Eider: Sperrwerkswirkung B3955.02.34.10001
Messbericht und Auswertung
der
Messkampagne September 2020
an der Eider
Bundesanstalt für Wasserbau
Auftraggeber: intern
Auftrag vom: 01.09.2020
Auftrags-Nr.: BAW-Nr. B3955.02.34.10001
Aufgestellt von: Abteilung: K, Wasserbau im Küstenbereich Referat: K1 und K2
Bearbeiter: Elke Siegmann, Christian Maushake, Lara Mordhorst und Hanne Jansch
Hamburg, Mai 2021
Messbericht und Auswertung der Messkampagne September 2020 an
der Eider
Inhaltsverzeichnis Seite
1 Veranlassung und Aufgabenstellung 6
2 Messkonzept 7
2.1 Mobile Strömungsmessungen auf zwei Querprofilen 7
2.2 Temporäre Wasserstandsmessungen 9
2.3 Messgeräteverankerungen 10
2.4 Bezugssysteme 11
2.4.1 Lage 11
2.4.2 Höhe 11
2.4.3 Zeit 11
3 Messaufbau 12
3.1 Mobile Strömungsmessung auf zwei Querprofilen 12
3.1.1 Messtechnik 12
3.1.2 Einsatzbeschreibung 13
3.2 Temporäre Wasserstandsmessung 16
3.3 Messgeräteverankerung 16
4 Dauermessstellen und Sperrwerkssteuerung 19
4.1 Wasserstandsmessung 19
4.2 Wassertemperatur 20
4.3 Oberwasserzufluss 20
4.4 Salzgehalt 21
4.5 Steuerung des Eider-Sperrwerkes 22
5 Mobile Strömungsmessung auf zwei Querprofilen 23
5.1 Datenaufbereitung 23
5.2 Plausibilisierung 24
5.3 Auswertung 29
6 Temporäre Wasserstandsmessungen 35
6.1 Datenaufbereitung 35
6.2 Plausibilisierung 35
6.3 Auswertung 36
6.3.1 Vergleich temporäre Messung und Dauermessung 36
6.3.2 Vergleich temporäre Messung außen und binnen 38
6.3.3 Wassertemperatur 41
7 Messgeräteverankerung 42
7.1 Fließgeschwindigkeit 42
7.1.1 Datenaufbereitung 42
7.1.2 Plausibilisierung 43
7.1.3 Auswertung 44
7.2 Salzgehalte 49
7.2.1 Plausibilisierung 49
7.2.2 Auswertung 53
7.3 Wassertemperatur 54
7.3.1 Plausibilisierung 54
7.3.2 Auswertung 57
7.4 Schwebstoffgehalt 58
7.4.1 Plausibilisierung 59
7.4.2 Auswertung 64
7.5 Sauerstoff 68
7.5.1 Plausibilisierung 68
7.5.2 Auswertung 70
7.6 Schlussfolgerung und Empfehlungen 73
8 Zusammenfassung der Ergebnisse 74
9 Anlagen 1
9.1 Datengüte 1
9.1.1 Wasserstand 1
9.1.2 Temperatur 2
9.1.3 Salzgehalt 2
9.1.4 Schwebstoffgehalt 3
9.1.5 Sauerstoff 3
9.2 Lagepläne 4
9.3 Skizzen Messgeräteverankerung 7
10 Literaturverzeichnis 8
Bildverzeichnis Seite Abbildung 2-1: Luftbild des Eider-Sperrwerkes mit Kennzeichnung der Messquerprofile 7 Abbildung 2-2: Unbemanntes Messboot während der Messung 8 Abbildung 2-3: Lageplan der Messprofile mit Bathymetrie (oben) und Tiefenprofil 8 Abbildung 2-4: Lageplan temporäre und dauerhafte Wasserstandsmessungen 10 Abbildung 2-5: Lageplan der Position der fünf Messgeräteverankerungen 11 Abbildung 3-1: Foto Seilbahnanlage mit elektrischer Trommelwinde am Nordufer 12 Abbildung 3-2: Foto Seilbahnanlage mit elektrischer Trommelwinde am Nordufer 13 Abbildung 3-3: Drucksonde an Leiter (links), Drucksonde nach Bergung (rechts) 16
Abbildung 3-4: Ausbringen der Messgeräteverankerung 17
Abbildung 4-1: Wasserstandsmessungen in KW 38 der Messstation Eider-Sperrwerk 19 Abbildung 4-2: Wassertemperaturdaten an unterschiedlichen Messstationen 20 Abbildung 4-3: Ganglinie des Oberwasserzuflusses (Stundenmittel) 21 Abbildung 4-4: Salzgehalte der Messstation Tönning (TOE) vom 1.1. bis 15.10.2020 22 Abbildung 4-5: Sperrwerkszeitreihe während der Messkampagne 23 Abbildung 5-1: ADCP-Querprofil-Messung, Tidebetrieb, Seeseite 25 Abbildung 5-2: ADCP Querprofil-Messung, Tidebetrieb, Binnenseite 25 Abbildung 5-3: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, Seeseite 26 Abbildung 5-4: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, Binnenseite 26 Abbildung 5-5: ADCP Querprofil-Messung, Flut- und Ebbdrosselung, Seeseite 27 Abbildung 5-6: ADCP Querprofil-Messung, Flut- und Ebbdrosselung, Binnenseite 27 Abbildung 5-7: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, (n-1)- Betrieb, Seeseite 28 Abbildung 5-8: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, (n-1)- Betrieb, Binnenseite 28 Abbildung 5-9: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 1. Messtag 31 Abbildung 5-10: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 2. Messtag 32 Abbildung 5-11: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 3. Messtag 33 Abbildung 5-12: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 4. Messtag 34 Abbildung 6-1 Wasserstandsganglinien der temporären Messsonden 35 Abbildung 6-2: Wasserstand und Wasserstandsdifferenz der Stationen EAN und ESA 36 Abbildung 6-3: Wasserstand und Wasserstandsdifferenz der Stationen EBN und ESB 37 Abbildung 6-4: Wasserstand und Wasserstandsdifferenz der Stationen EBS und ESB 37 Abbildung 6-5: Temporäre Wasserstandsmessung am 1. Messtag 38 Abbildung 6-6: Temporäre Wasserstandsmessung am 2. Messtag 39 Abbildung 6-7: Temporäre Wasserstandsmessung am 3. Messtag 39 Abbildung 6-8: Temporäre Wasserstandsmessung am 4. Messtag 40 Abbildung 6-9: Wasserstand und Wassertemperatur der Messstation EBS 41 Abbildung 7-3: Fließgeschwindigkeit Originaldaten und gleitendes Mittel über 5 Minuten 42 Abbildung 7-1: Fließgeschwindigkeit der Messstation SWA 43 Abbildung 7-2: Fließgeschwindigkeit der Messstation SWB 43 Abbildung 7-4: Messstation SWA: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) 44
Abbildung 7-5: Messstation SWB: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) 45 Abbildung 7-6: Messstation SWA: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) 45 Abbildung 7-7: Messstation SWB: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) 46 Abbildung 7-8: Messstation SWA und SWB: Fließgeschwindigkeit 46 Abbildung 7-9: mobile Strömungsmessung und Punktmessung 1. Messtag 47 Abbildung 7-10: mobile Strömungsmessung und Punktmessung 2. Messtag 48 Abbildung 7-11: mobile Strömungsmessung und Punktmessung, 3. Messtag 48 Abbildung 7-12: mobile Strömungsmessung und Punktmessung, 4. Messtag 49 Abbildung 7-13: Salzgehalt der MIDAS-Sonde an der Messstation SWA 50 Abbildung 7-14: Salzgehalt der RBR-Sonde an der Messstation SWA 50 Abbildung 7-15: Salzgehalt der RBR-Sonde an der Messstation SWB 51 Abbildung 7-16: Salzgehalt der MIDAS-Sonde an der Messstation SNS 51 Abbildung 7-17: Salzgehalt der EXO3-Sonde an der Messstation SNS 52 Abbildung 7-18: Salzgehalt der EXO3 Sonde an der Messstation ROT 53 Abbildung 7-19: Salzgehalte der Messstationen SWA, SWB, SNS, ROT 54 Abbildung 7-20: Wassertemperatur an der Messstation SWA, 54
Abbildung 7-21: Wassertemperatur an der Station SWA 55
Abbildung 7-22: Wassertemperatur an der Messstation SWB 56 Abbildung 7-23: Wassertemperatur an der Messstation SNS 56
Abbildung 7-24: Wassertemperatur der Messstationen 57
Abbildung 7-25: Wassertemperatur der MIDAS-Sonde SWA, Fließgeschwindigkeit 58 Abbildung 7-26: Schwebstoffgehalt der Messstation SWA der MIDAS-Sonde 59 Abbildung 7-27: Schwebstoffgehalt der Messstation SWA (RBR-Sonde) 60 Abbildung 7-28: Schwebstoffgehalte an der Station SWA der Sonden RBR und MIDAS 60 Abbildung 7-29: Schwebstoffgehalt der Station SWB (RBR-Sonde) 61 Abbildung 7-30: Schwebstoffgehalt der Messstation SNS (MIDAS-Sonde) 62 Abbildung 7-31: Schwebstoffgehalt der Messstation SNS (MIDAS-Sonde) 63 Abbildung 7-32: Schwebstoffgehalt der Messstation ROT (Sonde EXO3) 64 Abbildung 7-33: Schwebstoffgehalt von allen temporären Messstationen 65 Abbildung 7-34: Messstation SWA: Schwebstoffgehalt (MIDAS) und Fließgeschwindigkeit 65 Abbildung 7-35: Messstation SWA: Schwebstoffgehalt (RBR) und Fließgeschwindigkeit 66 Abbildung 7-36: Messstation SWA: Schwebstoffgehalt (RBR) und Fließgeschwindigkeit 66 Abbildung 7-37: Messstation SWB: Schwebstoffgehalt (RBR) und Fließgeschwindigkeit 67 Abbildung 7-38: Messstation SNS: Schwebstoffgehalt (MIDAS) und Fließgeschwindigkeit 68 Abbildung 7-39: Sauerstoffgehalt an der Messstation SNS 69 Abbildung 7-40: Sauerstoffgehalt an der Messstation ROT 69 Abbildung 7-41: Sauerstoffgehalte Messstationen SNS und ROT 70 Abbildung 7-42: Sauerstoffsättigung an den Messstationen SNS und ROT 71 Abbildung 7-43: Wasserstand an der Messstation TOE und Sauerstoffgehalt 71 Abbildung 7-44: Wasserstand an der Messstation TOE sowie Salzgehalt, Temperatur 72
Abbildung 9-1: Pegelmessstationen des Wasserstandes 4
Abbildung 9-2: Lageplan Messstationen Wassertemperatur 5
Abbildung 9-3: Lageplan Messpegel Oberwasserzufluss 6
Tabellenverzeichnis Seite
Tabelle 2-1: Koordinaten der ADCP-Querprofile (MICHAELIS,2021) 9
Tabelle 2-2: Lage temporäre Wasserstandsmessungen 9
Tabelle 2-3: Messgeräteverankerung, Bezeichnung, Lage und Tiefe 11 Tabelle 3-1: eingesetzte Messsonden je Messgeräteverankerung 18 Tabelle 3-2: Gemessene Parameter der eingesetzten Messsonden 18 Tabelle 5-1: Thw und Tnw, Tidefall und Tidestieg am Pegel Eider-Sperrwerk AP 29 Tabelle 5-2: Volumina, maximale Geschwindigkeiten und Durchflüsse, 30 Tabelle 8-1: Plausibilisierung Messreihen der Verankerungen 74
1 Veranlassung und Aufgabenstellung
Im Rahmen des Projektes „Zukunft Eider“ erstellt die BAW ein hydrodynamisches, numerisches (HN-)Modell der Außen- und Tideeider. Zentrales Bauwerk ist das Eider-Sperrwerk, mit dem der Zu- und Abfluss von Außen- und Tideeider gesteuert wird bzw. gesteuert werden kann. Seit Ende 1979 wird das Eider-Sperrwerk genutzt, um die Tide mittels Flut- und Ebbedrosselung zu regu- lieren. Im Rahmen der Messkampagne soll grundlegend untersucht werden, wie sich diese Steue- rung auf den Durchfluss und die Strömung, insbesondere im Nahfeld des Bauwerkes, auswirkt.
