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Was geht da unten in der Elbe vor?

Das unsichtbare Bauwerk in der Elbe

Vom Hafen Hamburg bis zur Nordsee liegt ein gewaltiges Bauwerk in der Elbe - die Fahrrinne fr die Seeschiffe. Die Ausmasse - 16 m tief, 300 m breit und 120 km lang - sind im trben Wasser nicht erkennbar. Doch die Schallwellen des Echolots durchdringen die Dunkelheit. Mit den Peildaten und denen der Landvermessung kann ein Bild der Elbe erzeugt werden, als sei das Wasser glasklar. Zur Beweissicherung(1) vermaen die Hamburg Port Authority (HPA) und die Wasser- und Schifffahrtsmter (WSA) Hamburg und Cuxhaven die Tideelbe von Deichkrone zu Deichkrone vor der letzten Vertiefung 1998 und danach in den Jahren 2003 und 2004. Peilungen in und am Rand der Fahrrinne werden noch hufiger durchgefhrt, um die aktiven Baggerungen zu beobachten. Aus frheren Zeiten sind derart intensive Messungen nicht vorhanden, weil die technischen Vermessungseinrichtungen nicht so leistungsfhig waren.

Um die Arbeit von HPA und WSA zu berprfen, hat "Rettet die Elbe" die Daten angefordert, denn es handelt sich um Umweltdaten, die nach dem Gesetz ffentlich zugnglich gemacht werden mssen. Das WSA Hamburg kam der Aufforderung nach und lieferte die Daten auf CD-ROM (2). Die mter benutzen allerdings ein wenig gebruchliches Computer-System, so dass nur Rohdaten ausgetauscht und mit den Mitteln von "Rettet die Elbe" in brauchbare Karten umgewandelt werden knnen. Mit Hilfe des Geografischen Informationssystems (GIS) "Idrisi" (3) wurden die Messpunkte der Vermessungsserien (bis zu 6 Mio. Datenstze) auf flchendeckende Rasterkarten von 10 m Maschenweite abgebildet. Die Messpunkte liegen so dicht bei einander, dass keine Informationen verloren gehen, aber auch keine grere Genauigkeit vorgetuscht wird. Wo die Datenlage es zulsst, knnen lokal noch detaillierte Karten erzeugt werden. Weitere Daten wie Mittleres Tideniedrigwasser (MTnw) und MThw wurden der verffentlichten Beweissicherungsdatenbank (1) der WSA entnommen und ebenfalls in Karten umgeformt.

icon_2004_dem_show.jpg

Karte. 1 Digitales Gelndemodell Tideelbe 2004. Hher aufgelste Bilder (ca. 5 Mb) auch fr die Zustnde 1998 und 2003 knnen heruntergeladen werden. Die Tiefe ist in den in der Legende bezeichneten Stufen signiert und semitransparent mit einem schattierten Relief berlagert.

Karte. 2 Ausschnitt Mhlenberger Loch 2004, 3D-Darstellung berhht

Die Form des Elbebetts wird umso mehr von der Fahrrinne geprgt, je weiter man von der Mndung landeinwrts fhrt. Nicht nur die Rinne selbst schneidet hinein, auch an ihren Seiten gleicht das Bett einem Trog, dessen Wnde von den schmalen Watt- und Flachwasserzonen schnell in die Tiefe abfallen. Die Dynamik der Wasserstrmungen am Grund wird durch die "Riffel" angezeigt, die aber nicht, wie man es vom Urlaub am Wattenmeer kennt, wenige Zentimeter, sondern 1 - 2 Meter hoch sind. Diese Sanddnen wandern am Grund, und werden sie weggebaggert, bilden sie sich nach wenigen Wochen wieder. Selbst in der Binnenwasserstrasse oberhalb des Hafens bilden sich streckenweise Riffel. In den flachen strmungsberuhigten Nebenelben mit ihrem mehr schlickigem Grund, die dem natrlichen Zustand der Elbe vor den Vertiefungen entsprechen, findet man selten bzw. sehr viel kleinere Riffel.

Das Flussbett in Bewegung

Von Natur aus ist das Elbe-Estuar ein vernderliches System, welches nur dann verstanden werden kann, wenn man die Entwicklung in allen Teilen ber einen lngeren Zeitraum verfolgt. Mit der Baggerung einer Fahrrinne vor 130 Jahren wurde die Dynamik des Systems grundstzlich verndert. Der Hauptstrom hatte vorher eine Tiefe von 3 – 5 Metern und war in der Regel mit einem schlickigen, von Bakterienfilmen verklebten Sedimentboden stabilisiert. Trbstoffe, die sowohl von oberhalb Hamburgs als auch von der See her eingetragen wurden, setzten sich auf sehr viel greren Flchen im Fluss und Vordeichland ab, als heute zur Verfgung stehen. In der immer tieferen Fahrrinne konnte die Ebbe schneller und tiefer ablaufen, wodurch sich der Tidenhub vergrerte und damit wiederum die Strmungsgeschwindigkeit. Die Baggerung legte die unter der Kleischicht liegende Sandschicht frei, die durch die in der greren Tiefe beschleunigte Strmung erodiert wird. Dass von der Fahrrinne ausgehend ein Tiefwassertrog ausgeschabt wurde, ist ein seit Jahrzehnten andauernder Prozess, ebenso wie die Riffelbildung. Die sprunghaft im Hamburger Hafen angestiegene Menge des Baggerguts weist aber darauf hin, dass nach der letzten Vertiefung ein Ruck durch die Elbe gegangen ist, der sehr viel mehr Sediment in Bewegung gesetzt hat als das, worum sich HPA Sorgen macht. Durch die vielen Wasserbaumanahmen wurde die Fliessdynamik des Wassers erhht, die sich in einer eingeengten Flussaue austobt. Deshalb sind sprunghafte, unberechenbare Ausschlge zu erwarten.

