A.1.12 Sonderuntersuchungen
A.1.12 Sonderuntersuchungen
Die Anordnungen im PF-Beschluss sehen für einige Parameter besondere Untersuchungen vor. Soweit es sich dabei um einmalige Untersuchungen handelt, wurden diese bereits in den Vorjahren durchgeführt und ihre Ergebnisse im ersten Beweissicherungsbericht und im Internet veröffentlicht. Die Gutachten zu diesen Untersuchungen sind auf der DVD-1 diesem Bericht beigefügt. Es handelt sich um folgende Untersuchungen:
- Einfluss der Verklappung auf der Baggergutablagerungsfläche Twielenfleth auf das Kernkraftwerk Stade (PF-Beschluss Nr. 3.2.1.5a, S. 40)
- Statistische Analyse zur Ermittlung der Anzahl notwendiger Parallelproben bei den Makrozoobenthosuntersuchungen (PF-Beschluss Nr. 3.2.2.1a, S. 42)
- Einfluss der Baggerarbeiten (Baggerung und Verklappung) auf die Schwebstoff- und Sauerstoffverteilungen im Umfeld der Arbeiten (PF-Beschluss Nr. 3.2.1.5a, S. 40)
- Test einer automatischen Biotoptypenklassifizierung als Grundlage für künftige Kartierungen im Rahmen der Beweissicherung (PF-Beschluss Nr. 3.2.2.2, S. 45)
Die Bewertung der Untersuchungen hinsichtlich ihrer ausbaubedingten Wirkungen ist im zusammenfassenden Kapitel IV des Textbandes aufgeführt.
Die aktuellen Ergebnisse derjenigen Sonderuntersuchungsprogramme, die über einen längeren Zeitraum gemäß PF-Beschluss durchgeführt werden, sind in den nachfolgenden Abschnitten aufgeführt.
A.1.12.1 Untersuchung der Salzgehaltsänderungen an Entnahmestellen von Elbwasser für landwirtschaftliche Zwecke
Die Messungen an den Schnittstellen zwischen den Gebieten der Entnahmestellen von Beregnungs- und Tränkewasser und der Elbe werden seit Mitte 2001 (außer Stör- und Lühe-Sperrwerk) vorgenommen. Darüber hinaus werden weiterhin bei Hochwasser an verschiedenen Messstellen (Wedel, Krautsand, Wischhafen) Schöpfproben genommen (s. Kapitel III.1.3.1 des Textbandes),
Die Aufnahme des kontinuierlichen Messbetriebes an der Unterelbe erfolgte an den folgenden Lokationen
- Brücke Geversdorf,
- Siel Nalje,
- Siel Schöneworth,
- Sperrwerk Freiburg (Siel Freiburg),
- Sperrwerk Wischhafen,
- Sperrwerk Ruthenstrom (Siel Ruthenstrom),
- Sperrwerk Abbenfleth,
- Schwingesperrwerk
- Stör-Sperrwerk (in Vorbereitung, Messbetriebaufnahme voraussichtlich ab August 2006)
- Lühe-Sperrwerk (in Vorbereitung, Messbetriebaufnahme voraussichtlich ab August 2006)
Das WSA Hamburg stellt die Messdaten der o. g. Stationen bereit. Die Internetadresse dazu lautet:
https://www.portal-tideelbe.de/Leitfaehigkeitsmessnetz/
Die Lage der Messstellen und das jeweils zugehörige Einzugsgebiet zeigt die nachfolgende Abbildung.
Abb. A.1.12.1-1: Messstellen des Überwachungssystems für die Qualitätskontrolle von Beregungs- und Tränkewasser mit zugehörigen Einzugsgebieten.
A.1.12.2 Wellenmessung an der Unterelbe
Um die schiffserzeugten Belastungen (bzw. die Ursachen und. Verursacher) an der Elbe genauer benennen zu können, wurden umfangreiche Schiffswellenmessungen an der Unterelbe durchgeführt.
Das Ziel des WSA Hamburg ist es hierbei, mit weitere Erfahrungen und Daten zu gewinnen, um die Reedereien und die Lotsen für den Problembereich zu sensibilisieren, sowie Aufschlüsse darüber zu erhalten, welche Wellensysteme (Primär- und/oder Sekundärwellen) bzw. Schiffspassagen/Schiffstypen für die Probleme bei Häfen und Deckwerken/Bauwerke ursächlich sind.
Aus den o. g. Gründen fanden bisher folgende umfangreiche Wellenmesskampagnen statt.