Messungen in der Natur sollen zeigen, wie naturähnlich die Abbildung der Funktion und Wirkung des Sperrwerks durch das HN-Modell erfolgt. Ergänzt wurden die Strömungsmessungen durch Messungen auf Geräteverankerungen in der Außen- und Tideeider. Diese führten Leitfähigkeits- und Trübungsmessungen durch mit Hilfe derer das HN-Modell der Eider kalibriert werden soll.
Die Messungen wurden folglich in zwei zusammengehörigen Modulen durchgeführt:
Zum einen wurden vom 14. bis 18.09.2020 mobile ADCP-Strömungsmessungen auf zwei Querprofilen unmittelbar see- und landwärts des Eider-Sperrwerks durchgeführt. Mittels eines unbemannten Messbootes wurden an vier Tagen Fließgeschwindigkeiten während vier vollständiger Tiden bei unterschiedlichen Steuerungszuständen gemessen.
Zum anderen wurde parallel zu diesen Messungen vom 01.09. bis 05.10.2020 fünf Mess- geräteverankerungen in der Außen- und Tideeider positioniert. Auf diesen Verankerun- gen wurden zwei Wochen vor und nach den ADCP-Strömungsmessungen weitere physi- kalische Kenngrößen (Temperatur, Leitfähigkeit und Trübung) kontinuierlich gemessen.
Die Messkampagne wurde von der BAW geplant und in Kooperation mit dem Rahmenver- tragspartner IMP Ingenieure, Oldenburg und dem zuständigen WSA Tönning (Projektbüro
„Zukunft Eider“ und Gewässerkunde) durchgeführt.
Im nachfolgenden Bericht werden zunächst in Kapitel 4 die Messungen der im Gebiet vorhande- nen Dauermessstellen gesichtet, um die hier durchgeführten Naturmessungen einzuordnen und die Sperrwerkssteuerung zu analysieren. In Kapitel 5 bis 7 wird bewertet, ob die erhobenen Mess- daten plausibel sind. Für die plausiblen Messdaten erfolgt jeweils eine kurze Auswertung und Ein- ordnung.
Der vorliegende Bericht soll die Messkampagne an der Eider dokumentieren. Er soll allen, welche die Messdaten nutzen wollen, die benötigten Informationen bereitstellen. Darüber hinaus stellt er eine Ergänzung zu dem im Rahmen des Projektes „Zukunft Eider“ erstellten Berichtes „Beschrei- bung Ist-Zustand der Tideeider, wasserbauliche Systembeschreibung“ (SIEGMANN ET AL.,2021) dar.
2 Messkonzept
2.1 Mobile Strömungsmessungen auf zwei Querprofilen
Bei der Messkampagne wurden auf zwei sperrwerksnahen Querprofilen (Binnen- und Seeseite) parallel mobile ADCP-Strömungsmessungen durchgeführt. Die Messung erfolgte vom 14. bis 18.
September 2020. Die Abbildung 2-1 zeigt ein Luftbild während der Messkampagne, Abbildung 2-3 einen Plan mit Lage der Messprofile und aktuellen Peildaten.
Es wurde während 4 verschiedener Steuerungszustände gemessen:
14.09.2020 Tidebetrieb, gemessen von 04:40 Uhr bis 18:30 Uhr 15.09.2020 Flutdrosselung, gemessen von 07:20 Uhr bis 20:55 Uhr
16.09.2020 Flut- und Ebbedrosselung, gemessen von 08:25 Uhr bis 21:50 Uhr
17.09.2020 Flutdrosselung, (n-1)- Betrieb, Sielöffnung II geschlossen, gemessen von 09:25 Uhr bis 22:45 Uhr
Die Messungen fanden an diesen Tagen jeweils über den Zeitraum einer Tide statt. Mit der Mes- sung wurde kurz vor Tideniedrigwasser gestartet. Danach wurde zunächst über die Dauer des Flutstromes und dann des Ebbestroms bis zur nächsten Niedrigwasser-Kenterung gemessen. Eine Messung dauerte jeweils 13,5 Stunden. Aufgrund der Nähe zum Sperrwerk wurden zwei unbe- mannte Geräteträger eingesetzt, die an einer mobilen Seilbahnanlage geführt werden. Abbildung 2-2 zeigt das unbemannte Messboot während der Messfahrt am 16.09.2020.
Abbildung 2-1: Luftbild des Eider-Sperrwerkes mit Kennzeichnung der Messquerprofile(weiße Li- nien), Aufnahmedatum 16.09.2020
Abbildung 2-2: Unbemanntes Messboot während der Messung
Abbildung 2-3: Lageplan der Messprofile mit Bathymetrie (oben) und Tiefenprofil in m NHN (unten), gemessen am 23.09.2020
A
A‘
A A‘
B
B‘
B‘
B
Die Lage der ADCP Querprofile zeigt Abbildung 2-3. Sie sollten möglichst nahe und im gleichen Abstand zum Sperrwerk liegen. Die genaue Lage resultierte am Ende aus örtlichen Gegebenheiten für den Aufbau der Seilbahnkonstruktion. Die Querprofile hatten folgende Koordinaten:
Tabelle 2-1: Koordinaten der ADCP-Querprofile (MICHAELIS,2021)
2.2 Temporäre Wasserstandsmessungen
Ergänzend zu den beiden vorhandenen gewässerkundlichen Wasserstandspegeln Eider-Sperr- werk AP und Binnen wurde mit vier zusätzlichen Drucksonden der Wasserstand in unmittelbarer Nähe der Sielöffnungen aufgezeichnet. Gemessen wurde vom 02.09.2020 bis 05.10.2020. Zusätz- lich zum Wasserstand wurde auch die Wassertemperatur gemessen. Die Lage der Drucksonden zeigt Abbildung 2-4. Tabelle 2-2 enthält die Koordinaten und Höhen.
Tabelle 2-2: Lage temporäre Wasserstandsmessungen
Mit Hilfe der zusätzlichen Drucksonden sollen die Wasserstände in unmittelbarer Nähe der Schütze ermittelt werden. Es soll gemessen werden, wie sie sich von denen der Dauermessstellen unterscheiden. Zudem soll ermittelt werden, ob sich bei unterschiedlichen Strömungssituationen die Wasserstände auf der Nord- und Südseite unterscheiden.
Querprofil Rechtswert [m]
Hochwert [m]
Binnenseite 490033 6013101
490038 6012830
Seeseite 489835 6013100
489840 6012829
Position Kürzel Rechtswert
[m]
Hochwert [m]
Höhe [m NHN]
Messbereich
[dbar] Serien Nr.
Eider-Sperrwerk Binnen Nord EBN 489971,0 6013078,1 -1,45 1000 82904 Eider-Sperrwerk Außen Nord EAN 489913,0 6013078,0 -1,41 1000 82796 Eider-Sperrwerk Binnen Süd EBS 489971,0 6012853,8 -1,46 1000 82833 Eider-Sperrwerk Außen Süd EAS 489912,9 6012853,8 -1,43 50 81419
Abbildung 2-4: Lageplan temporäre und dauerhafte Wasserstandsmessungen(blaue Kästen), Hinter- grund Bathymetrie in m NHN basierend auf dem DGM-W 2017
2.3 Messgeräteverankerungen
Mit einem Messnetz, bestehend aus fünf Messgeräteverankerungen, wurden circa vier Wochen über zwei Nipp- und Springzyklen in der Außen- und Tideeider weitere physikalische Parameter gemessen. Die Position der Verankerung zeigt Abbildung 2-5. Tabelle 2-3 enthält die Koordinaten der Verankerung.
ESA ESB
EAS EBS
EAN EBN
Abbildung 2-5: Lageplan der Position der fünf Messgeräteverankerungen (schwarze Kästen), SWA Sperrwerk Außen, SWB Sperrwerk Binnen, SNS Schülperneuensiel, TOEV Tönning, ROT Rothenspieker, Hintergrundkarte: Bathymetrie HN-Modell der Eider sowie DTK250 © GeoBasis-DE / BKG (2020)
Tabelle 2-3: Messgeräteverankerung, Bezeichnung, Lage und Tiefe
2.4 Bezugssysteme 2.4.1 Lage
Alle Koordinaten beziehen sich auf ETRS89 UTM 32N (EPSG-Code: 25832).
2.4.2 Höhe
Alle Höhen sind in DHHN2016 angegeben.
2.4.3 Zeit
Die Zeit wurde in MEZ gemessen.
