13 fasst die Regenentwässerung des Kirchwegs zusammen. Beide Einleitungen sind auf die gleiche Art ausgebildet. Die Situation hier ist, dass das Siel nicht bis an den Börnsengraben heranreicht, sondern im Geesthang endet (siehe Kapitel 4.2.2.). Zwischen dem Ende des Siels und dem Gerinne des Börnsengraben hat sich im Laufe der Zeit ein Graben ausgebildet. In diesen Gerinnen sind sehr deutliche Spuren von Erosion zu beobachten. Auch hier würde eine Drosselung der Einleitmengen eine massive Verminderung der Sandfracht bedeuten. Um aber für jeden Lastfall die Sandfracht zu verringern, können zwei verschiedene Maßnahmen vorgenommen werden:

- Eine Variante ist, die Verrohrung bis an den Börnsengraben heranzuführen. Damit die Fließenergie nicht auf den Börnsengraben übertragen wird, sollte ein Absturzschacht oder eine Verbreiterung des Rohrquerschnitts eingefügt werden.

- Wie im Falle der Einleitung E9 kann auch eine Befestigung des offenen Gerinnes vorgenommen werden. Das Gerinne kann mit größeren Steinen oder kleineren Felsen (d=10cm bis 30cm) befestigt werden. Die dadurch erhöhte Rauheit verringert die Fließenergie des Regenwassers und das befestigte Gerinne weist eine wesentlich höhere Erosionswiderstandfähigkeit auf.


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5.6 Standorte der Sandfänge im Börnsengraben Eines der Ziele dieser Diplomarbeit ist eine optimale Gestaltung der Sandfänge im Börnsengraben. Die möglichen Standorte werden im Weitern Beschrieben. Abhängig von den Abflüssen der einzelnen Lastfälle werden die Sandfänge im Haupt- oder Nebenschluss hergestellt.

5.6.1 Sandfang Höhe Kirchweg (SO 1: Stat. 1+672)

An diesem Standort befindet sich ein Sandfang der in Kapitel 3.4.1. näher beschrieben ist. Im jetzigen Zustand fließt der Börnsengraben seitlich in den Sandfang. Da diese Situation aus Sicht der Sedimentfällung sehr ungünstig ist, wird im Zuge einer Erneuerung vorgeschlagen das ca. 50 m Gerinne an dieser Stelle umgelegt werden. Damit soll ein geradliniger Zufluss zum Sandfang hergestellt werden. Weiterhin wird damit eine Gruppe von Bäumen geschützt, die im jetzigen Zustand vom Gewässerverlauf beeinträchtigt werden. Der weitere Gewässerlauf würde vor Versandung geschützt. Der Standort bietet eine gute Erreichbarkeit durch die Börnsener Straße. Es handelt sich hier um ein Ingenieurbauwerk, das in Abständen zur Räumung angefahren werden muss. Aus diesem Grund ist eine naturnahe Gestaltung unsachgemäß. Ob dieser Sandfang im Haupt- oder Nebenschluss hergestellt wird, ist vom gewählten Lastfall abhängig und wird in einer Bewertungsmatrix ermittelt.

Abbildung 5.4: Standort Sandfang Höhe Kirchweg


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Abbildung 5.5: Verlauf Ist-Zustand und Planung

Börnsengraben(jetziger Verlauf)

Börnsengraben(geplanter Verlauf)

Begehbarer DammBestehender Sandfang

Börnsen

er Stra

ße

WaldgebietWaldgebiet


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5.6.2 Sandfang Heuweg (SO 2:Stat. 0+705)

Dieser Standort eignet sich aufgrund seiner Lage am Rande der Vorgeest besonders dazu den größten Teil der Geschiebefracht aufzufangen. An dieser Stelle wird zusätzlich die Stofffracht aus den Einleitungen E13 bis E16 aufgefangen. Abhängig von den Lastfällen würde der Sandfang an diesem Standort im Haupt- oder Nebenschluss ausgeführt. Es müssten sowohl Eigentumsverhältnisse geklärt als auch ein Wirtschaftsweg zwischen Heuweg und Sandfang hergestellt werden.

Abbildung 5.6:Übersicht Standort 2


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5.7 Bewertungsmatrix Die folgende Bewertungsmatrix vergleicht sechs Varianten. Diese ergeben sich für die beiden Lastfälle 1 und 2 (siehe Kapitel 5.2). Abhängig vom jeweiligen Lastfall werden die Sandfänge im Haupt- oder Nebenschluss ausgeführt. Im Einzelnen werden folgende Varianten betrachtet:

- Lastfall 1 Ist-Zustand

o Ertüchtigung des Sandfangs Stat. 1+672 im Hauptschluss

o Etablierung eines Sandfangs Stat. 0+705 im Hauptschluss

o Ertüchtigung des Sandfangs Stat. 1+672 im Hauptschluss und Etablierung eines Sandfangs Stat. 0+705 im Hauptschluss

- Lastfall 2 Planung

o Ertüchtigung des Sandfangs Stat. 1+672 im Nebenschluss

o Etablierung eines Sandfangs Stat. 0+705 im Nebenschluss

o Ertüchtigung des Sandfangs Stat. 1+672 im Nebenschluss und Etablierung eines Sandfangs Stat. 0+705 im Nebenschluss


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Lastfall 1: Ist-Zustand Lastfall 2: Planungs-Zustand 1 2 3 1 2 3

SO 1 "Höhe Kirchweg" im Hauptschluss

SO 2 "Heuweg" im Hauptschluss

SO 1 im Haupt- und SO 2 im

Nebeschluss


SO 2 "Heuweg" im Nebenschluss


Nebeschluss

Wasser-wirtschaftliche

Belange

Auswirkung auf die Geschiebefracht im

Börnsengraben

Verminderung der Geschiebefracht

hinter SO 1


hinter SO 2

Verminderung der Geschiebefracht hinter SO 1 & 2


hinter SO 1


hinter SO 2

Verminderung der Geschiebefracht hinter SO 1 & 2

Bewertung + 0 ++ + 0 ++

Auswirkung auf die Geschiebefracht in der Brookwetterung

Fällung der Stofffracht aus dem

Oberlauf

Fällung der Stofffracht aus ober-

& Mittellauf

Vollständige Fällung der Stofffracht aus ober- & Mittellauf

Fällung der Stofffracht aus dem

Oberlauf

Fällung der Stofffracht aus Ober-

& Mittellauf

Vollständige Fällung der Stofffracht aus Ober- & Mittellauf

Bewertung 0 0 + + + ++

Unterhaltungs-aufwand

hoch da große Sandfracht

hoch da große Sandfracht

Sehr hoch da große Sandfracht an zwei

Standpunkte

gering da verminderte Sandfracht

gering da verminderte Sandfracht

gering da verminderte

Sandfracht aber zwei Standpunkte

Bewertung 0 0 - + + 0 Mögliche

Auswirkung auf im Umfeld liegende

Privatflächen

liegt auf Privatgrundstück


liegen beide auf Privatgrundstücken



liegen beide auf Privatgrundstücken

Bewertung - - -- - - --

Planungsaufwand/ Baukosten mittel gering hoch mittel gering hoch

Bewertung 0 + - 0 + -

(SO = Standort; ++ sehr gut; + gut; 0 neutral; - ungünstig; -- sehr ungünstig)


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Lastfall 1: voller Abfluss Lastfall 2: verminderter Abfluss 1 2 3 1 2 3

SO 1 "Höhe

Kirchweg" im Hauptschluss

SO 2 "Heuweg" im Hauptschluss


Nebeschluss


SO 2 "Heuweg" im Nebenschluss


Nebeschluss

Naturschutzbe-lange

Bei allen Planungsvarianten wird es im Rahmen der Baumaßnahmen kurzfristig zur Störung des Gewässersystems bzw. der umliegenden Bereiche kommen. Auswirkungen, die nicht nachhaltig sind, werden in der weiteren Variantendiskussion nicht für die Entscheidungsfindung herangezogen.

