Änderung der Sedimentzusammensetzung und -verteilung

6.3.2.1.1 Wirkfaktorenkomplex

Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten

Die in der Tideelbe auftretenden mittleren Strömungsgeschwindigkeiten (mittlere Flut- und Ebbeströmungen) variieren in den verschiedenen Kompartimenten des Wasser-körpers zwischen < 0,2 (hohe Wattbereiche) und 0,9 m/s (Hauptstrom). Hohe maxima-le Fließgeschwindigkeiten zwischen 1,2 und 1,8 (lokal max. 2) m/s können in der Fahrrinne auftreten [Unterlage H.1a, H.1c; BAW 2006a, 2006b]. In den Seitenberei-chen nehmen die maximalen Strömungsgeschwindigkeiten allgemein ab. Während im Tiefwasser noch maximale Geschwindigkeiten von 1 – 1,2 m/s auftreten können, sin-ken diese in Flachwasserbereichen auf 0,6 – 0,9 m/s bzw. in Wattbereichen 0,3 – 0,6 m/s ab.

Maßnahmenbedingte Veränderungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten tre-ten vor allem im Bereich der Fahrrinne und der Strombauwerke ein. Durch die Bünde-lung des Durchflusses auf die Hauptrinne und die abnehmende Rauhigkeit der Ge-wässersohle ist allgemein eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten in der Fahrrinne zu erwarten, lediglich in Bereichen einer deutlichen Fließquerschnittsver-breiterung (so bspw. Begegnungsstrecke km 644 - 636) tritt eine Verringerung der

Fließgeschwindigkeit um bis zu 0,1 m/s ein. Im Bereich der Fahrrinne südlich des Medemsands werden mittlere Ebb- und Flutströmung um etwa 0,1 m/s zunehmen, während in der Medemrinne und den nördlich angrenzenden Watten und Nebenrinnen eine Verringerung der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten um 0,1 – 0,15, örtlich auch von 0,3 m/s erfolgen wird.

In den flacheren Randbereichen des Flachwassers und der Watten sowie in den Ne-benelben ist in der Unterelbe aufgrund der Konzentration des Gesamtdurchflusses auf die Hauptrinne allgemein mit einer leichten Verringerung der Strömungsgeschwindig-keiten zu rechnen. Lediglich in Bereichen mit maßnahmenbedingter Erhöhung der Tidedynamik durch eine MThw-Erhöhung kann es auch örtlich zu einer geringfügig zunehmenden Strömung kommen.

Erhöhungen der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in Wattenbereichen um bis zu 0,1 m/s treten vor allem auf der Unterwasserablagerungsfläche (UWA) Medemrinne-Ost auf. Ufernahe Strömungserhöhungen um bis zu 0,1 m/s treten als Folge der o.g.

Strombauwerke örtlich am südlichen Elbufer zwischen Cuxhaven und Groden auf.

Mit einer Zunahme der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten ist auch eine Erhö-hung der an der Gewässersohle morphologisch wirksamen Bodenschubspannung verbunden. Im Ist-Zustand liegt die Bodenschubspannung in den Wattflächen unter 0,4 N/m². In tiefen Rinnen treten allgemein Werte um 0,8 N/m² auf [BAW 2006a, 2006b]. Höhere Werte als 1 N/m² finden sich im Bereich der Fahrrinne. Maßnahme-bedingte Zunahmen der Bodenschubspannungen von 0,2 bis 0,3 N/m² sind auf die Ausbaubereiche und Tiefwasserbereich beschränkt, in den ufernahen Bereichen des hohen Watts werden nach den Berechnungen der BAW keine wesentlichen Zunah-men der Bodenschubspannungen eintreten.

Veränderungen des Geschiebe- und Suspensionstransports

Die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten wirken sich direkt durch eine Inten-sivierung des Geschiebetransports aus, der überwiegend in Fahrrinne und angren-zenden Tiefwasserbereichen erfolgt. Im Ist-Zustand werden durch den mittleren Flut-strom westlich der Oste-Mündung über eine Tideperiode etwa 0,4 – 0,8 m³/m bewegt.

Stromauf werden Werte bis max. 0,3 m³/m (entsprechend 75 kg/m) erreicht. Für den Ausbauzustand prognostiziert die BAW-DH im Bereich zwischen Glückstadt und Au-ßenelbe insgesamt uneinheitliche Entwicklungen. So kommt es nach Modellierungen der BAW-DH (Unterlage H1.c) im Bereich des Altenbrucher Bogens und der Oste-mündung zu einer Intensivierung des Geschiebetransports für Flut- und Ebbstrom (mit leichtem Überwiegen des stromab gerichteten Ebbestromtransports) während zwi-schen Rhinplate und Medemrinne eine Abschwächung des ebbstromorientierten Ge-schiebetransports (bis zu – 15%) und damit eine Verstärkung des stromaufgerichteten Nettogeschiebetransports zu verzeichnen ist. Diese Tendenz setzt sich stromauf mit einer Zunahme von bis zu + 10% bis Lühesand und Hanskalbsand fort. Eine Umkehr zu einem überwiegend stromabgerichteten Geschiebetransport setzt erst im Bereich der Hamburger Delegationsstrecke ein.

