Strombauliche Funktionen

Mit der Anlage flächenhafter Ablagerungsflächen im Strom werden ebenfalls strombauliche Zielsetzungen verfolgt, insbesondere:

• die Dämpfung der Tideenergie,

• die Konzentration der Strömung auf die Hauptrinne, in manchen Fällen auch Verringe-rung der Konzentration der Strömung auf die Hauptrinne

• die Reduzierung der Unterhaltungsbaggerungen.

Durch die Anlage flächenhafter Strombauwerke, die größtenteils unterhalb MTnw liegen, kann erreicht werden, dass ein Teil des Baggerguts der Unterhaltungs- und Ausbaubaggerun-gen im System Elbe verbleibt und die Bauwerke zur Dämpfung der Tideenergie beitraAusbaubaggerun-gen können. Damit kann einer weiteren Erhöhung des mittleren Tidehochwassers sowie der Er-niedrigung des mittleren Tideniedrigwassers entgegengewirkt werden.

Flächenhafte Strombauwerke, die am Rande der Fahrrinne angelegt werden, können zu einer Erhöhung der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in der Fahrrinne führen. Dadurch erhöht sich die Transportkapazität, mit der Folge, dass Sedimentationsprozesse in der Fahrrinne re-duziert werden oder dass sich die Fahrrinne eintieft. Dies kann zu einer wesentlichen Redu-zierung der Baggermengen bei Unterhaltungsbaggerungen führen.

Abbildung 3.2-3 zeigt die grundlegende Wirkung flächenhafter Strombauwerke hinsichtlich der Veränderung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Strom. Durch die Anlage einer

Insel wird der Strom in eine Haupt- und eine Nebenrinne geteilt. In der Hauptrinne erfolgt ei-ne Konzentration der Strömung und damit eiei-ne Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. In der Nebenrinne kann sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit reduzieren. Bei einer Un-terwasserablagerungsfläche tritt eine vergleichbare Wirkung ein, wobei die Konzentration der Strömung auf die Hauptrinne aufgrund der Überströmung der Ablagerungsfläche etwas gerin-ger ausfällt. Die Anlage einer Ufervorspülung führt zu einer gerin-geringen Änderung des Gewäs-serquerschnitts, so dass die Konzentration der Strömung geringer als bei den Strombauwerken in der Strommitte ausfällt. Eine randliche Unterwasserablagerungsfläche ähnelt in ihrer Wir-kung einer Ufervorspülung.

Abbildung 3.2-3: Grundlegende Wirkung flächenhafter Strombauwerke (Draufsicht eines Gewässerabschnittes). Vereinfachte Darstellung des mittleren Geschwindigkeitsprofils.

Durch die Anlage einer Übertiefenverfüllung tritt eine gegenteilige Wirkung ein. Als Aus-gangssituation liegen im Bereich der Übertiefe erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten vor, die bei Verfüllung der Übertiefe reduziert werden (Abbildung 3.2-4).

Abbildung 3.2-4: Grundlegende Wirkung flächenhafter Strombauwerke (Übertiefen-verfüllung - Draufsicht eines Gewässerabschnittes). Vereinfachte Darstellung des mittleren Geschwindigkeitsprofils.

3.2.1.2 Material

In Tabelle 3.2-1 sind die wesentlichen Materialien für den Bau flächenhafter Strombauwerke dargestellt, unterschieden nach dem Verbringungsmaterial, d. h. dem eigentlichen Material zur Herstellung des Strombauwerks, dem Material zur Herstellung einer Randsicherung und gegebenenfalls für eine erforderlich werdende Abdeckung.

Tabelle 3.2-1: Materialien für den Bau flächenhafter Strombauwerke

Verbringungsmaterial Randsicherung Abdeckung

• Schluff

• Ton

• Sand

• Kies

• Mergel

• Steine

• Geotextile Container

• Geotextile Container

• Wasserbausteine

• ohne Randsicherung

• Grobsand

• Kies

• Wasserbausteine

• Geotextilien

• ohne Abdeckung

3.2.1.2.1 Verbringungsmaterial

Als Verbringungsmaterial und damit Material zum Aufbau eines flächenhaften Strombau-werks wird das bei den Unterhaltungs- und Ausbaubaggerungen anfallende Baggergut ver-wendet. Im Bereich der Unter- und Außenelbe sind dies sowohl nichtbindige Sedimente (hauptsächlich holozäne Fein- und Mittelsande) als auch bindige Sedimente (hauptsächlich Klei und Mergel). Zusätzlich kann toniges, schluffiges, kiesiges und steiniges Material auf-treten. Im Gründungsbereich der Unterwasserablagerungsflächen wird vorwiegend Mergel und grobkörniges Material eingesetzt. Die sandigen Sedimente dienen vorzugsweise der Be-füllung der Unterwasserablagerungsflächen sowie der Aufspülung von Inseln und Ufervor-spülungen.

Das Verbringungsmaterial kann auch bereits in Form geotextiler Container, z. B. bei Übertie-fenverfüllungen, eingebaut werden, um Verdriftungen unter starkem Strömungsangriff zu vermeiden.