Rechtswert [m]
Hochwert [m]
Höhe aus DGM-W 2017 [m NHN]
SWA Ausseneider 485498 6012772 -6,3
SWB Sperrwerk_Binnen 491343 6012549 -4,4
SNS Schuelperneuensiel 493455 6013796 -5,2
TOEV Toenning 496383 6018206 -4,0
ROT Rothenspieker 499140 6021821 -2,9
Bezeichnung
3 Messaufbau
3.1 Mobile Strömungsmessung auf zwei Querprofilen 3.1.1 Messtechnik
Da im Nahbereich des Eider-Sperrwerks aus Sicherheitsgründen keine schiffsgestützten ADCP- Messungen durchgeführt werden können, war der Einsatz von unbemannten Geräteträgern er- forderlich, die entlang der Profile über das Gewässer gezogen werden konnten. Hierzu entwi- ckelte IMP einen Geräteträger im Eigenbau in Form eines Katamarans aus geeigneten Schwimm- körpern (Surfbretter) und Aluminiumprofilen. Das ADCP-Strömungsmessgerät wurde im hinte- ren Bereich der Mittelachse installiert, so dass sich der Messkopf etwa 20 cm unter der Wasser- oberfläche befand. Im vorderen Bereich auf der Mittelachse sowie unmittelbar über dem Strö- mungsmessgerät wurden zwei GPS-Empfänger zur Positions- und Richtungsaufzeichnung instal- liert. Etwa mittig des Geräteträgers wurde quer ein spritzwasserfester Koffer befestigt, in dem neben der entsprechenden Verbindungselektronik für GPS und ADCP ein Laptop zur Datenauf- zeichnung sowie ein zusätzlicher externer Akku zur Stromversorgung eingebaut waren. Auf dem Koffer wurde eine WLAN-Antenne befestigt, die einen Fernzugriff von Land aus auf den Aufzeich- nungsrechner im Koffer ermöglichte. An Land wurde an einem weiteren Laptop über Fernzugriff per WLAN-Verbindung der Aufzeichnungsrechner kontrolliert und gesteuert.
Um die unbemannten Geräteträger über das Gewässer zu ziehen, wurde von der BAW an beiden Messprofilen ein Seilbahnsystem entwickelt und über rd. 300 m quer über das Gewässer ge- spannt. Hieran wurden die Geräteträger befestigt und konnten mithilfe einer elektrischen Trom- melwinde über das Querprofil gezogen werden (siehe Foto in Abbildung 3-1 und Abbildung 3-2).
Abbildung 3-1: Foto Seilbahnanlage mit elektrischer Trommelwinde am Nordufer des binnenseiti- gen Messprofils
Abbildung 3-2: Foto Seilbahnanlage mit elektrischer Trommelwinde am Nordufer des seeseitigen Messprofils, Tetrapode als Fixierungspunkt für Halteseile
Die Halteseile der Seilbahnanlage wurden an Tetrapoden oder einem Ankerstein fixiert. Auf der Nordseite wurde an Land jeweils eine Landstation mit Messrechner eingerichtet. Das Halteseil wurde auf beiden Seiten mittels Umlenkrollen über den Messquerschnitt geführt.
Die Strömungsmessungen wurden auf beiden Messprofilen mit folgenden identischen Geräten durchgeführt:
Strömungsmessgerät: RDI ADCP Workhorse 1200 KHz (aktuelle Firmware)
Kompass/GPS: Tersus GNSS David Plus
Messsoftware: RDI WinRiver v2.22 vom 12.03.2020
WLAN Funkbasisstation (Access Point): TP-Link WBS510 v1.20
Software für Fernzugriff: TeamViewer v15.9.4 vom 21.08.2020
3.1.2 Einsatzbeschreibung
Nach mehrmonatiger Planungs- und Konstruktionsphase wurde vom 09. bis 11.06.2020 eine er- ste Testmessung am Eider-Sperrwerk auf der Binnenseite vorgenommen. Hierzu wurde auch ein erster Entwurf der Seilbahnkonstruktion von der BAW mit Unterstützung durch das WSA Tönning installiert. Anhand der Erfahrungen aus dieser Testmessung wurden die Konstruktionen der Seil- bahn und des Geräteträgers weiter optimiert und anschließend für das zweite Messprofil nahezu identisch nachgebaut.
Eine erneute Testmessung fand dann auf beiden Seiten des Sperrwerks auf den planmäßigen Messprofilen in der Vorwoche der Hauptmessung am 10. und 11.09.2020 statt. Neben einer er- neuten Überprüfung der Konstruktionen wurden dabei auch die Einstellungen (Commands) der ADCP-Geräte angepasst und optimiert. An den einzelnen Messtagen wurden vor Messbeginn je- weils die zusätzlichen externen Akkus für die Stromversorgung der Aufzeichnungsrechner und bei Bedarf die Batterien der Messgeräte erneuert.
Die Messungen wurden wie folgt durchgeführt:
Die Geräteträger wurden täglich vor der Messung neu zu Wasser gelassen und nach Messende wieder geborgen. Der Messbetrieb wurde an beiden Profilen von jeweils zwei Personen durchge- führt; eine Person am Aufzeichnungsrechner und eine zur Bedienung der Seilwinde. Zusätzlich war immer mindestens ein Messleiter anwesend. Die Messungen erfolgten im 2-Schichtbetrieb.
Schichtwechsel war jeweils nach etwa einer halben Tide bei Thw. Die Geschwindigkeit der Seil- bahnen wurde auf beiden Profilen so eingestellt, dass die Geräteträger mit rd. 0,8 m/s gezogen wurden. Eine Profilüberfahrt dauerte rd. 5 Minuten, lediglich bei der Messung am 16.09.2020 wurde die Geschwindigkeit auf rd. 0,6 m/s verringert und die Profildauer damit auf rd. 6,5 Minu- ten erhöht. Zur Stromkenterung nach Tidehochwasser wurden an beiden Geräteträgern die ex- ternen Akkueinheiten für die Stromversorgung der Aufzeichnungsrechner erneuert.
Bei der Durchführung der Messung traten folgende Besonderheiten auf:
14.09.2020 – Binnenseite:
Zu Testzwecken wurde um 02:41 Uhr (MEZ) bereits eine erste Profilüberfahrt aufgezeich- net.
Durch Verbindungsabbrüche beim Fernzugriff auf den Aufzeichnungsrechner gibt es je- weils eine rd. 10-minütige Datenlücke ab 11:47 Uhr (MEZ) sowie ab 12:57 Uhr (MEZ).
Aufgrund eines erhöhten Energieverbrauchs waren die Akkus des Aufzeichnungsrechners ab ca. 17:26 Uhr (MEZ) vollständig entleert, so dass die Messungen kurz vor Ebbestrom- kenterung vorzeitig beendet werden mussten.
14.09.2020 – Seeseite:
Durch einen kurzzeitigen Ausfall des ADCP-Gerätes entstand ab 04:54 Uhr (MEZ) eine rd.
12-minütige Datenlücke.
Aufgrund von erneuten Ausfällen des ADCP-Gerätes konnten zwischen 13:30 Uhr und 14:00 Uhr (MEZ) bei drei Messfahrten keine Daten aufgezeichnet werden. Dadurch ent- standen drei Datenlücken von jeweils rd. 5 Minuten.
Aufgrund eines erhöhten Energieverbrauchs waren die Akkus des Aufzeichnungsrechners ab ca. 17:15 Uhr (MEZ) vollständig entleert, so dass die Messungen kurz vor Ebbestrom- kenterung vorzeitig beendet werden mussten.
15.09.2020 – Binnen- und Seeseite:
Um 06:18 Uhr (MEZ) wurden die Messungen auf beiden Profilen abgebrochen. In der Nacht hatte das Eider-Sperrwerk aufgrund einer Schiffshavarie geschlossen werden müs- sen. Das Sperrwerk wurde im Laufe des Tages wieder geöffnet, sodass die Messungen am Folgetag wie geplant fortgesetzt werden konnten.
16.09.2020 – Binnenseite:
Bedingt durch die Turbulenzen der Flutdrosselung konnten in der Zeit zwischen 09:00 Uhr und 10:06 Uhr (MEZ) keine verwertbaren Strömungsdaten aufgezeichnet werden.
Um 13:22 Uhr (MEZ) erfolgte der Wechsel des externen Akkus, der von Filmaufnahmen für die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der BAW begleitet wurde. Hierdurch entstand eine Datenlücke bis 13:40 Uhr (MEZ).
16.09.2020 – Seeseite:
Zwischen 16:09 Uhr und 16:16 Uhr kam es durch Störungen zu einer Lücke in den Mess- daten.
Aufgrund eines Absturzes des Aufzeichnungsrechners, der einen vollständigen Neustart der Messgeräte erforderte, waren die Messungen zwischen 16:56 Uhr und 17:21 Uhr (MEZ) unterbrochen.
17.09.2020 – Binnenseite:
Aufgrund von erforderlichen Wartungsarbeiten an der Seilbahnanlage wurden die Mes- sungen von 08:57 bis 09:12 Uhr (MEZ) unterbrochen.
Bedingt durch die Turbulenzen der Flutdrosselung konnten in der Zeit zwischen 09:43 Uhr und 11:06 Uhr (MEZ) keine verwertbaren Strömungsdaten aufgezeichnet werden.
Während des Ebbestroms kam es bei vier Profilüberfahrten zu Störungen und Fehlern in der Bodenerkennung, wodurch die Messdaten nicht verwertbar waren und es zu Lücken von jeweils rd. 5 Minuten kam.
Um etwa 20:40 Uhr (MEZ) kam es zur Kenterung des unbemannten Geräteträgers auf der Südseite des Messprofils. Der Geräteträger musste daraufhin kopfüber zurück zur Nord- seite geschleppt werden, um dort am Ufer wieder geborgen werden zu können. Die Mes- sungen wurden daraufhin vorzeitig, rd. 20 Minuten vor Stromkenterung, beendet.
17.09.2020 – Seeseite:
Aufgrund von Verbindungsproblemen beim Fernzugriff auf den Aufzeichnungsrechner konnten zwischen 11:55 Uhr und 12:06 Uhr (MEZ) keine Messdaten aufgezeichnet wer- den.
Eine lose Steckerverbindung am externen Akku erforderte um 14:19 Uhr (MEZ) eine er- neute Unterbrechung der Messung, um das Problem zu beheben. Die Messungen konnten um 14:26 Uhr (MEZ) wieder fortgesetzt werden.
Störungen und Fehler der Daten bei zwei Profilüberfahrten zwischen 15:12 und 15:23 Uhr (MEZ) führten dazu, dass keine ausreichenden Daten für die Auswertung zur Verfügung standen.
