5 ENTWICKLUNGSPROGNOSE FÜR DIE NULLVARIANTE
Das in diesem Gutachten verfolgte Konzept, den Ist-Zustand nicht als eine zufällig festgehaltene Augenblicks-Situation eines außerordentlich dynamischen und fluktuierenden Systems zu definieren, sondern auf der Datengrundlage der letzten 15 Jahre zu betrachten und zu beurteilen, impliziert die hier auch genutzte Möglichkeit, Trends der Entwicklung zu erkennen. Daher bedeutet eine Entwicklungsprognose für die Nullvariante im wesentlichen eine Extrapolation bisher beobachteter Trends.
5.1 Salinität und Schwebstoffverteilung
Salinitäts- und Schwebstoffdynamik in der Tideelbe sind primär naturbedingte Phänomene, die von der Tidewelle sowie vom Oberwasserabfluß gesteuert werden und von morphologischen Strukturen abhängig sind. Dabei ist - wie gezeigt wurde, ein Stromgebiet mit besonders hoher Schwebstoffkonzentration, die sog. Tübungszone, an die Lage der Brackwassergrenze gekoppelt (s. Kap. 3.3.1). Nach BERGEMANN (1995) sind für mittlere und hohe Abflüsse in dem betrachteten Zeitraum von 1953 bis 1994 keine statistisch abgesicherten Verschiebungen der oberen Brackwassergrenze festzustellen. Bei niedrigen Abflüssen hingegen scheint sich in dieser Zeit die Lage der oberen Brackwassergrenze um ca. 5 - 20 km stromauf verlagert zu haben; dieser Trend wird im Prinzip auch durch Beobachtungen aus Monatsmittelwerten des Salzgehalts bei Brunsbüttel (NÖTHLICH 1990), die sich in dem besagten Zeitrahmen erhöht haben, bestätigt (s. Kap. 3.2.2). Eine Deutung dieser Beobachtungen könnten Auswirkungen der verschiedenen Fahrrinnenvertiefungen vor 1980 sowie einer Serie anhaltend niedriger Abflußjahre in der Zeit danach sein. Nach der letzten Fahrrinnenvertiefung, mit der 1978 eine Tiefe von 13,5 m erreicht wurde, scheint ab den 80er Jahren (s. Kap. 3.5.1 und 3.6.3) allmählich eine morphologische Stabilisierung eingetreten zu sein.
Die Zeitreihen für die Schwebstoffverteilung im Längsprofil (s. Kap. 3.3.1), aus der die Lage der Trübungszone erkannt werden kann, reichen leider nicht bis in die 50er Jahre, sondern nur bis Ende der 70er Jahre zurück; daher läßt sich über einen möglicherweise entsprechenden Trend in der Verlagerung der Trübungszone keine Aussage machen. Eindeutig belegbar aber ist aus diesen Daten die Abhängigkeit der Lage des Trübungsmaximums vom Oberwasserabfluß, und zwar in völliger Analogie zur Brackwassergrenze.
Es ist nicht zu erwarten, daß sich - ohne weitere Ausbaumaßnahmen in der Tide- und Außen-Elbe - die Brackwassergrenze und die Schwebstoffverteilung über die bekannten Schwankungsbreiten durch variierende Oberwasserabflüsse hinaus ändern. Längerfristige klimatische Veränderung könnten allerdings über das Oberwasser darauf Einfluß nehmen; da aber "die
Klimafolgenforschung eine Niederschlags- geschweige denn eine Oberwasser-Zunahme heute noch nicht quantifizieren kann, sind weitergehende Aussagen zu diesem Gebiet nicht möglich" (SIEFERT 1995). Ein sich fortsetzender Trend im Anstieg des Meeresspiegels hätte die wahrscheinliche Folge, daß sich Salinität und Trübungszone weiter stromauf verlagern; eine Quantifizierung dieser Aussage müßte durch Simulationsmodellierung vorgenommen werden.