Auswirkungen auf Tiere und Pflanzen

Ökologische Aufwertung des

Mittellaufs


Unterlaufs

Ökologische Aufwertung von

Mittel- und Unterlauf


Mittellaufs


Unterlaufs

Ökologische Aufwertung von

Mittel- und UnterlaufBewertung 0 0 + 0 0 +

Auswirkungen auf das Schutzgut

Boden starker Abtrag von Boden durch Seiten und Längserosion verminderter Abtrag von Boden

Bewertung - - - + + + Auswirkung auf Wasserqualität

Geringere Sandfracht ab Standort 1


Geringere Sandfracht ab Standort 1 und 2


Geringere Sandfracht ab Standort

Geringere Sandfracht ab Standort 1 und 2

Bewertung + - ++ + - ++

Gesamtbewertung - -- + ++++ ++ +++++

Tabelle 5.3: Bewertungsmatrix (SO = Standort; ++ sehr gut; + gut; 0 neutral; - ungünstig; -- sehr ungünstig)


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5.7.1 Ergebnisse der Bewertungsmatrix

Aus der Bewertungsmatrix geht hervor, dass für den Lastfall 1 (Ist-Zustand) Variante 3 optimal ist. Für diese Variante sind Sandfänge an beiden Standorten vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass im Börnsengraben der größte Teil der Geschiebefracht aufgefangen würde und der Querschnitt im Mittel- und Unterlauf geschützt ist. Der Unterhaltungsaufwand vergrößert sich gegenüber dem jetzigen nicht nennenswert. Heute müssen beide Sandfänge (Höhe Kirchweg und vor dem Durchlass D4) regelmäßig ausgeräumt werden (ca. 2 mal jährlich). Für die Baukosten dieser Variante müssen die Verlegung des Gerinnes am Standort 1, der Neubau der beiden Sandfänge und der Rückbau des bestehenden Sandfangs veranschlagt werden. Aus ökologischer Sicht stellt diese Variante nur eine geringe Verbesserung dar. Die Sandfänge fällen die Sandfracht effektiv aus dem Gewässer. Dies würde aber keine Veränderung für den Oberlauf bedeuten. Der Oberlauf ist der naturnaheste Teil des Börnsengraben.

Für den Lastfall 2 ergibt sich aus der Bewertungsmatrix die Variante 2 als die günstigste. Diese Variante sieht einen Sandfang am Standort 2 (Stat. 0+705) vor. Der bestehende Sandfang an Standort 1 wird rückgebaut und nur das Gerinne verlegt. Am Standort 2 werden alle Stoffeinträge aus den Einleitungen gefällt. Für den Lastfall 2 werden die Einleitungsmengen gedrosselt (siehe Kapitel 5.2.2.). Damit vermindert sich die Geschiebefracht auf ein Minimum, so dass eine Fällung bei Normalabfluss überflüssig wird. Lediglich bei Starkregen wäre eine Feststofffällung sinnvoll. Daher kann für diesen Lastfall der Sandfang im Nebenschluss ausgeführt werden. Aus ökologischer Sicht wird die Verminderung des Geschiebetriebs erst für den unbedeutenderen Unterlauf wirksam. Dies gilt jedoch aufgrund des verminderten Eintrages weniger als in Lastfall 1. Die Baukosten beschränken sich auf den Rückbau des bestehenden Sandfangs und die Erstellung des neuen am Standort 2.


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5.7.2 Sandfang am Standort 1 (Höhe Kirchweg Stat. 1+672)

An diesem Standort ist für Lastfall 1 ein Sandfang im Hauptschluss vorgesehen (siehe Kapitel 5.6.4.), da für den Lastfall 1 der Abfluss so stark ist, dass die Geschiebefracht wirksam gefällt werden muss. Der bestehende Sandfang im Börnsengraben ist, wie oben beschrieben, nahezu zerstört und entspricht nicht dem Stand der Technik. Um eine effektive, nachhaltige Feststofffällung zu gewährleisten, wird der jetzige Sandfang rückgebaut und durch einen Neuen ersetzt.

Wie der bestehende wird auch der geplante Sandfang im Hauptschluss hergestellt. In den meisten wissenschaftlichen Publikationen werden Sandfänge im Hauptschluss nicht empfohlen da diese das Gewässerkontinuum stören und damit die Ausbreitung der Bach- oder Flussfauna stark behindern oder gar ganz unterbinden. Im Falle des Börnsengrabens wird dennoch ein Sandfang im Hauptschluss ausgeführt werden. Weil mit einer effektiven Feststofffällung das Planungsziel des Hochwasserschutzes gewährleistet wird. Sollte in Zukunft eine ökologische Aufwertung des Börnsengrabens in betracht gezogen werden sind die Maßnahmen (z.B. Umgestaltung der Kanalisation im unteren Teil von Börnsen) hierfür so umfangreich das dann auch eine Umgestaltung des Sandfangs durchgeführt werden kann.

Foto 5.2: Sandfang Standort 1


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Für den Lastfall 2 werden auch bei Normalabfluss große Mengen Geschiebe transportiert (siehe Anlage 5.3). Um einen hohen Wirkungsgrad unter diesen Bedingungen zu erreichen, ist ein Sandfang im Hauptschluss notwendig. Durch eine effektive Fällung der Sedimentfracht und durch die geplante Abflussregulierung werden die Gewässerteile unterhalb des Sandfanges nachhaltig vor Versandung geschützt.

Die Berechnung des Sandfangs für Variante 3 (Lastfall 1) wird unter Verwendung der in der Anlage 5.1 aufgeführten Werte für Abfluss und Geschiebetransport erstellt. Eine Erläuterung der rechnerischen Grundlagen und Formeln zur Dimensionierung eines Sandfangs ist in Kapitel 2.3 enthalten. Der gewählte Abfluss der Dimensionierung ist für ein 15-minütiges, jährliches Regenereignis ausgelegt. Länge und Breite des Sandfangs sind so bemessen, dass die Fließgeschwindigkeit auf 0,30m/s sinkt. Dadurch kann das zu fällende Kleinstkorn (d = 0,2mm) bis zum Ende des Sandfangs auf den Grund sinken und wird nicht in das unterhalb liegende Gerinne getragen. Die erforderliche Sinktiefe wird mit 30cm angenommen. Um aber die Entleerungsfrequenz möglichst klein zu halten, (ca. 2x pro Jahr) ist eine Tiefe von insgesamt 100cm gewählt worden.

vvorh = 1,24 m/s Fließgeschwindigkeit vor dem Sandfang Qvorh = 0,476 m³/s Abfluss in den Sandfang

d = 0,02 cm Korndurchmesser vf = 30,0 cm/s Fließgeschwindigkeit im Sandfang nach STROKES w =74 · d² = 0,030 m/s Absetzgeschwindigkeit des Korns hs = = 30 cm Sinktiefe (gewählt)

t = = 100 cm Tiefe (gewählt) l =vf · terf / w = 10,14 m erforderliche Länge

Ages =Qvorh / vf = 1,59 m² erforderliche Querschnittsfläche bSohle = 1,59 m erforderliche Breite

Tabelle 5.4: Berechnung des Sandfangs Standort 1 nach Lastfall 1

Um dem Sandfang eine realistische Dimensionierung zu geben und um die Entleerungsfrequenz zu mindern, sind die in Tabelle 5.4 ermittelten Werte für Breite und Länge des Sandfangs auf volle Meter aufgerundet.

