III.1.4 Sedimente
Gemäß Planfeststellungsbeschluss sind im gesamten Untersuchungsgebiet zum Aufbau eines (bei Bedarf einzusetzenden) Sedimentkatasters laufend Daten zu den Sediment-Korngrößen zu erfassen, wenn diese verfügbar sind.
Sedimentdaten im Amtsbereich des WSA Cuxhaven
Im Bereich des WSA Cuxhaven (km 689,1 bis See) wurde von 1991 - 1998 die Aufnahme von Sedimenten durchgeführt. Auf 65 Querprofilen im Abstand von etwa 1 km wurden Sedimentproben wiederum im Abstand von 1 km gezogen. Ziel war es, mindestens ein 1 x 1 km Raster mit Probenahmepunkten anzulegen; insgesamt wurden in den Jahren 1991 - 1998 ca. 500 Sedimentproben gezogen. Im Jahr 2000 wurde die Wiederholung der oben beschriebenen Probennahme begonnen. Die Untersuchungen dazu wurden 2001 abgeschlossen, die Ergebnisse sind inzwischen ausgewertet und stehen für weitergehende Analysen zur Verfügung.
Kleinräumig und detaillierter erfolgt die Beschreibung der Entwicklung in der Fahrrinne am Osteriff. Beispielhaft für die Baggerbereiche im WSA Cuxhaven wird die Baggerstelle am Osteriff seit 1997 an 15 gleich bleibenden Probenahmeorten in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen von etwa 6 - 8 Wochen beprobt. Das Gebiet am Osteriff ist der Bereich mit der höchsten Sedimentationsrate und wurde deshalb für die Beobachtung im Detail ausgewählt. Die Analyse der Proben erfolgt durch eine vereinfachte Siebung mit 3 Sieben (0,5 mm, 0,2 mm 0,063 mm), um dann ausschließlich den Anteil von Schluff bzw. Weichsedimenten zu bestimmen. Die Probenahmeorte sind in Querprofilen über die Fahrrinne angeordnet (s. dazu Tabelle A.1.6-1 im Anlagenband).
Die Auswertungen der Analysen wurden in drei Grafiken für je ein Querprofil zusammengefasst (Abbildungen III.1.4-1 bis -3). Die Ergebnisse zeigen wie in den Vorjahren, dass es am Osteriff während der Sedimentationsphasen zu einer gewissen Korngrößensortierung kommt, die wahrscheinlich strömungsbedingt ist.
Die Mechanismen von Erosion, Sedimentation und Wiedereintrieb nach Baggerungen, sowie von Temperatur-, Salinitäts- und Oberwassereinfluss sind noch nicht abschließend erforscht. Augenfällig ist aber, dass der Anteil an Fein- und Feinstkorn (Weichsedimente) südlich der Radarlinie im Mittel etwas höher ist. Die Variabilität der Einzelproben ist aber sehr hoch und reicht von 0 - 100 % im Anteil der Fraktion < 63 mm, wobei aber nur sehr wenige Proben mehr als 70 % zeigen.
Abb. III.1.4-1: Proben am Osteriff Querprofil 1
Abb. III.1.4-2: Proben am Osteriff Querprofil 2
Abb. III.1.4-3: Proben am Osteriff Querprofil 3
Der Anteil der Weichsedimente war zwischen 1997 und 2000 leicht rückläufig. In 2001 stieg er dann sprunghaft wieder auf das Niveau von 1997 an, um anschließend wieder leicht abzunehmen. Diese Veränderungen werden in der Abbildung III.1.4-4 anschaulich dargestellt. Die Grafik zeigt den mittleren Anteil der Kornfraktion kleiner 63 mm aller Proben vom Osteriff zusammen mit der Kurve des Oberwasserabflusses am Pegel Neu Darchau. Der Einfluss des Oberwasserabflusses auf den Anteil der mitgeführten und letztlich im Mündungstrichter sedimentierten Feinsedimente ist durch synchron verlaufende Peaks manchmal zu identifizieren. Sehr hohe Oberwasser korrespondieren aber nicht notwendigerweise mit sehr hohen Feinsedimentanteilen. Unabhängig vom Oberwasser ist aber auch ein Trend zu grobkörnigeren Ablagerungen zwischen 1997 und 2000 zu erkennen. In 2001 hat der Anteil der Weichsedimente wieder deutlich zugenommen. Zusätzlich ist im Untersuchungszeitraum eine hohe Variabilität zu beobachten, die nicht immer auf entsprechende Variationen des Oberwassers zurückgeführt werden kann.
Zur Abschätzung eventueller Veränderungen im Rahmen der Elbeanpassung wurde in der Abbildung III.1.4-4 eine Unterscheidung in den Jahren vor und nach der Elbeanpassung gemacht. Allein aus der Verteilung der Weichsedimentanteile und dem mittleren Anteil, der bei 17 % bzw. 15 % liegt, lässt sich jedoch keine signifikante Veränderung ablesen. Allerdings wird eine Unterscheidung in den Anteilen nördlich und südlich der Radarlinie deutlicher.