5.2 Schwermetalle und organische Schadstoffe
Die Belastung der Tideelbe ist maßgeblich (über 90%) durch die Schadstoffeinträge aus dem Oberlauf bestimmt, die zu einem großen Teil bereits aus Tschechien, aber auch noch wesentlich aus der früheren DDR stammen. Der seit der Wende bekannte Trend einer größtenteils durch Betriebsstillegungen bewirkten Verringerung der Schadstofffrachten wird sich fortsetzen. Die Belastung aus Punktquellen wird weiter durch Abwasserklärung, bessere Filtermethoden und Rezyklierung absinken. Auch die Schadstoffkonzentrationen in den Sedimenten, die bei Hochwässern immer wieder remobilisiert werden und damit die Schadstofffrachten erhöhen, werden - wie die Erfahrungen beim Rhein zeigen - asymptotisch mit der Zeit abnehmen.
Unter der Voraussetzung, daß auch künftig Schlick aus dem Hamburger Hafen gebaggert und an Land (vielleicht in Salzkavernen) deponiert wird, behält der Hafen seine Funktion als Schadstoffsenke und damit als "Reinigungsstufe" für die Tideelbe, so daß auch weiterhin eine deutlich reduzierte Schadstofffracht in das äußere Ästuar bzw. in die Nordsee gelangt. Schlickeggen und Umlagerungen als Ersatz für Deposition an Land würden dagegen potentiell zu einer höheren Belastung des Ästuars und der Deutschen Bucht (Wattenmeer) führen; der Grad dieser Belastung kann allerdings ohne detaillierteren Untersuchungen nicht quantifiziert werden.
Der bekannte (durch Vermischungseffekte mit weniger kontaminiertem Material von stromab gelegenen Gebieten interpretierte) Gradient in den Schadstoffkonzentrationen der Schwebstoffe (und zwar Schwermetalle gleichermaßen wie organische Schadstoffe) im Stromspaltungsgebiet (Untersuchungsabschnitt II) und in der Unterelbe von Hamburg bis Lühesand (Untersuchungsabschnitt III) wird von der Oberwassersituation gesteuert: Bei niedrigem Oberwasser fallen die Konzentrationen sprungartig bereits am unteren Ende von Untersuchungsabschnitt II ab, während bei hohem Oberwasser ein gemächlicherer Abfall erst weiter stromab zu beobachten ist. Solange keine Ereignisse eintreten, die den Stromauftransport von Schwebstoffen und damit den Vermischungseffekt verstärken, was man bei wasserbaulichen Maßnahmen oder bei einem deutlichen Meeresspiegelanstieg erwarten könnte, wird auch künftig die Lage des Schadstoffgradienten in dem oben abgegrenzten Gebiet mit dem Oberwasser variieren.
o Untersuchungsabschnitt I
Entscheidend für die Gewässergüte dieses Elbabschnitts ist erstens die starke Sauerstoffproduktion der Algen und zweitens die nach der Wende deutlich zurückgegangene Belastung mit sauerstoffzehrenden Substanzen. Obwohl die schwebstoffgebundene bakterielle Aktivität (Indikator: Schlammbelastung) in diesem Untersuchungsabschnitt am höchsten ist, wirkt sie sich im Vergleich zur Unterelbe nicht meßbar auf den Sauerstoffhaushalt aus, weil die Schwebstoffkonzentrationen vergleichsweise gering sind. Die Sauerstoffkonzentrationen liegen deshalb im Sommer ausnahmslos im Bereich der Sättigungsgrenze.
Es gibt keine plausiblen Gründe dafür, daß zukünftig die Schwebstoffkonzentrationen in der oberen Tideelbe soweit zunehmen, daß die bakterielle Zehrung die Sauerstoffproduktion überwiegt und eine erhöhte Wassertrübung die Lichtbedingungen für die Algen entscheidend verschlechtert. Es ist im Gegenteil davon auszugehen, daß der weitere Ausbau von Kläranlagen insbesondere die nitrifikationsbedingte Sauerstoffzehrung noch weiter verringert.
o Untersuchungsabschnitt II
Das Stromspaltungsgebiet verbindet in den Sommermonaten zwei Gebiete mit stark unterschiedlichem Sauerstoffgehalt miteinander: Die sauerstoffgesättigte obere Tideelbe und die Unterelbe bei Hamburg mit einem ausgeprägtem Sauerstoffmangel (Sauerstofftal).
