1.4 Bereich Elbe-Kilometer 607.6- 638.9 (Hafen Hamburg/Delegationsstrecke)
Aufgrund der besonderen Randbedingungen, unter denen in einem relativ eng strukturierten und zu unterhaltenden Hafenrevier gearbeitet werden muß, gelten für die Unterhaltungsbaggerungen des Gebietes von "Amt Strom- und Hafenbau Hamburg" (Delegationsstrecke) andere Einsatz- und Betriebsregeln, als in den ober- bzw. unterstromigen Zuständigkeitssektoren der Wasser- und Schiffahrtsverwaltung des Bundes (WSV).
Rein technisch betrachtet, unterscheidet sich bereits das Aufrechnungsmaß, mit dem die Unterhaltungsbaggermengen ermittelt werden. Während im Bereich der WSV das Laderaumaufmaß der (dort: Hopper-) Baggerschiffe mit dem Begriff "Baggermenge" definiert ist (1), werden in den vom Amt Strom- und Hafenbau gelieferten Unterlagen alle Unterhaltungsbaggermengen im Format des "Profilmaß in m3 " angegeben. Darunter ist zu verstehen :
1. In der Zeit nach 1990 (hier: bis 1992) wird der aufgenommene Laderaumwert über ein empirisch vom Braunschweiger Leichtweiß-Institut ermitteltes Korrekturverfahren bzw. über eine materialabhängige Berechnungsmethodik auf einen dem morphologischen Volumen entsprechenden Wert umgerechnet - eben das "Profilmaß". Das Profilmaß bezieht sich damit auf die natürliche, gewachsene Lagerungsdichte des Bodens an der Sohle und nicht auf die höhere (weil aufgelockerte) Menge im Baggerladeraum.
2. Alle Materialentnahmemengen aus der Zeit zwischen 1979 und 1990 wurden ebenfalls auf das Profilmaß umgerechnet
a) bei Mischboden aus Eimerkettenbaggerungen wurde das Schutenaufmaß
durch den Faktor 2,1 dividiert (d.h. in der Mischbodenschute befindet sich
überschlägig eine Hälfte Wasser und eine Hälfte Feststoff)
b) bei Sandboden aus Eimerkettenbaggerungen wurde das Schutenaufmaß
mit dem Faktor 0,85 multipliziert
c) bei Greifer-Schuten wurde das Schutenmaß durch den Faktor 1,5 dividiert.
Die Faktorrechnungen sind nach Angaben des Amtes Strom- und Hafenbau
empirisch geprüft.
3. Alle "Bagger"-Mengen aus sogenannten "Eggungen" (2) werden aus dem Vergleich von Vor- und Nachpeilung errechnet. Es handelt sich effektiv um Profilmaße.
Obwohl theoretisch sinnvoll, wird auf eine quasi-historische Betrachtung der Entwicklung der Unterhaltungsbaggermengen verzichtet. Grund ist, daß über die vor 1979 liegenden Zeiträume aufgrund der sich wandelnden Baggerstrategien, Baggertechniken und vor allem Baggermengenaufmaße keine ausreichend genauen Zahlengrundlagen für einen historischen Vergleich/eine Zeitreihe zur Verfügung stehen. Gleiches gilt für den Abschnitt unterstromig Kilometer 638.9 (Kapitel 1.5 und 1.6).
Hinsichtlich der räumlichen Zuordnung von Unterhaltungsbaggermengen gilt: In den verfügbaren Jahresstatistiken für die Unterhaltungsbaggerungen im Hamburger Delegationsbereich finden sich relativ kleinräumige Unterteilungen zu Hafenbecken bzw. Unterhaltungsstrecken. Allerdings tritt in der täglichen Praxis das Problem auf, daß Teilmengen der Unterhaltungsbaggerungen lokal nicht immer exakt zuweisbar sind. Diese Mengen wurden bis zum Jahr 1989 als "Baggermengen ohne Ortsbezug" ausgeworfen. In den Jahren 1990 bis 1992 ist dieses Problem nicht mehr gegeben.
Bei einer Gesamtbetrachtung der Unterhaltungsbaggermengen spielt der Faktor "ohne Ortsbezug" natürlich keine Rolle. Allerdings ist bei Betrachtungen einzelner Areale (Hafenbecken) zu berücksichtigen, daß eventuell Teilmengen der "Baggermengen ohne Ortsbezug" eines betreffenden Jahres auch diesem, jeweils gerade der Betrachtung unterliegenden Bereich, zugeordnet werden müßten. Hierfür kann keine Größenordnung angegeben werden. Die Übertragung des gesamten jährlichen prozentualen Anteils der "Baggermengen ohne Ortsbezug" auf das jeweilige Hafenbecken erscheint ebenfalls unzulässig. Der Anteil der "Baggermengen ohne Ortsbezug" beträgt zwischen 1979 und 1989 im Mittel 2,5 %. Dieser potentielle Fehler ist (je Jahr unterschiedlich) bei Einzelhafenbetrachtungen grundsätzlich zwar zu bedenken, in seiner absoluten Größe je Hafenbecken jedoch nicht bestimmbar.
Für die Vergleichbarkeit der natürlichen Randbedingungen im Tideregime des Untersuchungsraumes mit wasserbaulichen Unterhaltungsbaggerungen/-umlagerungen ist festzustellen, daß aus den Hamburger Unterhaltungsbaggermengen nur bedingt Rückschlüsse bzw. Bezüge auf/zu hydrographisch-/morphodynamische(n) Prozesse(n) möglich sind. Der Grund liegt darin, daß der Einsatz von Baggergerät für die Unterhaltung der Tiefen in der Dele-gationsstrecke nicht unmittelbar naturbezogen erfolgt. Vielmehr muß gerade in den engen Revierverhältnissen des Hafens besondere Rücksicht auf den laufenden Verkehr sowie infrastrukturelle Randbedingungen genommen werden. Mit anderen Worten: Auch wenn eine Mindertiefe durch Peilungen erkannt ist, kann der Fall eintreten, daß selbige nicht sofort baggertechnisch beseitigt wird. Hier gelten insgesamt folgende vom Amt Strom- und Hafenbau aufgestellten Kriterien, nach denen Unterhaltungsbaggerungen veranlaßt und durchgeführt werden:
1. Durch Peilung müssen Mindertiefen, die mehr als 0,5m vom Soll abweichen, festgestellt worden sein. In Bereichen, die für die Schiffahrt untergeordnete Bedeutung haben, wird teils auch eine Abweichung >0,5m vom Soll für längere Zeiträume toleriert.
2. Für den Schiffsverkehr ist dringende Wiederherstellung der Solltiefe geboten, wobei in der Unterelbe KN-14m angestrebt wird, um für eine Zeitlang eine Sicherheitsreserve zu erreichen.
3. Für den bei der Baggerung anfallenden Boden muß die Unterbringung des Baggergutes sichergestellt sein.
4. Für die Ausführung der Arbeiten muß geeignetes Gerät verfügbar sein.
Um ein Beispiel zu nennen, ist allein die im technischen Vergleich zwischen dem Einsatz von relativ schnell arbeitenden Hopperbaggern (übliches Gerät in Stromstrecken) und den nur relativ langsam zu verholenden Eimerkettenbaggern (überwiegend in Hafenbecken verwendet, siehe Kapitel 1.4.2.1.3) sich ergebende Mobilitätsdifferenz bereits ein Grund für deutliche Verzüge in der Zeitschiene zwischen "Erkennen einer Mindertiefe" und "Wiederherstellung der Solltiefe".