Karte. 3 Wasserzonen 1926 und 1992 (1), Ausschnitt; dargestellt ist das Estuar von Deichkrone zu Deichkrone sowie die tidebeeinflussten Nebenflsse (die allerdings im Fall von Sturmfluten mit Sperrwerken getrennt werden). Die Karte der Wasserzonen von 1992 wurde als Ausgangszustand fr die hydrodynamischen Berechnungen der Bundesanstalt fr Wasserbau (BAW) verwendet.

Nach dem 1. Weltkrieg schritten Hafenausbau (z. B. nrdlich von Finkenwerder) und Fahrwasservertiefung voran. Das Estuar unterhalb des Hafens war jedoch weitgehend in einem naturnahen Zustand. Das Vordeichland bedeckt noch grosse Flchen. Das Fahrwasser war auf eine Tiefe von ca. - 9 m NN ausgebaut. Der Ausbau des Hafens (Hohe Schaar, Containerterminal Waltershof), die Abtrennung von Nebenarmen (Khlfleet, Alte Sderelbe, Borsteler Nebenelbe) und die weitrumigen Vordeichungen (Borsteler Schallen und Hahnfer Sand, Hetlinger Marsch) sind im Vergleich von 1992 mit 1926 augenfllig. Die Sandbnke Schweins-, Ness- und Hans-Kalb-Sand westlich von Finkenwerder wurden Anfang der 70er Jahre aufgehht und miteinander zu einer Insel verbunden, um die Querstrmungen zwischen Hahnfer Nebenelbe und Fahrrinne zu unterbinden, die Sediment in die Fahrrinne splten. Die im Hauptstrom gebndelte Strmung hielt die Rinne nun selbst frei. Wie gut der Plan gelang, zeigt die Berechnung der Strmungen durch die BAW:

Karte. 4 Strmungsrichtung und Geschwindigkeit bei voll einsetzendem Flutstrom, Referenzzustand 1992, Computersimulation BAW zur Elbvertiefung 1997 (4)

Die einsetzende Flut luft in der tiefen Fahrrine schneller auf, berholt den Strom durch die Hahnfer Nebenelbe und prallt mit ihm im westlichen Mhlenberger Loch zusammen, so dass bevorzugt hier Schwebstoffe sich auf dem Grund absetzten und begannen, eine Landbrcke vom Schweinssand zum Sdufer des Mhlenberger Lochs zu bilden (blaue Zone). Um der Gefahr zu begegnen, dass nach Fahrrinnenvertiefung und Erweiterung des Airbus-Werks die Nebenelbe vollends verlandet (und auch das Este-Fahrwasser hufiger ausgebaggert werden msste), wurde als Ausgleich eine Rinne vom Hauptstrom/Airbuswerk zur Nebenelbe gebaggert (s. Karte. 1 und 2). Diese Splrinne hlt zwar die Nebenelbe offen, aber durch sie wird mit der Flut auch das Sediment in den Hafen gesplt (sofern es nicht die knstliche Rinne verstopft), das man vorher durch den Bau der Insel zurckhalten wollte, plus der Extraportion Sand, die gerade zuvor an der Landesgrenze in der Fahrrinne verklappt wurde.

Sedimentbilanzen

Die Rasterkarten knnen miteinander verglichen werden, etwa indem die Hhendifferenz aus verschiedenen Jahren fr jeden Rasterpunkt berechnet und in einer neuen Karte dargestellt wird, oder indem Profilschnitte gelegt werden. Fr die gesamte Tideelbe ergeben sich von 1998 bis 2004 erhebliche Vernderungen nicht nur durch die knstliche Vertiefung der Fahrrinne, sondern auch durch die eigendynamischen Umlagerungen.

Karte. 5 Differenz der Tiefenmodelle 2004 und 1998; die Signatur-Skala ist auf + - 3 m beschnitten, um auch kleine Vernderungen zu visualisieren. Vor allem im Mndungsgebiet treten sehr viel hhere Auf- und Abtrge auf (bis 15 m !)

Um die Umlagerungsprozesse zu bewerten, wurde die Elbe in hydrologisch geeignete Abschnitte eingeteilt und die Auf- und Abtrge fr jeden Abschnitt bilanziert. Als Bezugsflchen wurden die in der Karte von 1992 dargestellten Wasser- und Wattflchen gewhlt. Da die Vermessung 1998 die Hafenbecken noch auslie und die Airbus-Erweiterung erst 2004 vollstndig aufgenommen wurde, sind die davon berhrten Abschnitte nicht korrekt zu berechnen.

Karte. 6 Bilanz des Sedimentauf- und Abtrags zwischen 2004 und 2003 auf ausgewhlten Flchen. Ab- und Auftrag beziehen sich jeweils nur auf die Pixel, d.h. Flche, die positiv oder negativ belegt sind, der Saldo auf die gesamte Flche eines Bilanzraums.

BILANZRAUM (s. Karte 6) Abtrag
Kubikmeter
Auftrag
Kubikmeter
Saldo
Kubikmeter
Abtrag
Meter
Auftrag
Meter
Saldo
Meter
geesthacht bis bunthaus -1,446,110 1,824,910 378,800 -0.35 0.40 0.04
hauptstrom finkenwerder bis schweinssand -863,935 1,932,065 1,068,130 -0.50 0.80 0.26
delegationsstrecke wittenbergen -788,825 731,800 -57,025 -0.53 0.69 -0.02
hahnoefer nebenelbe und nesssand -957,995 418,465 -539,530 -0.26 0.15 -0.08
wsa hamburg ab km 639 bis nordspitze luehesand -3,554,100 1,951,180 -1,602,920 -0.38 0.28 -0.10
unterhalb luehesand bis nordspitze schwarztonnensand -4,210,045 10,031,145 5,821,100 -0.30 0.34 0.13
von schwarztonnensand bis nordspitze rhinplate -1,555,745 4,473,370 2,917,625 -0.19 0.32 0.13
rhinplate bis km 689 wsa cuxhaven -3,976,610 9,548,810 5,572,200 -0.32 0.44 0.16
km 689 bis westufer nok -6,444,835 4,745,495 -1,699,340 -0.54 0.40 -0.07
nord-ostsee-kanal bis cuxhaven alte liebe mit medem -44,974,545 45,458,640 484,095 -0.58 0.41 0.00
aussenelbe -48,131,150 47,274,265 -856,885 -0.41 0.18 0.00

