Das Tidegeschehen und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Gewässersohle sind korrekterweise unter dem Schutzgut Wasser zu betrachten. Da es sich dabei aber um Systemzusammenhänge handelt, die von grundlegender Bedeutung für die Auswirkungsbeurteilung aller Schutzgüter sind, werden sie unter den Punkten Systemzusammenhänge und hydromechanische Folgen der Fahrrinnenanpassung den schutzgutbezogenen Beschreibungen vorangestellt. Unter dem Schutzgut Wasser werden somit hier nur noch die Punkte Schwebstoffe, Gewässergüte und Sedimente für den Bereich des Oberflächenwassers und Grundwasser behandelt.
Für die Analyse und Beschreibung des Ist-Zustandes der Schwebstoffverteilung wurde der Zeitraum von 1978 bis etwa 1993 gewählt. Um ein vollständiges Bild über mögliche Veränderungen der Schwebstoffkonzentrationen im Längsprofil des gesamten Untersuchungsgebietes zu erhalten, wurde ein Elbabschnitt oberhalb von Geesthacht zusätzlich in die Analyse mit einbezogen.
Hierzu wurde eine umfangreiche Literatur- und Datenrecherche bei verschiedenen Ämtern und Institutionen durchgeführt. Es wurden insbesondere die Ergebnisse über Probeahmen der Arbeitsgemeinschaft zur Reinhaltung der Elbe (ARGE Elbe) und der GKSS berücksichtigt. Zur Abschätzung möglicher Veränderungen wurde ein Schwebstofftransportmodell angewandt.
Bei den Schwebstoffen handelt es sich um Feststoffe, die aufgrund ihrer Dichte bzw. Größe dauerhaft oder durch die Verwirbelung des fließenden Wassers zweitweise in Schwebe gehalten werden. Schwebstoffe bestehen aus Tonpartikeln, Sand, zerriebenem organischen Material wie z.B. Blättern, Detritus, Bakterien und Pilzen sowie lebenden und toten Schwebeorganismen (Planktern).
Zur Beschreibung und Bewertung der Gewässergüte wurden für den Zeitraum von 1980 - 1994 im Rahmen einer umfangreichen Literatur- und Datenrecherche die Ergebnisse aus Langzeitmessungen, kurzen Meßkampagnen und Laboruntersuchungen verschiedener Institutionen (z.B. ARGE Elbe, GKSS) erfaßt und statistisch ausgewertet.
Für die Beschreibung des Ist-Zustandes der Sedimente wurden insgesamt 351 Proben aus der Elbe und den Nebenflüssen entnommen. Die Untersuchung der Belastung der Sedimente mit Schadstoffen umfaßte verschiedene Spurenelemente (Schwermetalle und Arsen) und organische Spurenstoffe.
Die Grundwasserverhältnisse wurden auf der Grundlage einer umfangreichen Datenrecherche bei Behörden und Institutionen dargestellt und bewertet.
Um die Zusammenhänge zwischen Elbwasserständen, Grundwasserständen und -strömungen sowie den Salzgehalten der Elbe und des Grundwassers nachzubilden, wurde ein schematisches Prinzipmodell eingesetzt. Mit diesem Modell wurden verschiedene prinzipielle Grundwassersituationen mit und ohne Grundwasserförderung simuliert, die als Ergebnis unterschiedliche Strömungspfade und Fließzeiten aufzeigen.
Oberflächengewässer
Die Schwebstoffdynamik in einem Fließgewässer wird entscheidend durch die Strömungsgeschwindigkeiten gesteuert. Diese bewirken den Schwebstofftransport. Durch Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit können Schwebstoffe absinken und sedimentieren bzw. durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten erodieren oder wieder aufgeschwemmt werden (resuspendieren).
Die Sedimentation von Schwebstoffen beeinflußt maßgeblich die Unterhaltungsbaggermengen in der Fahrrinne und in wasserbaulichen Anlagen (Häfen, Schleusen, Hafenzufahrten).