Insgesamt kann im Bereich des Hamburger Hafens damit potentiell ein sehr viel stärkerer Versatz zwischen "natürlicher Ursache einer Mindertiefenbildung" und der Beseitigung der Mindertiefe durch "Unterhaltungsbaggerung" auftreten, als dies in der Stromstrecke der von der WSV betreuten Unterelbe im Mittel der Fall ist (siehe dazu Kapitel 1.5). Aufgrund dieser grundsätzlichen (systembedingten) Zeitschiene gilt für den Hamburger Hafen dann natürlich auch der Umkehrschluß, daß wenn im Rahmen der Unterhaltung gebaggert wird, die Mengen größer sein können, als es für den zu diesem Zeitpunkt maßgebenden (hydrologischen) Zeitraum vielleicht zutrifft.
Mögliche jahreszeitliche Einflüsse auf die Unterhaltungsbaggerungen, so sie nicht ohnehin bereits im Oberwassereffekt enthalten sind bzw. darin untergehen, können unter den o.a. Bedingungen nicht aufgelöst werden.
Für den Bereich der Hamburger Delegationsstrecke sind demnach die Unterhaltungsbagger-mengen allein kein ausreichendes Kriterium für das Verständnis morphologisch/morphodyna-misch/hydrologisch bedingter Veränderungen im Raum/im System.
In diesem Sinne ist es für den Hamburger Bereich angeraten, die von CHRISTIANSEN und HAAR (1991) dargestellten Sedimentationsdaten ergänzend zu verwenden.
Allerdings muß auch hier eine Einschränkung vorgenommen werden: Zum einen stehen nicht für alle Hafenbereiche detaillierte Sedimentionsraten als nachvollziehbare Zeitreihen zur Verfügung. Zum anderen wurden die Raten der über längere Jahre ausgewerteten Hafenbecken zwar aus sogenannten ungestörten Peilungen ermittelt, allerdings können die daraus errechneten Sedimentationsmengen nur hochgerechnete jährliche Trends des Materialeintriebs angeben (3). Denn es ist zu berücksichtigen, daß nach SIEFERT (1987) Sedimentationsraten auch in zeitlicher Abhängigkeit zu möglichen Beeinflussungen, die vor einem ungestörten Peilintervall stattgefunden haben können, stehen. Dies meint, in Anwendung des von SIEFERT entwickelten MORAN-Ansatzes(4) auf die Hafensedimentation, daß unmittelbar nach einem Unterhaltungsbaggereingriff, der eine relative Tieferschaltung des lokalen Sohlenniveaus bedeutet, die Sedimentationsraten hier in der Regel zunächst höher ausfallen, um dann über die Zeit in einem bestimmten Maß geringer zu werden. Als Beispiel einer solchen Entwicklung dienen die Abb. 9 und 10, wo am Beispiel eines Baggerloches bzw. zweier unterschiedlich beeinflußter Zeitreihen (Mühlenberger Loch) die o.a. Verhältnisse entsprechend der MORAN-Funktion (Umsatzhöhe) grundsätzlich erkennbar werden. Bezogen auf den besonderen Fall einer durch bestimmte Kriterien (siehe vorstehend) gesteuerten Unterhaltungsbaggerung gibt die Abb. 11 den Spielraum an, innerhalb dessen überschlägig nach Baggerungen Sedimentationen bzw. Umsatzverläufe (!) zu erwarten sind.
Fazit: Sedimentationsdaten sind nicht mit den Baggermengenangaben direkt vergleichbar, d.h. ein Mengenvergleich pro Jahr je Areal ist zwischen Unterhaltungsbaggermengen und Sedimentationsmengen (aus Sedimentationsraten errechnet) im Zeitraum der IST-Zustandsbetrachtung nicht möglich, da ungestörte Peilintervalle Abhängigkeiten aus vorangegangenen wasserbaulichen (Bagger-)Beeinflussungen quasi übernehmen können.
Aus allen genannten Gründen resultiert, daß für den Bereich der Hamburger Delegationsstrecke über die Sedimentationsbestimmung ausgewählter Hafenbereiche grundsätzliche jahresbezogene Trends der Mindertiefenbildungen (Versandung/Verschlickung) ablesbar sind, jedoch keine über die Zeit bewertbare Baggermengenentwicklung aufgezeigt werden kann.
Hier kommt erschwerend hinzu, daß auch die zu unterhaltende Gesamtfläche des Hamburger Hafens über den Betrachtungszeitraum abgenommen hat. Eine bereits aufgrund der Naturabhängigheit sehr variable Unterhaltungsbaggermenge wird damit über die Zeit in ihrem potentiellen Trend schwieriger bewertbar, da die Bezugsfläche sich verändert hat. Mit anderen Worten: Ein Vergleich der in der hydrographischen Einflußgröße "Oberwasser" ähnlichen Jahre 1980 und 1988 ist also beispielsweise allein deshalb problematisch, da
a) kein sicherer Bezug der angefallenen Unterhaltungsbagger-
mengen zum hydrologischen Bezugszeitraum möglich ist
(pot. Verzug zwischen Mindertiefeneintritt und Bagger-
einsatz),
b) die zu unterhaltende Fläche geringer geworden ist (5):
1974-1984 = - 66 Hektar
1984-1994 = - 41 Hektar
und, bezogen auf das Beispiel,
c) 1980 keine Eggungen und Verklappungen stattfanden,
während 1988 eine Menge von rd. 24 tsd m3 verklappt
und 453 tsd m3 direkt im Gewässer umgelagert ("geeggt")
wurden (siehe dazu Kapitel 1.4.2.1).
Die Unterhaltungsbaggermenge aus 1988 (3,0 Mill m3) ist also auf den ersten Blick zwar mit der Gesamtbaggermenge aus 1980 (2,85 Mill m3) vergleichbar, in der näheren Analytik jedoch mit abweichenden Bezugsgrößen (Oberwasser; Hafenbecken(Wasser-)fläche, Bagger-/Umlagerungs-technik etc.) versehen. In diesem Sinne kann die Gesamt-Unterhaltungsbaggermenge nur als Faktum beschrieben werden. Dies besitzt entsprechende Konsequenzen für die Prognostik.
1.4.2 Unterhaltungsbaggerungen 1979 - 1992
Die Abbildungen 12 und 13 visualisieren die Gesamt-Unterhaltungsbaggermengen der Jahre zwischen 1979 und 1992 (siehe auch Tab. 2). Obwohl bekannt ist (und auch noch gezeigt werden wird), daß grundsätzlich in den Sedimentationsverhältnissen des Hamburger Raumes eine beschreibbare Oberwasserabhängigkeit besteht, ist dies in den Gesamt-Unterhaltungsbaggermengen nicht erkennbar - einige der anführbaren Gründe wurden bereits angedeutet.
Genauer betrachtet wurden zwischen 1979 und 1992 in der gesamten Hamburger Delegationsstrecke durchschnittlich pro Jahr 2,6 Mill. m3 im Rahmen der Unterhaltung gebaggert. Die Schwankungsbreite liegt zwischen 1,9 Mill. m3 (1984) und 3,9 Mill. m3 (1989). Interessanterweise besitzen gerade diese beiden Jahre eine unterdurchschnittliche mittlere Oberwasserführung (1984 = 582 m3/s / 1989 = 520 m3/s), was die o.a. Schwierigkeit eines Bezuges zwischen Oberwasserführung und Gesamt-Unterhaltungsbaggermengen direkt und beispielhaft belegt. Aber: Der in der Zuständigkeit vom "Amt Strom- und Hafenbau" liegende Bereich ist insgesamt komplex gegliedert und muß in Betrachtungseinheiten zerlegt werden, wie bereits ein Blick auf die von CHRISTIANSEN & HAAR (1991) veröffentlichten Sedimentationsmengen in Hafenbecken (ohne Stromelbe) zeigen. Und hier ist sehr wohl ein hydrographischer Bezug gegeben! Je geringer nämlich die Oberwasserführung der Elbe (mit der daraus resultierenden hydrographischen Wirkung auf die Strömungs- und Ebb-/Flutwegverhältnisse, siehe Abb. 2), desto höher sind im Mittel die Sedimentationsmengen im Bereich des Hamburger Hafens (siehe Tab. 3 und Abb. 15).