Auch der stromaufwärts gerichtete Nettotransport suspendierter Sedimente zeigt aus-baubedingte Änderungen. Der Schwerpunkt der Trübungszone liegt im Bereich

Rhinplate und weist hier mittlere Gehalte von 200 mg/l auf. Stromauf und stromab nehmen diese bis Wedel bzw. Osteriff auf 50 mg/l ab. Maßnahmenbedingt werden stromauf der Rhinplate Zunahmen von bis zu +10 mg/l und stromab örtlich Zu- wie auch Abnahmen zwischen – 15 mg/l und + 5 mg/l eintreten.

6.3.2.1.2 Vorhabensbedingte Auswirkungen Änderung der Sedimentzusammensetzung

Eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten beeinflusst die Zusammenset-zung und Ausprägung der Sedimente, da direkte Beziehungen zwischen Strömungs-stärke und abgelagerten Partikelgrößen bestehen. Dabei bewirken Strömungszunah-men eine Erhöhung des Anteils von Sanden und eine Abnahme des Feinkornanteils.

Mit abnehmenden Feinkornanteil verringern sich entsprechen die absoluten Gehalte an organischer Substanz (resp. die Gehalte an C, N, P) wie auch der enthaltenen Schadstoffe. Bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit kehren sich die beschrie-benen Verhältnisse um und die absoluten Gehalte steigen. Da nach den Ergebnissen der Modellierung der BAW-DH (Unterlage H.1a) allgemein eine Zunahme der Strö-mungsgeschwindigkeiten eintreten wird, werden die Sedimente insbesondere in Be-reichen stärkerer Änderungen, wie in der Fahrrinne, tendenziell sandigeren Charakter annehmen. Dies zeigt sich auch in den von der von der BAW-DH für den überwiegen-den Teil der Unterelbe prognostizierten Zunahme der (überwiegend stromauf gerichte-ten) Geschiebetransportkapazitäten. Damit setzt sich ein Trend fort, der bereits seit der vorherigen Fahrrinnenanpassung festzustellen ist (s. Abschnitt 4.2.1.1). Hinsicht-lich der spezifischen Schadstoffbelastung ergeben sich jedoch allein aus dem Effekt einer Verschiebung der mittleren Korndurchmesser keine Änderungen, da die Belas-tung allein durch das Mischungsverhältnis von marinen, unbelasteten Sanden und belasteten Schwebstoffen aus dem Oberlauf und dem Hamburger Hafen bestimmt wird. Dies gilt insbesondere für die sich im direkten Umfeld der Strombauwerke durch Strömungszunahmen ändernde Sedimentzusammensetzungen, da diese nur relativ kleinräumig wirksam ist (wenige Kilometer).

Änderung der Sedimentverteilung

Änderungen der spezifischen Stoffgehalte der Sedimente treten dann auf, wenn sich das Mischungverhältnis von marinen Anteilen (Sande, Schluffe) und Schwebstoffen aus dem Oberlauf ändert. Nach den Modellierungen der BAW (Unterlage H.1a) wer-den vorhabensbedingt Änderungen der Geschiebe- und Suspensionstransportkapazi-täten eintreten. Im Tiefwasser- / Fahrrinnenbereich zwischen Rhinplate und Hamburg (UG-Abschnitte "Glückstadt" bis "Hamburg") werden für den stromauf gerichteten Net-toschiebetransport Größenordnungen von bis zu + 10 % angegeben. Hieraus kann abgeleitet werden, dass parallel hierzu auch die Menge der aus dem Ästuar eingetra-genen Schluffe und Feinsande zunimmt. Gleichzeitig wird die Belastung mit dem aus der Trübungszone stammenden Schwebstoff um etwa 5 % zunehmen. Hieraus ergibt sich tendenziell eine Verschiebung des Mischungsverhältnisses in Richtung mariner Anteile. Die spezifische Belastung der Sedimente wird entsprechend tendenziell eher

abnehmen, mindestens jedoch stagnieren. Im flutstromdominierten Stromabschnitt Medemrinne (UG-Abschnitt "Cuxhaven") bis Rhinplate (UG-Abschnitt "Glückstadt") werden die Suspensionskonzentrationen deutlich zurückgehen, so dass hier allgemein mit einem Rückgang der spezifischen Belastung zu rechnen ist. Anders stellen sich die Verhältnisse im ebbstromdominierten Bereich zwischen St. Margarethen und Cux-haven südlich des Medemsands dar. Hier werden Zunahmen der suspendierten Se-dimente um 3 – 5 mg/l prognostiziert (entsprechend einer Änderung von 5 – 10%).