Sohle Sandfang Länge 11,0 m Breite 3,0 m Höhe 1,0 m

Tabelle 5.5:Abmessungen Sandfang


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Um einen gradlinigen Durchfluss durch den Sandfang herzustellen und den Baumbestand zu schützen wird der Gewässerlauf im Vorfeld des Standpunktes verlegt (siehe Abbildung 5.7). Die Modellierung in diesem Bereich wird nach den Vorschlägen in Abbildung 5.3 ausgeführt. Da der Sandfang als Bauwerk regelmäßig ausgeräumt werden muss, ist eine naturnahe Gestaltung nur eingeschränkt möglich. Die Befestigung der Ränder wird mit einer Holzpfahlreihe ausgeführt. Diese sind so tief in den Boden einzubringen das die Standsicherheit gewährleistet ist. Der Einlauf in den Sandfang ist durch ein Einlaufbauwerk mit einer Holzpfahlreihe zu sichern. Durch den großen Fließquerschnitt und die geringe Fließgeschwindigkeit ist das Wasserspiegelgefälle sehr klein. Das Auslassbauwerk ist deshalb als Überfallwehr mit einer Holzpfahlreihe auszuführen, um die Wasserstände oberhalb des Sandfanges nicht nachteilig zu verändern. Die Ausführung ist in Anlage 5.3 Skizziert.

Die Kosten für die Erstellung des Sandfangs an dieser Stelle belaufen sich auf ca.20.000 €. Diese Summe setzt sich zusammen aus den Kosten für den Rückbau des vorhandenen Sandfangs, der Verlegung des Gewässerquerschnitts, der Erstellung eines Zufahrtsweges und der Erstellung des neuen Sandfangs. Außerdem ist der Erwerb des Grundstücks, auf dem der Sandfang liegt, mit einkalkuliert.


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Börnsengraben(jetziger Verlauf)

Börnsengraben(geplanter Verlauf)

Begehbarer DammBestehender Sandfang

Börnse

ner S

traße

GeplanterSandfang

GeplanterWirtschaftsweg

WaldgebietWaldgebiet

Abbildung 5.7: Sandfang am Standort 1


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5.7.3 Sandfang am Standort 2 (Heuweg Stat. 0+705)

Am Standort 2 sind laut Bewertungsmatrix (Kapitel 5.6.3.) für beide Lastfälle Sandfänge vorgesehen. Die Dimensionierung der beiden Sandfänge beruht auf den jeweiligen Abflüssen.

Zusätzlich zum Sandfang am Standort 1 wird bei Lastfall 1 ein zusätzlicher Sandfang am Standort 2 benötigt. In diesem Fall soll die Geschiebefracht, die zwischen den beiden Standorten entsteht, aufgefangen werden. Auf diesem Teilstück werden durch die Einleitungen E13, E14, E15 und E16 große Mengen an Feststoffen aus der Siedlung Börnsen Bahnhof eingetragen. Der Standort 1 (siehe Kapitel 5.6.2.) ist gewählt, da an dieser Stelle eine gute Erreichbarkeit besteht und im nachfolgenden Gerinne aufgrund des organischen Bodens nur noch wenig Längserosion stattfindet.

Das Gelände für diesen Standort wird am östlichen Ufer als Weidefläche genutzt. Am westlichen Ufer ist keine spezielle Nutzung zu beobachten. Deshalb wird diese Fläche als brachliegend angesehen wird. Die Eigentumsverhältnisse müssen dort vor beginn der Planung noch geklärt werden.

An dieser Stelle ist der Börnsengraben begradigt. An einigen Stellen ist die Fließgeschwindigkeit so hoch dass eine kiesige Sohle zu erkennen ist. Da der Börnsengraben an dieser Stelle eine geradlinige Grundstücksgrenze darstellt, ist eine Renaturierung unwahrscheinlich.

Sandfänge die im Nebenschluss ausgeführt werden, haben den Vorteil dass die Durchgängigkeit des Gewässers erhalten bleibt (siehe Kapitel 2.3). Da aber in diesem Fall ist der Börnsengraben im Vorfeld des Sandfangs auf ca. 330m verrohrt ist, ist die Durchgängigkeit des Gewässers ist aus diesem Grund nicht vorhanden. Da aber für den Lastfall 2 der Normalabfluss keine größeren Mengen an Sedimenten transportiert ist eine Ausführung im Hauptschluss nicht notwendig. Eine Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise des Sandfangs ist in Kapitel 2.3 beschrieben.

Um den Zugang für den Sandfang zu gewährleisten, muss vom Heuweg aus ein Wirtschaftsweg angelegt werden, der für einen Kleinbagger benutzbar ist. Die Böschungsneigung wird als 1:3 angenommen und muss an der östlichen Seite befestigt sein, da der Sandfang von dort aus mit einem Kleinbagger ausgeräumt wird. Das ausgeräumte Material darf nicht im Bereich des Sandfangs gelagert werden, da sonst die Gefahr eine Rückspülung ins Gerinne besteht.


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Standort 2 LF 1 vvorh = 0,96 m/s Fließgeschwindigkeit vor dem Sandfang

Qvorh = 0,83 m³/s Abfluss in den Sandfang d = 0,02 cm Korndurchmesser vf = 30,00 cm/s Fließgeschwindigkeit im Sandfang nach STROKES w =74 · d² = 0,030 m/s Absetzgeschwindigkeit des Korns hs = = 30 cm Sinktiefe (gewählt)


Ages =Qvorh / vf = 2,76 m² erforderliche Querschnittsfläche bs = 2,76 m erforderliche Breite

Standort 2 LF 2

vvorh = 0,56 m/s Fließgeschwindigkeit vor dem Sandfang Qvorh = 0,090 m³/s Abfluss in den Sandfang

d = 0,02 cm Korndurchmesser vf = 30,00 cm/s Fließgeschwindigkeit im Sandfang nach STROKES w =74 · d² = 0,030 m/s Absetzgeschwindigkeit des Korns hs = = 30 cm Sinktiefe (gewählt)


Ages =Qvorh / vf = 0,30 m² erforderliche Querschnittsfläche bs = 0,30 m erforderliche Breite

Tabelle 5.6: Berechnung der Sandfänge für LF 1 und 2

Die Fließgeschwindigkeit im Sandfang ist mit 30 cm/s festgelegt. Die Tiefe ist mit 100cm gewählt. Infolgedessen ist die Länge des Sandfangs für beide Lastfälle gleich. Die Fließgeschwindigkeit wird über eine Vergrößerung des Querschnittes erreicht. Daher variiert die Breite sehr stark. Der Abfluss für LF 2 beträgt ca. 10%, der Abflusses bei LF 1. Demzufolge ist auch die Breite für die Lastfälle sehr unterschiedlich (siehe Tabelle 5.5).

Um die Ausführung zu vereinfachen und eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten, sind die Maße für den Sandfang auf volle Meter aufgerundet. In Tabelle 5.6 sind die gewählten Werte in Abhängigkeit der Lastfälle abgebildet.

Lastfall 1 – Ist-Zustand Lastfall 2 - Planung Länge 11,0 m 11,0 m Breite 4,0 m 3,0 m Höhe 1,0 m 1,0 m

Tabelle 5.7: Abmessungen Sandfang


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Die Kosten der beiden Varianten unterscheiden sich nur unwesentlich, da sich aufgrund des unterschiedlichen Abflusses nur das Erdvolumen verändert. Überschläglich können hier ca.10.000 € veranschlagt werden. Diese Summe setzt sich aus den Erstellungskosten des Sandfangs und des Zufahrtsweges zusammen. Für die gesamte Fläche muss der Erwerb von Grundstücken eingeplant werden.