Tab. 1 Bilanz des Sedimentauf- und Abtrags zwischen 2004 und 2003 auf ausgewhlten Flchen

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Diagr. 1 Bilanz des Sedimentauf- und -abtrags zwischen 2004 und 2003 auf ausgewhlten Flchen

BILANZRAUM (Karte 6) Abtrag
Kubikmeter
Auftrag
Kubikmeter
Saldo
Kubikmeter
Abtrag
Meter
Auftrag
Meter
Saldo
Meter
geesthacht bis bunthaus -4,257,595 1,901,360 -2,356,235 -0.83 0.56 -0.28
hauptstrom finkenwerder bis schweinssand -3,229,145 2,020,590 -1,208,555 -1.22 1.40 -0.30
delegationsstrecke wittenbergen -1,287,720 1,251,635 -36,085 -0.90 1.12 -0.01
hahnoefer nebenelbe und nesssand -2,896,270 604,350 -2,291,920 -0.68 0.28 -0.36
wsa hamburg ab km 639 bis nordspitze luehesand -8,375,885 1,921,030 -6,454,855 -0.81 0.33 -0.40
unterhalb luehesand bis nordspitze schwarztonnensand -10,655,520 14,561,445 3,905,925 -0.58 0.57 0.09
von schwarztonnensand bis nordspitze rhinplate -4,665,885 9,939,605 5,273,720 -0.52 0.76 0.24
rhinplate bis km 689 wsa cuxhaven -10,760,635 17,792,475 7,031,840 -0.79 0.87 0.21
km 689 bis westufer nok -6,716,935 7,832,335 1,115,400 -0.58 0.63 0.05
nord-ostsee-kanal bis cuxhaven alte liebe mit medem -142,255,775 135,533,950 -6,721,825 -1.59 1.35 -0.04
aussenelbe -231,782,130 166,802,475 -64,979,655 -1.02 1.08 -0.17

Tab. 2 Bilanz des Sedimentauf- und Abtrags zwischen 2004 und 1998 auf ausgewhlten Flchen

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Diagr. 2 Bilanz des Sedimentauf- und Abtrags zwischen 2004 und 1998 auf ausgewhlten Flchen

In den Angaben von HPA und der WSA wurden bisher die durch Baggerung und Verklappung bewegten Sedimentmengen bilanziert. Hier hingegen wird berechnet, wieviel Sediment in allen Watt- und Wasserzonen umgeschichtet wird. Wie zu erwarten ist der Umschlag im Mndungsbereich weitaus am hchsten. Jedoch schon im Abschnitt von Geesthacht bis Bunthaus, der Binnenwasserstrasse, wurden in einem einzigen Jahr (von 2003 auf 2004) 1.4 Mio. m3 ab- und 1.8 Mio. m3 aufgetragen, so dass der Saldo von 400 000 m3 einen mittleren Zuwachs von 4 cm ergibt. In Anbetracht der hohen Umschlagsmengen knnen "geringe" nderungen auf Seiten von Ab- oder Auftrag den Sedimentverlust bzw. -gewinn eines Abschnitts stark beeinflussen. In welche oder aus welcher Richtung der Saldo bewegt wird, kann aus unseren Bilanzen nicht bestimmt werden. Vermutlich kann sich auch dies von Jahr zu Jahr entscheidend ndern. So gesehen kann der Anstieg der Baggermengen im Hafen ein Zufall sein. Dass ein Trend vorliegt, wird aus anderen Beobachtungen plausibel erklrt.

Die Erwartung, dass strmungsarme Zonen - Watt, Flachwasser und Hafenbecken - aufgehht werden, wird besttigt. Doch kommt es hier auf die speziellen Bedingungen des Einzelfalls an. Die zeitliche Dichte und Kontinuitt der Peildaten sowie der Mangel an rumlich scharfen Angaben der knstlich bewegten Mengen lassen nicht zu, flchendeckend fr den ganzen Untersuchungsraum Trends zu bestimmen. Deshalb werden hier einige gut vermessene Beispiele von Erosion und Verlandung nher betrachtet.

Fahrrinne

Auf der Strecke von Wedel bis zum Lhesand wurden zwischen 2003 und 2004 1.6 Mio. m3 Sediment per Saldo ausgetragen, vor allem aus Fahrrinne und Tiefwasser. Eine Unterhaltungsbaggerung war nach dem Profil 2003 eigentlich nicht ntig, die Solltiefe eingehalten. Die Elbe hat sich in diesem Abschnitt selbst vertieft, obwohl am stlichen Ende der Strecke, an der Landesgrenze, von HPA ca. 6 Mio. m3 aus dem Hafen hinzugefgt wurden. Ob das Material mit der Flut zurck in den Hafen oder mit der Ebbe abwrts zum Pagensand verfrachtet wurde (wo starke Auftrge zu verzeichnen sind), lsst sich allerdings nicht ohne weitere Daten belegen. Die These von HPA (in 10), das von ihr selbst verklappte Baggergut werde durch "tidal pumping" postwendend in den Hafen geworfen, wird durch die qualitative - nicht quantitative - Computersimulation der BAW nicht bewiesen (die BAW hat ein gegenber 1997 verbessertes Computermodell eingesetzt). Genauso gut erklrt das Modell der BAW, dass aus der Strecke unterhalb der Landesgrenze Sediment aufwrts transportiert wrde, selbst wenn HPA nichts verklappen wrde. Es ist reines Wunschdenken von HPA, man msse das Baggergut nur weit draussen in die Nordsee werfen, dann knne es nicht mehr in den Hafen zurck. In der Elbe vor den Toren Hamburgs ist so viel Sediment unterwegs, dass der Transport in den Hafen sicher nicht abreisst.