Die im Hamburger Hafen vorgesehenen Strombaumaßnahmen, z.B. die Vertiefungen der Süderelbe bei Altenwerder, werden den Flutraum nur unwesentlich vergrößern, denn es ist auch geplant, Hafenbecken an anderer Stelle zugunsten von Stromliegeplätzen zu verfüllen. An der mengenmäßigen Aufteilung der Flutwassermengen im Stromspaltungsgebiet wird sich daher zukünftig nichts entscheidendes ändern. Eine Verringerung des Tidefüllvolumens würde z.B. lediglich eine Abflachung der Konzentrationsgradienten in der Norder- und Süderelbe bewirken. Die mittleren Sauerstoff- und Nährstoffkonzentrationen blieben dadurch im Stromspaltungsgebiet jedoch bestehen. Möglicherweise könnte eine weitere Verringerung der Nährstoffeinträge aus der Mittelelbe die Sauerstoffverhältnisse leicht verbessern, weil dadurch auch das Sauerstoffzehrungspotential in der Unterelbe geringer werden würde. Eine Verschlechterung der Sauerstoffverhältnisse könnte dagegen dann eintreten, wenn im Sommer zusätzliche Nährstoffe, z.B. durch vermehrte Baggergutumlagerungen in der Unterelbe anstelle von Deponierung an Land, eingebracht werden.
o Untersuchungsabschnitt III
Da in der Zukunft nicht mit einer Verringerung der natürlichen und unterhaltungsbedingten Feststoffumlagerungen zu rechnen ist, wird die Sauerstoffproduktion durch Algen auch weiterhin durch trübungs- und wassertiefenbedingten Lichtmangel zu gering sein, um die Sauerstoffzehrung zu kompensieren. Falls die Sauerstoffkonzentrationen in der oberen Tideelbe auch zukünftig so hoch bleiben, ist damit zu rechnen, daß die Konzentrationswerte im Abschnitt III auch weiterhin nur sehr selten die fischkritische Grenze unterschreiten.
Da derzeit noch nicht bekannt ist, welchen Anteil die unterhaltungsbedingten Sedimentumlagerungen am Feststoffumsatz bzw. an den Auswirkungen auf den Sauerstoffhaushalt haben, kann keine genaue Prognose darüber abgegeben werden, welche Veränderungen sich aus einer möglicherweise intensivierten Schlickeggung bzw. Umlagerung von Baggergut ergeben könnten.
o Untersuchungsabschnitt IV
Für diesen Elbabschnitt gelten die gleichen Prognose-Prämissen wie für den Abschnitt III. Obwohl die Schwebstoffkonzentrationen durch die räumliche Nähe zum Schwerpunkt der Trübungszone deutlich ansteigen, ist die feststoffgebundene bakterielle Sauerstoffzehrung in diesem Unterelbeabschnitt so gering, daß die Sauerstoffkonzentrationen in Stromabrichtung bereits wieder deutlich ansteigen können. Verantwortlich dafür sind vor allem der Sauerstoff-Eintrag aus der Atmosphäre und die tide- und oberwasserabhängige Zumischung von sauerstoffreicherem Nordseewasser. Aufgrund der auch dort vorhandenen hohen Schwebstoffkonzentrationen ist nicht davon auszugehen, daß die Lichtlimitierung der Sauerstoffproduktion geringer geworden ist.
Da sich die klimatischen Randbedingungen in den nächsten Jahren sehr wahrscheinlich nicht entscheidend ändern (MATERIALBAND IX), wird die festgestellte, primär oberwasserabhängige Variabilität der Sauerstoffverhältnisse weiter bestehen.
o Untersuchungsabschnitt V
Obwohl dieser Abschnitt den zentralen Bereich der Trübungszone umfaßt, ist dort keine lokale Verschlechterung der Gewässergüte nachweisbar. Da Trübungszonen durch ästuartypische natürliche Wasser- und Feststofftransportprozesse (Dichteströmungen, Tidal pumping usw.) entstehen, und deren Variabilität nachgewiesenermaßen auch in der Elbe sehr groß ist, wird sich die mittlere Lage und räumliche Ausdehnung der Trübungszone nicht meßbar ändern. Solange die feststoffgebundene Bakterienaktivität so gering bleibt wie bisher, wird sich deshalb die Gewässergüte auch nicht ändern.