Gleichzeitig nimmt auch der ebbstromorientierte Geschiebetransport zu. Diese Ent-wicklungen können dahingehend interpretiert werden, dass einerseits allgemein der Anteil stromauf transportierter nur schwach belasteter Sedimente abnimmt und die Einmischung belasteter suspendierter Sedimente aus der Trübungskernzone im Be-reich der Rhinplate zunimmt. Hieraus resultiert insgesamt eine stromab gerichtete Verschiebung von spezifischen Belastungsniveaus entlang der Fahrrinne. Im UG-Abschnitt "Außenelbe" werden gegenüber dem Ist-Zustand nur geringe bis keine Än-derungen bezüglich der Transportkapazitäten von Geschieben und suspendierten Sedimenten eintreten.

Zusammengenommen sind die Entwicklungstendenzen wie folgt zu bewerten: Im UG-Abschnitt "Außenelbe" und stromauf St. Margarethen (UG-UG-Abschnitt "Brunsbüttel" und stromauf gelegene UG-Abschnitte) werden keine Verschlechterungen der spezifi-schen Belastung der Sedimente eintreten. Im UG-Abschnitt "Cuxhaven" werden sich die spezifischen Belastungen nördlich des Medemsands tendenziell verringern und südlich des Medemsands tendeziell zunehmen. Eine Quantifizierung der Zu- bzw.

Abnahmen ist nicht möglich. Es ist jedoch davon auszugehen, dass diese gradueller Natur sind und messtechnisch nicht zu erfassen sein werden. Hinsichtlich der spezifi-schen Belastung des Sedimente im UG-Abschnitt "Cuxhaven" sind somit zwar örtlich zu- bzw. Abnahmen zu erwarten, insgesamt werden jedoch keine Veränderungen der Belastungssituation eintreten.

Die oben dargestellten vorhabensbedingten Auswirkungen gelten unter der Voraus-setzung, dass im Ausbauzustand innerhalb des Gewässerbetts keine Änderung der Unterhaltungsstrategie erfolgen wird. Nach den Modellierungen der BAW (Unterlage H.1c) wird es örtlich zu Zunahmen der Unterhaltsbaggerungsmengen von 5 – 10 % kommen. Da die Verbringung dieser zusätzlich anfallenden Baggermengen außerhalb des Gewässerbetts geplant ist (SP Pagensand), ist das Schutzgut Sedimente durch den Anstieg der Baggermengen nicht betroffen. Auch dort, wo sich maßnahmenbe-dingt lokal neue Baggerschwerpunkte einstellen werden (so im Bereich der Begeg-nungsstrecke) wird das Schutzgut Sedimente nicht betroffen, wenn das hier anfallen-de Baggergut aus anfallen-dem System entnommen wird.

Im Bereich der Norderelbe und des Köhlbrands prognostiziert die BAW (Unterlage H.1c) keine signifikante Zunahme der Baggermengen. Dies ist dahingehend zu inter-pretieren, dass sich das Verhältnis limnischer und mariner Sedimente im Hafengebiet nicht ändern und somit keine Verschlechterung der spezifischen Belastung der Sedi-mente eintreten wird.

Verdriftung erodierten Baggergutes

Starke Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit werden vor allem lokal im Bereich neu errichteter Strombauwerke an solchen Positionen auftreten, wo der Durchströ-mungsquerschnitt verengt wird. Dies ist auf den Bauwerken der Fall (bspw. UWA Me-demrinne-Ost) oder in Böschungsbereichen (bspw. UWA Neufelder Sand). Insgesamt sind die Unterwasserablagerungsflächen derart konstruiert, dass bei mittleren Strö-mungsgeschwindigkeiten aufgrund der oberflächlich eingebauten Korngrößen (Korn-gemisch, Schüttgut) keine nennenswerte Erosion auftritt. Andere Bedingungen gelten für die Ufervorspülungen (UVSP), die nicht als vollständig lagestabile Bauwerke kon-zipiert wurden.

Wie in Abschnitt 6.3.1.2 dargestellt, weisen die abgelagerten Sedimente in allen Verbringungsstellen keine mittleren spezifischen Belastungen auf, die über den je-weils bereichstypischen Belastungniveaus liegen. Die Verdriftung von Baggergut, insbesondere aus den UVSP, führt daher grundsätzlich zu keiner Verschlechterung der Belastungssituation im Umfeld der Bauwerke. Die bevorzugte Bewegungsrichtung erodierter Teilmengen ist mit Ausnahme des Altenbrucher Bogens flutstromorientiert, so dass Massentransporte in stromaufwärtige, spezifisch höher belastete Bereiche erfolgen. Die Abtragsmengen sind allerdings klein, so dass selbst eine Verdriftung von Teilmengen in spezifisch weniger belastete Bereiche keinen messbaren Effekt auf die dort vorliegende Belastungssituation hat. Die UWA Glameyer Stack-Ost hingegen befindet sich in ebbstromorientierter Lage. Hier erodiertes Sediment kann potenziell den wenig spezifisch belasteten UG-Abschnitt "Außenelbe" betreffen. Die hier abgela-gerten Sedimente sind jedoch nur sehr gering spezifisch belastet, so dass eine strom-abwärts gerichtete Verdriftung von Baggergut auch lokal keine Verschlechterung im UG-Abschnitt "Außenelbe" zur Folge haben würde.