Nicht alle Tiefwasserzonen werden erodiert, sondern es sind z.T. massive Eintrge erkennbar (Karte 5 und 7). Wre es anders, msste nicht mehr gebaggert werden. Aus den langjhrigen Erfahrungen haben die WSA in den Beweissicherungsdaten eine Karte dargestellt, welche Volumina pro Stromkilometer im Mittel entfernt wurden.  Auf der im vorigen Absatz beschriebenen Strecke von 12 km wre demnach eine Baggerung von 800 000 m3 zu erwarten. Vor Glckstadt jedoch gibt es eine Strecke von 7 Stromkilometern a` 400 000 m3 = 2.8 Mio. m3 Baggervolumen.

Karte 7 Baggermengen pro Stromkilometer, Beweissicherung Elbvertiefung 1997 (1)

Eichweber (WSD Kiel)(5) erklrt die Elbe als ein mit der Tidewelle und ihren Obertnen schwingendes System wie ein Blasinstrument. An den Schwingungsknoten findet man Schwerpunkte der Sedimentablagerung, die umso markanter hervortreten, je weniger die Schwingungen wegen der Vertiefung der Rinne und Streckung von Kurven gedmpft werden. Nach Eichwebers Theorie wre die Bildung bzw. Verlagerung eines Knotens im Hafen denkbar, denn die Tide kann, seit der Vertiefung und der Airbus-Erweiterung noch weniger behindert, bis Altenwerder durchschwingen. Fr Eichwebers Theorie (der den Hafen in seinen Arbeiten ausklammert) spricht auch, dass die grten Volumina der Baggergutvermehrung aus dem Stromrinnen Norderelbe, Sderelbe und Khlbrand stammen (7).

Mhlenberger Loch und Hahnfer Nebenelbe

Das Mhlenberger Loch wurde nach der Abtrennung der Alten Sderelbe vor vierzig Jahren zu einer Sackgasse, in die mehr Sediment hinein- als hinausgesplt wird. Es wurde befrchtet, durch die weitere Strmungsberuhigung durch den Bau der Airbus-Halbinsel und den vermehrten Sedimenttransport durch die hhere Strmungsgeschwindigkeit in der Fahrrinne werde das stliche Mhlenberger Loch vollends verlanden.

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Karte 8 Differenz Tiefenmodell 2004 - 2003; die Skala ist auf +- 1 m beschnitten, in der Fahrrinne, an den Klappgruben und auf der Airbus-Erweiterung treten grere Unterschiede auf. Eingezeichnet sind die unten beschriebenen Profilschnitte und die Bilanzflche im Sdosten des Mhlenberger Lochs.

Gut erkennbar ist der Abtrag (grn) in der Fahrrinne unterhalb der Hamburger Landesgrenze. Das hier aus dem Hafen verklappte Baggergut setzt sich nicht ab, sondern wird zunchst einmal mit der Strmung abtransportiert. Am Nordrand des Nessandes und des Mhlenberger Lochs sind die Aufhhungen (magenta) durch die Fllung der Klappgruben sichtbar. Auf der in der Karte markierten Flche im Sdosten zwischen Airbus-Halbinsel und Estemndung wurden ohne gezieltes menschliches Zutun von 1998 bis 2004 950 000 m3 abgelagert, somit im Durchschnitt um 56 cm erhht, davon allein von 2003 bis 2004 21 cm.

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Diagr. 3 Histogramm der Sdost-Ecke Mhlenberger Loch, Zahl der Pixelflchen mit jeweiligem Ab-/Auftrag von 1998 bis 2004

Im Profilschnitt wird zustzlich sichtbar, dass vor der knstlichen Aufschttung der Airbus-Halbinsel auf dieser Wattflche ein ebenso starker Auftrag stattfand. Nach Wegfall der Flche muss das Volumen an anderer Stelle sedimentiert sein. Die Ausgleichsrinne zur Hahnfer Nebenelbe leidet an Verstopfung, kaum dass sie angelegt wurde.

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Diagr. 4 Profilschnitt durch die Tiefenmodelle von Sdost Mhlenberger Loch nach Blankenese

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Diagr. 5 Profilschnitt durch die Tiefenmodelle von Hahnfer Sand nach Wittenbergen

Das Diagramm 5 zeigt eine Vertiefung der Hahnfer Nebenelbe nach 1998, vermutlich durch die strkere Durchstrmung zur Ausgleichsrinne. Das Bett der Nebenelbe ist dadurch nicht mehr als Flachwasser anzusprechen. Zwischen Nesssand und  Fahrrinne wurde durch Verfllen einer Klappgrube mit Aushub der Vertiefung eine Flachwasserzone geschaffen, die jedoch in ihrer Lage nicht breit genug sein darf, um die Funktion als sauerstoffaktive Zone zu erfllen. Der Boden der Fahrrinne ist wegen der Riffel stark gegliedert und nach 1998 erkennbar abgesenkt. Das Elbufer bei Wittenbergen fllt steil zur Fahrrinne ab. Zwischen der Niedrigwasserlinie bei minus 1.5 m NN und der Fahrwassertiefe von - 16 m NN liegt eine Distanz von 50 m. Wegen der Verengung des Flussbetts am Leuchtturm Wittenbergen wird die Tidestrmung zustzlich beschleunigt. Hier zum Elbebadetag 2002 aufzurufen war erschreckend leichtsinnig.