Abbildung 5.8: Lageplan des Sandfangs

Kapitel 7 Zusammenfassung Christian Kielhorn

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6 Schlussfolgerungen und Empfehlungen Im Einzugsgebiet des Börnsengraben besteht ein großes Potenzial für Verbesserungen der hydrologisch-wasserwirtschaftlichen Verhältnisse. Mit der vorliegenden Diplomarbeit wurden auf der Grundlage hydrologisch-wasserwirtschaftlicher Untersuchungen Maßnahmen erarbeitet, die Verbesserungen im ökologisch- und wasserwirtschaftlichen Sinne erreichen sollen.

Die Ursachen für die stark erhöhte Sandfracht im Börnsengraben liegen in folgenden Defiziten:

- Die Regenentwässerung von Börnsen schließt größtenteils an den Börnsengraben an. In Börnsen sind große Teile des regenentwässerten Gebietes unbefestigt. Aus diesem Grund ist die Stofffracht im eingeleiteten Regenwasser besonders hoch.

- Die Feststofffracht wird durch die Gestaltung des Sielnetzes an einigen Stellen stark erhöht, insbesondere durch den Zustand der Einleitungen in den Börnsengraben. In diesen Bereichen finden massive Erosionen statt, da die Verbindung zwischen Siel und Börnsengraben über nichtbefestigten Waldboden verläuft.

- Im Börnsengraben erhöht sich durch die erheblichen Einleitungen von Regenwasser der Abfluss. Dadurch wird an vielen Stellen die Längserosion von Ufer und Sohle gesteigert.

Aus der Summe der verschiedenen Sedimentquellen ergibt sich eine hohe Geschiebefracht, die an vielen Stellen deutliche Auflandungen bewirkt. Die Geschiebefracht bedeckt an einigen Stellen die natürliche Sohle des Grabens bis zu 30cm. Laut Fließgewässerkatalog Schleswig-Holstein wird der Oberlauf des Börnsengrabens als „kiesgeprägtes, gefällereiches Fließgewässer der Moränenbildungen“ definiert. Nach diesem Leitbild sollte ein kiesiges Sohlsubstrat durchgängig vorhanden sein.


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Der Börnsengraben als Zulauf der Brookwetterung ist Teil des Projektes „Länderübergreifender Hochwasserschutz an Binnengewässern am Beispiel der Brookwetterung“. Ziel der Maßnahmen ist es den Sedimenteintrag in die Brookwetterung zu vermindern. Im Rahmen dieser Diplomarbeit sind Maßnahmen entwickelt und beschrieben worden um dieses Ziel sowie eine ökologische Aufwertung zu erreichen:

- Durch eine Neukonzeption des Sielnetzes im Einzugsgebiet des Börnsengraben sollten die maximalen Einleitmengen auf 60 l/s⋅km² gedrosselt werden.

- Im Rahmen einer Neukonzeption sollte eine Verminderung des Feststoffeintrages in das Sielnetz erreicht werden. Potential dafür bieten Trummen in die unbefestigte Flächen entwässern.

- Auf dem Teilstück der Börnsener Straße, das durch den bewaldeten Teil des Geesthangs führt, leiten einige Trummen Regenwasser von der Straße in den Geesthang. Diese Trummen sollten an das Siel angeschlossen werde.

- Die Einleitungen E9, E11 und E13 enden im Geesthang und werden über ein unbefestigtes Gerinne bis an den Börnsengraben geführt. Um die Erosion in diesem Bereich zu vermindern, kann entweder das Gerinne befestigt oder die Verrohrung bis an den Börnsengraben herangeführt werden.

- Um den Feststoffeintrag in die Brookwetterung nachhaltig zu mindern wird vorgeschlagen im Börnsengraben Sandfänge zu installieren. In Abhängigkeit von verschiedenen Lastfällen werden diese im Haupt- oder Nebenschluss ausgeführt.

Die Verbesserung der ökologischen- und wasserwirtschaftlichen Situation ist abhängig von vielen Faktoren. Direkte oder indirekte menschliche Eingriffe in die Gewässersysteme haben oft gravierende Auswirkungen. Hochwasser, Auflandungen oder Erosion werden häufig erst als Problem erkannt wenn bereits erheblicher Schaden entstanden ist. Unklare Zuständigkeiten seitens der Verwaltung, Interessen von landwirtschaftlichen Betrieben oder auch mangelndes Bewusstsein verhindern oft die Beseitigung der Ursachen dieser Probleme. Am Beispiel der Brookwetterung und des Börnsengrabens sind Maßnahmen beschrieben, die das Ungleichgewicht zwischen menschlicher Nutzung und ökologischer Stabilität ausgleichen soll


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7 Zusammenfassung Die Versandung von Fließgewässern ist durch menschliche Veränderungen an den ökologischen Systeme von Bächen und Flüssen entstanden. Die direkten Ursachen dafür sind vielfältig und nicht auf den ersten Blick erkennbar. Um Maßnahmen zu entwickeln, die nachhaltig die Sandfracht vermindern, ist es notwendig die Gewässers und ihre Einzugsgebiete genau zu betrachten.

Zur mathematischen Erfassung von Erosion und Sedimenttransport gibt es eine Vielzahl von Modellen. Da es sich hierbei um diffuse Phänomene handelt, kann nur eine ungefähre Bestimmung der Geschiebemassen vorgenommen werden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde auf eine exakte Berechnung verzichtet, da die Ursachen sich aus der Anschauung heraus ergeben.

Die Sandfracht in den Gewässern setzt sich zusammen aus:

- Sediment, das durch punktuelle Einleitung eingetragen wird (z.B. Einleitung von Regenwasser),

- Seitenerosion von unversiegelten Flächen (z.B. an das Gewässer angrenzende Ackerflächen) und

- Längserosion des Gerinnes, die vor allem bei Hochwasserereignissen auftritt.

Die Erosion von Flächen hat oft massive Auswirkungen. Bei großflächigem Abtragen von Boden gehen, vor allem im landwirtschaftlichen Bereich, Flächen verloren. In vielen Fällen werden sogar Bauwerke wie Straßen oder Brücken durch Erosion des Untergrundes gefährdet.

Durch Versandung von Fließgewässern werden die Gerinne soweit verkleinert werden das die Leistungsfähigkeit bei großen Regenereignissen nicht mehr ausreicht. Hier ist die Gefahr von Überschwemmungen gegeben.

Zusätzlich wird die Gewässerfauna beeinträchtigt. Diese reagiert sehr empfindlich auf eine Erhöhung der Sandfracht. Das natürliche kiesiges Sohlsubstrat von Geestgewässern ist Lebensraum vieler Mückenlarven und Leichplatz von unterschiedlichen Fischarten. Das Zusetzen der Hohlräume mit Sediment macht den Sohlbereich für die Flussfauna unbewohnbar. Fische können in Bächen und Flüssen mit einer hohen Feststofffracht nicht überleben da sich Sedimente, die als Suspension transportiert werden, in den Atemwegen festsetzen.


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Das Einzugsgebiet der Brookwetterung liegt östlich der Hamburger Stadtgrenzen in Schleswig-Holstein (Kreis Herzogtum Lauenburg). Der Börnsengraben ist ein Zulauf der Brookwetterung und Teil des Projektes „Länderübergreifender Hochwasserschutz an Binnengewässern am Beispiel der Brookwetterung“. Das Ziel der Maßnahmen am Börnsengraben ist die Verminderung des Sedimenteintrages in die Brookwetterung. In der jetzigen Situation wird durch die große Menge an Geschiebe in der Brookwetterung der Querschnitt soweit zugesetzt, dass es zu vermehrten Hochwassern kommt. Durch den reduzierten Eintrag an Sedimenten aus den einmündenden Gewässern soll das Hochwasserrisiko gesenkt werden.