Schwebstoffe sind das wesentliche Transportvehikel für Umweltschadstoffe. In der Tideelbe sind 80 bis 90 % der Schadstoffe an Schwebstoffe angelagert. Sie beeinflussen somit die Gewässergüte. Die im Schwebstoff enthaltenen Bakterien und Algen steuern in hohem Maße den Nährstoff- und den Sauerstoffhaushalt im Wasser und Sediment.
Die Gewässergüte ist abhängig vom Sauerstoff- und Nährstoffhaushalt sowie den Schadstoffbelastungen der Schwebstoffe.
Die Sauerstoffkonzentration und -sättigung ist oberhalb Hamburgs hoch und sinkt zunächst stromab. Etwa unterhalb der Lühemündung steigen die Werte kontinuierlich an und erreichen in der Außenelbe wieder das oberhalb Hamburgs herrschende Niveau. Der Sauerstoffverbrauch beim Abbau organischer Substanzen (z.B. Algen) sinkt von einer hohen Belastung oberhalb Hamburgs stromab kontinuierlich, bis in der Außenelbe sehr geringe Belastungwerte erreicht werden. Die Nährstoffkonzentrationen schwanken zwischen durchgängig niedrigen Werten bei Ammonium und fast durchgängig hohen bis mäßigen bei der Nitratbelastung.
Die Belastung der Schwebstoffe mit Schwermetallen nimmt tendenziell im Verlauf zwischen dem Wehr Geesthacht und der Außenelbe in Stromrichtung ab. In dem durch relativ geringe Schwebstoffgehalte geprägten Bereich der Tideelbe oberhalb Hamburgs schwankt die Belastung der Schwebstoffe mit Schwermetallen erheblich, da in Abhängigkeit vom Oberwasserzufluß unterschiedlich hoch belastete Schwebstoffe vom Oberstrom in die Tideelbe eingetragen werden.
Unterhalb von Hamburg erfolgt ein deutlicher Abfall der Schwermetallkonzentrationen. Die Ursachen der Abnahme der Schwermetallbelastung sind einerseits die großen Wassertiefen und hohen Verweilzeiten des Wasserkörpers im Hamburger Stromspaltungsgebiet, das eine Art Barriere und "Sedimentfalle" darstellt. Andererseits wirkt sich hier bereits die Einmischung geringer belasteter Schwebstoffe aus weiter stromab gelegenen Bereichen aus, die zu einem Verdünnungseffekt führt.
Der Vergleich der Belastung der Sedimente mit den verschiedenen Spurenelementen ergab, daß sich die gemessenenen Zinkgehalte am besten als Indikator für die Belastung des Untersuchungsgebietes eignen, da zwischen den Zinkgehalten und den Gehalten der übrigen Spurenelemente ein deutlicher Zusammenhang besteht.
Die Zinkbelastung nimmt elbabwärts kontinuierlich ab. Die höchsten Zinkgehalte werden in und oberhalb Hamburgs gemessen. Unterhalb Hamburgs sinken die Gehalte kontinuierlich und nähern sich der marinen Gundbelastung der Nordsee. Die Sedimente der Nebenflüssen weisen mittlere Zinkgehalte auf.
Innerhalb der Untersuchungsabschnitte variiert der Zinkgehalt erheblich. Als nicht oder sehr gering belastet erwiesen sich einerseits alte Kleie oder Geschiebemergel, die bevorzugt im Tiefwasserbereich neben der Fahrrinne vorkommen und dort durch Erosion oder Unterhaltungsbaggerungen freigelegt wurden. Sehr hohe Belastungen können in Abhängigkeit vom jeweiligen Sedimenttyp hingegen ältere Sedimente aufweisen, die in den vergangenen Jahrzehnten in einer Phase hoher Schwermetalleinträge abgelagert wurden.
Die Belastung der Sedimente mit den anderen Spurenelementen weist grundsätzlich ein dem Zink ähnliches Verteilungsmuster auf. Die hohe Belastung der Sedimente mit organischen Spurenstoffen in den Abschnitten I und II sinkt unterhalb Hamburgs kontinuierlich ab und nähert sich im Abschnitt VI bereits den in Nordseesedimenten herrschenden Schadstoffgehalten.