Mit anderen Worten: Während im Bereich des Hafens in der Tat Rückschlüsse zwischen hydrographischen Randbedingungen und Sedimentation belegbar sind, gelingt dies unter Einbeziehung der Stromelbe bzw. der Unterhaltungsbaggermengen nicht eindeutig. Fazit: Es ist eine differenzierte Ursachenbetrachtung mit einer vergleichenden Gebietsanalyse vorzunehmen.
In einem direkten Vergleich zwischen den Sedimentationsmengen ausgewählter Hafenbereiche (siehe Kapitel 1.4.2.3) und den ebendort angefallenen Unterhaltungsbaggermengen ergibt sich nach Tab. 3 (Teil 2) bzw. Abb. 16 für den Zeitraum 1979-1990 eine Differenz von 35 %: Die Sedimentationsmenge beträgt rd. 11,2 Mill. m3, die Unterhaltungsbaggermenge rd. 8,3 Mill. m3 - zeitlich und räumlich gleichbezogen. Auch unter Einbeziehung der lokalen Ausbaubaggermengen ergibt sich ein Ungleichgewicht zugunsten der Unterhaltungsbaggermengen. Die Gründe dafür dürften sowohl in einer bereits in Kapitel 1.4.1 dargestellten Unsicherheit der Baggermengenerfassung, als möglicherweise auch in einer nicht auszuschließenden Beeinflussung von "ungestörten" Peilungen durch Baggermaßnahmen zu suchen sein (siehe Kapitel 1.4.1).
Mit Blick auf dieses Problem sollen zur Vermeidung von Mißverständnissen vor Betrachtung der Einzelbereiche (Hafen/Stromelbe) zunächst Grundzüge bzw. allgemeine Hinweise der Sedimentations- und Baggermengenstrukturen angerissen werden. Grundsätzlich wird aus Abb. 16 ersichtlich: Während die Hafen-Sedimentationsmengen eine Abhängigkeit von den hydrographischen Randbedingungen (hier: Oberwasser) zeigen, ist dies bei den faktischen Hafen-Unterhaltungsbaggermengen (siehe auch Abb. 14) im ersten Ansatz nur grob erkennbar. Dabei ist die allgemeine Beziehung zwischen der hydrographischen Größe "Oberwasser" und dem Sedimentationsverhalten bereits vielfältig belegt. So erkennt beispielsweise GREISER (1995) für die Bereiche der Norder- und Süderelbe einen Bezug zur Oberwasserführung der Elbe. Ebenso belegen bzw. sehen CHRISTIANSEN & KAMPS (1985) sowie CHRISTIANSEN (1987) eine Korrelation zwischen Elbe-Abfluß (Qo) und dem nachweisbaren Sedimentationsverhalten des Hamburger Hafens. Nähere Angaben zu dieser komplexen Materie liefert die differenzierte Unterscheidung von "Stromelbe" (siehe Kapitel 1.4.2.2) und "Hafenbereiche" (siehe Kapitel 1.4.2.3).
Mit der Arbeit von NEHLS, GREISER und HARMS (1993) wird die allgemeine Funktion des Oberwassers hinsichtlich des Stofftransportes räumlich hinterlegt:
"- Konzentration und Zusammensetzung der Feststoffe wurden im gesamten Untersuchungsbereich (6) ... deutlich durch den Oberwasserabfluß beeinflußt. Entsprechend variieren die Transportwege in Stromauf- und Stromabrichtung und der relative Beitrag der stromauf- und stromabverfrachteten Feststoffe zur Hafenverschlickung.
- Bei niedriger Abflußrate dominierte in der Bilanz der Stromauftransport mineralreicher Feststoffe. Zum Ende der Flutphase waren bei einem relativ niedrigen Oberwasserabfluß von ca. 230 m3/s Feststoffe aus der Unterelbe auch in Elbabschnitten des oberen Hafenbereiches (Sandauhafen) nachweisbar.
- Bei mittlerer Abflußrate (ca. 520 m3/s) verringerte sich der Eintrag mineralreicher Feststoffe aus der Unterelbe in den Hafenbereich deutlich. Es zeigte sich ein zunehmender Anteil stromabtransportierter Schwebstoffe aus Elbabschnitten oberhalb Hamburgs im Hafen und Unterelbebereich.
- Hochwasserereignisse (ca. 1600 m3/s) führten zu einer Angleichung der Feststoffkonzentration und -zusammensetzung im gesamten Untersuchungsgebiet. Zu Beginn der Oberwasserwelle erfolgte eine signifikante Erhöhung der Feststoffkonzentration, die auf eine verstärkte Remobilisierung von Schlickdepots der oberen Tideelbe ... zurückgeführt werden muß. ... In der Bilanz dominierte unter diesen Bedingungen der Stromabtransport von Feststoffen aus Elbabschnitten oberhalb des Hamburger Hafens bis in Bereiche unterhalb Hamburgs" (NEHLS, GREISER und HARMS, 1993, S. 4-5).
Ergänzend soll zum Verständnis der hydrographischen Zusammenhänge (hier: Oberwasser) und dem Sedimentationsgeschehen aus CHRISTIANSEN (1987, S. 288-289) zitiert werden :
"Je geringer der Oberwasserabfluß, desto höher die Ablagerungsmengen (siehe Abb. 17). Hier wirkt ... nicht die aktuelle Oberwassermenge einer bestimmten Zeitphase als Lieferant von Schwebstoffen. Maßgebend ist der Effekt, daß bei geringem Oberwasser der Flutstrom stärker und langanhaltender ist und dabei größere Mengen an Feststoffen, die sich nach Kenterung des Ebbestromes im Strombereich abgesetzt haben, wieder aufnehmen und in die Hafenbecken hineintransportieren kann."
Neben den (übergeordneten) hydrographischen Randbedingungen wirken im Bereich des Hamburger Hafens aber auch lokale Faktoren, die die Sedimentationsverhältnisse und damit potentiell die Unterhaltungsbaggermengen bestimmen. Gemeint sind hier u.a. die sogenannten Walzenströmungen, die im Bereich der Hafeneinfahrten wirksam sind. Auch dazu soll CHRISTIANSEN (1987, S. 287-288) zitiert werden :
"Die Austauschwassermenge durch ... Walzen in Hafeneinfahrten kann in Tidehäfen um ein Vielfaches höher sein als das reine Tidefüllvolumen (VOLLMERS, 1977). Im Sohlbereich unter der Walze wirken radial zum Drehzentrum hin gerichtete Kräfte (SCHLICHTING, 1965), durch die mitgeführte Schwebstoffe, bzw. fluid mud und gewisse Feinsandanteile vom Geschiebe nach dem sogenannten Teetasseneffekt spiralförmig eingetragen werden. Diese linsenförmigen Ablagerungen können in den Hamburger Hafenbecken Werte von mehr als 3m/a erreichen. Vom Volumen her machen sie fast die Hälfte der gesamten Sedimentationsmengen aus (CHRISTI-ANSEN & KAMPS, 1985). Die Walzen bewirken einen weiteren Effekt. Die Wassermengen, durch die das Hafenbecken bei Flut gefüllt wird, müssen eingeengt zwischen Walze und Hafenbeckenbegrenzung einströmen. Durch diese Querschnittseinengung erhöhen sich zwangsläufig die Strömungsgeschwindigkeiten und damit das Tansportvermögen für suspendierte Feststoffe und Geschiebe. Das so in verstärktem Maße mitgeführte Material sedimentiert in Sekundärwalzen (sofern sich diese ausbilden) bzw. in Bereichen, in denen die Einströmgeschwindigkeit durch Auffächerung über die volle Hafenbeckenbreite abnimmt.