3.2.1.2.2 Material für die Randsicherung

Zur Randsicherung können sowohl Wasserbausteine als auch geotextile Container verwendet werden. Detailliertere Ausführungen zu diesen Materialien erfolgten bereits unter Kapitel 3.1.1.2.

Randsicherungen aus Wasserbausteinen werden vorwiegend bei geringen Wassertiefen bzw.

oberhalb MTnw eingesetzt. Sie gleichen in Bezug auf Material und Bauweise den aus Was-serbausteinen aufgebauten linienhaften Strombauwerken. Als Wasserbausteine sind sowohl Natursteine als auch Schlackensteine unterschiedlicher Größe denkbar.

Randsicherungen aus geotextilen Containern (siehe Abbildung 3.2-5) werden vorwiegend unter MTnw eingesetzt. Dabei können die geotextilen Container je nach Verwendung in vie-len Formen und Größen hergestellt werden. Ihre Größe muss so bemessen sein, dass der er-wartete hydraulische Angriff die Container nicht verlagert. Große geotextile Container wer-den in Klappschuten hergestellt und auf die Gewässersohle versenkt. Die geotextilen Contai-ner können übereinander gestapelt werden, um die erforderliche Höhe der Randsicherung zu erzielen. Abbildung 3.2-6 zeigt beispielhaft eine Querschnittsdarstellung der Randsicherung einer randlichen Unterwasserablagerungsfläche aus geotextilen Containern und einer Abdek-kung aus Geröllmaterial.

Abbildung 3.2-5: Geotextile Container als Randsicherung einer Insel im Grass Lake, Illinois, (Quelle:http://www.auf.uni-rostock.de/lbaw/lb/mitarbei-ter/Cantre/geotextile%20Schl%E4uche.html)

Abbildung 3.2-6: Querschnitt durch die Randsicherung einer Unterwasserablage-rungsfläche (Beweissicherungsdatenbank - Anpassung der Unter-und Außenelbe an die Containerschiffahrt - http://www.cux.wsd-nord.de/htm/start.asp)

3.2.1.2.3 Material für die Abdeckung

Sofern die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten über der Ablagerungsfläche eine Verdriftung bzw. Ausräumung des verbrachten Materials erwarten lassen, ist eine Abdeckung erforderlich.

Hierfür kommen - je nach Beanspruchung - Grobsand, Kies, Schüttsteinlagen oder geotextile Behälter in Betracht (PROJEKTGRUPPE VORUNTERSUCHUNG 2003).

3.2.1.3 Bauweisen

Die Typen flächenhafter Strombauwerke ähneln sich in ihrer grundsätzlichen Bauweise. Sie bestehen aus Baggergut, das durch Randsicherungen und gegebenenfalls durch eine Abde-ckung gesichert wird. Darüber hinaus bestehen große Variationsmöglichkeiten bezüglich der Größe, der Form und der Lage des Bauwerks (siehe Tabelle 3.2-2).

Tabelle 3.2-2: Parameter für den Bau flächenhafter Strombauwerke

Große Unterschiede ergeben sich als Folge der Menge des abzulagernden Baggerguts und der zu erzielenden strombaulichen Wirkung vor allem hinsichtlich der Dimension der Strombau-werke. So sind Bauwerke von weniger als 10 ha bis zu mehr als 500 ha Größe realisierbar.

Das Niveau der Oberfläche kann zwischen ca. 20 m unter KN im Fall von Übertiefenverfül-lungen bis zu mehr als 8 m über KN im Fall von Inseln oder UfervorspüÜbertiefenverfül-lungen betragen.

Die Neigung der Randsicherung richtet sich nach der hydraulischen Belastung sowie dem Material für die Randsicherung. Randsicherungen mit Steinschüttungen oder geotextilen Containern können mit Neigungen zwischen 1 : 1 und 1 : 3 hergestellt werden. Ohne Randsi-cherungen sind - je nach hydraulischen Bedingungen - Neigungen von ca. 1 : 10 und flacher möglich.

Neben dem Bau der Strombauwerke in „Regelform“ sind auch Abweichungen davon denkbar.

So kann durch die Anlage von Buchten die Randlinie der Strombauwerke deutlich verlängert werden. Dadurch folgt auch eine Verlängerung weiterer Isolinien. Außerdem kann die Ober-fläche durch unterschiedliche Materialien und durch verschiedene Höhenniveaus strukturiert werden. Beispiele für unterschiedliche Oberflächenstrukturen finden sich bei den Beschrei-bungen der einzelnen Strombauwerke (siehe Kapitel 3.2.2 bis 3.2.6).

Die Lage des Strombauwerks im Querprofil spielt eine besondere Rolle hinsichtlich der mor-phologischen und hydrologischen Wirkungen der Strombauwerke. Grundsätzliche Unter-schiede bestehen dabei zwischen in der Strommitte gelegenen Strombauwerken und randli-chen Strombauwerken.

Des Weiteren ist die Lage im Längsprofil der Unter- und Außenelbe und damit der Salinitäts-grad ein wesentlicher Parameter für die Wirkung von Strombauwerken. Es wird auch bei den flächenhaften Strombauwerken nach der Lage im limnischen, oligo- bis mesohalinen und