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Fachstudie „Seitenstrukturen“

 

Mehr als 1.000 Seitenstrukturen befinden sich in der Talaue der Elbe. Im Bereich der deutschen Binnenelbe nehmen diese Seitenstrukturen insgesamt eine Fläche von ca. 50 km² ein, auf der schadstoffbelastete Schwebstoffe nach einem Hochwasser absedimentieren bzw. während einer Überflutung resuspendiert verlagert werden können.

 

61 % dieser Fläche (31 km²) entfallen auf Seitenstrukturen einer beträchtlichen Länge von mehr als 500 Metern, in denen das Wasser im Falle einer erhöhten Abflusssituation mit hoher Geschwindigkeit entlangströmen kann. Würde man eine resuspendierbare Sedimentschicht von durchschnittlich 30 cm Tiefe annehmen, ergäbe dieses im Falle eines Hochwasserereignissess einen potenziellen Eintrag aus den Seitenstrukturen von 15 Mio. m³ möglicherweise schadstoffbelasteten Materials in die Elbe.

Zur Abschätzung der Bedeutung des Stoffaustrages aus den Seitenstrukturen der Elbe wurde die HAW Hamburg / TU Tech GmbH durch die BUE Hamburg mit einer Studie zur „Durchführung einer Sondierungsuntersuchung zum Risiko durch eine Schadstoffremobilisierung aus Seitenstrukturen der Elbe" beauftragt.

Flusslandschaft

Beidseitig nicht angebundene Seitenstruktur (Foto: Dr. René Schwartz)

Unter Seitenstrukturen werden in dieser Studie Stillgewässer verstanden, die in der Talaue der Elbe liegen und entweder keine oder nur eine eingeschränkte Verbindung zur Elbe haben, jedoch bei bestimmten Abfluss- bzw. Hochwassersituationen überflutet werden können.

Unterschieden wird zwischen:

Häfen: Seitenstrukturen, die bei einem mittleren Abfluss (MQ) angebunden sind und der Gewässerunterhaltung zum Zwecke der Schiffbarkeit unterliegen.

Altarme und Buchten: Sie sind ebenfalls bei einem mittleren Abfluss (MQ) angebunden, unterliegen jedoch nicht der Gewässerunterhaltung. Die Unterscheidung zwischen „Bucht" und „Altarm" weist auf die Entstehungsgeschichte hin. Während „Altarme" Teil eines früheren Gewässerverlaufs waren und sich über eine längere Strecke in die Talaue entlang ziehen, wird der Begriff „Bucht" für kleinere Seitenstrukturen mit eingeschränktem Austausch mit der Elbe verwendet, die z. B. durch Verlandung von Buhnenfeldern oder Anschluss von Bracks entstanden sind.

Altwässer: Dieser Begriff beschreibt Stillgewässer in der Talaue, die bei einem mittleren Abfluss (MQ) nicht mehr angeschlossen sind, wie ehemalige Altarme oder auch Seen, die sich z. B. nach Deichbrüchen oder durch menschliche Eingriffe gebildet haben und bei Hochwasser an die Elbe angeschlossen werden.

Hafeneinfahrt Schnackenburg

Hafeneinfahrt bei Schnackenburg (Foto: Dr. René Schwartz)
Bei Hochwasser angebundene Seitenstruktur (Foto: Prof. Dr. Susanne Heise)

Zielsetzung

Mit dieser Fachstudie sollten Informationen gewonnen werden, aus denen ein potenzielles Risiko für die Elbe durch Resuspendierung kontaminierten Sediments aus Seitenstrukturen abgeleitet werden kann. Aufgrund dieser Informationen wurden Parameter (z. B. hydrologische Kennwerte, Körnung, Schadstoffgehalt und -menge) identifiziert, die mit diesem Risiko korreliert werden können (z. B. Lage der Seitenstruktur in der Talaue, statistische Überflutungshäufigkeit). Darauf aufbauend wurden begründete Annahmen darüber getroffen, bei wie vielen Seitenstrukturen entlang der Elbe ein Risiko für die negative Beeinflussung der stofflichen Qualität des Hauptstroms bestehen kann.

Es wurden 15 Seitenstrukturen exemplarisch betrachtet, die sich in unterschiedlichen Flussabschnitten befinden (zwischen Fluss-km 340 und 569) und sich in ihrer Lage und Entfernung zum Fluss sowie in ihrer Anschlusssituation unterscheiden.

Vorgehensweise

Je nach Größe der jeweiligen Seitenstruktur wurden an unterschiedlichen Positionen bis zu drei Sedimentkerne entnommen und zur Bestimmung der kritischen Schubspannungs­geschwindigkeiten direkt nach der Entnahme der Sedimentkerne vor Ort vermessen. Mit dieser Methode kann untersucht werden, wann die Stabilität der Sedimentoberfläche den auftretenden Scherkräften nicht mehr standhält (Überschreitung der kritischen Sohlschubspannung) und es zu einer verstärkten Suspendierung von Partikeln kommt. An den gleichen Standorten wurde auch die Schadstoffbelastung von Sedimentkernen untersucht.