Flachwasserzonen und Sauerstoffhaushalt

Entscheidend fr die Sauerstoffversorgung der Tideelbe in der warmen Jahreszeit ist, dass Algen wachsen oder zumindest berleben knnen. Die "Dunkelstresstoleranz" von Algen muss hoch sein, weil sie nachts eine Periode von ca. 10 Stunden Dunkelheit berstehen mssen. Nicht zuletzt ihre eigene Masse trbt das Gewsser (Sichttiefe in der Elbe ca. 50 cm) und nimmt das lebensnotwendige Licht. Durch die Turbulenz im Wasser ist eine Alge mal oben im Hellen, mal unten im Dunkeln. In Flachwasserzonen, dem Bereich von der Mittleren-Tideniedrigwasser-Linie (MTnw) bis 2 Meter abwrts, ist die Beleuchtungsdauer ausreichend, dass die Algen leben, in tieferem Wasser wie der Fahrrinne und Hafenbecken sterben sie. In ihrer Umweltrisikoabschtzung fr die geplante nchste Elbvertiefung (4) gibt die Bundesanstalt fr Gewsserkunde den Flachwasserzonen das hchste Gewicht fr den Sauerstoffhaushalt der Elbe. Im Watt leben Algen auf dem Boden und produzieren zwar Sauerstoff, doch wirkt die hohe Zehrung von aufgewirbeltem Schlick dem entgegen. Das Algen-Artenspektrum von Watt und Flachwasser berlappt sich nur zum Teil, so dass das Watt keine Algenreserve liefert und fr die Sauerstoffversorgung des ganzen Gewssers nicht die entscheidende Rolle spielt, wohl aber einen Puffer je nach berflutungsdauer bietet. Seit der letzten Elbvertiefung 1998 sind im Hamburger Hafen jedes Jahr "Sauerstofflcher" aufgetreten, die z.B. im Fischbestand erheblichen Schaden anrichten. Die Daten des Wassergtemessnetzes (9) beweisen, dass aus der Oberelbe eingeschwemmte Algen im Hafen quantitativ absterben. Das fhrt zu der Frage, ob eine Vernderung der Flachwasserzonen unterhalb des Hafens die Regeneration des Algenbestands be- oder gar verhindert. Generell haben alle Fahrrinnenvertiefungen zu einer Absenkung des MTnw und so zu einer Vergrerung der Wattflchen zu Lasten der Flachwasserzonen gefhrt. Durch die Verlandung des Mhlenberger Lochs, s.o., ist die Dauer des algenfeindlichen Trockenfallens von Wattflchen verlngert. Von der Ausgangssituation 1992, Massstab vor der Vertiefung 1998, bis 2004 haben sich Flcheninhalt und -form wie folgt gendert:

Karte 9 Flachwasserzonen 1992 (Referenzkarte aus der Beweissicherung) und 1998 (Ableitung aus Tiefenmodell Tideelbe)

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Karte 10 Flachwasserzonen 1998 und 2003 (Ableitung aus Tiefenmodell Tideelbe)

Karte 11 Flachwasserzonen 1998 und 2003 (Ableitung aus Tiefenmodell Tideelbe)

Man sieht deutliche Flachwasserverluste seit 1992 und nur geringe Gewinne nach der Vertiefung durch die Verfllung von Klappgruben. Die Flchen 1992/98 waren berdies kompakter als die schmalen langgestreckten Reste 2004. Die Ausgleichsrinne zur Nebenelbe hat z.B. ein zusammenhngendes Gebiet in zwei Streifen geteilt. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit sehr erhht, dass eine Alge entweder aufs Watt geworfen oder ins Tiefwasser verwirbelt wird und als Sauerstoffproduzent ausfllt.

Sportboothfen

Nicht lebensgefhrlich wie fr Fische, aber konomisch schmerzhaft ist die Verlandung von Sportboothfen. In der Billwerder Bucht wird Schlick wie in einem Sack gesammelt.

Karte 12 Billwerder Bucht, Sedimentauf- und -abtrag von 2003 bis 2004

Die Bilanz fr die Billwerder Bucht ergibt fr nur ein Jahr von 2003 auf 2004 einen Abtrag von - 77 000 Kubikmeter (grn), einen Auftrag von 203 000 m3 (magenta), mithin einen Saldo von +126 000 m3, d.h. eine durchschnittliche Auflandung von 11 cm auf der gesamten Flche. Fr die Gter-Binnenschiffe, die z.B. die Kohle zum Kraftwerk Tiefstack bringen, sind wenige grne Vertiefungen zu beobachten, whrend die Sportboothfen durchweg unter der Verschlickung leiden. Die Bergedorfer Zeitung berichtete im November 2005:

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Whrend HPA den Hamburger Hafen in Existenznot sieht, die mit der 8 Mio. € pro Jahr teuren Verklappung von Baggergut in die Nordsee abgewendet werden soll, sieht das Amt im Holzhafen "kein wirtschaftliches Interesse", die Nutzer sollten auf eigene Kosten baggern. Die Betreiber von Sportboothfen in Niedersachsen und Schleswig-Holstein haben wenigstens ihre Landesregierungen im Rcken, die der FHH einen Entschdigungsfonds abpressen. Das kleinliche Geschacher und das Abstreiten jeder Verantwortung der Wirtschaftsbehrde in diesem Fall lsst ahnen, wie man dort mit weiteren Einwnden gegen die Elbvertiefung umgehen wird.