Die aktuelle Belastung der Sedimente in den Nebenflüssen schwankt mit der Entfernung zur Elbe. Die im Mündungsbereich der Nebenflüsse beprobten Sedimente weisen Schwermetallkonzentrationen auf, die geringer sind als die von flußauf beprobten Sedimenten. Sie entsprechen den jeweiligen Gehalten in der Elbe.
Grundwasser
Die den oberen Grundwasserleiter bedeckenden Schichten (Deckschichten) bestehen aus undurchlässigen Böden aus Klei, Mudde und Torf (sogenannte Weichschichten) mit Mächtigkeiten zwischen 2 und 20 m, die zwar die Grundwasserneubildung in hohem Maße behindern aber zugleich eine schützende Abdeckung des Grundwasserleiters vor Stoffeinträgen durch versickerndes Niederschlagswasser bzw. Flußwasser nach Überschwemmungen darstellen.
Die Mächtigkeiten nehmen zum einen entlang der Elbe von Westen nach Osten sowie senkrecht zur Elbe ab. In elbnahen Bereichen bei Brunsbüttel und Glückstadt im Westen des Untersuchungsgebietes liegen die Mächtigkeiten bei 15 bis 20 m und in den Vier- und Marschlanden nur bei 2 bis 4 m. Im Geestrandbereich fehlen die Weichschichten ganz und werden durch die Sande der Vorgeest ersetzt.
Beim oberen Grundwasserleiter handelt es sich im Elbtal größtenteils um Sande und Kiese, die durch Ton- und Geschiebemergellagen unterbrochen und randlich mit Schluffen durchsetzt sein können. Die Mächtigkeit dieses Grundwasserleiters liegt bei 15 bis 30 m außerhalb der eiszeitlichen Rinnen und bis zu mehreren hundert Metern in Rinnenbereichen. Tiefere Grundwasserleiter sind die Oberen und Unteren Braunkohlensande.
Die durch die geplante Fahrrinnenanpassung der Elbe hervorgerufenen möglichen Veränderungen können sich nur dann auf das Grundwasser auswirken, wenn ein wirksamer Kontakt zwischen der Elbe bzw. den Elbenebenflüssen und dem Grundwasser besteht. Da aufgrund der vorangegangenen Vertiefungsmaßnahmen die Elbsohle bereits durchgehend den oberen Grundwasserleiter anschneidet und dieser Zustand durch die Unterhaltungsbaggerungen aufrecht erhalten wird, kann von einem Kontakt augsgegangen werden.
Die Tide beeinflußt den Grundwasserstand sowie die Grundwasserströmung. Im Nahbereich der Elbe wirken sich die jeweils nur kurzzeitig bestehenden Tidewasserstände auf die höchsten und niedrigsten Grundwasserstände aus. Dieser kurzzeitige Tideeinfluß nimmt mit zunehmender Entfernung von der Elbe ab. Bei den tidebedingten Grundwasserstandsschwankungen handelt es sich dabei um reine Druckschwankungen, welche die Grundwasserströmung nicht beeinflussen. Die Grundwasserströmung wird durch die langfristig gemittelten Wasserstände (z.B. mittleres Tidehalbwasser) beeinflußt (vgl. Abb. 17).
In den meisten Fällen wird der Elbeinfluß auf die Grundwasserstände durch Wasserhaltung und Grundwasserförderung in der Marsch überprägt.
Die Schwankungen der monatlichen mittleren Grundwasserstände der Marsch liegen in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0 m.
Aufgrund des natürlichen Salzgehaltes lassen sich in der Marsch drei unterschiedliche Grundwassertypen unterscheiden.
Abb. 17: Schematische Darstellung der Grundwasserbeeinflussung im Bereich der Tideelbe
Das aus der Geest in die Marsch strömende Grundwasser weist geringere Salzgehalte auf als das von der Elbe beeinflußte. Die höchsten Salzgehalte finden sich im Bereich mit Salzstöcken oder in Bereichen, die ehemals von Nordseewasser beeinflußt wurden.
5.2.2.2 Prognose der ökologischen Auswirkungen der Fahrrinnenanpassung
Für die Prognose werden die mit einem Schwebstofftransportmodell berechneten ausbaubedingten Änderungen hinsichtlich der Schwebstoffkonzentration, -erosion und -deposition als prozentuale Veränderungen gegenüber dem Ist-Zustand dargestellt.