Der Börnsengraben ist an vielen Stellen begradigt oder kanalisiert. Die Regenentwässerung des gesamten Einzugsgebiet endet im Börnsengraben. Die Auswirkungen der Versandung sind vor allem im Oberlauf zu beobachten. Dort ist die Sohle fast durchgängig mit bis zu 30cm Sand bedeckt, was nicht dem Leitbild des Fließgewässerkataloges Schleswig-Holstein entspricht. Der Börnsengraben wird hier als „kiesgeprägtes, gefällereiches Fließgewässer Moränenbildungen“ beschrieben. Um diesem Leitbild zu entsprechen, sollte die Sohle durchgängig aus einem kiesigen Substrat bestehen. Bei der Untersuchung des Einzugsgebietes auf mögliche Sedimentquellen wurden folgende Ursachen ermittelt:

- Die Regenentwässerung der Siedlungsgebiete endet größtenteils im Börsengraben. Das Einzugsgebiet liegt sehr ländlich, vielfach werden unbefestigte Flächen oder Äcker in das Regensiel entwässert. Die dadurch erhöhte Konzentration von Feststoffen verursacht bei Starkregen einen großen Eintrag an Sedimenten in das Gewässer.

- Die Einleitungen aus den Regenwassersielen enden im Bereich des Oberlaufs im Geesthang und führen bis zum Gerinne des Börnsengrabens über unbefestigten Waldboden. Hier sind deutliche Erosionsspuren zu erkennen.

- Das Regenrückhaltebecken im Bereich des Oberlaufs ist zu klein dimensioniert. Dadurch kommt es bei Starkregen zum Überlaufen des Beckens und damit zur Erosion des Geesthanges.


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Um die Sedimentfracht im Börnsengraben und den Eintrag in die Brookwetterung zu vermindern, werden folgende Maßnahmen vorgeschlagen.

- Durch Befestigung der Einleitungsgerinne kann die Erosion an diesen Stellen verhindert werden.

- Im Bereich der Börnsener Straße kann durch Umgestaltung der Regenentwässerung die Seitenerosion verringert werden.

- Die naturnahe Befestigung des Gerinnes an Stellen, die besonders stark von Längserosion betroffen sind, verhindert die Längserosion.

- Die Drosselung der Regenwassereinleitung durch einer Neukonzeption des Sielnetzes wird den Sedimenteintrag aus den Siedlungen sowie die Seiten- und Längserosion vermindert.

- Durch die Installierung von Sandfängen im Gerinne kann die Sandfracht nachhaltig aus dem Gewässer gefällt werden.

Die hier genannten Sandfänge sind in verschiedenen Varianten geplant und für verschiedene Lastfälle ermittelt. Im Lastfall 1 wird der Ist-Zustand der Einleitungsmengen angesetzt. Für den Lastfall zwei wird eine Drosselung der Regenwassereinleitung auf 60 l/s⋅km² angenommen.

Die Variante für den Lastfall 1 sieht Sandfänge an zwei Standorten vor. Der erste Standort liegt im Oberlauf (Stat.: 1+672). An dieser Stelle existiert ein Sandfang, der aber nicht dem Stand der Technik entspricht und rückgebaut werden soll. Hier sollte der Gewässerquerschnitt verlegt werden, um einen gradlinigen Durchfluss des Sandfangs zu ermöglichen. Der Sedimentfang wird hier im Hauptschluss erstellt, da im Ist-Zustand die Feststofffracht so groß ist, dass eine Fällung im Nebenschluss nicht ausreicht. Im Anschluss an den Heuweg im südlichen Teil von Börnsen sollte ein zweiter Sandfang entstehen (Stat.: 0+705). Bis zu diesem Punkt wird der größte Teil der Sandfracht eingetragen. Für den Lastfall 1 macht die große Sandfracht auch hier eine Ausführung im Hauptschluss notwenig.

Für Lastfall 2 sieht die Variante 2 nur am zweiten Standort einen Sandfang vor. Da für diesen Lastfall eine Drosselung der Einleitmengen vorgesehen wird, vermindert sich der natürliche Abfluss im Börnsengraben um ca. 90%. Aus diesem Grund ist eine Ausführung des Sandfangs im Nebenschluss möglich.

Die hier beschriebenen Maßnahmen und Bauwerke vermindern den Eintrag an Sedimenten und fällen einen großen Teil der Geschiebefracht aus dem Börnsengraben. Doch um eine nachhaltige Verminderung der Geschiebefracht im Börnsengraben und damit in der Brookwetterung zu erreichen, ist die Drosselung der Regenwassereinleitung unumgänglich. Hier besteht noch weiterer Planungsbedarf.

Literaturverzeichnis Christian Kielhorn

Seite 78

Literaturverzeichnis BLW Bayerische Landesamt für Wasserwirtschaft; Durchgängigkeit

von Fließgewässern; Gewässerökologische Forschung BWS BWS GmbH, Clemens Gantert; Hydrologisch-

wasserwirtschaftliche Untersuchungen im Einzugsgebiet der Brookwetterung; Hamburg 2004

Dumont Ulrich Dumont; Nachhaltige Durchgängigkeit: Was tun?;

Wasserwirtschaft 4-5/2002 DVWK Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V.;

Geschiebemessung; Hamburg & Berlin 1992 Dyck & Peschke Grundlagen der Hydrologie; Berlin 1983 GNU Gemeinschaft für Natur und Umweltschutz im Kreis Gütersloh

e.V.; Sandfang; www.gnu-gt.de 2004 GNU Gemeinschaft für Natur und Umweltschutz im Kreis Gütersloh

e.V.; Sohlgleiten & Sohlrampen; www.gnu-gt.de 2004 Kunst Sabine Kunst; Stoff- und Sedimenteinräge aus kommunaler

Herkunft; 2004 Lange & Lecher Gerd Lange & Kurt Lecher; Gewässerregelung Gewässerpflege

– Naturnaher Ausbau und Unterhaltung von Fließgewässer 3. Auflage; Berlin 1993

LANU Landesamt für Natur und Umwelt des Landes Schleswig-

Holstein; Der für Organismen passierbare Sandfang; www.umwelt.schleswig-holstein.de 2004

LANU Landesamt für Natur und Umwelt des Landes Schleswig-

Holstein; Leitbilder für die Fließgewässer Schleswig-Holstein; Flintbek 2001

Lecher, Lühr & Zanke

Literaturverzeichnis Christian Kielhorn

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Madsen & Tent Bent Lauge Madsen & Ludwig Tent; Lebendige Bäche und

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Patt, Jürging & Kraus Heinz Patt, Peter Jürging, & Werner Kraus; Naturnaher

Wasserbau – Entwicklung und Gestalltung von Fließgewässern 2. Auflager; Berlin 2004

Schmidt, Kaiser & Schmitt Wolf Dieter Schmidt, Isabel Kaiser & Karlheinz Schmitt; Zur

gewässerökologischen Funktion von Aufstiegshilfen: Untersuchung mit einer Aufstiegsfalle für Makrozoobenthos; Wasserwirtschaft 89 (1993) 3

Schneider Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und

Beispielen 13.Auflage; Düsseldorf 1998 Wassernetz Gibt es im norddeutschen Tiefland überhaupt sandgeprägte

Fließgewässer?; Wassernetz Niedersachsen/Bremen Zanke Ulrich C.E. Zanke; Wasser und Boden 1/1991 – Der Beginn der

Sedimentbewegung als Wahrscheinlichkeitsproblem

Anlage 1 Informationsquellen Christian Kielhorn

Seite 1.1

Informationsquellen

Behörde/Amt Name Adresse Informationen

Bauamt Hohe Elbgeest Fr. Stripnie Falkenried 3 21521 Dassendorf

Informationen über den Hangabsturz Kirchweg im Jahr 2002

Rathaus Börnsen Bürgermeister Hr. Heisch

Verwaltung Börnsen Fr. ZwalinnaGemeindehandwerker Hr. Dahl

Börnsener Str. 21 21039 Börnsen

Laut der Verwaltung Börnsen gibt es keine Aufzeichnungen über die Planungsgrundlagen für die

Stauanlagen und die Sandfänge.