Über den Zusammenhang von Walzenströmungen und Ablagerungsmenge sind zahlreiche Untersuchungen durchgeführt worden (CHRISTIANSEN, 1985a / CHRISTIANSEN & RATKE, 1985). Danach zeigt sich, daß die Ablagerungen um so stärker anwachsen, je schneller und je länger eine Walze rotiert und je höher die Konzentration an Schwebstoffen im Fluß ist. Diese verstärkenden Faktoren treten gemeinsam im Sommer auf, so daß während dieser Phase die Sedimentationsmengen rd. doppelt so hoch sind wie im Winter." (Prinzip der Walzenströmung siehe Abb. 18)
Fazit: Insgesamt lösen sich die teils o.a. Widersprüche und scheinbaren Ungereimtheiten zwischen "Sedimentationsmengen", "Unterhaltungsbaggermengen" und "Oberwasser" in der Weise, daß im Vergleich der Oberwasserwirksamkeit auf Sedimentations- und Unterhaltungsbaggermengen sehr scharf zwischen Hafenbereichen einerseits und Stromstrecken andererseits unterschieden werden muß! Zum weiteren muß beachtet werden, daß die Ermittlungen der Sedimentationsmengen, obwohl aus sogenannten ungestörten Peilungen errechnet, dennoch mit Einflüssen aus Baggerungen unterlegt sein können. Die nach Abb. 15 im Vergleich zu den Baggermengen relativ zu hohen Sedimentationsmengen sind hier ein Hinweis. Hinzu kommt, wie erwähnt, daß die Baggermengen mit gewissen lokalen Unsicherheiten unterlegt sind - siehe dazu Kapitel 1.4.1 ("Baggermengen ohne Ortsbezug").
Die tatsächlichen Mengenverhältnisse der Unterhaltungsbaggerungen je Bereich der Delegationsstrecke bzw. des Hamburger Hafens zeigen die Kapitel 1.4.2.2 und 1.4.2.3.
Nach Geräten sortiert (siehe Tab. 2 und Abb. 19), mit denen im Zeitraum 1979 bis 1992 in der Unterhaltung gearbeitet wurde, ergibt sich ein schwerpunktmäßiger Einsatz von Eimerkettenbaggern. Grund ist, daß Eimerkettenbagger in vergleichsweise engen Revieren, wie dem der verkehrlich stark beanspruchten Hafenbecken, den besten Kosten-Nutzen-Grad zeigen: Ihr Verholen ist zwar zeitaufwendiger als bei anderen Gerätearten, jedoch ist die Verkehrsbehinderung vergleichsweise gering (bzw. durch das eher statische Liegen besser beherrschbar) sowie die Fähigkeit der Eimerkettenbagger zur gezielten Arbeit auf kleinräumigen Flächen der wohl wichtigste Punkt zur Beibehaltung dieses bereits relativ alten Baggerprinzips.
Daneben kommen, über die Zeit tendenziell leicht abnehmend, Greifer- bzw. Cutterbagger zum Einsatz. Hier gilt aus verkehrlicher Sicht vergleichbares wie für Eimerkettenbagger, mit dem Unterschied, daß über Greifer auch sehr viel engere und flachere (Kanal-)Abschnitte unterhalten werden können. Dies ist auch einer der Gründe für die, absolut betrachtet, geringere Anteilsmenge dieser Geräteart an den Gesamtbaggermengen.
Ab 1986 treten auch für die Hamburger Delegationsstrecke (wie schon zuvor im Bereich der WSV-Strecken) die sogenannten Hopperbagger (selbstfahrende Laderaumsaugbagger) verstärkt in Erscheinung. Ihr Einsatz beschränkt sich primär auf die Stromstrecken der Unter- bzw. Norder- und Süderelbe. Hier sind sie den Eimerkettenbaggern mit ihrer prinzipbedingt leichteren Beweglichkeit (Selbstfahrer) aus verkehrlicher Sicht deutlich überlegen. Aber auch der Leistungsdurchsatz ist höher als bei allen anderen Geräten, kann jedoch (wie erwähnt) nur dann genutzt werden, wenn das Einsatzrevier diese Beweglichkeit auch zuläßt.
Ab 1985 kommen die sogenannten hydraulischen "Eggen" zum Einsatz. Ihr Anteil an der Unterhaltung steigt bis 1992 nahezu kontinuierlich an (siehe Kapitel 1.4.3.2). Aufgrund von Auflagen und Vereinbarungen der Elbe-Anliegerländer erfolgt ein Eggen-Einsatz allerdings nur in Zeiträumen mit Wassertemperaturen <100 C bzw. ausreichender Sauerstoffsättigung.
Insgesamt ist das Verhältnis der verwendeten (Unterhaltungs-)Gerätearten in allen Jahren unterschiedlich, es verhält sich im Jahr 1992 wie folgt :
|
Menge (Profilmaß) |
Anteil | |
| Hopperbagger = | 360.795 | 13,7 |
| Eimerkettenbagger = | 1.364.292 | 52,0 |
| Greifer/Cutter = | 178.695 | 6,8 |
| Eggung = | 722.373 | 27,5 |
Die Verbringung der Unterhaltungsbaggermengen geschah 1992 zu 69,4 % landseitig, d.h. 1,82 Mill. m3 der insgesamt 2,63 Mill. m3 Unterhaltungsbaggergut wurden dem System entzogen und quasi endgelagert. Die Umlagerungsmenge ("verklappt"/"geeggt") besaß 1992 einen Anteil von 30,6 %.
Die Verbringung ("Verspülung") geschah zu 69,6 % auf gesondert angelegten Spülfeldern sowie zu 30,4 % in Hafenbecken. Letzteres bedeutet, daß auch 1992 Hafenbecken "zu"-gespült wurden und damit der Unterhaltungsbaggerung entzogen wurden (siehe Kapitel 1.4.1 mit Liste der zwischen 1979 und 1992 verspülten Hafenbecken).
Aufgrund der Vorgaben des Hamburger Baggergutkonzeptes kann davon ausgegangen werden, daß es sich bei den im Hafenbereich (Verfüllen von Hafenbecken/Aufhöhungen von Nutzflächen/Strandvorspülungen) verspülten Materialmengen in allen Fällen um Sande handelt. Demgegenüber bestehen die in Spülfeldern verbrachten Baggergutmengen überwiegend aus Materialien mit höherem Feinkornanteil. Die bei Eggungen umgelagerten Sedimente besitzen zum größten Teil eine sehr feinkörnige Zusammensetzung. D.h. sie sind relativ leicht resuspendierbar (gering konsolidiert). Bei effektiven Baggerungen müßten diese Sedimente auf Spülfelder verbracht werden. Alle Verklappmengen bestehen im Untersuchungszeitraum grundsätzlich aus Sanden mit einem vergleichsweise geringen Feinmaterialanteil.
1.4.2.2 Einzelbetrachtung: Stromstrecke
Nach Kapitel 1.4.1 wurden bereits die allgemeinen Kriterien angeführt, nach denen im Bereich des Hamburger Hafens Unterhaltungsbaggerarbeiten angesetzt bzw. durchgeführt werden.
Für die Unterelbe tritt hinzu, daß in den hier (morphologisch) überwiegenden Riffelstrecken Unterhaltungsbaggerungen bis zu 10 % unter der Solltiefe, also 1,35m unter der Sollsohle, vorgenommen werden (siehe STROM- und HAFENBAU, 1994, Studie Nr.72). Hiermit sollen kurzfristige Wiederholungsbaggerungen vermieden werden, da sich die Riffel, deren Höhe im Bereich der km 631 und 638.9 zwischen 1 und 2,5 m beträgt, als sogenannte Stabilisierungsformen (FÜHRBÖTER, 1980) nach Baggerungen sehr rasch regenerieren und damit kurzfristig, zumal bei zu geringen Abbaggerungen, ihr altes Niveau erreichen.