Elbmndung

Weitaus dynamischer als im Hamburger Bereich wird an der Elbmndung Sediment hin- und hergeschaufelt. Seit einigen Jahrzehnten frisst sich nrdlich der Fahrrinne zwischen Cuxhaven und Otterndorf die Medemrinne in den Medemsand. Zwischen Fahr- und Medemrinne liegt die Sandbank Medemgrund. In der Fahrrinne findet man Lcher von ber 30 m Tiefe, aber die tiefste Stelle der Medemrinne liegt auch schon bei 18 m unter NN. Das System von Sandbnken und Rinnen ndert seine Lage von Jahr zu Jahr.

Karte 13 Digitales Tiefenmodell Tideelbe 2004, Ausschnitt Medemgrund, 3D-Darstellung berhht

Karte 14 Differenz Tiefenmodell 2004 - 2003; die Skala ist auf +- 1 m beschnitten. Eingezeichnet sind Profilschnitte

Im Kartenausschnitt wurden in einem Jahr je 45 Mio. m3 Sediment ab- bzw. aufgetragen. Eine seit Jahren zu beobachtende Verlagerung von Medemgrund und Medemrinne nach Norden auf Kosten des Medemsands ist in der Karte und im Profilschnitt erkennbar.

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Diagr. 6 Profil von Groden (Nds.) bis Friedrichskoog (S-H.) ber die Digitalen Tiefenmodelle 1998, 2003 und 2004

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Diagr. 7 Profil von Groden (Nds.) bis Friedrichskoog (S-H.) ber die Digitalen Tiefenmodelle 1998, 2003 und 2004, Detail niederschsisches Ufer

Im Detail des Profils wird am niederschsischen Ufer eine zunchst nur kleine Vernderung angezeigt. Zwischen Fahrrinne und Deich bildet sich von Otterndorf bis Cuxhaven eine schmale Rinne. Nur 200 m vom Deichfu entfernt ist eine in nur wenigen Jahren entstandene 3 m tiefe Einkerbung Anlass, sich Sorgen zu machen, wenn man hinter diesem Deich wohnt.

Die Elbe im Elchtest

Hauptsache, Fahrrinne und Hafen werden ausgebaut, denkt HPA schon immer. Der grere Tidenhub, die krze Laufzeit der Tidewelle, hher auflaufende Sturmfluten - das alles ist nicht erst seit der letzten Vertiefung 1998 bekannt. Fr die negativen Folgen gibt es Experten, die berechnen, wie man ausgleichen und abfedern kann. Das machte das Planverfahren 1997 komplizierter denn je. Wie bei der Konstruktion eines neuen Autos wird ein "Elchtest" gemacht, ob es bei einem Ausweichmanver weiterfhrt oder umfllt. Ist der Test bestanden, konstruieren die Ingenieure gleich ein schnelleres und noch besser gefedertes Auto. Die Elbe sei nicht umgefallen, meint HPA, und schon wird eine weitere Vertiefung geplant, mit noch aufwndigeren Computersimulationen und Ausgleichsmanahmen.

Sauerstofflcher plagten die Tideelbe bis Anfang der 90er Jahre, bis auch Hamburg ein Klrwerk gebaut hatte, das diesen Namen verdiente. Nach der Vertiefung 1998 traten die Sauerstofflcher in zunehmender Schrfe wieder auf. HPA berlie es der Umweltbehrde, das Unwort "Sekundrverschmutzung" zu propagieren, die Oberlieger wrden die Algen im Fluss durch berdngung aufpppeln, so dass der berschuss dieser Biomasse zuviel Sauerstoff im Hafen zehre. Die Elbe fiel um, und HPA plante ungerhrt die nchste Vertiefung. Alarm bei HPA lste erst die Vervierfachung der Baggermenge in Hamburg aus - kologisch eher nebenschlich. Wenn etwas Geld kostet, muss HPA gegensteuern, die Elbe zhmen, im hrtesten Elchtest aller Zeiten sie bis in die Mndung ummodeln. Dazu haben HPA und die WSD Nord ein "Konzept fr eine nachhaltige Entwicklung der Tideelbe als Lebensader der Metropolregion Hamburg" vorgelegt, in dem sie beanspruchen:

"sowohl den wirtschaftlichen Nutzen, den Hochwasserschutz, wie auch die kologischen Ziele mit denselben Manahmen zu verfolgen. Es gibt entlang der Tideelbe Gebiete, mit deren Umgestaltung im Laufe der kommenden Jahrzehnte viele natrliche Prozesse im win-win-Prinzip mit konomischen Zielen positiv beeinflusst werden knnen." (10)

Die Fehldiagnose von HPA

Ein hoher Anspruch, allen Gutes zu tun, setzt voraus, die Scheuklappen der Verwaltungszustndigkeit abzulegen und den Patienten Tideelbe als Ganzen zu analysieren. Bei der Diagnose ist HPA wenig sorgfltig vorgegangen und zu krassen Fehleinschtzungen gekommen.

HPA nimmt die in Hamburg vervielfachte Baggermenge zum Anlass, Manahmen an der ganzen Tideelbe zu fordern. HPA gibt fr 1990 bis 1999 Baggermengen zwischen 1 und 2 Mio. m3 pro Jahr an. Ab 2000 schiet das Volumen bis ber 9 Mio. m3 in die Hhe. (7)

baggergutvolumen_hh.jpg

Diagr. 8 Baggergutvolumen aus dem Hamburger Hafen nach Art der Beseitigung, aus Umlagerungsberichten 2002 bis 2005, HPA (7)

Die Baggermengen der WSA Hamburg und Cuxhaven werden nicht einmal erwhnt. In der Elbe unterhalb Hamburgs hat sich die Baggergutmenge keineswegs dramatisch entwickelt. Zwischen 1985 und 2000 schwankten die Unterhaltungsbaggerungen zwischen 7 und 16 Mio. m3, davon im Abschnitt des WSA Hamburg von Stromkilometer 639 bis 689 zwischen 2.5 bis 12.5 Mio. m3 (6). Das WSA Hamburg verzeichnete in der Folge Werte, die im Rahmen der jhrlichen Schwankungen liegen und keinen Trend anzeigen.