Abb. III.1.4-4: Entwicklung des Weichsedimentanteils am Osteriff 1997 - 2004
Bereich der Hamburger Delegationsstrecke
Die Körnungszusammensetzung der Sedimente im Bereich der Hamburger Delegationsstrecke (km 607,5 - 638,9) ist in Abhängigkeit der Strömungs- und Sedimentationsbedingungen sehr unterschiedlich.
Für die jährlich wiederkehrenden Unterhaltungsbaggerungen für die Wassertiefeninstandhaltung werden im Vorfeld Sedimentkernuntersuchungen durchgeführt, an denen auch die Körnungszusammensetzung bestimmt wird. Bedingt durch die jährlich stark schwankenden Baggermengen bei der Wassertiefeninstandhaltung in den verschiedenen Hafenbecken lassen sich keine direkten Vergleichszahlen einfach generieren. Im Sommer und Herbst 2004 wurden im Vorfeld von Unterhaltungsmaßnahmen mehrfach Sedimentuntersuchungen im Bereich des Köhlbrand und der Norderelbe durchgeführt. Diese Daten sind ebenfalls mit aufgeführt, sodass in 2004 aus dem Bereich der Stromelbe erstmals Siebdaten in größerer Anzahl ermittelt wurden (n = 46).
Innerhalb der Hafenbeckeneinfahrten lassen sich aus den Körnungsdaten keine grundlegenden Änderungen in der Sedimentzusammensetzung ableiten. Die Schwankungsbreite der Kornverteilungen aus den Jahren 1998 - 2001 war in den meisten Häfen größer als in den Jahren 2002 - 2004. Als Beispiel wird dies in den Summenkurven der Kornverteilung der Sedimente im Parkhafen dargestellt.
Abb. III.1.4-5: Summenkurve der Kornverteilung im Parkhafen 1998 - 2004
Eine statistische Auswertung der Daten im Jahresvergleich ist nur bedingt aussagekräftig, da die Anzahl der Proben pro Jahr unterschiedlich ist, und die Probennahme nicht flächen- und mengenrepräsentativ ist. Aus dem Vergleich der Mediane aus dem Zeitraum 1998 - 2004 lässt sich die Folgerung ziehen, dass eine Veränderung der Kornzusammensetzung in den Hauptsedimentationsbereichen der Hafenbeckeneinfahrten nicht ableitbar ist.
Tab III.1.4-1: Mediane der Kornzusammensetzung der Sedimente in den Hauptsedimentationszonen der Hafenbeckeneinfahrten 1998 - 2004
(Siebung unter Anwendung von Ultraschall)
|
1998 n = 19 Gew. % |
1999 n = 28 Gew. % |
2000 n = 26 Gew. % |
2001 n = 27 Gew. % |
2002 n = 11 Gew. % |
2003 n = 12 Gew. % |
2004 n = 14 Gew. % |
|
| Fraktion < 20 µm | 55,5 | 50,4 | 46 | 59,8 | 47,5 | 53,95 | 49,45 |
| Fraktion 20 - 63 µm | 17 | 5,6 | 28,7 | 22,7 | 22,2 | 17,65 | 16,95 |
| Fraktion 63 - 100 µm | 15,1 | 13,2 | 12,6 | 10,3 | 15,8 | 16,75 | 17,8 |
| Fraktionn 100 - 200 µm | 8,7 | 12,6 | 6,7 | 5,2 | 6 | 6,65 | 6 |
| Fraktion 200 - 630 µm | 3,6 | 4,7 | 1,75 | 1,8 | 1 | 2,8 | 1,25 |
| Fraktion 630 - 1000 µm | 0,3 | 0,55 | < 0,1 | 0,2 | 0,3 | < 0,1 | 0 |
| Fraktion 1000 - 2000 µm | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
Sedimentproben aus der Delegationsstrecke im Bereich Süderelbe, Köhlbrand und Norderelbe sind hierbei nicht mit einbezogen worden, da hierfür keine vergleichbaren Datenreihen aus der Vergangenheit vorliegen. In den dortigen Hauptsedimentationszonen kommen überwiegend Feinsande und Schlicke zur Ablagerung.
Sedimentgreiferproben aus der Strommitte
Im Sommer 2004 wurde zusätzlich die Körnungszusammensetzung in der Stromelbe in der Hamburger Delegationsstrecke (Strom-km 607,5 - 638,9) untersucht. Hierfür wurde je Stromkilometer in der Strommitte eine Greiferprobe entnommen und eine Siebanalyse erstellt. Die statistischen Kennwerte sind in der Tabelle aufgeführt.