Bauausschuss Börnsen Hr. Gravert

Mündliche Informationen über den BG, die Regenentwässerung Börnsen und die Erstellung des

RRB „Am Mühlenteich“

Besitzer RRB Hr.Thomelen Am Mühlenhof 8 21039 Börnsen

Mündliche Informationen über den BG, die Regenentwässerung Börnsen und die Erstellung des

RRB „Am Mühlenteich“ Besitzer Entwässerungsteich Oberlauf Börnsengraben Hr.Franzke Neuer Weg

21039 Börnsen Mündliche Informationen über die Veränderungen im

Quellbereich des BG und im Oberlauf. Planungsbüro Weise

Hr. SchmohlPlaner der Regenentwässerung Hr.Warnholz

Im Gleisdreieck 6 23566 Lübeck

Informationen über die Regenentwässerung von Börnsen. „Antrag auf Erlaubnis zur Einleitung von Oberflächenwasser“ und „Übersichtslageplan der

Entwässerungsgebiete und Einleitungsstellen“ BWS GmbH Gotenstraße 14 Informationen über das Projekt „Brookwetterung“ und

Betreuung in Fachlichen Fragen

Anlage 3.1 Fotodokumentation Kapitel 3 Christian Kielhorn

Seite 3.1

Foto 3.1: Regenentwässerung am Rande einer Ackerflächen

Foto 3.2: Entwässerungsgraben oberhalb des Kirchweges

Foto 3.3: Auslass des Entwässerungsgrabens oberhalb des Kirchweges


Seite 3.2

Foto 3.4:

Das Sammelbecken hinter dem Rathaus Börnsen (ehem. Quelltopf)

Foto 3.5: Trinkwasserbrunnen in Börnsen


Seite 3.3

Foto 3.6: Entwässerungsteich – gelegen auf einem Privatgrundstück

Foto 3.7:

Trinkwasserbrunnen im Oberlauf des Börnsengrabens

Foto 3.8:

Natürlichen Quellen im Oberlauf


Seite 3.4

Foto 3.9:

Begradigung im Unterlauf

Foto 3.10: Auslauf aus dem Sandfang


Seite 3.5

Foto 3.11:

Auslauf aus dem Sandfang

Foto 3. 12: Auslauf Sandfang mit Notüberlauf (links)


Seite 3.6

Foto 3.13:

Rückstau vor dem Sandfang

Foto 3. 14: Hinterspülung der Schalung

Foto 3.15: Oberlauf hinter dem Sandfang


Seite 3.7

Foto 3.16: Gerinne innerhalb des Sandfangs

Foto 3.17: Entwässerung von unbefestigtem Boden

Foto 3.18: Kanalschächte im Vorfeld der Einleitung E8


Seite 3.8

Foto 3.19: Zulauf aus dem Regenrückhaltebecken


Seite 4.1

Foto 4.1: Erosion am Prallufer eines Mäanders

Foto 4.2:

Der Unterlauf südlich der A25

Foto 4.3:

Regenentwässerung Börnsener Straße


Seite 4.2

Foto 4.4:

Ackerfläche mit Verbindung zur Regenkanalisation

Foto 4.5:

Entwässerung der Ackerfläche oberhalb des Kirchwegs

Foto 4.6:

Erosionsspuren an der Einleitung E9 (Zulauf aus dem Regenrückhaltebecken)


Seite 4.3

Foto 4.7: Erosionsspuren an der Einleitung E11

Foto 4.8:

Steilhang Kirchweg

Foto 4.9: Entwässerung Kirchweg


Seite 4.4

Foto 4.10: Einmündung der Einleitung E13

Foto 4.11:

Sedimentation vor dem Durchlass unter der Autobahn


Seite 5.1

Foto 5.1:

Kanaldeckel nördlich von Börnsen an der Börnsener Straße

Foto 5.2:

Acker oberhalb des Kirchwegs

Foto 5.3:

Gesicherter Hang im oberen Teil des Kirchwegs


Seite 5.2

Foto 5.4:

Ungesicherter Hang im unteren Teil des Kirchwegs

Anlage 5.2 Berechnung des Abflusses und der möglichen Geschiebefracht für Lastfall 1 Christian Kielhorn

Seite 5.1

Abflussmengenermittlung Börnsengraben Teilfläche Station r15(1) ψWald HQ5

[km²] [km] [l/(s·km²)] [-] [l/s] 0,181 1+375 10000 0,025 45,2

Lastfall 1 (Ist-Zustand)

Einleitung Einleitung Station QStation HQ5 /Querprofil [l/s] [km] [l/s] [m³/s]

Quelle 0,0 2+163 0,00 0,00

E8 2+093 4,02 0,00

E8 158,8 2+093 162,82 0,16

E9 2+027 166,60 0,17

E9 72,0 2+027 238,60 0,24

QP2 1+870 247,61 0,25

QP3 1+866 247,84 0,25

QP4 1+815 250,77 0,25

E11 1+716 256,45 0,26

E11 216,1 1+716 472,55 0,47

Sandfang SO1 1+650 476,34 0,48

QP9 1+635 477,20 0,48

QP10 1+584 480,12 0,48

QP11 1+580 480,35 0,48

E13 1+578 480,47 0,48

E13 38,1 1+578 518,57 0,52

QP12 1+512 522,35 0,52

QP13 1+503 522,87 0,52

Ende EZG 1+375 530,21 0,53

E14 30,9 1+257 561,11 0,56

E15 31,2 1+212 592,31 0,59

E16 234,2 1+122 826,51 0,83

D5 0+664 826,51 0,83


Seite 5.2

Berechnung des Abflusses nach MANNING/STRICKLER für Lastfall 1 (Ist-Zustand)

hSohle bSohle bGewässer hGOKl hGOKr Böschung tGewässer AGewässer lu rhy kst LAbschnitt I v Q Q t Ab- schnitt QP Bauwerk Station

[mNN] [m] [m] [mNN] [mNN] [1:m] [m] [m²] [m] [m] [m1/3/s] [m] [%] [m/s] [m³/s] [l/s] [m]

Über- schwemm-

ung

QP 1 2+163 32,99 0,70 1,20 33,37 33,34 1,37 0,35 0,011 0,731 0,015

0,011 0,720 0,015 30 70 2,8% 0,36 0,00 4,02 0,01 NEIN 1

E8 2+093 31,02 0,68 1,19 31,39 31,37 1,43 0,35 0,011 0,708 0,016 E8 2+093 31,02 0,68 1,19 31,39 31,37 1,43 0,35 0,130 1,019 0,128