In der Norder- und Süderelbe, die hier der Stromelbe zugerechnet werden, treten teils Riffelstrecken auf, teils handelt es sich um relativ gering verändernde, stabile oder leicht erosive Streckenabschnitte. Die Wassertiefen nehmen von der seeschifftiefen Unterelbe (KN-13,5m) auf rd. 3m im Bereich der binnenschiffstiefen Strecke oberhalb km 616,35 (Süderelbe) bzw. km 619,75 (Norderelbe) ab. Eine Trennung der Unterhaltungsbaggermengen nach den einzelnen Stromstrecken wäre sinnvoll, kann jedoch mit dem gegebenen Datenstand nur zusammenfassend aus den Gesamtbaggermengen eines Jahres den Regionen zugewiesen werden. Grundsätzlich besteht überschlägig eine mittlere Verteilung mit
17 % Norder- und Süderelbe (Bunthäuser Spitze bis Elbbrücken)
12 % Norderelbe (unterhalb Elbbrücken bis Köhlbrandeinmündung)
12 % Süderelbe (unterhalb Elbbrücken bis Köhlbrand)
59 % Unterelbe (unterhalb Köhlbrandeinmündung bis km 638.9).
Die insgesamt in der Stromelbe im im Rahmen der Unterhaltung gebaggerten Mengen zeigt Abb. 20. In den letzten 15 Jahren schwanken die Jahresmengen zwischen 534 tsd m3 (1985) und 1,99 Mill m3 (1989), der statistische Mittelwert beträgt 1,1 Mill. m3/Jahr.
Abbildung 21 belegt als weiterer Baustein den bereits ausgewiesenen Unterschied von Sedimentation und Unterhaltungsbaggermengen in Hafenbereichen einerseits und Stromstrecken andererseits: Während in weiten Teilen des eigentlichen Hafens über Sedimentationsbestimmungen relativ deutlich ein Oberwassereinfluß mit der Beziehung "geringeres Q = stärkere Sedimentation" erkennbar ist, kann im Strombereich der Elbe (innerhalb des Hamburger Delegationsstrecke) festgestellt werden, daß ein leichter Trend zu "höheres Q = höhere Unterhaltungsbaggermengen" besteht. Auffällig ist nach Abb. 20 ein zeitlicher Verzug zwischen dem Eintritt höherer Jahresabflüsse und dem Auftreten von erhöhten Unterhaltungsbaggermengen.
Es muß betont werden, daß ein Vergleich zu den unterstromig (benachbart) im Elbe-Abschnitt km 638.9-643 (WSA Hamburg, siehe Kapitel 1.5.2.2) anfallenden Unterhaltungsbaggermengen nicht sinnvoll herstellbar ist :
1. Im Unterschied zur unterstromig anschließenden Strecke (km 638.9-643, WSA Hamburg) erfolgt im Hamburger Abschnitt der Baggereinsatz nicht zwingend im zeitlichen (Nah-) Anschluß an die Beobachtung einer Mindertiefe. Mögliche (Oberwasser-)Abhängigkeiten im Eintritt von Sedimentationen werden so verwischt.
2. Die Mengenermittlung unterliegt jeweils unterschiedlichen Methoden. Absolute Vergleiche sind damit nur bedingt möglich ("Laderaumaufmaß" gegen "Profilmaß").
3. Die Unterhaltungsbaggermengen im Bereich der Norder- und Süderelbe können durch sekundäre Hafenbaggerungen, die im Nahbereich stattfinden und den bereits angeführten besonderen Einsatzbedingungen des Hamburger Hafens unterliegen, beeinflußt sein (Eggungen).
Sedimentationsauswertungen, wie für größere Teile der Hafenflächen verfügbar, liegen für die Stromelbe nicht vor. Allerdings werden von GREISER (1995) erste Hinweise auf auch oberwasserabhängig beeinflußte morphologische Veränderungen gegeben. Danach zeigt sich beispielsweise "eine lokale Erhöhung der Ablagerungsraten bei niedrigem Oberwasser ... im stromabliegenden Teil des Stromspaltungsgebietes (km 622-624)" (GREISER, 1995, S.50) Dies deckt sich allerdings nicht mit den (zusammfassenden!) Auftragungen der Abb. 20. Der Wert der Untersuchung von GREISER liegt aber vor allem darin, daß er aufdeckt, in welchem Maße parallel zum Faktor Oberwasser weitere hydrodynamisch wirksame Systemglieder zum Fakt "Sedimentation" oder "Erosion" beitragen.
Dies ist nach Auffassung des Gutachters im Gesamtbetrachtungsraum zu beachten und soll deshalb als Exkurs eingeschoben werden. Denn insgesamt ist aus der Arbeit von GREISER ein Punkt als interessant für die Gesamtheit der vorliegenden Betrachtungen, Vergleiche und Bewertungen herauszustellen: Zwar können teils bis zu >70 % der ausgewiesenen morphologischen Veränderungen im Strombereich mehr oder weniger direkt mit dem Parameter "Oberwasser" korreliert werden - jedoch in keinem Fall alle Verhaltensmuster! Hier greift insgesamt das im kybernetischen Sinne vernetzte System mit vielfältigen Faktorenkombinationen ein, was es teils unmöglich macht, konkrete "Ursachen" für bestimmte Verhaltensweisen der quantitativen Morphologie zu benennen.
Mit anderen Worten: "Das" Oberwasser stellt die derzeit einzige als geschlossene Zeitreihe verfügbare quantitative Größe dar. Der Parameter Oberwasser kann in einem großen Teil aller Fälle auch tatsächlich Erklärungen für morphologische Veränderungen (Sedimentation/Erosion) liefern. In einem nicht unbeträchtlichen Teil versagt allerdings eine Deutung über den Parameter Oberwasser. Grund ist, daß über sogenannte Rückkopplungen oder lokal erheblich dominantere Faktoren, deren Qualität (= Parameter-Namen) wir zwar kennen, deren Quantität (= Wirk-Stärke) wir im praktischen Feldeinsatz jedoch entweder gar nicht messen können (Beispiel: Turbulenz) oder aber nur in geringem Umfang tatsächlich gemessen haben (Beispiel: Strömung), eine kybernetische Verrechnung zu einem nicht unbedingt in reiner Form dem Faktor Oberwasser unterliegenden Wert (= Sedimentation/Erosion) erfolgt.
Einen Hinweis auf die potentiellen (oberwasserabhängigen) Feststofftransporte in der Wassersäule liefern Schweb- und Feststoffmessungen (Methode CUXSAMPLER) aus dem Zeitraum 1986 bis 1992, durchgeführt vom Amt Strom- und Hafenbau im Unterelbe-Profil bei km 631 (Nienstedten).
Die Daten wurden bisher nur teilveröffentlicht (CHRISTIANSEN, 1987) und sind deshalb vom Verfasser aus den Originalunterlagen ergänzt worden. Danach kann mit Abb. 22 grundsätzlich eine Zunahme der Schwebstoffkonzentration sowohl im Ebb- wie im Flutstrom bei abnehmendem Oberwasser beobachtet werden. Entsprechend Abb. 23 dominiert bei geringem Oberwasser der Flutstromtransport gegenüber dem Ebbstromtransport, während bei hohem Oberwasser der Ebbstromtransport den Flutstromtransport übertrifft.
Eine Aufschlüsselung der CUXSAMPLER-Daten nach Transportrichtung (je ausgewerteter Messung, siehe Tab. 4 und Abb. 24) zeigt, daß bei Oberwasserabflüssen <400 m3/s der Flut-stromtransport vorherrscht, während bei Abflüssen >600 m3/s der Ebbstromtransport im Vordergrund steht.