Eine Verschlechterung der Gewässergüte könnte daher z. B. nur dann eintreten, wenn dort zukünftig im Sommer große Mengen nährstoffreicher Sedimente (Baggergut) umgelagert würden. Derartige Pläne sind bisher jedoch nicht bekannt.
o Untersuchungsabschnitte VI und VII
In diesem Teil des Untersuchungsgebietes dominiert der Nordsee-Einfluß durch die zunehmende Einmischung von Salzwasser. Bei niedrigem Oberwasser erstreckt sich die Brackwasserzone sogar bis oberhalb von Glückstadt. Eine Beeinträchtigung der bestehenden Gewässergüte ist somit nur denkbar, wenn sich z.B. durch fortgesetzte Nährstoff-Einträge die Wasserqualität in der Nordsee erheblich verschlechtern sollte. Zur Zeit gibt es jedoch keine Anzeichen dafür, daß dies in naher Zukunft geschehen könnte.
5.4 Unterhaltungsbaggerungen und wasserbauliche Umlagerungen
Für den Zeitraum 1979-1993 lassen Häufigkeit und Mengen der Unterhaltungsbaggerung im Bereich der Tideelbe sowie des Hamburger Hafens und der anliegenden Landes- bzw. Kommunalhäfen keinen negativen säkularen Trend erkennen. Die im Strom-Abschnitt zwischen km 638,9 - 689,1 (WSA Hamburg) ablesbare Zunahme ist - nach detaillierter Auswertung von Unter-Abschnitten - mit großer Wahrscheinlichkeit nicht auf anthropogene Entwicklungen zurückzuführen, sondern auf den klimatisch gesteuerten, die Sedimentation prägenden Faktor "Oberwasserabfluß". Insgesamt können regional teils stärkere, teils abgeschwächte Oberwasserabhängigkeiten in Häufigkeit und Mengen der Unterhaltungsbaggerung erkannt werden.
Das seit 1982 durchgehend im Bereich der Unterelbe (km 638,9-745; Wasser- und Schiffahrtsämter Hamburg und Cuxhaven) praktizierte Umlagerungsverfahren (bei dem das Unterhaltungsbaggermaterial innerhalb des Stromes verklappt wird) zeigt unter Beachtung des Oberwassereinflusses in der Zeit zwischen 1982 und 1993 keine signifikante Veränderung der Gesamt-Unterhaltungsbaggermengen.
Gewisse morphologische Strukturen, nämlich großräumige "Mulden" im Flußbett (in denen das Volumen des Wasserkörpers unter KN relativ zur Umgebung groß ist), begünstigen offensichtlich regional, vor allem im Stromabschnitt zwischen km 639 und 725, die Sedimentation und erfordern damit in verstärktem Maße Baggeraktivitäten. Diese räumlichen Strukturen scheinen in enger Wechselbeziehung zu der durch die Tidewelle induzierten Schwingungsdynamik zu stehen: Morphologie und Dynamik bedingen sich gegenseitig.
Das Fazit für eine Prognose der sog. Nullvariante ist daher folgendes: Bei Unterstellung einer unveränderten klimatischen und wasserbaulichen Situation ist mit keiner signifikanten Veränderung in Lage und Intensität der bestehenden Unterhaltungsbaggerungen in der Tideelbe unterhalb Hamburgs zu rechnen. Für das Gebiet des Hamburger Hafens kann ebenfalls bei weiterhin gleichbleibenden Randbedingungen von einer sich im Rahmen der im MATERIALBAND II b beschriebenen Schwankungsbreite bewegenden Größenordnung der Unterhaltungsbaggermengen ausgegangen werden.