0,130 1,012 0,129 30 66 2,81% 1,28 0,17 166,60 0,10 NEIN 2

E9 2+027 29,17 0,65 1,18 29,52 29,52 1,49 0,35 0,130 1,006 0,129

E9 2+027 29,17 0,65 1,18 29,52 29,52 1,49 0,35 0,171 1,103 0,155

0,170 1,092 0,156 30 157 2,81% 1,46 0,25 247,61 0,13 NEIN 3

QP2 SA1 1+870 24,75 0,60 1,15 25,07 25,10 1,65 0,32 0,170 1,082 0,157

QP3 SA1 1+866 24,55 1,20 2,85 24,92 24,91 4,52 0,36 0,244 1,906 0,128

0,225 1,952 0,115 30 51 2,47% 1,12 0,25 250,77 0,08 NEIN 4

QP4 SA2 1+815 23,29 1,75 2,60 24,01 23,91 1,28 0,62 0,206 1,997 0,103

QP4 SA2 1+815 23,29 1,75 2,60 24,01 23,91 1,28 0,62 0,221 2,015 0,110

0,237 1,994 0,119 30 99 2,24% 1,08 0,26 256,45 0,08 NEIN 5

E11 1+716 21,08 1,33 2,78 21,47 21,44 3,80 0,37 0,253 1,973 0,128

E11 1+716 21,08 1,33 2,78 21,47 21,44 3,80 0,37 0,343 2,176 0,158

0,384 2,670 0,146 30 66 2,24% 1,24 0,48 476,34 0,11 NEIN 6

Sandfang 1+650 19,60 1,05 2,90 19,78 19,80 9,76 0,18 0,425 3,164 0,134

QP9 1+635 17,73 1,05 3,50 18,16 17,96 6,67 0,23 0,492 2,606 0,189

0,338 1,965 0,163 30 51 2,53% 1,42 0,48 480,12 0,12 NEIN 7

QP10 1+584 16,44 0,80 1,35 16,63 16,90 2,05 0,19 0,183 1,325 0,138

QP10 1+584 16,44 0,80 1,35 16,63 16,90 2,05 0,19 0,364 1,736 0,210

0,362 1,664 0,218 30 4 1,50% 1,33 0,48 480,35 0,21 JA. 8

QP11 1+580 16,38 0,70 1,35 16,63 16,90 1,93 0,25 0,359 1,592 0,226

QP11 1+580 16,38 0,70 1,35 16,63 16,90 1,93 0,25 0,352 1,578 0,223

0,355 1,583 0,224 30 2 1,50% 1,35 0,48 480,47 0,20 NEIN 9

E13 1+578 16,35 0,70 1,37 16,61 16,86 1,95 0,26 0,358 1,588 0,225

E13 1+578 16,35 0,70 1,37 16,61 16,86 1,95 0,26 0,300 1,469 0,204

0,395 1,802 0,217 30 66 1,50% 1,32 0,52 522,35 0,17 NEIN 10

QP12 1+512 15,36 0,80 2,15 15,93 15,63 3,68 0,27 0,489 2,136 0,229


Seite 5.3




Über- schwemm-

ung QP13 1+503 14,74 0,95 2,70 15,53 15,51 2,24 0,77 0,374 1,566 0,239

0,313 1,373 0,226 30 128 2,34% 1,70 0,53 530,21 0,13 NEIN 11

Ende EZG 1+375 11,75 0,85 1,90 12,90 13,06 0,86 1,15 0,252 1,180 0,213

Ende EZG 1+375 11,75 0,85 1,90 12,90 13,06 0,86 1,15 0,000 0,850 0,000

0,503 118 1,05 0,53 530,21 12

E14 1+257

E14 1+257

0,503 45 1,12 0,56 561,11 13

E15 1+212

E15 1+212

0,503 90 1,18 0,59 592,31 14

E16 1+122

E16 1+122

0,503 30 67 1,64 0,83 826,51 15

QP15 D 4 1+055 6,79 0,85 1,00 8,51 8,44 0,09 1,65

QP 15 D 4 1+055 6,79 0,85 1,10 7,82 7,91 0,23 1,03 1,716 3,388 0,506

0,858 1,694 0,253 30 1055 0,64% 0,96 0,83 826,51 1,24 16

QP 16 0+680 2,61 0,70 1,50 3,38 3,11 1,32 0,50 3,870 0,700 5,529


Seite 5.4

Berechnung der potentiellen Geschiebefracht nach ENGELUND/HANSEN

L I t d ρF ρ τ0 Fr*0 rhy v λ Φ mF M Ab- schnitt [m] [%] [m] [m] [t/m³] [t/m³] [kN/m²] [m] [m/s] [kg/m·s] [kg/s]

1 70 2,81% 0,01 0,0002 2,65 1 0,003 0,786 0,015 0,361 0,178072 1,231 0,04 2,60

2 66 2,81% 0,10 0,0002 2,65 1 0,027 8,363 0,129 1,281 0,056456 1433,064 43,21 2.852,18

3 157 2,81% 0,13 0,0002 2,65 1 0,035 10,663 0,156 1,456 0,052231 2843,624 85,75 13.462,92

4 51 2,47% 0,08 0,0002 2,65 1 0,018 5,709 0,115 1,116 0,059052 527,609 15,91 811,43

5 99 2,24% 0,08 0,0002 2,65 1 0,018 5,542 0,119 1,082 0,058308 496,001 14,96 1.480,76

6 66 2,24% 0,11 0,0002 2,65 1 0,024 7,297 0,146 1,239 0,053579 1073,757 32,38 2.137,06

7 51 2,53% 0,12 0,0002 2,65 1 0,029 8,839 0,134 0,000 0,055415 1676,792 50,56 2.578,79

8 4 1,50% 0,21 0,0002 2,65 1 0,030 9,348 0,189 0,000 0,048444 2206,083 66,53 266,10

9 2 1,50% 0,20 0,0002 2,65 1 0,030 9,195 0,163 1,422 0,051241 2001,394 60,35 120,71

10 66 1,50% 0,17 0,0002 2,65 1 0,026 7,954 0,138 0,000 0,054832 1301,839 39,26 2.591,01

11 128 2,34% 0,13 0,0002 2,65 1 0,029 8,871 0,218 1,328 0,045931 2041,108 61,55 7.878,49


Seite 5.5

0,04

43,21

85,75

15,91 14,96

32,38

50,56

66,53

60,35

39,26

61,55

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Gewässerabschnitt

Ges

chie

betr

ansp

ort [

kg/(m

·s)]

Darstellung der potentiellen Geschiebefracht für den Lastfall 1

Anlage 5.3 Berechnung des Abflusses und der möglichen Geschiebefracht für Lastfall 2

Seite 5.1

Abflussmengenermittlung Börnsengraben

Teilfläche Station r15(1) ψWald HQ5 [km²] [km] [l/(s·km²)] [-] [l/s] 0,181 1+375 10000 0,025 45,2

Lastfall 2 (Planung)

Einleitung Einl. Gedr. AEZG Einl.menge Station QStation HQ5 [l/s·km²] [km²] [l/s] [km] [l/s] [m³/s]

Quelle 0,0 2+163 0,00 0,00

E8 2+093 4,02 0,00

E8 60,0 0,167 10,0 2+093 14,05 0,01

E9 2+027 17,84 0,02

E9 60,0 0,357 21,4 2+027 39,28 0,04

QP2 1+870 48,29 0,05

QP3 1+866 48,52 0,05

QP4 1+815 51,44 0,05

E11 1+716 57,12 0,06

E11 60,0 0,068 4,1 1+716 61,19 0,06

Sandfang SO1 1+650 64,97 0,06

QP9 1+635 65,83 0,07

QP10 1+584 68,76 0,07

QP11 1+580 68,99 0,07

E13 1+578 69,10 0,07

E13 60,0 0,081 4,9 1+578 73,97 0,07

QP12 1+512 77,76 0,08

QP13 1+503 78,27 0,08

Ende EZG 1+375 85,62 0,09

E14 60,0 0,014 0,8 1+257 86,43 0,09

E15 60,0 0,004 0,2 1+212 86,67 0,09

E16 60,0 0,056 3,4 1+122 90,05 0,09

D5 0+664 90,05 0,09


Seite 5.2

Berechnung des Abflusses nach MANNING/STRICKLER für Lastfall 2 (Planung)