Während des Ebbestroms kam es zwischen 16:30 und 18:00 Uhr (MEZ) wiederholt zu Fehlern in den Messungen, wodurch insgesamt 10 Profilüberfahrten keine ausreichend auswertbaren Daten lieferten. Neben kurzzeitigen Datenlücken von rd. 5 Minuten kam es hierdurch zu zwei größeren Ausfallzeiten von rd. 17 und 23 Minuten.
18.09.2020 – Binnenseite:
Bedingt durch die Turbulenzen der Flutdrosselung konnten in der Zeit zwischen 10:15 Uhr und 13:43 Uhr (MEZ) keine verwertbaren Strömungsdaten aufgezeichnet werden.
Während des Ebbestroms führten Störungen und Fehler in der Bodenerkennung bei zwei Profilüberfahrten dazu, dass die Messdaten nicht für die Auswertung verwendet werden konnten. Es entstanden Datenlücken von rd. 6 bis 7 Minuten um 15:22 Uhr (MEZ) und 19:27 Uhr (MEZ).
18.09.2020 – Seeseite:
Um etwa 14:58 Uhr (MEZ) kam es zur Kenterung des unbemannten Geräteträgers auf der Südseite des Messprofils. Der Geräteträger musste daraufhin kopfüber zurück zur Nord- seite geschleppt werden, um dort am Ufer wieder geborgen werden zu können. Im Rah- men der Bergung wurde gleich der Austausch des externen Akkus mit vorgenommen. Ins- gesamt entstand dadurch eine Datenlücke von rd. 21 Minuten.
Kurz nach Wiederaufnahme der Messungen führten wiederkehrende Störungen und Feh- ler in der Bodenerkennung dazu, dass im Zeitraum von 15:24 bis 15:55 Uhr (MEZ) keine verwertbaren Strömungsdaten aufgezeichnet werden konnten.
Bedingt durch die Turbulenzen infolge des (n-1)- Betriebs am Sperrwerk kam es im Ver- lauf des Ebbestroms zu wiederkehrenden Datenausfällen. Insbesondere im Zeitraum zwi- schen 17:00 und 18:00 Uhr (MEZ) konnten nur die Messdaten aus einer einzelnen Profil- überfahrt (ca. 17:26 Uhr) für die Auswertung verwendet werden. Neben mehreren Aus- fällen einzelner Überfahrten mit jeweils rd. 5 Minuten Datenlücke entstanden zudem Lü- cken von rd. 10 – 11 Minuten um 19:21 und 20:57 Uhr (MEZ).
3.2 Temporäre Wasserstandsmessung
An den Leitern der Molen des Eider-Sperrwerkes wurden von der BAW, Referat K1 vier Druck- sonden installiert und mittels GNSS eingemessen (siehe Abbildung 3-3). Es wurden RBRduet Son- den verwendet.
Abbildung 3-3: Drucksonde an Leiter (links), Drucksonde nach Bergung (rechts) 3.3 Messgeräteverankerung
Die Messsonden wurden im Vorwege auf einem Ankerstein montiert. Mit dem Seezeichenschiff
„Wulf Isebrand“ des WSA Tönning wurden die Ankersteine zu den geplanten Messstellen ausge- bracht und wieder eingeholt. Das Foto in Abbildung 3-4 zeigt, wie eine Messgeräteverankerung ausgebracht wurde. Die Verankerungen wurden knapp außerhalb des Tonnenstrichs platziert und die Position der Messstelle mit einer Signalboje gekennzeichnet. Lediglich bei der Messposi- tion SWA wurde ein Messgerät in die Wassersäule gehängt. Skizzen der Messgerätever-
ankerungen befinden sich in der Anlage 9.3. Folgende Messsonden wurden auf den Ankersteinen installiert:
SWA
TRDI ADCP WHSC1200
Valeport MIDAS CTD/OBS (Wassersäule)
RBR Concerto CTD/OBS (Bodenverankerung)
YSI EXO2/3 Sonde mit Wischer (Bodenverankerung) SWB
Nortek Aquadopp, ADCP
RBR Concerto CTD (Bodenverankerung) SNS
RBR Concerto CTD/OBS (Bodenverankerung)
YSI EXO2/3 Sonde mit Wischer (Bodenverankerung) TOEV
RBR Concerto CTD/OBS (Bodenverankerung) ROT
RBR Concerto CTD (Bodenverankerung)
YSI EXO2/3 Sonde mit Wischer (Bodenverankerung)
Abbildung 3-4: Ausbringen der Messgeräteverankerung in Zusammenarbeit von BAW und WSA Tön- ning
Tabelle 3-1 listet die bei den Messgeräteverankerungen eingesetzten Sonden auf sowie deren Messhöhe und -intervall. Alle Sonden wurden direkt auf dem Ankerstein, ungefähr 0,4 m über
Sohle, befestigt. Nur bei der Station SWA wurde zusätzlich ein CTD in die Wassersäule gehängt.
Die ADCP-Einheit wurde 1,20 m über Sohle auf dem Ankerstein befestigt.
Tabelle 3-1: eingesetzte Messsonden je Messgeräteverankerung
Tabelle 3-2: Gemessene Parameter der eingesetzten Messsonden Bezeichnung
Höhe Sohle [m NHN] Messgerät Serien- nummer
Höhe über Sohle [m]
Messintervall [min]
SWA MIDAS 41322 2,60 1
-6,3 ADCP 6899 1,20 0,5
RBR 66138 0,80 30
Exo 3 0,80 5
SWB RBR 66139 0,40 30
-4,4 ADCP 2190 1,20 0,5
SNS MIDAS 48778 1,10 1
-5,2 Exo 3 18C104783 1,10 5
TOEV MIDAS 48777 1,10 1
ROT MIDAS 41321 1,10 1
-2,9 Exo 3 18C104784 1,10 5
Exo 3 MIDAS RBR
Leitfähigkeit [mS/cm] Leitfähigkeit [mS/cm]
Temperatur [°C] Temperatur [°C] Temperatur [°C]
Tiefe [m] Tiefe [m] Tiefe [m]
Trübung [FNU] Trübung [FTU] Trübung [NTU]
Sauerstoff [%], [mg/l]
4 Dauermessstellen und Sperrwerkssteuerung
Zusätzlich zu den durchgeführten Messungen wurden im Messzeitraum die Daten der im Gebiet vorhandenen Dauermessstellen gesichtet und ausgewertet. Des Weiteren wurde die Sperrwerks- steuerung analysiert.
4.1 Wasserstandsmessung
Die Wasserstände in der Außen- und Tideeider werden an mehreren Pegeln von der WSV sowie vom Land Schleswig-Holstein gemessen, siehe Lageplan in Abbildung 9-1. Durch das Eider-Sperr- werk wird der Einlass der Tide in die Tideeider gesteuert. Wenn man den Verlauf der Ganglinie Eider-Sperrwerk AP und Binnen vergleicht, erkennt man, wie gesteuert wird. Die Daten sind voll- ständig, mit Ausnahme der Messstation Nordgroven. Dort gibt es an zwei Tagen (17.09 und 21.09.2021) Datenlücken. Während der Messkampagne fällt die Messstation SKS und ESL immer wieder trocken. Darüber hinaus sind die übrigen Wasserstandsmessungen vollständig und plau- sibel. Abbildung 2-5 zeigt die Wasserstandsganglinie ausgewählter Pegelmessstationen während der Messwoche am Eider-Sperrwerk. Sehr gut kann man die Notschließung der Schütze in der Nacht vom 14. bis 15. September erkennen sowie den Sielbetrieb am Folgetag.
Abbildung 4-1: Wasserstandsmessungen in KW 38 der Messstation Eider-Sperrwerk Außen ESA, Ei- der-Sperrwerk BP ESB, Tönning TOE, Friedrichstadt-Straßenbrücke FST
Wasserstand in m NHN
4.2 Wassertemperatur
Die WSV misst die Wassertemperatur an mehreren Stationen in der Außen- und Tideeider. Der Lageplan in Abbildung 9-2 zeigt die Lage der ausgewerteten Messstationen Eider-Sperrwerk AP (ESA), Eider-Sperrwerk-Binnen (ESB). Die Messdaten aller Stationen sind vollständig und plausi- bel.
In der Tideeider wurden Anfang September 2020 Wassertemperaturen von 20 °C gemessen (siehe Abbildung 4-2). Die Wassertemperatur sinkt dann allmählich ab bis auf 15 °C. Die Wasser- temperatur nimmt stromauf zu. Zu Beginn des Monats war die Wassertemperatur im Tideästuar fast um 1 °C höher als im Außenbereich, wobei im Laufe des Monats die Differenzen kleiner wer- den. Die gemessenen Wassertemperaturen am Eider-Sperrwerk AP und Binnen sind gleich.
Abbildung 4-2: Wassertemperaturdaten an unterschiedlichen Messstationen vom 02.09.2020 bis 05.10.2020, ESA Eider-Sperrwerk AP, ESB Eider-Sperrwerk BP, TOE Tönning, NFU Nordfeld Unterwasser, NOF Nordfeld Oberwasser
4.3 Oberwasserzufluss
Der Lageplan in Abbildung 9-3 zeigt die Lage der ausgewerteten Messstationen des Oberwasser- zuflusses. Die Messdaten aller Stationen sind vollständig und plausibel. Während der Messzeit (01.9 bis 05.10.2021) war der Oberwasserzufluss sehr gering und es gab keine besonderen Ab- flussereignisse. Es herrschte Niedrigwasserabfluss. Dies zeigen die Ganglinien des Oberwasserzu- flusses am Pegel Treia sehr deutlich. Der gemessene Abfluss lag hier zwischen 1,5 und 3,5 m³/s.
Damit liegt der Abfluss deutlich unter dem langjährigen Mittelwasserabfluss von 6,5 m³/s, viel- mehr sogar im Bereich des mittleren Niedrigwasserabflusses von 1,8 m³/s. Die
gewässerkundlichen Hauptwerte sind auf der Internetseite des Landes Schleswig-Holsteins zu- sammengestellt (http://www.umweltdaten.landsh.de/public/hsi/pegelsuche.html).
Der größte Oberwasserzufluss kommt aus der Binneneider an der Messstation Nordfeld-Siel (NPS). Die Messung zeigen hier das für sommerliche Wetterlagen typische Be- und Entwässern der Binneneider. Dies wurde ausführlich beschrieben in (SIEGMANN ET AL.,2021). An der Messsta- tion Friedrichstadt Eidermühle (FEM) wird der Oberwasserzufluss der Treene gemessen. Die Treene fließt über ein Siel in die Tideeider. Die zu den Sielzeiten gemessenen Volumenströme lie- gen in Spitzen bei 40 bis 50 m³/s und sind vergleichsweise gering. Der mittlere Oberwasserzufluss an der Messtation FEM liegt im September bei 4,0 m³/s und damit deutlich unter dem mittleren Oberwasserzufluss von 12,2 m³/s.