Bei der im vorangehenden Text getroffenen Einschätzung der zukünftigen Entwicklung des Schwebstoff-Regimes, der gelösten Stoffe, der Gewässergüte und der wasserbaulichen Umlagerungen sind auch die in den Studien Nr. 75 (FERK 1995b) und Nr. 81 (SIEFERT 1995) von Strom- und Hafenbau Hamburg sowie die SB4-Studie Nr. 2 des WSA Hamburg (NEUMANN & WOLF 1996) vorgestellten Wasserbaumaßnahmen berücksichtigt worden. Dort wird z.B. festgestellt, daß durch die Veränderungen der wasserseitigen Hafenflächen zwar lokale Strömungsänderungen (z.B. bezüglich der Walzen im Eingangsbereich von Hafenbecken) zu erwarten sind, aber keine Beeinflussungen des Schwebstoffregimes im Stromspaltungsgebiet. Eine Öffnung der Alten Süderelbe wird sich zwar geringfügig, aber unerheblich auf die Strömungs- und Sedimentationsverhältnisse im Köhlfleet und im südöstlichen Mühlenberger Loch auswirken. Lokal noch stärker eingeschränkt werden die Auswirkungen des Estersperrwerk-Neubaus ein. Die Kurvenanpassung im Bereich des Leitdammes Cuxhavens, die eine hydraulische Glättung und damit eine Verstärkung der parallel zur Fahrrinne laufenden Strömung zur Folge haben wird, könnte zu einer Minderung der Unterhaltungsbaggermengen führen. Die geplante Einbringung von Baggergut aus dem Amerikahafen wird in Anbetracht der großen tidebedingten Frachten an relativ unkontaminiertem Material in diesem Untersuchungsabschnitt schwerlich nachweisbar sein, kann aber wegen der kumulativen Wirkung auf Sedimentationsgebiete ("final fate") nicht empfohlen werden.
Unabhängig von den bereits in diesen Studien vorgenommenen Einschätzungen über die Geringfügigkeit der möglichen Wirkungen einzelner Maßnahmen auf das Abflußgeschehen und den Feststofftransport in der Tideelbe sowie auf die Gewässergüte kommen die Verfasser dieses Gutachtens aufgrund ihrer Datenauswertungen zu dem gleichen Ergebnis, daß mit in der Natur feststellbaren Änderungen des Ist-Zustandes nicht zu rechnen ist.
Zur Erläuterung sollen dazu beispielhaft die bei CHRISTIANSEN et al. (1995) genannten Auswirkungen der geplanten Strombaumaßnahmen in Altenwerder (Hafenerweiterungsprojekt) auf die Sedimentation im Hamburger Hafen betrachtet werden: Je nach Ausbauvariante ist mit einer Zunahme der Ablagerung in diesem Hafenabschnitt in Höhe von 280.000 m3 bis 365.000 m3 Sand und Schlick (Summe) zu rechnen. Sie bedeuten gegenüber den bekannten stark oberwasserabängigen Änderungen der Sedimentation im Hamburger Hafen (CHRISTIANSEN & HAAR 1991) rechnerisch nur eine geringfügige Erhöhung der insgesamt abgelagerten Sedimentmengen, zumal es sich dabei zumindest teilweise um Feststoffe handeln dürfte, die z.Z. (vor der geplanten Vertiefung der Süderelbe bei Altenwerder) noch in stromauf- oder stromabliegenden Hafenbecken sedimentieren. Desweiteren muß bei der Sedimentbilanz berücksichtigt werden, daß in der Zukunft durch die vorgesehenen Verfüllungen von Hafenbecken insgesamt ca. 65 ha Sedimentationsfläche im Hamburger Hafen wegfallen werden. Als Folge davon werden sich die im Hamburger Hafen abgelagerten Sedimentmengen insgesamt eher reduzieren.
Aufgrund der z.B. in den Kap. 3.4.3, 4.4 und 4.6 gemachten Aussagen über die möglichen Wirkungen des Feststofftransportgeschehens und wasserbaulicher Sedimentumlagerungen auf die Gewässergüte, ist mit meßbaren Änderungen der Gewässergütesituation durch die geplanten zusätzlichen Baumaßnahmen nicht zu rechnen.