Über- schwemm-

ung

QP 1 2+163 32,99 0,70 1,20 33,37 33,34 1,37 0,35 0,011 0,731 0,015

0,011 0,720 0,015 30 70 2,8% 0,36 0,00 4,02 0,01 NEIN 1

E8 2+093 31,02 0,68 1,19 31,39 31,37 1,43 0,35 0,011 0,708 0,016

E8 2+093 31,02 0,68 1,19 31,39 31,37 1,43 0,35 0,035 0,774 0,045

0,034 0,764 0,045 30 66 2,81% 0,52 0,02 17,84 0,03 NEIN 2

E9 2+027 29,17 0,65 1,18 29,52 29,52 1,49 0,35 0,034 0,754 0,045

E9 2+027 29,17 0,65 1,18 29,52 29,52 1,49 0,35 0,059 0,823 0,072

0,058 0,802 0,073 30 157 2,81% 0,83 0,05 48,29 0,05 NEIN 3

QP2 SA1 1+870 24,75 0,60 1,15 25,07 25,10 1,65 0,32 0,058 0,782 0,074

QP3 SA1 1+866 24,55 1,20 2,85 24,92 24,91 4,52 0,36 0,088 1,475 0,060

0,083 1,660 0,051 30 51 2,47% 0,62 0,05 51,44 0,03 NEIN 4

QP4 SA2 1+815 23,29 1,75 2,60 24,01 23,91 1,28 0,62 0,078 1,846 0,042

QP4 SA2 1+815 23,29 1,75 2,60 24,01 23,91 1,28 0,62 0,088 1,858 0,047

0,093 1,725 0,054 30 99 2,24% 0,62 0,06 57,12 0,03 NEIN 5

E11 1+716 21,08 1,33 2,78 21,47 21,44 3,80 0,37 0,097 1,592 0,061

E11 1+716 21,08 1,33 2,78 21,47 21,44 3,80 0,37 0,092 1,578 0,058

0,096 1,624 0,059 30 66 2,24% 0,67 0,06 64,97 0,03 NEIN 6

Sandfang 1+650 19,60 1,05 2,90 19,78 19,80 9,76 0,18 0,101 1,670 0,061

QP9 1+635 17,73 1,05 3,50 18,16 17,96 6,67 0,23 0,127 1,510 0,084

0,088 1,233 0,067 30 51 2,53% 0,78 0,07 68,76 0,03 NEIN 7

QP10 1+584 16,44 0,80 1,35 16,63 16,90 2,05 0,19 0,048 0,955 0,051

QP10 1+584 16,44 0,80 1,35 16,63 16,90 2,05 0,19 0,094 1,089 0,086

0,094 1,033 0,091 30 4 1,50% 0,74 0,07 68,99 0,06 NEIN 8

QP11 1+580 16,38 0,70 1,35 16,63 16,90 1,93 0,25 0,094 0,976 0,096

QP11 1+580 16,38 0,70 1,35 16,63 16,90 1,93 0,25 0,091 0,969 0,094

0,092 0,971 0,094 30 2 1,50% 0,75 0,07 69,10 0,06 NEIN 9

E13 1+578 16,35 0,70 1,37 16,61 16,86 1,95 0,26 0,092 0,974 0,095

E13 1+578 16,35 0,70 1,37 16,61 16,86 1,95 0,26 0,080 0,938 0,085

0,103 1,075 0,095 30 66 1,50% 0,76 0,08 77,76 0,05 NEIN 10

QP12 1+512 15,36 0,80 2,15 15,93 15,63 3,68 0,27 0,126 1,211 0,104


Seite 5.3




Über- schwemm-

ung

QP13 1+503 14,74 0,95 2,70 15,53 15,51 2,24 0,77 0,111 1,146 0,097

0,094 1,051 0,089 30 128 2,34% 0,91 0,09 85,62 0,04 NEIN 11

Ende EZG 1+375 11,75 0,85 1,90 12,90 13,06 0,86 1,15 0,077 0,955 0,081

Ende EZG 1+375 11,75 0,85 1,90 12,90 13,06 0,86 1,15 0,000 0,850 0,000

0,503 118 0,17 0,09 85,62 12

E14 1+257

E14 1+257

0,503 45 0,17 0,09 86,43 13

E15 1+212

E15 1+212

0,503 90 0,17 0,09 86,67 14

E16 1+122

E16 1+122

0,503 30 67 0,18 0,09 90,05 15

QP15 D 4 1+055 6,79 0,85 1,00 8,51 8,44 0,09 1,65

QP 15 D 4 1+055 6,79 0,85 1,10 7,82 7,91 0,23 1,03 0,320 1,414 0,226

0,160 0,707 0,113 30 1055 0,64% 0,56 0,09 90,05 0,27 NEIN 16

QP 16 0+680 2,61 0,70 1,50 3,38 3,11 1,32 0,50 0,512 0,700 0,731


Seite 5.4

Berechnung der potentiellen Geschiebefracht nach ENGELUND/HANSEN Abschnitt L I t d ρF ρ τ0 Fr*0 rhy v λ Φ mF M

[m] [%] [m] [m] [t/m³] [t/m³] [kN/m²] [m] [m/s] [kg/m·s] [kg/s]

1 70 2,81% 0,01 0,0002 2,65 1 0,003 0,786 0,015 0,361 0,178072 1,231 0,04 2,60

2 66 2,81% 0,03 0,0002 2,65 1 0,008 2,394 0,045 1,281 0,092013 38,562 1,16 76,75

3 157 2,81% 0,05 0,0002 2,65 1 0,013 4,023 0,073 1,456 0,072446 179,203 5,40 848,42

4 51 2,47% 0,03 0,0002 2,65 1 0,007 2,220 0,051 1,116 0,086052 34,126 1,03 52,48

5 99 2,24% 0,03 0,0002 2,65 1 0,007 2,263 0,054 1,082 0,083582 36,859 1,11 110,04

6 66 2,24% 0,03 0,0002 2,65 1 0,007 2,140 0,059 1,239 0,079906 33,549 1,01 66,77

7 51 2,53% 0,03 0,0002 2,65 1 0,008 2,616 0,061 0,000 0,079049 56,012 1,69 86,14

8 4 1,50% 0,06 0,0002 2,65 1 0,009 2,889 0,084 0,000 0,067758 83,764 2,53 10,10

9 2 1,50% 0,06 0,0002 2,65 1 0,009 2,814 0,067 1,422 0,075102 70,760 2,13 4,27

10 66 1,50% 0,05 0,0002 2,65 1 0,008 2,446 0,051 0,000 0,086452 43,290 1,31 86,16

11 128 2,34% 0,04 0,0002 2,65 1 0,009 2,825 0,091 1,328 0,065409 82,049 2,47 316,70


Seite 5.5

0,04 1,165,40

1,03 1,11 1,01 1,69 2,53 2,13 1,31 2,47

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Gewässerabschnitt

Ges

chie

betr

ansp

ort [

kg/(m

·s)]

Darstellung der potentiellen Geschiebefracht für Lastfall 2

Anlage 5.4 Darstellung der potentiellen Geschiebefracht beider Lastfälle Christian Kielhorn

Seite 5.1

0,04

43,21

85,75

15,91 14,96

32,38

50,56

66,53

60,35

39,26

61,55

0,04 1,165,40

1,03 1,11 1,01 1,69 2,53 2,13 1,31 2,4710,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ges

chie

betr

ansp

ort [

t/(m

·d)]

voller Abflusshalber Abflussnatürlicher Abfluss.

Darstellung der potetiellen Geschiebefrachten für Lastfall 1 und 2

Anlage 5.5 Ausführungszeichnung des Sandfangs im Hauptschluss Christian Kielhorn

Seite 5.1

Anlage 5.6 Ausführungszeichnung des Sandfangs im Nebenschluss Christian Kielhorn

Seite 5.1

Documents

Control de Sedimento en Regiones Piede Monte