Diese Naturmessungen geben Hinweise auf grundsätzliche Muster der Transport- und Mengenverhältnisse im Bereich des Schwebstoffregimes der Hamburger Delegationsstrecke. Korrelationen zu tatsächlich angefallenen Unterhaltungsbaggermengen ergaben allerdings kein sinnvolles Bild. Unter Verbindung zu Abb. 21 muß festgestellt werden, daß zwar im natürlichen Regime des Feststofftransportes offensichtlich Abhängigkeiten zum Faktor Oberwasser (bzw. zu oberwasserabhängig gesteuerten Tideprozessen, siehe Ansätze von GREISER, 1995) bestehen, diese in den tatsächlichen Unterhaltungsbaggermengen der Stromstrecke jedoch aufgrund technisch bedingter Überdeckungen (siehe Kriterien zur Durchführung von Unterhaltungsbaggerungen in Abschnitt 2.3.1, Band 1) nicht erkennbar sind.
1.4.2.3 Einzelbetrachtung: Hafenbereiche
Aufgrund der bereits in Kapitel 1.4.2.1.1 angeführten Schwierigkeiten, mit der die Unterhaltungsbaggermengen nur auf definierte Hafenareale zu übertragen sind, werden hafenbezogene Unterhaltungsbaggermengen nachfolgend ausschließlich beispielhaft und unter den bekannten Einschränkungen dargestellt. Dies geschieht mit Blick auf die von CHRISTIANSEN & HAAR (1991) veröffentlichten Sedimentationsdaten für die Bereiche
- Köhlfleet-Einfahrt
- Parkhafen
- Griesenwerder Hafen
- Waltershofer Hafen
- Sandauhafen
- Neuhöfer Hafen
- Kattwykhafen
- Südwesthafen
- Indiahafen
- Baakenhafen.
Die Tabellen 5 bis 21 bzw. Abbildungen 26 bis 42 belegen die Sedimentations- und (eingeschränkt) Unterhaltungsbaggerverhältnisse im Hafenbereich. Die Sedimentationsangaben besitzen in jedem Fall und ausschließlich lokalen Bezug. Vergleiche zwischen den grundsätzlich Trendcharakter aufweisenden Sedimentationsdaten und den technisch-logistischen Restriktionen unterworfenen Unterhaltungsbaggermengen sind entsprechend Kapitel 1.4.1 nur bedingt sinnvoll. Verwiesen wird auf die zusammenfassende Darstellung in CHRISTIANSEN & HAAR (1991), aus der in diesem Zusammenhang nachfolgend noch zitiert werden wird (S.29).
Erkennbar ist, bis auf die Ausnahme des Sandauhafens, in allen Bereichen ein relativ enger Bezug der Sedimentationsraten zum Oberwasserverlauf. Die relative Höhe der Sedimentationsraten ist hingegen lokal modifiziert und nur innerhalb ein und desselben Hafenbeckens über die Zeit vergleichbar.
Letzteres gilt allerdings nicht für den Bereich "Köhlfleet-Einfahrt". Hier wurde im Jahr 1991 eine sogenannte Umlenkwand im westlichen Teil der Hafeneinfahrt errichtet, deren Strömungslenkung zu einer Veränderung der Sedimentationsverhältnisse im Bereich der Hafeneinfahrt geführt hat (HAAR, 1994). Die potentielle Wirkung der Umlenkwand beschränkt sich im Betrachtungszeitraum auf die Jahre 1991 und 1992.
Über die bereits angeführten Hafenbereiche hinaus werden die reinen Sedimentationsdaten zu folgenden Arealen dargestellt :
- Rethe, Bl. 1
- Rethe, Bl. 2
- Rethe, Bl. 3
- Seehafen 1
- Seehafen 2
- Seehafen 3
- Seehafen 4 .
Bei den zugehörigen Tabellen 15 bis 21 bzw. Abbildungen 36 bis 42 wird auf die Gegenüberstellung von Unterhaltungsbaggermengen und Sedimentationsmengen verzichtet, da hier entweder infolge der relativen Seltenheit von Unterhaltungsbaggerungen ohnehin keine sinnvolle Ergänzung der Sedimentationsdaten zu erwarten ist, oder aber die Unterhaltungsbaggermengen verläßlicherweise nur insgesamt zur jeweiligen "Gruppe" (Rethe/Seehafen) gerechnet werden können.
Wichtig ist insgesamt, daß alle hier angesprochenen Bereiche in ihrem potentiellen Sedimentationsverhalten eine sehr enge Beziehung zur Oberwasserführung (= den durch das Oberwasser beeinflußten Tideprozessen) der Elbe zeigen: Je geringer das Oberwasser, desto höher in den meisten Fällen die Sedimentationsraten (siehe einführend bereits Kapitel 1.4.2.1).
Hierzu und zu den allgemeinen Ergebnissen der Auswertung von Peilkarten hinsichtlich des Sedimentationsverhaltens wird nachfolgend aus CHRISTIANSEN & HAAR (1991, S.43-49) zitiert :
"Wie aus den ... Regressionskurven Oberwasser zur Sedimentation klar ersichtlich ist (Anmerkung des Verfassers: siehe Abb. 43), gibt es einige Hafenbereiche, die, zumindest im vorderen Hafenbereich, eine klare Beziehung zwischen Oberwasser und Sedimentation aufzeigen. In den hinteren Hafenbereichen ist die Beziehung zwischen Oberwasser und Sedimentation nur noch sehr schwach oder gar nicht mehr nachweisbar. Darüber hinaus ist der Bezug zum Oberwasser bei kleineren Häfen oder bei Häfen mit sehr geringem Datenmaterial, wie z.B. dem Rüsch- oder dem Steendikkanal, nicht aufzuzeigen. Interessanterweise scheint es aber so zu sein, daß die Hafenbecken, die die hohen Sedimentationsraten aufweisen und damit die (Anmerkung des Verfassers: "meist") großen Baggermengen, alle einen ein-deutigen, meist starken Bezug zum Oberwasser erkennen lassen.
Zu den Häfen mit deutlicher Korrelation zum Oberwasser gehören Köhlfleet, der Parkhafen, Rethe, Südwest- und Indiahafen (für den Hansahafen nicht aufzeigbar), Baakenhafen und Seehäfen 1 bis 4 (Anmerkung des Verfassers: siehe Abb. 17). Für den Rüschkanal und Steendiekkanal ist ebenfalls eine Oberwasserabhängigkeit aufzuzeigen, aufgrund der vielen gestörten Daten aber bisher nicht zu quantifizieren. Vermutet wird eine Oberwasserabhängigkeit auch für den Vorhafen, die bisher aber nicht aufzeigbar ist. Ebenfalls für den Reiherstieg und den Sandauhafen gibt es bisher keinen nachweisbaren Qo-Bezug.
Der Grad der Oberwasserabhängigkeit, die Schwankungsbreite zwischen dem Minimum und dem Maximum der Sedimentation scheint unter anderem von der Lage zur Elbmündung, also von der Intensität des Flutstromes, abhängig zu sein. So ist die Schwankungsbreite der Sedimentation z. B. bei der Rethe und beim Südwest-, Indiahafen kleiner als etwa beim Köhlfleet und Parkhafen!
Die mittleren Flutstromgeschwindigkeiten vor den Hafeneinfahrten der ersten Gruppe schwanken je nach Oberwasserführung zwischen 50 und 30cm/s, die der zweiten zwischen 70 und 40cm/s."