Wellenmessungen Wedel, Hetlingen, Stadersand und im Ruthenstrom April bis August 2002
Der Abschlussbericht zu den Wellenmessungen fasst die Ergebnisse wie folgt zusammen:
Die Wellenmessungen wurden an vier Positionen an der Unterelbe durchgeführt: Wedel, Hetlingen, Stadersand und im Ruthenstrom; die Netto-Messdauer betrug an jeder Position vier Wochen. Für die Messungen wurden zwei Wellenmessgeräte eingesetzt, die nach dem Schwimmerprinzip funktionieren.
Die Messdaten wurden mit einer Taktung von 10 Hz erfasst und kontinuierlich gespeichert. Die Identifizierung von Schiffswellen erfolgte durch entsprechende Filterung der Messzeitreihe. Die Auswertung hatte zum Ziel, für die Größen Absunk, Primärwellenhöhe und Sekundärwellenhöhe jeweils die täglichen Maxima und die wöchentlich 10 höchsten Werte zu ermitteln. Weiterhin sollten diesen Ereignissen die Schiffe (einzeln oder gegebenenfalls auch Schiffsgruppen) zugeordnet werden, die diese Wellen verursacht haben.
Für die Bestimmung der zugehörigen Schiffe wurde auf Daten der Verkehrszentrale zurückgegriffen, so dass neben dem Schiffsnamen auch die Hauptabmessungen (Länge, Breite, aktueller Tiefgang) bekannt waren. Aus den vorliegenden Daten wurde außerdem die Geschwindigkeit des Schiffes zum Zeitpunkt der Passage ermittelt. Da die Wellenerzeugung eines fahrenden Schiffs von der durchs Wasser gefahrenen Geschwindigkeit abhängt, wurde die ermittelte Geschwindigkeit über Grund um die Tideströmung korrigiert. Mangels zeitgleicher Messungen erfolgte diese Korrektur auf der Basis eines BAW-Gutachtens zum Tidegeschehen in der Unterelbe (BAW, 1997) mit einer mittleren, tidephasenabhängigen Strömungsverteilung.
Grundsätzlich muss festgehalten werden, dass es für die Beurteilung von Belastungen, die von schiffserzeugten Wellen ausgehen, sehr auf den Einzelfall ankommt. Die Art und Größe der Schiffswellen hängt neben Schiffsform und -größe stark von der Fahrtgeschwindigkeit im Wasser ab. Die Ausbreitung der langen Schiffswellen hängt im Wesentlichen von der Wassertiefe und bei Seitenarmen auch von deren Querschnitt ab (Beispiel Ruthenstrom); insbesondere bei Häfen können Beckenresonanzen ein Problem darstellen.
Die Beurteilung der vorstehenden, beispielhaft aufgeführten Problemstellungen ist nicht Gegenstand dieser Untersuchung, sie dienen lediglich der Illustration, dass nicht notwendigerweise die höchste Welle auch die größte Belastung im Einzelfall ergibt, sondern dass auch die vorliegenden Messergebnisse einer Interpretation für die Anwendung auf bestimmte Einzelmaßnahmen bedürfen.
Die Messungen zeigen jedoch, dass die Belastung aus Absunk und Primärwellenhöhe vor allem von Schiffen der Panmax-Klasse oder größeren verursacht wird. Insbesondere in Abschnitten, in denen das Fahrwasser in geringer Entfernung zum Ufer verläuft, können aber auch kleinere Schiffe erheblich Wellenbelastungen erzeugen, da sie auf Grund des geringeren Tiefgangs weit am Fahrwasserrand fahren können und dies in Folge ihrer teilweise starken Motorisierung durchaus auch mit hohen Geschwindigkeiten geschieht.
Gerade letzteres ist zusammen mit der Tatsache, dass die kleineren Schiffe näher an ihrer kritischen Rumpfgeschwindigkeit fahren außerdem dafür verantwortlich, dass die Belastung durch Sekundärwellen überwiegend von den kleineren Schiffen verursacht wird.
Im Bereich vor Wedel fahren die Schnellfähren bereits mit ihrer Reisegeschwindigkeit von etwa 30 kn und fallen daher durch ihren großen Anteil an der kurzperiodischen Wellenbelastung im Bereich der Hafeneinfahrt auf. Da alle anderen Schiffe weiter stromab vor Hetlingen schneller fahren und erheblich höhere Wellen verursachen, nimmt dort der Anteil der Wellenbelastung durch die Schnellfähren signifikant ab.
Der vollständige Abschlussbericht ist auf der DVD-1 im Verzeichnis "Wellenmessung" vorhanden.