Jahr  Mio. m3
2000 4.5
2001 4.6
2002 3.5
2003 3.9
2004 5.7

Weder WSA noch HPA haben die Auf- und Abtrge ausserhalb von Fahrwasser und Hafenbecken bilanziert und versucht, sich ein Bild von den Sedimentbewegungen zu machen, obwohl sie dieselben Daten besitzen, die "Rettet die Elbe" benutzt.

Ursache des Stromauftransports von Sediment in den Hafen ist nach HPA das "tidal pumping", dass die Flut nmlich mit schnellerer Strmung auf- als die Ebbe abluft. Dadurch wrde das an der Landesgrenze verklappte Baggergut postwendend in den Hafen zurckgeworfen, statt sich mit der Ebbe stromab zu verteilen. Die Tidepumpe lief schon vor der letzten Vertiefung.


Karte 15, Animation Strmungsrichtung und -geschwindigkeit zwischen Schulau und Hafen, Referenzzustand 1992, Computersimulation BAW zur Elbvertiefung 1997 (4), zusammengestellt von "Rettet die Elbe"

Die Tidepumpe arbeite heute mit einem hheren Hub und setze mit der Flut hrter ein, so erklrt HPA's Baggergutmanager Glindemann bei jeder Gelegenheit der ffentlichkeit, wodurch nicht nur schlickige Schwebstoffe, sondern auch der schwerere Sand in die falsche Richtung - aus Sicht von HPA - bewegt wrden. Die Umlagerungsberichte von HPA schlsseln das Baggergut nach Schlick und Sand auf, und sie widerlegen HPA's These.

sandschlicktonnen.jpg

Diagr. 9 Baggergutmasse aus dem Hamburger Hafen nach Art der Beseitigung und Korngre, aus Umlagerungsberichten 2002 bis 2005, HPA (7)

Man beachte die jeweils rechte Sule eines Jahres: es ist die verklappte Schlickmenge (blau), die sich 2004 und 2005 gegenber den Vorjahren verdoppelt hat.

Bei der Erklrung des hheren Tidehubs nimmt das Konzept von HPA eine berraschende Wende:

"So sind in dem seit jeher von Erosion und Sedimentation geprgten dynamischen System in den letzen Jahren verstrkt Tendenzen zur Aufweitung des Mndungstrichters zu beobachten. Die Ursachen hierfr sind heute noch nicht abschlieend geklrt. Durch die Aufweitung der Mndung kann mehr Tideenergie in das stuarsystem vordringen." (10)

HPA hlt es nicht fr ntig, die angebliche Aufweitung des Mndungstrichters zu belegen. Weder dies noch das Gegenteil ist aus den Peildaten abzuleiten. Eichweber (5) behauptet eine langfristige Aufweitung der Mndung, schrnkt aber ein, mangels vergleichbarer Peildaten gbe es keinen zwingenden Beweis. HPA versucht, eine Drohkulisse aufzubauen, der Blanke Hans dringe mit ungehemmter Flut-Energie in die Elbe ein, und deshalb msse man Barrieren in der Mndung errichten. Der grere Tidenhub - und zwar in Hamburg, nicht in Cuxhaven - ist jedoch im Laufe der Fahrrinnenvertiefungen vor allem durch die tiefer ablaufende Ebbe eingetreten. Das Wasser luft rasch durch die Fahrrine ab, wenn die Watten schon trockengefallen sind. Vor 150 Jahren lagen die Niedrigwasserpegel in Hamburg und Cuxhaven 1.50 m auseinander, heute nur noch 30 cm. Frher hatte der Flu Elbe noch ein Geflle, heute ist ihre Mndung aufwrts gerckt und gleicht einer Meeresbucht. Die Swassergrenze wurde in den letzten 50 Jahren von Glckstadt 20 km aufwrts verschoben. Wollte man den Tidenhub dmpfen, muss man das ablaufende Wasser auf der ganzen Stromlnge behindern. Eine Vertiefung der Rinne bewirkt mit Sicherheit das Gegenteil.

Unberechenbare Inseln - Dsentriebwerke im Strom

Inseln in der Elbmndung hlt HPA fr die Rettung, die Tide zu dmpfen und gleichzeitig das Baggergut in ihnen zu deponieren, frwahr eine win-win-Idee (10). Fr den kologen stellt sich aber noch die Frage, ob es "design with nature" ist oder gewaltsame Verbauung. Warum haben Elbe, Weser und Schelde leere Mndungstrichter und nur der Rhein ein Delta? Nun, die Elbe hat auch ein Delta, aber weit im Binnenland. Dass es hier liegt und nicht direkt an der Kste, ist aus der Entstehungsgeschichte zu erklren. Nach der letzten Eiszeit, in der der Meeresspiegel 200 m tiefer lag und die Kstenlinie zwischen Schottland und Norwegen verlief, bildete sich mit dem Anstieg des Meeresspiegels die Nordsee. Die Elbe fhrte immer weniger Wasser, je mehr die sie speisenden Gletscher verschwanden. Die von der Mndung einlaufende Flut und das Oberwasser prallten im Hamburger Raum aufeinander, und in der Wasserstillstandszone bildeten sich Inseln, die den Strom in viele Arme teilten. Die Menschen nutzen seit 800 Jahren die Inseln (Werder) als bedeichte Polder. Wre das nicht geschehen, liee man Oberwasser, Ebbe und Flut ihren Lauf, wrde sich das Delta bei weiterem Meeresanstieg und - wegen Klimawandel - sinkender Wasserspende aufwrts verlagern. Inseln in der Elbmndung sind gegen den Trend, sie waren es schon immer.