"In Köhlfleet, Parkhafen, Rethe und Vorhafen sedimentieren im Mittel für 1977 bis 1990 insgesamt rund 1,2 Mio. m3/a. Allein die vier größten Häfen (Fläche) erbringen zusammen also rund 2/3 der Sedimentation im Hamburger Hafengebiet. Die Lage innerhalb des Hamburger Hafens (Entfernung zur Mündung, Norder- oder Süderelbe) scheint dabei keine Rolle zu spielen. Allerdings fällt auf, daß die Hafenbecken, in deren Einfahrtsbereich durch Walzenströmungen Sedimentationslinsen erzeugt werden (Anmerkung des Verfassers: siehe Abb. 18 und D44-45), allein schon durch die Sedimentation in der Hauptlinse eine deutlich sichtbare Erhöhung der Sedimentmenge erfahren. Hierzu gehören Köhlfleet, Parkhafen und Vorhafen, nicht aber die Rethe. Diese Ausprägung von Walzenströmungen ist nämlich abhängig von der Hafengeometrie und der Flutstromgeschwindigkeit, so daß diese Erscheinung nur in den elbmündungsnahen Hafenbecken sichtbar wird.
Die flächenmäßig kleinen Häfen bleiben auch bei der Sedimentmenge deutlich dahinter zurück; lediglich der Sandauhafen weist nach Baumaßnahmen seit 1983 eine untypisch hohe Sedimentation auf.
Bei der Auswertung der Peilpläne des Hamburger Hafens wurden einige Häfen und Kanäle nicht berücksichtigt:
- eine Anzahl kleinerer Häfen und Kanäle, da ihre Sedimentationsmenge zu vernachlässigen ist;
- der Neßkanal und der Kohlenschiffhafen, da sie zugeschüttet werden und zukünftig keine Rolle mehr spielen;
- der Segelschiffhafen und der Komplex Moldau-, Saale-, Spreehafen wird abgeschätzt und den bisherigen Mengen zuaddiert.
Für den Segelschiffhafen werden rund 6.000 m3/a veranschlagt. Für den Saalehafen werden rund 5.000 m3/a, für den Moldauhafen 7.500 m3/a und für den Spreehafen rund 8.000 m3/a zugrunde gelegt. Das ergibt für den gesamten bisher nicht einbezogenen Bereich 26.500 m3/a Sedimentation.
Nicht berücksichtigt bleiben auch die Sedimentationen im Böschungsbereich der großen Häfen Köhlfleet, Parkhafen und Rethe, da die Methode zur Erfassung dieser Sedimentationen noch nicht abschließend geklärt ist. Die Gesamtmenge der Böschungssedimentation dürfte für diese Häfen nach Abschätzung aber nicht über 100.000 m3/a liegen. Diese abgeschätzte Menge geht nicht in die weitere Betrachtung mit ein."
"Die Gesamtsedimentationsmenge im Hamburger Hafen unterliegt auf Grund der Oberwasserabhängigkeit starken Schwankungen:
In einem Jahr mit niedrigem Oberwasser, wie z.B. 1990 mit einem mittleren Qo von 447 m3 /s, ergibt sich eine Gesamtmenge von rd. 2.250.000 m3 Sediment, in einem Jahr mit hohem Oberwasser, wie z.B. 1987 mit einem mittleren Qo von 1.126 m3/s, ergibt sich eine Gesamtmenge von rd. 1.000.000 m3 Sediment.
Die exakte Erfassung der Sedimentationsvorgänge im Hamburger Hafen zeigt erhebliche Probleme: teils sind die Peildaten durch Störungen der notwendigen Bagger- und Eggmaßnahmen sehr lückenhaft, teils werden in Hafenbereichen mit geringer Sedimentation nur selten Peilungen vorgenommen. Eine erste umfassende Bestandsaufnahme in vergleichbarer Form erfolgte 1985 in der Gewässerkundlichen Studie Nr. 3 von CHRISTIANSEN & KAMPS, auf der zum Teil aufgebaut werden konnte."
1.4.3 Umlagerungsmengen 1979 - 1992
Verklappungen wurden im Bereich der Delegationsstrecke bisher nur relativ selten und dann auch nur an einer einzigen Stelle bei Strom-km 637 (Neßsand, Unterelbe) durchgeführt.
Insgesamt wurde zwischen 1979 und 1992 die vergleichsweise geringe Menge von 364 tsd m3 bei km 637 verklappt. Die höchste Klappmenge wurde im Jahr 1981 mit rd. 104 tsd m3 eingebracht (siehe Tab. 2). Im Jahr 1992 betrug die Verklappmenge 81 tsd m3. Von in diesem Jahr insgesamt 1,9 Mill m3 Baggergut (ohne Eggungen) wurden 4,3 % im Bereich der Stromelbe verklappt.
Die grundsätzlichen Auswirkungen und Verteilungsmuster der bei Strom-km 637 vorgenommenen Verklappungen wurden November/Dezember 1993 untersucht und in einem Bericht (AWU, 1994) dargestellt.
Danach zeigt sich, daß
- Trübungswolken, erzeugt aus Verklappungen von rd. 570 m3 (Klappschute), im laufenden Ebbstrom bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten an den verwendeten Meßstellen bei 200 m, 500 m, 1000 m und 1500 m unterstromig der Verklappstelle eindeutig nachgewiesen werden können.
- sich gegenüber der jeweils vorhandenen Grundbelastung (je Tidephase) während des Durchgangs der Trübungswolken durch o.a. Meßstellen aufgrund der suspendierten "Verklapp-"Feststoffmengen Erhöhungen der Trübungen von bis zu 25 % ergeben.
Da das angegebene Meßprogramm weniger eine Quantifizierung und schon gar nicht den Verbleib des Verklappgutes zum Untersuchungsziel hatte, sondern die Veränderung der Gewässerqualität durch Verklappungen, sind die Ergebnisse nicht auf das Problem "(Re-)Sedimentation von Baggergut" anwendbar.
Dennoch sind bereits die gegebenen Resultate in der Weise interessant, als feststellbar ist, daß der Anteil des Feinstmaterials am Verklappgut entscheidend für den Grad der unterstromig auftretenden Trübung ist. Mit anderen Worten: Je feiner das Verklappmaterial ist, desto weiter wird die Transportstrecke in Abhängigkeit vom Tideverlauf und den Strömungsgeschwindigkeiten ausfallen. Das ist prinzipiell kaum überraschend, bedeutet jedoch für die Praxis, daß bei längerer und intensiverer Verklappung von Feinmaterial eine genaue Beobachtung der Morphologie nicht nur im Nahbereich der Verklappungen notwendig ist, sondern auch im ferneren Bereich >2.000m.
Darüber hinaus ist festzustellen, daß im Nahbereich der Verklappungen (= 200m) besonders sohlennah (zeitlich begrenzt) eine starke Erhöhung der Trübung einsetzt, während die eigentliche Wassersäule gering belastet wird - nach dem Verklappen durchsinkt das Klappgut offenbar zum größten Teil die Wassersäule und wird erst sohlennah turbulent durchmischt und in Transport gebracht. In größerer Entfernung von der Verklappstelle (= 1500m) bei dort (aufgrund der Verklappung) dann insgesamt erhöhter Trübung ist ein signifikanter Abfall der Trübungswerte über die gesamte Wassersäule festzustellen.
Wichtiges Ergebnis der Klappversuche ist, daß bereits nach 200m Distanz von der Verklappstelle eine Querdurchmischung des Verklappgutes auf einer Breite von mehr als 200m zu beobachten war. Insgesamt "zeigt sich, daß bereits bei relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten ein nennenswerter Betrag an suspendierten Feststoffen unmittelbar nach der Verklappung verdriftet wird. Im Falle größerer Strömungsgeschwindigkeiten ist mit deutlich höheren Driftraten zu rechnen" (AWU, 1994, S.16).