Tab III.1.4-2: Kornzusammensetzung der Sedimente in der Strommitte der Hamburger Delegationsstrecke (Strom-km 608 - 639)
| Fr. < 20 µm | Fr. 20 - 63 µm | Fr. 63 - 100 µm | Fr. 100 - 200 µm | Fr. 200 - 630 µm | Fr. 630 - 1000 µm | Fr. 1000 - 2000 µm | Fr. > 2000 µm | |
| Gew. % | Gew. % | Gew. % | Gew. % | Gew. % | Gew. % | Gew. % | Gew. % | |
| Anzahl | 43 | 43 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 |
| Minimum | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 1,4 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Median | 0,4 | 1 | 1,2 | 9,2 | 60,4 | 5,9 | 2,3 | 1,7 |
| Mittelwert | 2,5 | 2,6 | 5,9 | 15,6 | 55,6 | 10,2 | 4,2 | 3,5 |
| Maximum | 23,9 | 17,7 | 55 | 62,3 | 94,7 | 50,1 | 33,3 | 14,9 |
Bei den beprobten Sedimenten handelt es sich überwiegend um Mittelsande, höhere Feinsand- und Schlickanteile sind in der Norder- und Süderelbe (jeweils Strom-km 620 - 623) vorzufinden. Exemplarisch sind die Sieblinien für den Verlauf Oberelbe (OE), Süderelbe (SE) und Unterelbe (UE) in der Abbildung dargestellt.
Abb. III.1.4-6: Sieblinien der Sedimentproben aus der Strommitte (Süderelbe und Unterelbe)
Da bei dieser Beprobung keine Querprofile erstellt wurden, sondern lediglich in der Strommitte eine Greiferprobe entnommen wurde, werden Aufschlickungen, wie sie z. B. in der Köhlbrandinnenkurve auftreten, nicht mit erfasst. Die Daten geben die Sedimentzusammensetzung in der Strommitte wieder, der Vergleich dieser Daten mit den Ergebnissen aus den Hafenbeckeneinfahrten zeigt deutlich den kleinräumigen Wechsel der Sedimentationsbedingungen im Stromspaltungsgebiet.
Die Ergebnisse der Greiferbeprobung sind in der Sedimentdatenbank zur Beweissicherung eingestellt.
III.1.4.1 Sedimentkataster
Gemäß Planfeststellungsbeschluss sind zum Aufbau eines Sedimentkatasters im gesamten Untersuchungsgebiet Korngrößen der Sedimente zu sammeln und bereitzustellen.
Demgemäß wird ein Sedimentkataster gepflegt, welches alle verfügbaren Sedimentdaten aus dem gesamten Beweissicherungsgebiet vereinigt. Die Sedimentdaten sind in einer Microsoft-Access-Datenbank gespeichert (s. Abbildung III.1.4.1-1). Neue Sedimentdaten werden automatisch mittels eines VBA-Codes in die Datenbank eingepflegt und anhand der Kornverteilung durch eine Bodenansprache sowohl nach DIN 4022 als auch nach DIN 18192 ergänzt. Dieses ist notwendig, da die Art der Beprobung bzw. die Siebanzahl stark variiert. Somit wird eine annähernd synonyme Aussage der unabhängig voneinander durchgeführten Beprobungen gewährleistet.
Abb. III.1.4.1-1: Struktur der Sedimentdatenhaltung
Durch die Nutzung eines geografischen Informationssystems (GIS), das direkt mit der Access-Datenbank verknüpft ist, wird neben der räumlichen Suche, die Analyse, Bereitstellung und Visualisierung der Daten ermöglicht. Das Kataster wird auf der DVD-2 jedem Nutzer zur Verfügung gestellt. Dem Nutzer wird damit die Möglichkeit gegeben, die Daten der Sedimentproben auf unterschiedliche Weise zu analysieren (s. Abbildung III.1.4.1-2). Unter anderem bietet das dem Beweisscherungsbericht auf der DVD-2 mitgelieferte Sedimentkataster als SVG-Format folgende Möglichkeiten, welche hier kurz erläutert werden sollen.
Die Kartendarstellung, welche die Probenahmepositionen mit einer Farbkodierung des Hauptbestandteils der Beprobungsstellen darstellt, kann auf verschiedene Weise bestimmte Bereiche fokussieren. Mit Hilfe eines Abfrage-Managers kann nach bestimmten Kriterien gesucht bzw. gefiltert werden, sodass verschiedene Proben selektiert und angezeigt werden.
Zusätzlich ist die Analyse aller Probennahmen möglich, außerdem lassen sich einzelne Beprobungsreihen nach der Beprobungstechnik (Jahr und Probenehmer) in der Darstellung aktivieren und deaktivieren.
Abb. III.1.4.1-2: Benutzeroberfläche des Sedimentkatasters im SVG-Format