Abbildung 4-3: Ganglinie des Oberwasserzuflusses (Stundenmittel) am Pegel Friedrichstadt Eider- mühle (FEM), Tönning Binnenpegel (TOEB), Nordfeld-Siel (NFS) und Treia (TREI). An der Messstation Friedrichstadt-Spülschleuse (FSP) wurde kein Oberwasserzufluss ge- messen.
4.4 Salzgehalt
Das WSA Tönning betreibt eine Leitfähigkeitsmessung in Tönning. Abbildung 4-4 zeigt hierzu die Ganglinie des Salzgehaltes. Die Leitfähigkeitsmessung der WSV wurde korrigiert. Vom 01.01.2020 bis 21.07.2020 10:13 Uhr wurden die Werte, aufgrund eines offensichtlich vorliegenden
Einheitenfehlers, mit dem Faktor 1000 multipliziert. Im September während der Messkampagne fällt der Schwankungsbereich der Salzgehalte deutlich ab. Während Anfang August zunächst ma- ximale Salzgehalte zwischen 25 und 30 PSU erreicht werden, liegen die Maximalwerte später zwi- schen 10 bis 15 PSU. Ende August sowie im September liegen die Maximalwerte bei 6 bis 7 PSU.
Dies erscheint unplausibel, denn gerade im September müssten die Werte höher liegen, da dann kaum nennenswerter Oberwasserzufluss stattfindet. Bestätigt wird diese Vermutung, wenn man sich die Messungen der Messgeräteverankerungen ansieht. Die Sonde der Verankerung in Rot- henspieker, welche weiter stromauf liegt, misst höhere Salzgehalte als die Sonde in Tönning. Die Messwerte der Station Tönning können im Zeitraum der Messkampagne (September 2020) nicht für eine Auswertung herangezogen werden.
Abbildung 4-4: Salzgehalte der Messstation Tönning (TOE) vom 1.1. bis 15.10.2020. Daten vom 01.01.2020 bis 21.07.2020 10:13 korrigiert um Faktor 1000.
4.5 Steuerung des Eider-Sperrwerkes
Abbildung 4-5 zeigt, wie das Eider-Sperrwerk während der Messkampagne gesteuert wurde. Die blaue Linie stellt die Unterkante der von oben nach unten schließenden Schütze dar. Ist die Linie oben bei +1,90 m NHN angelangt, sind die Schütze offen, ist die Linie bei -4,60 m NHN, sind die Schütze geschlossen. Der obere Teil der Grafik zeigt den gesamten Messzeitraum, welcher durch die Messgeräte auf den Verankerungen aufgezeichnet wurde. Der untere Teil der Grafik zeigt die Messwoche am Eider-Sperrwerk. In gelben Balken sind die Zeiträume markiert, in denen eine ADCP-Messung vor und hinter dem Sperrwerk durchgeführt wurde. Wie das Eider-Sperrwerk ge- steuert wird, ist ausführlich beschrieben in (SIEGMANN ET AL.,2021).
Abbildung 4-5: Sperrwerkszeitreihe während der Messkampagne, unten Messzeit ADCP-Messung am Eider-Sperrwerk
5 Mobile Strömungsmessung auf zwei Querprofilen 5.1 Datenaufbereitung
Das Ingenieurbüro IMP in Oldenburg wurde über einen mit der BAW geschlossenen Rahmenver- trag beauftragt, die bei der Messkampagne erhobenen Strömungsmessdaten aufzubereiten. Eine erste Durchsicht und Plausibilisierung der aufgenommenen Messdaten zeigt, dass insbesondere am Profil auf der Seeseite teilweise Empfangsstörungen des GPS-Signals vorlagen. Dadurch kam es zu (Quer)Sprüngen innerhalb der aufgezeichneten Wegstrecke. Zusätzlich fiel auf, dass in Tei- len der Daten zeitweise Richtungsfehler vorlagen und Unterschiede zwischen dem Bottom Track und dem tatsächlich gefahrenen Kurs bestanden. Diese Abweichungen des Bottom Track wurden innerhalb der Rohdateien mithilfe der Software „ViSea″ (Aquavision, NL) justiert. Gleichzeitig er- folgte innerhalb der Software eine Mittelung über jeweils drei Messwerte (ADCP-Ensembles).
Im nächsten Schritt erfolgte eine grobe Bereinigung der Daten, in dem verkürzte/abgebrochene Profilfahrten sowie zu stark gestörte Profilfahrten aussortiert wurden. Dies erfolgte zum einen auf Grundlage der Sichtung und Plausibilisierung mit „ViSea″, zum anderen anhand der während der Messungen geführten Protokolle. Die verbliebenen und teilweise korrigierten Rohdaten wur- den dann für das weitere Processing in die ADCP-Auswertesoftware „Compass″ (Seazone, UK) eingeladen. Dabei erfolgten keine weiteren Korrekturen oder Mittelungen. Die gemessenen Ge- schwindigkeiten wurden auf den Bottom Track referenziert.
Innerhalb der Auswertesoftware erfolgte eine tiefergehende Qualitätskontrolle, Datenbereini- gung und Plausibilisierung der Messdaten mit bedarfsweiser Entfernung vorhandener Fehlwerte und Störungen. Für die aufgenommenen Profile wurden die an den Seilbahnen geführten Fahr- wege kontrolliert und das auswertbare Datenkollektiv, nach definierten maximal zulässigen Ab- weichungen, zur gewählten Profil-Solllinie („Offset″), festgelegt. Die maximal zulässige
Unterkante Wehr in m NHNUnterkante Wehr in m NHN
Tidebetrieb Flutdrosselung Flut- und Ebb- drosselung
Flutdrosselung (n-1) -Betrieb
Schütze zu Schütze offen
Abweichung zur Solllinie betrug dabei an beiden Profilen ±20 m, wodurch insbesondere Daten mit den festgestellten größeren Sprüngen im GPS-Signal aussortiert wurden.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt innerhalb der ADCP-Auswertesoftware wurden die Mess- daten mit Wasserstandsdaten der beiden WSV-Pegel am Eider-Sperrwerk (Binnenpegel und Au- ßenpegel) verschnitten, wodurch den ADCP-Messdaten u.a. auch ein zeitlicher Bezug zum Tide- hochwasser sowie der aktuelle Wasserstand zugeordnet wurde.
5.2 Plausibilisierung
Die nächsten Abbildungen zeigen die über den Fließquerschnitt gemittelten Fließgeschwindigkei- ten der Messung.
Bei der Messung bei Tidebetrieb (14.09.2020) fehlt der letzte Kenterpunkt (Akkuleistung erschöpft)
Bei der Flutdrosselung (16.09.2020) konnten wegen Turbulenzen auf dem Binnenprofil von 09:00 bis 10:06 Uhr (MEZ) keine verwertbaren Strömungsdaten aufgezeichnet wer- den. Bei dem Binnenprofil fehlt der letzte Kenterpunkt (Kenterung Messboot).
Bei der Flut- und Ebbedrosselung (17.09.2020) konnte wiederum zwischen 09:43 und 11:06 Uhr (MEZ) wegen Turbulenzen keine Strömung gemessen werden. Während des Ebbestroms kam es zwischen 16:30 und 18:00 Uhr (MEZ) immer wieder zu Messausfällen.
Bei der Flutdrosselung (18.09.2020) während des (n-1)- Betriebes gab es zwischen 10:15 und 13:43 Uhr keine auswertbaren Strömungsdaten.
Darüber hinaus sind die Messungen vollständig und plausibel. In den folgenden Abbildungen wurde gekennzeichnet, wo die Messungen aufgrund von Turbulenzen ausfielen. Deutlich erkenn- bar ist die Bewegung der Schütze bei Flut- und Ebbedrosselung durch die kurzzeitigen Schwan- kungen der Fließgeschwindigkeiten.
Abbildung 5-1: ADCP-Querprofil-Messung, Tidebetrieb, Seeseite, querschnittsgemittelte Strömungs- geschwindigkeit und Wasserstand ESA
Abbildung 5-2: ADCP Querprofil-Messung, Tidebetrieb, Binnenseite, querschnittsgemittelte Strö- mungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESB
Akku leer
Akku leer
Abbildung 5-3: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, Seeseite, querschnittsgemittelte Strö- mungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESA
Abbildung 5-4: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, Binnenseite, querschnittsgemittelte Strö- mungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESB
Turbulenzen
Abbildung 5-5: ADCP Querprofil-Messung, Flut- und Ebbdrosselung, Seeseite, querschnittsgemittelte Strömungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESA
Abbildung 5-6: ADCP Querprofil-Messung, Flut- und Ebbdrosselung, Binnenseite, querschnittsgemit- telte Strömungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESB
Messboot gekentert
Turbulenzen
Abbildung 5-7: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, (n-1)- Betrieb, Seeseite, querschnittsge- mittelte Strömungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESA
Abbildung 5-8: ADCP Querprofil-Messung, Flutdrosselung, (n-1)- Betrieb, Binnenseite, querschnitts- gemittelte Strömungsgeschwindigkeit und Wasserstand ESB
Turbulenzen
Turbulenzen
5.3 Auswertung
Tabelle 5-1 zeigt die während der Messzeiten am Pegel Eider-Sperrwerk AP erreichten Thw und Tnw mit dem sich daraus als Differenz ergebenden Tidestieg und Tidefall. Um die Messergebnisse einzuordnen, wurden zusätzlich zu der Messung im September 2020 auch Querprofilsmessungen in etwas weiter vom Eider-Sperrwerk entfernten Querprofilsmessungen aus dem Jahr 1996 hin- zugefügt. Diese sind ausführlich beschrieben in (SIEGMANN ET AL.,2021). Grundsätzlich ist zu se- hen, dass die Flutdauer deutlich kürzer ist als die Ebbedauer. Bei den gesteuerten Tiden betrug die Flutdauer rund 5 Stunden, die Ebbedauer circa 7:30 Stunden. Beim Tidebetrieb am 14.09.2020 verschiebt sich das zugunsten der Flutdauer. Erwartungsgemäß war der Tidestieg und der Tide- fall an den Tagen der Springtide am höchsten.