Weiterhin erfolgte eine Erhebung der Sedimentvolumina. Zahlreiche Seitenstrukturen weisen Sedimentmächtigkeiten von einem Meter und mehr auf. Die meisten Sedimente zeigten eine erhebliche Belastung mit Schwermetallen und organischen Schadstoffen. In Kombination mit einer leichten Erodierbarkeit und hohen Sedimentmächtigkeiten könnten diese Seitenstrukturen bei Hochwasserereignissen wesentlich zur Schadstofffracht der Elbe beitragen.

Im Schlauchboot und viel Technik geschützt in einem Zelt

Probenahme (Fotos: Prof. Dr. Susanne Heise)

Aufgrund der geringen Zahl von Stationen bei dieser Sonderierungsuntersuchung können bezüglich der Risiko-relevanten Charakteristika von Seitenstrukturen nur vorläufige Schlüsse gezogen werden. Diese gehen dahin, dass Seitenstrukturen mit einer direkten Anbindung an die Elbe (Buchten und Altarme) ein höheres Schadstoffpotenzial aufzuweisen scheinen als die Altwasser. Auch ist das Risiko des Eintrags aus diesen mindestens einseitig angebundenen Gewässern in die Elbe im Falle eines Hochwassers aufgrund der direkten Verbindung größer.

Weitere Auffälligkeiten sind: Zum einen ist die tiefste Feinsedimentschicht nicht notwendigerweise die am stärksten kontaminierte. Entgegen der Erwartung, dass sich hohe historische Kontaminationen in den tiefen Schichten der Seitenstrukturen wiederfinden, sind diese trotz eines ähnlichen Feinkornanteils teilweise geringer belastet als die oberen 20 cm. Dies lässt darauf schließen, dass diese tiefere Sedimentschicht (> 80 cm Sedimenttiefe) nicht an Resuspensionsprozessen teilnimmt, da es sonst zu einer Einmischung der Schadstoffe kommen würde.

Die Kontaminationsmuster sind bei allen bisher gemessenen Proben ähnlich: Cadmium, Quecksilber und Zink liegen teilweise weit über den Zielvorgaben der FGG Elbe / IKSE (Höchstwerte Cd: 39 mg/kg; Hg: 40 mg/kg; Zn: 3.810 mg/kg). In einigen Proben sind auch PCB in hohen Gehalten vertreten (Höchstwert Summe PCB: 292 µg/kg). p,p-DDT kommt i.d.R. nur in Sedimenten von mehr als 10 cm Tiefe in signifikanter Konzentration vor. Da DDT unter anaeroben Bedingungen genauso schnell oder schneller abgebaut wird als unter aeroben, ist dies ein Hinweis darauf, dass diese Schichttiefe meist nicht dem Resuspensionszyklus unterliegt, sondern seit längerer Zeit mitsamt ihres Schadstoffinventar vorliegt.

Für die einzelnen Seitenstrukturen ist eine Gesamtbewertung bezüglich des Risikos, dass Schadstoffe aus der Seitenstruktur ausgetragen werden, möglich. Die Aussage eines Risikos ist an die Annahme geknüpft, dass substanzielle Mengen kontaminierten Materials während eines Hochwassers resuspendiert werden. Bisher wurde darauf indirekt geschlossen, indem bestimmt wurde, ob (1) Kontaminationen vorhanden sind, ob (2) wie viel Sediment vorliegt, und ob sich dieses (3) oberflächlich resuspendieren lässt.

Hochgerechnet auf die Gesamtfläche der Seitenstrukturen ergibt sich aus den gemessenen Daten, dass zwischen 1.700 und 54.000 t Sediment mit einem Hochwasserereignis resuspendiert werden könnten. Im Vergleich mit der täglichen Schwebstofffracht während eines Hochwassers (z. B. März 2006 in Magdeburg: ca. 18.000 t/d) sind diese Werte sehr hoch, ebenso wie der potenzielle mittlere Austrag von 5.6 t Kupfer aus der Gesamtfläche an Seitenstrukturen während eines Hochwassers.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Seitenstrukturen teilweise in erheblicher Entfernung von der Elbe liegen können und es somit zur Sedimentation von Material auf bewachsenen Flächen kommt, bevor es die Elbe erreicht.

Schlussfolgerungen

Aus den bisherigen Daten und Überlegungen ergeben sich folgende Schlussfolgerungen:

  • Aufgrund der Kontamination und Erodierbarkeit des Sedimentes ist bei Seitenstrukturen davon auszugehen, dass sie in erheblicher Weise zur Sedimentdynamik bei Überflutungssituationen beitragen.
  • Dabei kommt es bereits bei der Aufwirbelung der Sedimentoberfläche zu einem erheblichen Schweb- und Schadstoffaustrag.
  • Die Kontamination des erodierten Materials übersteigt teilweise die Kontamination tieferer Schichten. Damit erhöht sich das Risiko durch den Austrag aus Seitenstrukturen.
  • Es ist zu vermuten, dass jene Seitenstrukturen, die einen direkten Anschluss an den Hauptfluss haben, den größten Einfluss auf die Sedimentfracht der Elbe haben. Die bisherigen Daten legen nahe, dass sie auch am stärksten kontaminiert sind.

Download

Durchführung einer Sondierungsuntersuchung zum Risiko durch eine
Schadstoffremobilisierung aus Seitenstrukturen der Elbe (pdf-Datei, 5 MB)