Wellenmessungen im Yachthafen Neuenschleuse
Im Yachthafen Neuenschleuse wurden von Juli bis August 2006 über 12 Wochen (reine Messzeit) Schiffswellen erfasst. Die Messeinrichtung war an einem Dalben installiert (s. Abb. A.1.12.2-1)
Abb. A.1.12.2-1: Lage der Messposition Wellenmessung Yachthafen Neuenschleuse
Die Wellenmessung langperiodischer schiffserzeugter Wellen im Yachthafen Neuenschleuse erfolgte mit Hilfe zweier redundanter Drucksensoren (piezoresistiven Drucksensoren) welche eine Messfrequenz von 13 Hz aufweisen. Zusätzlich zum hydrostatischen Druck wurde auch die Wassertemperatur erfasst. Die zur Auswertung erforderliche barometrische Druckänderung wurde über eine Barometerdose aufgenommen. Die Schiffsdatenerfassung erfolgte über ein AIS-System.
Die Auswertung der Messergebnisse erfolgte ereignisbezogen mit folgenden Kenngrößen:
- Absunk zA
- Primärwellenhöhe HP
- Sekundärwellenhöhe HS (da Drucksondensystem, hier nur bedingte Genauigkeit!)
Diese wurden für die jeweils 50 höchsten Wellenereignisse und die Tagesmaximalwerte für den Gesamtzeitraum ausgewertet.
Die 50 höchsten Wellenereignisse (nach zA, HP, HS) sowie die Tagesmaxima wurden den folgenden relevanten Daten zugeordnet:
- Schiffsname
- Länge,
- Breite,
- aktueller Tiefgang,
- Passierzeit,
- Passiergeschwindigkeit über Grund,
- Passiergeschwindigkeit durchs Wasser,
- Passierrichtung (ein-, auslaufend),
- Tidewasserstand (bezogen auf NN),
- Tidestieg,
- Tidefall,
- Tideströmung in Betrag und Richtung.
Der Abschlussbericht ist auf der DVD-1 im Verzeichnis "Wellenmessung" vorhanden. Die einzelnen Wellenereignisse wurden bedingt durch den hohen Speicherbedarf nicht beigefügt.
Wellenmessungen am Deichsiel Hollerwettern
Im Rahmen der Beweissicherung untersucht das WSA Hamburg die Belastung auf Ufer und baulichen Anlagen, die durch den Schiffsverkehr verursacht werden. Dazu wurden die schiffserzeugten Belastungen am Siel Hollerwettern (durch kurz- und langperiodische Schiffswellen, tide- und schiffserzeugte Strömung, schiffserzeugte Sieltorbewegungen) von November 2005 bis Januar 2006 über einen Zeitraum von sechs Wochen (reine Messzeit) erfasst. Die Daten der Messstationen wurden sowohl statistisch als auch teils ereignisbezogen mit Zuordnung zu den verursachenden Schiffspassagen ausgewertet.
Abb. A.1.12.2-2: Deichsiel Hollerwettern an der Unterelbe ca. Elbe-km 682
Die Datenaufnahme erfolgte an 3 Stationen (s. Abbildung A.1.12.2-2:):
M1: Wellen- und Strömungsmessung sowie meteorologische Station an der Mündung des Außentiefs, Pfahl als Messgeräteträger, Datenübertragung zum Sielbauwerk als Messzentrale mit Stromversorgung.
M2: Wellen- und Strömungsmessung im Sieltorbereich sowie Erfassung der Öffnungs- und Schließbewegungen einer Sieltoröffnung, Datenübertragung zum Sielbauwerk als Messzentrale mit Stromversorgung.
M3: Wasserspiegelmessungen im Binnen-Sieltief, Montage am Sielbauwerk binnenseits, Datenübertragung zum Sielbauwerk als Messzentrale mit Stromversorgung.
Durch eine Zeitreihenanalyse wurden die Signale der Wellenmessstation hinsichtlich der aufgezeichneten Wasserspiegelauslenkung ausgewertet. Als schiffserzeugte Belastungen werden dabei alle Ereignisse gewertet, die signifikant vom Grundrauschen (= Seegang, Windwellen) zu unterscheiden sind. Die folgenden Kennwerte werden im Rahmen der Schiffswellenanalyse ermittelt:
- Eintrittszeit des Ereignisses
- Absunk zA (incl. Bugstau sB)
- Primärwellenhöhe Hp
- Sekundärwellenhöhe HS
- Periode des Primärwellensystems THp (soweit möglich)
- Sunkzeit TSU (Bugstau bis Absunk)
- Stiegzeit TST (Absunk bis Primärwelle)
- Periode der Sekundärwellen THs
Die Auswertung der Wellenmessung am Deichsiel Hollerwettern ist zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht endgültig abgeschlossen. Das Gutachten wird dem kommenden Beweissicherungsbericht beigefügt.