Folgende Parameter werden durch das Modell berechnet:
- Der Schwebstoffgehalt in der 2 m-Deckschicht, d.h. in den oberen 2 m der Wassersäule.
- Die Bodenbelegung, d.h. die Masse des am Boden deponierten, leicht wieder aufwirbelbaren bzw. resuspendierbaren Materials. Die Berechnung der Bodenbelegung dient der Beurteilung der ausbaubedingten Veränderungen im Sedimentations- und Erosionsgeschehen.
- Der Anteil der langsam sinkenden Schwebstofffraktion in der Wassersäule als Indikator für den Transport gelöster Stoffe. Durch die Analyse der Differenz zwischen Ist- und Ausbauzustand werden somit Trendaussagen über das veränderte Transportverhalten ermöglicht. Die Ergebnisse dienen zur Prognose der Gewässergüte.
Vorhabensbedingte Veränderungen - Oberflächengewässer
Da Abweichungen der Schwebstoffkonzentrationen von weniger als 5% völlig von den natürlichen Schwankungen durch Oberwasser- und Windeinflüsse überdeckt werden und sich somit nicht von der natürlichen Spannweite unterscheiden lassen, werden erst Abweichungen von 5% und mehr als deutliche Änderungen des Schwebstoffregimes definiert.
Zu den Gebieten mit prognostizierten Veränderungen der Schwebstoffkonzentration von mehr als 5% in der 2 m-Deckschicht zählen der südöstliche Bereich des Mühlenberger Lochs, der Bereich der Wedeler Au, Teile der Wattgebiete des NSG Nordkehdingen I und II, das Vogelschutzgebiet Hullen sowie die auf Höhe von Cuxhaven gelegenen Wattgebiete bei Kratzsand und Medemsand. In diesen Bereichen ist aufgrund der Erhöhung der Schwebstoffkonzentrationen möglicherweise mit einem Anstieg der Schadstoffbelastung zu rechnen. Dieser Anstieg ist allerdings nicht quantifizierbar und in Anbetracht der bereits im derzeitigen Zustand hohen Spannbreite der Gewässergüteparameter vermutlich nicht erheblich.
Die vom Modell berechneten geringen Änderungen der Bodenbelegung von mehr als 5 % treten vor allem in strömungsberuhigten Flachwasserbereichen auf. In den Bereichen Hahnöfer Nebenelbe, Nordufer von Hanskalbsand (200 m breiter Streifen) und Wedeler Au werden erhöhte Schwebstoffablagerungen von bis zu 40% vorhergesagt.
Während der Bauphase kann es durch die Resuspension der Sedimente zu einer Beeinträchtigung der Gewässergüte kommen, wenn die im Porenwasser der Sedimente enthaltenen Nähr- und Schadstoffe unter Sauerstoffverbrauch freigesetzt werden.
Umlagerungsversuche haben gezeigt, daß bei der Verklappung von schlickigem Baggergut unabhängig von Tidezustand und Topographie des Umlagerungsgebietes sich bei allen gemessenen Parametern innerhalb kurzer Zeit die Ausgangswerte im Wasserkörper vor der Verklappung einstellten. Die kurzzeitig meßbare Sauerstoffzehrung kann somit nur beim Vorhandensein eines ausgeprägten Sauerstoffdefizits zu gravierenden Auswirkungen führen. Nach dem derzeitigen Stand des Wissens sind während der Bauphase keine erheblichen oder nachhaltigen Beeinträchtigungen der Gewässergüte zu erwarten.
Langfristige Auswirkungen auf den Sauerstoff- und Nährstoffhaushalt werden hingegen für den Hamburger Bereich prognostiztiert. Hier kann durch die Querschnittsvergrößerung im Zuge der geplanten Fahrrinnenanpassung der Anteil der nicht mehr lichtdurchfluteten Bereiche im Gewässer zunehmen. Dadurch ist das Phytoplankton (Algen u.ä.) längere Zeit Bedingungen ausgesetzt, unter denen es keine Photosynthese betreiben kann, so daß der Sauerstoffeintrag in das Gewässer abnimmt. Da die Bedeutung dieses Prozesses für den Sauerstoffhaushalt in wissenschaftlichen Fachkreisen noch umstritten ist, kann im Rahmen der Umweltverträglichkeitsuntersuchung nur darauf hingewiesen werden, daß hier das Risiko einer erheblichen oder nachhaltigen Beeinträchtigung der Gewässergüte besteht.