1630 verffentlichte der Kartenverleger Willem Blauw eine Karte, die nach den damaligen Vermessungstechniken recht genau die Elbmndung mit ihren Snden, den Fahrwassertonnen und Tiefenangaben (in Faden = 1.63 m) beschreibt. Es gibt nur eine Insel, das schon damals befestigte Neuwerk.

Karte 16 Elbmndung 1630, Willem Blauw, Amsterdam

In Satellitendaten, die von der NASA im Internet zur Verfgung gestellt werden, werden in den Aufnahmen zwischen 1976 und 2001 Inseln nur neben der Mndung bemerkt - Neuwerk, Nigehrn, Scharhrn und Trischen. Die sagenumwobene Medeminsel ist zu klein und flchtig, um sie zu identifizieren. Die Karten wurden aus den Farbbndern "blau, sichtbares Licht", "grn, sichtbares Licht" und "nahes Infrarot" kombiniert, weil so trbes und klares Wasser sowie Flchen mit oder ohne Vegetation - Insel oder Sandbank - gut zu unterscheiden sind.

Karte 17 Landsat Aufnahme 1976

Karte 18 Landsat Aufnahme 1995

Karte 19 Landsat Aufnahme 2000

Karte 20 Landsat Aufnahme 2001

Die Aufnahmen unterstreichen ebenfalls die Dynamik von Tide und Sedimenten. Hier hinein Inseln zu bauen, die auch noch einen berechneten Zweck erfllen sollen, ist ein tollkhnes Unterfangen. Zur Warnung sei nochmals auf die Strmungssimulation der BAW hingewiesen.

Karte 21 Animation Strmungsrichtung und -geschwindigkeit im Medemgebiet, Referenzzustand 1992, Computersimulation BAW zur Elbvertiefung 1997 (4), zusammengestellt von "Rettet die Elbe"

Unter dem Aspekt, Inseln in dem Gebiet zu bauen, achte man auf die Stellen, wo Wattflchen trocken liegen. Zwischen Watt und dem nchstgelegenen Ufer wird die Strmung wie in einer Dse beschleunigt, da das Wasservolumen ja entsprechend der Pegeldifferenz nach Druckausgleich strebt. An solchen Stellen wird man durch eine Vertiefung der Fahrrinne und Inseln grte Probleme bekommen, etwa, dass sich der Sedimentumschlag auf Flchen richtet, die man stabil halten will, oder gar die Dse auf einen Deich zielt.

Problemlsungen

Unsere Auswertungen zeigen zunchst ein erweitertes Bild der Tideelbe und bieten Erklrungen, wie es zu bestimmten Problemen kommt bzw. wie man sie vermeidet. Problemlsungen erwarten wir von der Politik, doch die vermissen wir im "Konzept fr eine nachhaltige Entwicklung der Tideelbe als Lebensader der Metropolregion Hamburg" von HPA. Die Flussaue aufzuweiten, um durch Rckdeichung Vorland, Watt und Flachwasserzonen zu vergrern, das wollten alle gern. Eine Problemlsung wird aber erst daraus, wenn die Wirtschaftsbehrde sehr viel Geld zum Kauf von Flchen bereit stellt und die privaten Grundbesitzer berzeugt, dass es nicht nur des Hektarpreises wegen zum Wohle aller ist. Doch sie will lieber Inseln in der Mndung bauen, weil sie die Flchen billig bekme. Aber mit Knauserigkeit lst man keine Probleme. Inseln in der Mndung stellen ein unkalkulierbares Risiko dar (s. Sedimentbewegungen in dem Bereich) und schaffen neue Probleme (Einengungen wirken wie Dsen). Eine Wirtschaftsbehrde, die ehrlich umdenkt, wre auch ein Teil der Lsung. Doch schon der Zeitplan, das HPA „Konzept“ ab November 2006 mit allen Beteiligten zu diskutieren, nachdem nmlich das Planverfahren Elbvertiefung im September durchgeboxt sein soll, macht HPA nicht glaubwrdig. Sie rufen "Seht unsere neuen grnen Kleider", dabei sind sie splitternackt.
 


Informationsquellen

  1. Beweissicherungsdatenbank; WSA Hamburg und Cuxhaven, HPA; http://www.cux.wsd-nord.de/htm/zustimm.htm
  2. Peilungs- und Vermessungsdaten, xyz-Datenstze ASCII-Format, persnliche Mitteilung WSA Hamburg
  3. Clark University, Worcester, Massachusetts; Idrisi GIS; http://www.clarklabs.org/
  4. Bundesanstalt fr Wasserbau, Auenstelle Kste; ELBESTUAR Compact Disc  Version 4.0; Material im Planfeststellungsverfahren "Fahrrinnenanpassung" 1997
  5. Eichweber (WSD Nord), Vortrag "Hydromorphologie der Elbe"; in Workshop ARGE ELBE, Okt. 2005, Hamburg
  6. Wasser- und Schifffahrtsverwaltung im Internet
    http://www.wsa-hamburg.wsv.de/
  7. HPA; Umlagerungsberichte Baggergut 2002 bis 2005
  8. Bundesanstalt fr Gewsserkunde: Umweltrisikoeinschtzung und FFH-Vertrglichkeitseinschtzung fr Projekte an Bundeswasserstraen (gemeint ist die geplante Elbvertiefung), Mrz 2004; http://www.zukunftelbe.de/import/Umweltvertraeglichkeit.pdf
  9. Wassergtemessnetz des Instituts fr Hygiene und Umwelt; https://gateway.hamburg.de/HamburgGateway/FVP/Application/Index.aspx
  10. HPA und WSD Nord; "Konzept fr eine nachhaltige Entwicklung der Tideelbe als Lebensader der Metropolregion Hamburg", Hamburg, Juni 2006

erstellt Juli 2006


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