Tabelle 5-1: Thw und Tnw, Tidefall und Tidestieg am Pegel Eider-Sperrwerk AP während der mobilen Strömungsmessungen
Tabelle 5-2 zeigt das errechnete Flut- und Ebbestromvolumen sowie die maximale querschnitt- gemittelte Strömungsgeschwindigkeit und den Durchfluss. Rot hinterlegt sind die Zahlen, wo zum Zeitpunkt der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten aufgrund von Turbulenzen längere Zeit keine Messung möglich war. Dies war beispielsweise zeitweise während der Flutdrosselung der Fall: bei Flutstrom aus dem binnenseitigen Profil, bei Ebbestrom auf dem seeseitigen Profil. Fol- gendes kann der Tabelle entnommen werden:
Die maximalen Strömungsgeschwindigkeiten, die während des Flut- und Ebbestromes auf dem seeseitigen und dem binnenseitigen Profil gemessen wurden, sind fast gleich. Die maximalen Geschwindigkeiten sind bei Ebbe etwas höher als bei Flut (0,2 m/s)
Die berechneten Flut -und Ebbestromvolumina sowie das sich daraus ergebende Tidevo- lumen befinden sich in einer plausiblen Größenordnung. Die auf der See- und Binnenseite errechneten Flut -und Ebbstromvolumina stimmen sehr gut überein. Sie liegen circa 20 % über den 1996 gemessenen Werten. Dies wird vor allem daran liegen, dass 1996 in den weiter entfernten Messprofilen nicht die komplette Strömung erfasst werden konnte.
ESA Tnw Thw Tnw Tidestieg Tidefall Flut- Ebb- Datum [m NHN] [m NHN] [m NHN] [m] [m] dauer dauer
15.04.1996 -1,93 1,16 -1,69 3,09 2,85 05:02 07:15 mittlere Tide 16.04.1996 -1,88 1,20 -1,82 3,08 3,02 05:01 07:18 mittlere Tide 17.04.1996 -1,92 1,36 -1,73 3,28 3,09 04:52 07:24 mittlere Tide 14.09.2020 -1,16 1,33 -1,37 2,49 2,70 05:49 07:14 mittlere Tide 16.09.2020 -1,46 1,67 -1,72 3,13 3,39 05:16 07:30 mittlere Tide 17.09.2020 -1,60 1,78 -1,80 3,38 3,58 05:03 07:35 Springtide 18.09.2020 -1,70 1,85 -1,85 3,55 3,70 04:54 07:41 Springtide
Tabelle 5-2: Volumina, maximale Geschwindigkeiten und Durchflüsse, rot Messausfall aufgrund von Turbulenzen
Den Strömungsprofilen (Abbildung 5-9 bis Abbildung 5-12) kann folgendes entnommen werden:
Auf dem Querprofil, welches hinter den Wehrpfeilern liegt, werden geringere Strömungs- geschwindigkeiten gemessen. Um welches Profil es sich handelt, ändert sich je nach Strö- mungsrichtung.
Beim (n-1)- Betrieb wird klar, dass sich die Strömung des Flut- und Ebbestroms in den nördlichen Bereich des Eider-Sperrwerks verlagert, also dorthin, wo die Tore geöffnet sind.
Tide- Profil Volumen max. vm max. Qm Volumen max. vm max. Qm Volumen
Mio. [m³] [m/s] [m³/s] Mio. [m³] [m/s] [m³/s] Mio. [m³]
15.04.1996 Flutdrosselung, n- 1 Betrieb, Sielöffnung 5 geschlossen
außen -23,6 -0,61 -1.777 23,5 0,70 1.678 47,1
16.04.1996, n- 1 Betrieb, Sielöffnung 5 geschlossen
binnah -23,3 -0,66 -1.820 23,8 0,77 1.670 47,1
17.04.1996, n- 1 Betrieb, Sielöffnung 5 geschlossen
binfern -20,2 -0,97 -1.459 19,5 0,75 1.226 39,7
14.09.2020 Tidesteuerung
Seeseite -25,7 -1,34 -1.687 27,5 1,48 1.871 53,2
Binnen -26,7 -1,32 -1.750 26,7 1,55 1.802 53,4
16.09.2020 Flutdrosselung
Seeseite -31,4 -1,56 -2.138 32,4 1,79 2.185 63,8
Binnen -31,3 -1,52 -2.102 31,5 1,84 2.179 62,8
17.09.2020 Flut- und Ebbedrosselung
Seeseite -27,5 -1,49 -2.009 29,5 1,85 2.239 57,0
Binnen -27,1 -1,53 -2.039 28,8 1,89 2.131 55,9
18.09.2020 Flutdrosselung, n - 1 Betrieb
Seeseite -27,5 -1,36 1.941 26,1 1,53 1.983 53,6
Binnen -28,2 -1,31 1.916 27,4 1,65 1.853 55,6
Flut Ebbe
Abbildung 5-9: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 1. Messtag Tidesteuerung, Legende: Strömungsgeschwindigkeiten in m/s
Flutstrom, Seeseite
Flutstrom, Binnenseite
Ebbstrom, Seeseite
Ebbstrom, Binnenseite
Abbildung 5-10: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 2. Messtag, Flutdrosse- lung, Legende: Strömungsgeschwindigkeiten in m/s
Flutstrom, Seeseite
Flutstrom, Binnenseite
Ebbstrom, Seeseite
Ebbstrom, Binnenseite
Abbildung 5-11: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 3. Messtag, Flut- und Ebb- drosselung, Legende: Strömungsgeschwindigkeiten in m/s
Flutstrom, Seeseite
Flutstrom, Binnenseite
Ebbstrom, Seeseite
Ebbstrom, Binnenseite
Abbildung 5-12: Strömungsprofile bei max. Strömungsgeschwindigkeiten, 4. Messtag, Flutdrosse- lung, (n-1) - Betrieb, Sielöffnung 2 geschlossen, Legende: Strömungsgeschwindigkeiten in m/s
Flutstrom, Seeseite
Flutstrom, Binnenseite
Ebbstrom, Seeseite
Ebbstrom, Binnenseite
6 Temporäre Wasserstandsmessungen 6.1 Datenaufbereitung
Die eingesetzten Drucksonden haben den absoluten Druck gemessen. Um aus diesen Daten den tatsächlichen Wasserstand in DHHN2016 zu erhalten, wurden die Rohdaten wie folgt aufbereitet:
Die Rohdaten wurden um den Luftdruck bereinigt. Hierfür wurden die Luftdruckdaten der DWD-Station St. Peter Ording herangezogen. Sie lagen als stündlicher Mittelwert vor. Die Station liegt ca. 17 km Luftlinie entfernt.
Die vier Drucksonden messen nicht exakt den gleichen absoluten Druck. Daher lässt man vor und nach der Messung im Labor alle Sonden unter exakt den gleichen Bedingungen messen. Die ermittelten Differenzen werden genutzt, um die Messreihen einander anzu- gleichen.
Für jede Position wurde ein Offset um die eingemessene Höhe in NHN berücksichtigt.
Dadurch ergibt sich der absolute Wasserstand an den jeweiligen Positionen.
Eine Zeitkorrektur ist für die vier Sonden nicht erforderlich. Die ermittelten Werte für die Abweichung der internen Uhren über den Messzeitraum lagen im Bereich der Messfre- quenz und sind somit vernachlässigbar klein.
6.2 Plausibilisierung
Die Messungen sind vollständig und plausibel. Die Wasserstandsganglinien der vier Messsonden zeigt Abbildung 6-1. Die Drucksonden fielen bei einem Wasserstand kleiner -1,50 m NHN trocken.
Abbildung 6-1 Wasserstandsganglinien der temporären Messsonden
6.3 Auswertung
6.3.1 Vergleich temporäre Messung und Dauermessung
Die folgenden Abbildungen (Abbildung 6-2 bis Abbildung 6-4) zeigen die Wasserstandsmessun- gen am Pegel ESA und ESB und die temporären Wasserstandsmessungen sowie die Differenz in einer Woche, während derer die Drucksonden nicht trockengefallen sind.
Es werden die BAW Pegelmessungen mit den dazugehörigen WSV Pegeln verglichen (Rot = WSV Pegel, Gelb = BAW Pegel, Grün = Wasserstandsdifferenz).
In Abbildung 6-2 werden die beiden Wasserstands-Messpegel seeseits (Nord- und Südseite) des Eider-Sperrwerkes miteinander verglichen. Die als grüne Ganglinie dargestellte Wasserstandsdif- ferenz zeigt, dass sich die Messwerte kaum unterscheiden.
Abbildung 6-2: Wasserstand und Wasserstandsdifferenz der Stationen EAN und ESA
Abbildung 6-3 vergleicht die Wasserstandsmessung des temporären Pegels EBN (Nordseite) mit der Messung des ebenfalls auf der Nordseite gelegenen Dauermesspegels ESB (Eider-Sperrwerk BP). Die Messpunkte liegen circa 220 m auseinander. Bei Ebbestrom kurz nach Tidehochwasser ist die Differenz zwischen ESB und EBN deutlich höher als im übrigen Tideverlauf. Auf dieser re- lativ kurzen Distanz bildet sich ein deutliches Wasserspiegelgefälle aus.
Abbildung 6-3: Wasserstand und Wasserstandsdifferenz der Stationen EBN und ESB
In Abbildung 6-4 wird der Wasserstand des südlichen Pegels auf der Binnenseite mit der Dauer- messstation der Binnenseite ESB verglichen. Wie in Abbildung 6-3 sieht man auch hier das ausge- prägte Wasserspiegelgefälle in Richtung Eider-Sperrwerk bei Ebbestrom.
Abbildung 6-4: Wasserstand und Wasserstandsdifferenz der Stationen EBS und ESB Folgendes kann man zusammenfassen:
Die Wasserstände auf der Nord- und Südseite unterscheiden sich nicht.
Zeitweise bildet sich sowohl auf der Seeseite wie auch auf der Binnenseite ein deutliches Wasserspiegelgefälle zwischen der Dauermessstelle und der auf der gleichen Seite liegen- den, temporären Messstelle aus.
6.3.2 Vergleich temporäre Messung außen und binnen
Bei Tidebetrieb (Abbildung 6-5) unterscheiden sich die gemessenen Wasserstände der 4 tempo- rären Messstationen kaum. Lediglich bei Ebbestrom fällt auf, dass am Eider-Sperrwerk AP Nord- seite (EAN) niedrigere Wasserstände erreicht werden und am Eider-Sperrwerk BP Südseite (EBS) etwas höhere Wasserstände. Dies wird vermutlich dadurch verursacht, dass das Sperrwerk von Südosten nach Nordwesten durchströmt wird und es so zu einer kleinen Auslenkung des Wasser- spiegels kommt. Abbildung 6-6 zeigt die Wasserstände während der Flutdrosselung. Die Wasser- stände Außen sind deutlich höher als Binnen. Die Wasserstandsdifferenz beträgt maximal circa 0,6 m. Deutlich sieht man, wann sich die Schütze bewegen. Hier kommt es zu einer kurzzeitigen Auslenkung des Wasserspiegels nach oben um 0,1 bis 0,2 m an den temporären Außenpegeln.