Auswirkungen der geplanten Fahrrinnenanpassung auf die Sedimente sind vor allem im Bereich der Ausbaubagger- und Verbringungsstellen zu erwarten.
Erhebliche und nachhaltige Beeinträchtigungen der Sedimente resultieren einerseits aus den Veränderungen der Sohlstruktur im Bereich der Baggergutablagerungsflächen, wo es durch den Bau von Fuß- und Randsicherungen (Lagestabilisierung des verklappten Materials) zur dauerhaften Überdeckung der Sedimente kommt. Andererseits werden erhebliche Beeinträchtigungen der Sedimente durch die Zunahme der Schadstoffbelastung der Sedimente für die Baggergutablagerungsflächen "Twielenfleht", "Krautsand" und "Hollerwettern-Scheelenkuhlen" sowie für die Klappstellen bei km 690 und km 714 prognostiziert. Die Gesamtgröße dieser Eingriffsflächen beträgt 306 ha.
In Bereichen mit Fahrrinnenverbreiterungen wird es tendenziell vorübergehend zu Sedimenteintreibungen aus den Seitenbereichen in die Fahrrinne im Rahmen des Einpendelns eines neuen Gleichgewichts zwischen Ablagerung und Abtrag (morphologischen Nachlauf) kommen. Für den Außenelbebereich, in dem überwiegend geringfügige Änderungen von Fahrrinnenlage und -breite geplant sind, werden tendenziell abnehmende Unterhaltungsbaggermengen prognostiziert. Demgegenüber ist in der Unterelbe, wo Fahrrinnenverbreiterungen in größerem Umfang stattfinden, zunächst mit einem leicht erhöhten mittleren Unterhaltungsaufwand zu rechnen.
Die Bewertung der Erheblichkeit dieser Veränderungen erfolgt hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die aquatischen Lebensgemeinschaften.
Vorhabensbedingte Veränderungen - Grundwasser
Die prognostizierten Wasserstandsänderungen betragen maximal +4 cm für das Tidehochwasser und -7 cm für das Tideniedrigwasser. Demgegenüber betrug die natürliche Schwankungsbreite während des zweimonatigen Analysezeitraumes bis zu 5 m. Die ausbaubedingten Änderungen der Tidehoch- und -niedrigwasserstände sind im Vergleich zur natürlichen Schwankungsbreite der Tide als vernachlässigbar gering einzustufen.
Die ausbaubedingten Änderungen des mittleren Tidehalbwassers (MT½w) von -4 cm bis +4 cm sind im Vergleich zur natürlichen Schwankungsbreite der Tide ebenfalls vernachlässigbar gering.
Die Brackwasserzone der Elbe weist eine große natürliche Variabilität hinsichtlich ihrer Lage und damit der Salinität auf. Die Prognoseberechnungen der BAW - AK ergeben nur geringfügige Änderungen der Salinität von maximal 0,34 0/00 ,die innerhalb der natürlichen Schwankungsbreite der Salinitätsgehalte der Elbe liegen.
Die prognostizierten Änderungen der Tidewasserstände und der Salinität des Elbwassers werden zu vernachlässigbar geringen Auswirkungen auf das Grundwasser führen. Es werden weder erhebliche noch nachhaltige Beeinträchtigungen des Grundwassers prognostiziert.
5.2.2.3 Maßnahmen zur Vermeidung und Minderung, Ausgleich und Ersatz
Minderung läßt sich durch Verklappung des Ausbaubaggerguts in Bereichen mit gleicher oder höherer Schadstoffvorbelastung erzielen.
Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen können in der Sanierung von Bereichen hoher Sedimentbelastung durch umweltschonende Entnahme der Sedimente bestehen.