Charakteristika des Schwebstoffregimes im UG

Erosion und Sedimentation gehören zu den hydromechanischen Prozessen, die das Schwebstoffregime wesentlich prägen. Schwebstoffe werden hier als im Wasser sus-pendierte organische und anorganische Partikel > 43 µm verstanden¹³.

Im Grunde muss die Schwebstoff-(bzw. Sedimentations- u. Erosions-)situation in min-destens drei Teilaspekte aufgeteilt werden:

1. Transport der Teilchen (Mechanismus und Richtung)

2. Herkunft bzw. Entstehung der Teilchen (rezenten oder subfossilen Ursprungs; phy-sikalische, chemische oder biologische Entstehung)

3. Ursachen bzw. Mechanismen des Falls der Teilchen.

Für den Bereich der Tideelbe als Ganzes ist davon auszugehen, dass sowohl ein Ein-trag vom Meer (tidal pumping) als auch vom Binnenland (von oberstrom sowie aus den diversen Zuflüssen - advektiver Transport) stattfindet. Daneben treten

12 Die Probennahme für das Standard-Messprogramm erfolgt einmal monatlich im Abstand von ca. 5 km (vgl. Tabelle 2.3-31) bei voll laufendem Ebbestrom ca. 1 h vor dem Tideniedrigwasser aus der Fahrwassermitte. Während dieser Tidephase ist der Wasserkörper vertikal am besten (homogen) durchmischt.

13 Schwebstoffe werden nach DIN 4049-3 derart definiert, dass alle suspendierten und abfiltrierbaren Stoffe (organisches und anorganisches Material) eingeschlossen sind.

rungen in größerem Umfang auf. Morphologisch ist die Tideelbe durch eine stark be-wegliche Sohle gekennzeichnet. Die Räumkraft des Tidestromes ist abhängig von der Tidestromgeschwindigkeit. Es wird ständig Sediment transportiert, wobei verschiede-ne Transportarten (Aufwirbelung, Schlickwanderung) vorkommen. Mitgeführte Schwebstoffe sedimentieren besonders in Zonen geringer Fließgeschwindigkeit, wie z. B. den Nebenelben oder den Hafenbecken.

Die Schwebstoffe werden durch die Tideströmung aufgewirbelt (erodiert), transportiert und wieder abgelagert (Deposition oder Sedimentation). Durch den Tidezyklus, seine alternierende Strömungsrichtung und die Ruhephasen während der Tidekenterung, ergibt sich ein steter Kreislauf von Erosion, Sedimenttransport und Deposition. Je nach Oberwassersituation, Ort innerhalb des Ästuars und Tideverhältnissen, entsteht dabei eine Nettotransport, der nach unterstrom oder auch oberstrom gerichtet sein kann. BAW (Unterlage H.1c) beschreibt aufgrund der Erkenntnisse aus der Modellsi-mulation diese Transporte in Abhängigkeit der genannten Randbedingungen. Für die Modellierung wird angenommen, dass Sande als Geschiebe sohlnah und die Fraktio-nen, die so groß wie Grobschluff oder kleiner als Grobschluss sind, als Schwebstoff transportiert werden. Die bodenmechanische Grenze der Korngröße vom Schluff zum Sand liegt bei 0,06 mm. Tatsächlich gibt es aber keine feste Grenze zwischen Schwebstoff- und Geschiebetransport, sondern einen allmählichen Übergang. Je stär-ker die Strömung und ausgeprägter ihre Turbulenz ist, desto gröbere Sedimentpartikel können als Schwebstoff transportiert werden.

Von Bedeutung im Rahmen der UVU sind die Schwebstoffe vor allem wegen ihres Einflusses auf die Trübung sowie auf die Gewässerunterhaltung. Diese ist mit dem E-rosions- und Sedimentationsgeschehen und damit auch den Schwebstoffen eng ver-knüpft (s.u.) und ggf. von besonderer Bedeutung für die Gewässergüte (Sauerstoff-haushalt bzw. autotrophe Produktivität des Phytoplanktons, vgl. Unterlage H.5a).

Die höchsten Schwebstoffkonzentrationen in Ästuarien treten, soweit keine anthropo-gene Überformung vorliegt, in der sogenannten "Trübungszone" auf (vgl. Lang 1990, Nöthlich 1972,Spingat 1997) (s. Kapitel 2.3.2.2).

Die Sterbezonen des Süßwasser- und Salzwasserphytoplanktons, aus denen eine ständige Anlieferung von organischem Material erfolgt, liegen ober- und unterhalb der Brackwasserzone. Die Trübung selbst verschlechtert nochmals die Lebensbedingun-gen des Phytoplanktons in diesem Gebiet. Ein Teil der Trübung kann mit der sog.