Abbildung 6-5: Temporäre Wasserstandsmessung am 1. Messtag bei Tidebetrieb
Abbildung 6-6: Temporäre Wasserstandsmessung am 2. Messtag bei Flutdrosselung
Abbildung 6-7: Temporäre Wasserstandsmessung am 3. Messtag bei Flut- und Ebbedrosselung
Abbildung 6-8: Temporäre Wasserstandsmessung am 4. Messtag bei Flutdrosselung und 4 Sielöff- nungen
Bei der Flut- und Ebbedrosselung (Abbildung 6-7) sieht man zusätzlich während des Ebbestroms, dass bei den Binnenpegeln (EBN, EBS) ein etwas höherer Wasserstand gemessen wird. Die maxi- male Differenz zu den Außenpegeln liegt bei 0,3 m. Bei der Flutdrosselung mit 4 Öffnungen ist die Wasserstandsdifferenz der Außen-Messpegel zu den Binnen-Messpegeln höher als bei der Flut- drosselung mit 5 Öffnungen. Die maximale Wasserstandsdifferenz lag am 4. Messtag bei 0,8 bis 0,9 m.
6.3.3 Wassertemperatur
Immer wenn die Messsonde trockenfällt, fällt auch die Wassertemperatur um circa 4 °C ab (siehe Abbildung 6-9). Da die Drucksonden sehr häufig trockenfallen, ist die gemessene Ganglinie der Wassertemperatur nicht weiter verwendbar.
Abbildung 6-9: Wasserstand und Wassertemperatur der Messstation EBS
7 Messgeräteverankerung 7.1 Fließgeschwindigkeit
An der Messstation SWA und der Messstation SWB wurde auf dem Ankerstein ein ADCP-Strö- mungsmessgerät circa 1,10 m über der Gewässersohle montiert.
7.1.1 Datenaufbereitung
Die alle 30 Sekunden gemessenen Fließgeschwindigkeiten wurden in das BAW-internen Pro- gramm „whs_viewer64.exe“ eingelesen. Dieses Programm ermöglicht es, die über die Wassersäule gemessenen Fließgeschwindigkeiten für unterschiedliche Tiefen zu exportieren und so auszuwer- ten. Für die Station SWA wurden die Tiefen -3,5 sowie -3,0 und -2,0 m NHN und für die etwas flachere Station SWE die Tiefen -3, sowie -2,6 und -2,1 m NHN ausgewählt. Die Rohdaten zeigen starke Schwankungen. Dies deutet auf kleinräumige Turbulenzen hin. Um die Ganglinie zu glätten, wurde ein gleitendes Mittel über 5 Minuten gebildet. Rohdaten und gleitendes Mittel zeigt bei- spielhaft die folgende Abbildung 7-1. Für die nachfolgenden Grafiken wurde das gleitende Mittel verwendet.
Abbildung 7-1: Fließgeschwindigkeit Originaldaten und gleitendes Mittel über 5 Minuten bei der Messgeräteverankerung SWA
7.1.2 Plausibilisierung
Abbildung 7-2 und Abbildung 7-3 zeigen die in der Wassersäule gemessenen Fließgeschwindig- keiten über den gesamten Messzeitraum sowie in der Messwoche am Eider-Sperrwerk. Die Grafi- ken wurden von dem „whs_viewer“ erzeugt. Sie zeigen die Fließgeschwindigkeiten als Flächen- darstellung zusammen mit dem zugeordneten Wasserstand (ESA und ESB). Die Fließgeschwin- digkeiten des Flutstroms sind negativ, die des Ebbestroms positiv.
Abbildung 7-2: Fließgeschwindigkeit der Messstation SWA
Abbildung 7-3: Fließgeschwindigkeit der Messstation SWB
Die punktuellen Messungen der Fließgeschwindigkeit auf den Geräteverankerungen SWA und SWB sind vollständig und plausibel.
7.1.3 Auswertung
Die maximalen Fließgeschwindigkeiten der Station SWA sind bei Flut- und Ebbestrom fast gleich und liegen bei circa 1 m/s. Zu sehen ist, dass an dem Tag, an dem das Sperrwerk geschlossen werden musste (15.09.2019), auch an der knapp 5 km entfernten Station SWA die Fließgeschwin- digkeiten geringer waren (Abbildung 7-2). Zusätzlich wurden auch die Fließgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Tiefenschichten betrachtet. Die Ganglinien der Fließgeschwindigkeiten in die- sen Tiefen zeigen Abbildung 7-4 und Abbildung 7-5. Erwartungsgemäß sind die Fließgeschwin- digkeiten in geringerer Tiefe (also -2,0 m bzw. -2,1 m NHN) etwas höher als in sohlnahen Berei- chen. Die maximalen Fließgeschwindigkeiten sind bei der Station SWE geringer (0,6 m/s) als bei SWA (1,0 m/s).
Abbildung 7-6 und Abbildung 7-7 zeigen den Wasserstand am Eider-Sperrwerk AP (ESA) bzw.
Eider-Sperrwerk BP (ESB) gemeinsam mit den gemessenen Fließgeschwindigkeiten am 16.09.2020. An diesem Tag wurde eine Flutdrosselung am Eider-Sperrwerk betrieben. Die Ebbe- dauer ist bei beiden Stationen circa 1,5 h länger als die Flutdauer. Die Kurve der Fließgeschwin- digkeit bei Ebbestrom an der Station SWA hat im abfallenden Ast einen stufenförmigen Verlauf.
Abbildung 7-4: Messstation SWA: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) in unterschied- lichen Tiefen
Flut
Ebbe
Abbildung 7-5: Messstation SWB: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) in unterschied- lichen Tiefen
Abbildung 7-6: Messstation SWA: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) in der Tiefe von 3,0 m NHN und der Wasserstand der Messstation ESA
Flut
Ebbe
Abbildung 7-7: Messstation SWB: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) in der Tiefe von 2,6 m NHN und der Wasserstand der Messstation ESB
Abbildung 7-8: Messstation SWA und SWB: Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min)und der Wasserstand der Messstation ESA
In Abbildung 7-8 sind die Fließgeschwindigkeiten beider Punktmessungen zusammen in einer Grafik aufgetragen. Sehr deutlich ist zu erkennen, dass in der Tideeider das Maximum der Fließ- geschwindigkeit bei Ebbestrom höher ist als außen. Bei Flutstrom ist dies umgekehrt.
In Abbildung 7-9 bis Abbildung 7-12 werden die über das Querprofil gemittelten Fließgeschwin- digkeiten der mobilen Strömungsgeschwindigkeiten mit den auf den Messgeräteverankerungen
gemessenen Fließgeschwindigkeiten (siehe hierzu 7.1) verglichen. Die Fließgeschwindigkeiten am Sperrwerk sind 2- bis 3-mal höher als auf den Verankerungen. Die auf den Messgeräteveran- kerungen gemessenen Fließgeschwindigkeiten zeigen deutliche Schwankungen, was auf kleinräu- mige Turbulenzen zurückzuführen ist. Die dargestellten Fließgeschwindigkeiten der mobilen Strömungsmessung wurden über das Messprofil gemittelt und zeigen solche Turbulenzen folglich nicht.
Abbildung 7-9: mobile Strömungsmessung und Punktmessung 1. Messtag, Tidebetrieb, rote und blaue Ganglinie zeigt die querschnittsgemittelte Fließgeschwindigkeit der mobilen Strömungsmessung des see- und binnenseitigen Querprofiles, SWA und SWB die Fließ- geschwindigkeiten (gleitendes Mittel über 5 min)der Punktmessung
Abbildung 7-10: mobile Strömungsmessung und Punktmessung 2. Messtag, Flutdrosselung, rote und blaue Ganglinie zeigt die querschnittsgemittelte Fließgeschwindigkeit der mobilen Strömungsmessung des see- und binnenseitigen Querprofiles, SWA und SWB die Fließ- geschwindigkeiten (gleitendes Mittel über 5 min)der Punktmessung
Abbildung 7-11: mobile Strömungsmessung und Punktmessung, 3. Messtag, Flut- und Ebbdrosselung, rote und blaue Ganglinie zeigt die querschnittsgemittelte Fließgeschwindigkeit der mobilen Strömungsmessung des see- und binnenseitigen Querprofiles, SWA und SWB die Fließgeschwindigkeiten (gleitendes Mittel über 5 min)der Punktmessung
Abbildung 7-12: mobile Strömungsmessung und Punktmessung, 4. Messtag, Flutdrosselung, (n-1)- Betrieb, rote und blaue Ganglinie zeigt die querschnittsgemittelte Fließgeschwindig- keit der mobilen Strömungsmessung des see- und binnenseitigen Querprofiles, SWA und SWB die Fließgeschwindigkeiten (gleitendes Mittel über 5 min)der Punktmessung 7.2 Salzgehalte
Die Leitfähigkeiten wurden auf den Messgeräteverankerungen von SWA, SWB, SNS und ROT ge- messen und mit Hilfe der UNESCO-Formel (UNESCO SCOR ICES IAPSO JOINT PANEL ON
OCEANOGRAPHIC TABLES AND STANDARDS,1981) und der ebenfalls gemessenen Temperatur (siehe 7.3) in einen Salzgehalt umgerechnet.
7.2.1 Plausibilisierung
Bei der Messgeräteverankerung SWA wurden in der Zeit vom 02.09.2020 17:00 Uhr bis 05.10.2020 08:00 Uhr die Leitfähigkeit mit den Messsonden des Typs MIDAS (Wassersäule) und RBR (Bodenverankerung) gemessen. Die Ganglinien des Salzgehaltes gemeinsam mit der des Wasserstandes zeigen die Abbildung 7-13 und Abbildung 7-14, wobei folgende Auffälligkeiten zu beobachten sind:
MIDAS-Sonde
15.09.2020 ca. 18:42:10 Uhr: Das Minimum des Salzgehaltes liegt bei 16,9 PSU statt wie bei den Tiden vorher und nachher bei 24 bis 26 PSU. Dieser niedrige Wert wurde von der RBR Sonde nicht gemessen. Daher wird davon ausgegangen, dass es sich nicht um einen Messfehler handelt.