Unter hydraulischen "Eggen" sind schwimmende Geräte zu verstehen, die prinzipiell über das (gerichtete) Aufwirbeln von sedimentierten Feststoffen deren Resuspension bewirken. Das Resuspendieren des meist bereits leicht konsolidierten Sohlensedimentes gelingt desto besser, je feinkörniger das abgesetzte Material ist. Der Effekt des Abfließens des resuspendierten Materials ist umso intensiver, als es der jeweils eingesetzten Egge gelingt, das Sohlensediment/das suspendierte Material während des eggens in Richtung größerer Wassertiefen und höherer Strömungsgeschwindigkeiten quasi abzuziehen. Damit kann erreicht werden, daß das resuspendierte Material tatsächlich aus dem Bereich der Mindertiefen abgeführt wird und nicht erneut an Ort und Stelle zu Verflachungen der Sohle führt.
Unterstützt wird dieses Prinzip durch größere Gefällegradienten, die im Übergang von (flacheren, strömungsarmen) Hafenbecken zu (tieferen, stark durchströmten) Rinnen bestehen. Aber auch ohne größere Gefällegradienten können sich Dichteströmungen einstellen, die ein Materialabfließen beschleunigen.
Während der Vorteil der Eggungen darin besteht, daß mit relativ geringem Mitteleinsatz (Eggen sind technisch einfache Geräte) und ohne aufwendige Verspülungen im System gearbeitet und umgelagert werden kann, liegt der Nachteil aller Eggen darin, daß ein räumlicher Kurzschluß des resuspendierten Materials zu anderen Hafenbereichen nicht immer ausgeschlossen werden kann. D.h. Eggungen stehen im Verdacht, durch Erhöhung der lokalen Schwebstoffverhältnisse eine Sedimentationsverstärkung in benachbarten Hafenbecken zu bewirken. Dies gilt primär dann, wenn aufgrund der jeweiligen Ebb-/Flutstromverhältnisse bzw. einer oberwasserbedingten Erhöhung des Flutstromtransportes ein Abtransport des Materials nur kurzfristig über relativ kleine Tidewege erreicht wird - hier sei auf CHRISTIANSEN & HAAR (1991, S.49-50) verwiesen, die über einen Anstieg der Unterhaltungsbaggerungen zwischen 1987 und 1989 aufgrund dieses Phänomens diskutieren:
"Die Abhängigkeit der Sedimentation von den Oberwasserverhältnissen und die Schwankungsbreiten der zu erwartenden Sedimentation sind für eine Anzahl von Häfen heute schon aufzeigbar" (siehe dazu Kapitel 1.4.2.3). "Es ist nun von weitreichender Bedeutung, die Einzelursachen der Sedimentation für weitere Hafenbereiche oder sogar für den gesamten Hamburger Hafen weiter zu erforschen.
Nach den bisherigen Auswertungen hat es den Anschein, daß in einigen Häfen die Sedimentation seit etwa 1987/88 angestiegen ist. Als mögliche Ursache für den Anstieg der Sedimentationsmengen im Hamburger Hafen können die seit 1986/87 großflächig durchgeführten Eggungen gelten. Ohne es bisher klar belegen zu können, wird vermutet, daß in den auf die Eggung folgenden Tiden ein Teil des geeggten Materials wieder in Hafenbecken sedimentiert und damit zu einer "unnatürlich" hohen Sedimentationsrate führt."
Letztere These ist nicht verifizierbar, da fortführende (flächendeckende) Untersuchungen (gleicher Methodik) nach 1991 noch nicht wieder durchgeführt wurden. Allerdings kommt GREISER (1995) zur Aussage:
"Aus der Überlegung, daß die ... errechneten und prognostizierten Ablagerungsintensitäten in der Natur nur auftreten können, wenn ausreichende Mengen mobiler, ablagerungsfähiger Feststoffe im Fluß ´verfügbar´ sind, kann z.B. für die Unterelbe abgeleitet werden, daß dort zur Vermeidung zusätzlicher Sedimentation im Hamburger Hafen Sedimentumlagerungen und Schlickeggungen bei geringem Oberwasser vermieden werden müssen, weil diese Maßnahmen eine Erhöhung des Angebotes an mobilen, zur Ablagerung befähigter Feststoffe bewirken" (GREISER, 1995, S.59).
Grundsätzlich stehen nur wenige Erkenntnisse über die bei Eggungen eintretenden hydrographisch-(quantitativ)sedimentologischen Wirkungen und Effekte zur Verfügung. Aus dem Gebiet vom Amt Strom- und Hafenbau stammt eine Untersuchung am Beispiel des Hamburger Jachthafens (DAMMSCHNEIDER, 1991). Hier kann gezeigt werden, in welcher Form Eggungen zu einer Erhöhung der lokalen Trübungs- bzw. Schwebstoffverhältnisse führen. Danach wurde in der Einfahrt zum Jachthafen nach Beginn der Egg-Arbeiten eine bis zu 200cm mächtige "Fluid-mud"-Schicht, d.h. eine von der Egge aufgewirbelte sohlennahe Feinmaterialsuspension beobachtet, die in die Stromelbe abgeführt wurde. Da keine begleitenden Messungen im eigentlichen Elbe-Bereich durchgeführt wurden, ist über die Verteilung bzw. Verdünnung dieser hochkonzentrierten, sohlennahen Schichtung im Strom-bereich keine Aussage möglich. Bekannt ist aus einer parallelen Strömungsaufnahme, daß die Fließgeschwindigkeit der Fluid-mud-Schicht im Bereich der Hafeneinfahrt geringer als 10cm/s war. Hinsichtlich der quantitativen Ergebnisse kann festgestellt werden, daß im Hamburger Jachthafen ein hoher Wirkungsgrad der Eggungen im mittleren Flächenbereich des Hafens sowie nahe der Hafeneinfahrt erreicht werden konnte. Demgegenüber nahmen die Tiefen in den Randzonen infolge der Eggungen eher ab (Sedimentation des resuspendierten Materials in Ufernähe).
Fußnoten:
1.) siehe dazu Kapitel 1.5.1 (Unter-/Außenelbe)
2.) siehe dazu Kapitel 1.4.3.2
3.) Jahreszeitliche Einflüsse können nicht extrahiert werden.
4.) "MORAN"- Methode nach SIEFERT (1987): Charakterisierung einer morphologischen Einheit durch deren Umsatzhöhe hu
5.) Zwischen 1979 und 1992 wurden folgende Hafenbereiche verfüllt und damit aus der Unterhaltungsbaggerungspflicht herausgenommen:
|
Bereich |
Fläche (ha) |
Jahr |
|
Kohlenschiffhafen |
6,2 |
1980 |
|
Vorschuhung Kronprinzkai |
2,8 |
1982 |
|
Teilverfüllung Moldauhafen/Vorschuhung Überseezentrum |
3,0 |
1984 |
|
Verfüllung div. Kanäle |
4,0 |
1980 - 1990 |
|
Flächengewinn Kraftwerk Tiefstack |
5,0 |
1985/1988 |
|
Verfüllung Neßkanal |
11,5 |
1987 |
|
Teilzuschüttung Griesenwerder Hafen |
6,4 |
1987/91 |
|
Teilzuschüttung Fischereihafen |
4,0 |
1988 |
|
Haken |
1,5 |
1989/94 |
|
Teilzuschüttung Sandtorhafen |
2,0 |
1990 |
|
Teilzuschüttung Grasbrookhafen |
2,0 |
1991 |
|
Teilzuschüttung Südwesthafen |
12,0 |
1993 |
Nach CHRISTIANSEN (1987, S. 287) beträgt die Bezugs-Hafenbeckenfläche rd. 1.287 Hektar, was sich mit einer mdl. Mitteilung von SIEFERT (Mai 1995) über rd. 1.250 Hektar Hafenfläche deckt. Zwischen 1974 und 1994 hat die Hafenfläche um 107 bzw. rd. 8,5 % abgenommen.
6.) Anmerkung des Gutachters: Bereich zwischen der Unterelbe (Mühlenberger Loch) und der Stromstrecke oberhalb des Hamburger Hafens