Schwebstofffalle erklärt werden, die tideunabhängig funktioniert. Wesentlicher Mecha-nismus ist die Überlagerung des schwereren Meerwassers durch das leichtere Süß-wasser.

Die Schwebstoffgehalte in der Wassersäule variieren stark während einer Tide in Ab-hängigkeit von den vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeiten und dem zur Ver-fügung stehenden erodierbaren Material. Die Form der Schwebstoffganglinie während einer Tide ist in hohem Maße von der Lage der Messstelle im Gewässerquerschnitt sowie von einer Vielzahl weiterer Einflussgrößen abhängig. Meist treten hohe

Schwebstoffgehalte kurz nach der Ebbstromkenterung während des steilen Anstiegs der Flutstromgeschwindigkeit auf¹⁴.

In Phasen mit geringem Oberwasserabfluss wächst das Schwebstoffinventar dement-sprechend an. Hoher Oberwasserabfluss verfrachtet dagegen einen großen Teil des Schwebstoffpools in die Nordsee, weil die Strömungsgeschwindigkeit der Ebbe größer wird und mit dem Ebbestrom größere Sedimentmassen als bei Flutstrom transportiert werden. Während eines ausgeprägten Hochwassers wird in wenigen Tagen ein er-heblicher Teil der Schwebstoff-Jahresfracht, den der Fluss von oberstrom antranspor-tiert hat, aus der Mündung herausgespült.

Festzuhalten ist, dass vom Ausgang des Hamburger Hafens (km 628) bis etwa Scharhörn (km 745) die Schwebstoffkonzentrationen (CS) deutlich höher sind als in dem oberhalb gelegenen limnischen Bereich des Wasserkörpers Elbe (Ost) und der Mittelelbe sowie unterhalb in der marinen Nordsee. Qualitative Aspekte der Schweb-stoffe können hier weitgehend vernachlässigt werden, insbesondere der Anteil organi-scher Bestandteile schwankt bei Schwebstoffen in Ästuarien und im Wattenmeer oft-mals um den Faktor 10 und mehr. Die Zusammensetzung der Feststoffe ist von der o-beren Tideelbe bis etwa km 645 fluviatil bzw. limnisch geprägt (Herkunft überwiegend aus der Mittelelbe). Unterhalb km 645 bis etwa Brunsbüttel (ca. km 690, Mischzone) treten zunehmend Feststoffe mariner Herkunft auf. In der unteren Tideelbe ist das Schwebstoffregime überwiegend marin geprägt, der Großteil des Materials stammt aus der Nordsee.

Vereinfacht sind somit drei Bereiche unterscheidbar, die durch unterschiedliche verti-kal differenzierte Schwebstoffgehalte zu charakterisieren sind. Dabei wird von einer exponentiellen Vertikalverteilung der Schwebstoffe ausgegangen. Die Lage der drei unterschiedenen Bereiche im Verlauf der Tideelbe ist abhängig vom Ober-wasserabfluss.

Zur Sinkgeschwindigkeit der Schwebstoffe gibt BAW (Unterlage H.1c) einige Hinwei-se: Die Sinkgeschwindigkeit hängt im Wesentlichen von der Größe, Dichte und Form der Schwebstoffe ab. Für die Modellierung hat die BAW einen Ansatz für die Sinkge-schwindigkeit nach Stokes verwendet. Danach beträgt die SinkgeSinkge-schwindigkeit für groben Schluff (0,02-0,06 mm) 2 mm/s und für mittleren Schluff (0,006-0,02 mm) 0,5 mm/s. Bei höheren Schwebstoffkonzentrationen nimmt die Sinkgeschwindigkeit von Einzelkörnern und Flocken infolge von Koagulationseffekten generell zu. Zudem ist die Sinkgeschwindigkeit bei geringeren Schwebstoffkonzentrationen (CS < 1.250 mg/l) von dem Salzgehalt (Sp¹⁵, vgl. Abschnitt 2.3.3.1) abhängig und nimmt bei zunehmenden Salzgehalt ab.

14 Trübungsmessungen werden, von einem streng naturwissenschaftlichen Standpunkt aus gesehen, mit unterschiedl. Methoden durchgeführt und sind deshalb nicht ohne weiteres vergleichbar. Im Hinblick auf die physiologische Bedeutung z. B. der Sichttiefe als direkt von der Trübung abhängigem Parameter ist dieser Umstand im Rahmen der UVU jedoch von geringem praktischem Interesse.

15 Sp = psu

2.3.2.2 Schwebstoffregime im Hauptstrom der Tideelbe