25.09.2020 ab 01:02:10 Uhr: Die Salzgehalte fallen auf sehr niedrige unplausible Werte ab.
Abbildung 7-13: Salzgehalt der MIDAS-Sonde an der Messstation SWA und Wasserstand der Mess- station ESA
Abbildung 7-14: Salzgehalt der RBR-Sonde an der Messstation SWA und Wasserstand der Messsta- tion ESA
Im Vergleich zur MIDAS-Sonde weist der Salzgehalt der RBR-Sonde weniger Ausreißer und Auf- fälligkeiten aus. Aus diesem Grund wird empfohlen, den Salzgehalt der RBR-Sonde für weitere Untersuchungen zu verwenden.
Die Messreihe der RBR-Sonde der Geräteverankerung SWB ist vollständig und plausibel und weist keine Auffälligkeiten auf. Abbildung 7-15 zeigt die errechnete Ganglinie der Salzgehalte.
Abbildung 7-15: Salzgehalt der RBR-Sonde an der Messstation SWB und Wasserstand der Messsta- tion ESB
Die Messreihe der MIDAS-Sonde der Geräteverankerung SNS ist vollständig und plausibel und weist keine Auffälligkeiten auf. Abbildung 7-16 zeigt die errechnete Ganglinie der Salzgehalte.
Abbildung 7-16: Salzgehalt der MIDAS-Sonde an der Messstation SNS und Wasserstand der Messsta- tion ESB
Abbildung 7-17: Salzgehalt der EXO3-Sonde an der Messstation SNS und der Wasserstand an der Messstation ESB
Die EXO3-Sonde misst zwischen 08. und 18.9.2020 deutlich zu geringe Werte (Abbildung 7-17).
In dieser Zeit hatte sich vermutlich der Wischer des Gerätes verkeilt. Die gemessenen Leitfähig- keiten (und Sauerstoffgehalte) in diesem Zeitraum sind zu fehlerhaft, sodass empfohlen wird, die Messreihe der MIDAS-Sonde für weitere Auswertungen zu verwenden.
Die Messreihe der MIDAS-Sonde der Geräteverankerung ROT ist vollständig und plausibel. Sie weist keine Auffälligkeiten auf. Abbildung 7-18 zeigt die errechnete Ganglinie der Salzgehalte.
Abbildung 7-18: Salzgehalt der EXO3 Sonde an der Messstation ROT und der Wasserstand in TOE 7.2.2 Auswertung
Abbildung 7-19 vergleicht die ausgewählten Ganglinien des Salzgehaltes aller Messstationen. In der Außeneider (Messstation SWA) schwankt der Salzgehalt zwischen 23 und 29 PSU und auf der Binnenseite des Eider-Sperrwerkes zwischen 15 und 27 PSU. Bei Schülperneuensiel (SNS) variie- ren die Salzgehalte zwischen 8 und ebenfalls 27 PSU. Hier ist der Einfluss des Oberwasserzuflus- ses schon deutlich erkennbar. Es bestätigt sich die Vermutung, dass die MIDAS- Sonde zwischen 08. und 15.09.2020 zu niedrige Werte misst. Bei Rothenspieker schwanken die Werte zwischen 0,3 und 20 PSU. Bei Ebbe kommt es zu einer Aussüßung. Bei Flut sind die Werte deutlich höher als erwartet.
Bei fast allen Messreihen fällt die gemessene Leitfähigkeit für eine bis mehrere Tiden ab. Anschlie- ßend läuft die Messung auf dem Vorniveau weiter. Die Messung der Leitfähigkeitssonde erfolgt über Röhrchen, die sich mit feinen Sedimenten zusetzen können. Oft wird die Sonde von selbst wieder freigespült.
Abbildung 7-19: Salzgehalte der Messstationen SWA, SWB, SNS, ROT 7.3 Wassertemperatur
7.3.1 Plausibilisierung
Grundsätzlich ist die Messung der Wassertemperatur eine wenig fehleranfällige Messung. Wenn man die Temperaturmessung der Messstation SWA mit der Dauermessung ESA vergleicht, fällt auf, dass die dort gemessene Wassertemperatur regelmäßig um 1 bis 2 °C abfällt. Dies ist bei der Dauermessung nicht der Fall (siehe Abbildung 7-20). Da diese Schwankung von beiden Sonden (RBR und MIDAS) gemessen wird, ist davon auszugehen, dass dies an lokalen Strömungsbedin- gungen liegt, die Messung als solche aber richtig ist.
Abbildung 7-20: Wassertemperatur an der Messstation SWA, Vergleich RBR-Sonde und Wassertem- peratur der Messstation ESA
Abbildung 7-21: Wassertemperatur an der Station SWA, Vergleich MIDAS- und RBR-Sonde
Bei der MIDAS-Sonde werden im Zeitraum vom 15.09.2020 13:00 Uhr bis 15.09.2020 20 Uhr er- höhte Temperaturen gemessen, hingegen bei der RBR-Sonde auf der Bodenverankerung nicht.
Die MIDAS-Sonde hat nur bis zum 01.10.2020 08:00 Uhr gemessen. Da die RBR-Sonde in einem Messintervall von 30 min misst, die MIDAS-Sonde von einer Minute, wird empfohlen, die Mess- reihe der MIDAS-Sonde für weitere Auswertungen zu nutzen.
Die von der RBR-Sonde gemessenen Wassertemperaturen der Messtation SWB werden zunächst mit der Dauermessstation ESB verglichen (siehe Abbildung 7-22). Die beiden Messungen zeigen einen sehr ähnlichen Verlauf. Die Messung der Sonde ist vollständig und plausibel. Das Zeitinter- vall beträgt 30 Minuten.
Abbildung 7-22: Wassertemperatur an der Messstation SWB der RBR-Sondeund die Wassertempe- ratur der Messstation ESB, gemittelt über 10 MinutenBei der Messstation SNS wurde die Wassertemperatur von einer MIDAS sowie von einer EXO3- Sonde gemessen (siehe Abbildung 7-23). Der Verlauf der gemessenen Wassertemperaturen ist gleich. Die EXO3-Sonde misst minimal höhere Wassertemperaturen. Die mittlere Abweichung liegt bei 0,14 °C. Beide Sonden wurden in der gleichen Höhe über Sohle installiert. Laut Handbuch hat die MIDAS-Sonde eine Messgenauigkeit von 0,01 °C, die EXO3-Sonde von 0,2 °C. Die EXO3-Sonde hat eine deutlich geringer Messgenauigkeit. Die Abweichungen liegen im Bereich der Sensor-Spezifikationen.
Abbildung 7-23: Wassertemperatur an der Messstation SNS der Sonden EXO3 und MIDAS
An der Messstation ROT wurde die Wassertemperatur durch die EXO3-Sonde gemessen. Die Mes- sung ist vollständig und plausibel.
7.3.2 Auswertung
In Abbildung 7-24 werden die gemessenen Wassertemperaturen aller Geräteverankerungen ver- glichen. Stromaufwärts (ROT) wurden circa 0,5 bis 1 °C höhere Wassertemperaturen gemessen.
Die an der Station SWB und SNS gemessenen Wassertemperaturen sind fast identisch. An der Station SWA schwanken die Wassertemperaturen am stärksten.
Abbildung 7-24: Wassertemperatur der Messstationen SWA MIDAS, SWB RBR, SNS MIDAS und ROT EXO3
Die Wassertemperaturen schwanken in der Nähe der Wasseroberfläche im Tagesverlauf aufgrund der veränderlichen Sonneneinstrahlung. Überlagert wird dies vom Ein- und Ausströmen der Ti- dewelle. Wenn die Tidewelle an einem warmen Tag um die Tagesmitte einfließt, transportiert sie warmes Wasser heran. Wie die Wassertemperatur sich konkret an einem Punkt verändert, ist von den lokalen Strömungsverhältnissen abhängig. Die nachfolgende Abbildung 7-25 zeigt die Schwankungen der Wassertemperatur im Tideverlauf an mehreren Tagen gemeinsam mit den ge- messenen Fließgeschwindigkeiten und Wasserständen.
Abbildung 7-25: Wassertemperatur der MIDAS-Sonde SWA, Fließgeschwindigkeit (gleitendes Mittel über 5 min) der Messstation SWA und der Wasserstand der Messstation ESA
7.4 Schwebstoffgehalt
Auf den ausgebrachten Messgeräteverankerungen wurde die Trübung [NTU] mit verschiedenen Sonden gemessen. Die gemessene Trübung wird über Kalibrierfunktionen in Schwebstoffgehalt [mg/l] umgerechnet. Bei dieser Umrechnung von Trübung in Schwebstoffgehalt muss mit Unge- nauigkeiten von bis zu 15 % gerechnet werden. Trübungswerte größer 1000 NTU liegen außer- halb des Geltungsbereiches.
Für jeden Sondentyp muss eine eigene Kalibrierfunktion angewendet werden. Um diese Kalibrier- funktion zu ermitteln, sollten grundsätzlich vor Ort Trübungen gemessen werden und gleichzeitig Wasserproben genommen werden. Die Wasserproben werden analysiert und Schwebstoffgehalte bestimmt. Dann werden die Schwebstoffgehalte mit der gemessenen Trübung verglichen, um eine Kalibrierfunktion zu bestimmen, die die Beziehung der Parameter zueinander beschreibt. Dies wurde bei der Messkampagne nicht durchgeführt. Stattdessen wurden an der Ems und Weser auf- gestellte Kalibrierfunktionen zur Umrechnung der Trübung in Schwebstoffgehalte verwendet. Die errechneten Schwebstoffgehalte wurden mit Werten aus der Literatur (RICKLEFS,1989) auf ihre Plausibilität hin geprüft. (RICKLEFS) hatte an einer Messposition in zwei Tiefen gemessen. Der erste Messpunkt befand sich 1 bis 2 m über der Gewässersohle, der zweite Messpunkt 3 bis 4 m über der Gewässersohle. Für die in seiner Arbeit angegebenen Schwebstoffkonzentrationen wurde der Mittelwert aus beiden Messungen errechnet.
Es wurden folgende Kalibrierfunktionen verwendet:
SWA (MIDAS): 𝑦 = 1,68 ∗ 𝑥 , SWA (RBR): 𝑦 = −35 + 1,52 ∗ 𝑥 SWB (RBR): 𝑦 = −35 + 1,52 ∗ 𝑥 SNS (MIDAS): 𝑦 = 0,95 ∗ 𝑥 , SNS (EXO3): 𝑦 = 10 + 1,521 ∗ 𝑥 ROT (EXO3): 𝑦 = 10 + 1,521 ∗ 𝑥
