EDOM'18: EINE NIEDERLÄNDISCH-DEUTSCHE MESSKAMPAGNE IM EMDER FAHRWASSER UND IM DOLLART - MOTIVATION, DURCHFÜHRUNG UND ERSTE, AUSGEWÄHLTE ERGEBNISSE
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Christian Maushake EDoM‘18: eine niederländisch-deutsche Messkampagne im Emder Fahrwasser und im Dollart Motivation, Durchführung und erste, ausgewählte Ergebnisse BAW Kolloquium Hamburg, Februar 2020
E(ms)Do(llard)M(easurements)‘18
EMDEN
Inhalt Emder Fahrwasser
Sperrwerk
1. Vorstellung EDoM‘18 DELFZIJL
- Einführung / Masterplan Ems 2050
- Motivation / Forschungsfragen
Dollart
- Partner LEER
- Durchführung
2. Ausgewählte, erste Ergebnisse
- Zirkulation EFW Dollard
- Schwebstoffkonzentrationen SSC (Sommer Winter)
- Verankerte ADCP-Messungen
PAPENBURG
- Sinkgeschwindigkeiten im Emder Fahrwasser
Wehr Herbrum
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02 / 2020 | Seite 2
Motivation: Masterplan Ems 2050 / EemsDollard2050
EMDEN
Die EU-Kommission verlangt … konkrete Maßnahmen zur D
Verbesserung des Erhaltungszustandes …und droht … mit Sperrwerk
Vertragsverletzungsverfahren. DELFZIJL
NL
waterlevel
Reaktion LEER
Vertragsparteien:
Land Niedersachsen, Bund, Landkreis Emsland, Landkreis Leer, Stadt Emden,
Umweltverbände (WWF, BUND, NABU), Meyer Werft GmbH
Ziel:
nachhaltige Entwicklung und Optimierung des Ems-Ästuars im Hinblick auf die
Natürlichkeit, Sicherheit und Zugänglichkeit. PAPENBURG
„… für einen schiffbaren und lebendigen Fluss“ Wehr Herbrum
Christian Maushake masterplan-ems.info eemsdollard2050.nl www.baw.de
02 / 2020 | Seite 4
Motivation: Forschungsfragen
Welche Mechanismen sind für den hohen stromauf-
Transport von Sedimenten verantwortlich ? Sperrwerk
DELFZIJL
Austausch von Sedimenten zwischen Unterems und
waterlevel
Emder Fahrwasser / Außenems LEER
- Saisonal / Oberwasser / fluid mud
- Dollart
Warum deponiert so viel Material im Emder Fahrwasser ?
- Trotz hoher Sohlschubspannungen (berechnet!) PAPENBURG
- Baggerschwerpunkt (~ 6-8 Mio m3/a)
Wehr Herbrum
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02 / 2020 | Seite 5
Motivation: Projektpartner
• 16 internationale Partner vereinbaren
EDoM’18
• operationell
• Wissenschaftlich
• 2 Jahre Vorbereitungszeit
• Kick off Meeting 10/2017 Delfzijl
(Leitung: Leo van Rijn)
• Kernteam für Organisation
• Deltares / Rijkswaterstaat
Royal HaskoningDHV / BAW
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02 / 2020 | Seite 8
EDoM’18: Konzept
Kampagne:
1. Kampagne 2. Kampagne
• Stationäre
schiffsgestützte
Niedriges 27-29 August 23-25 January Hohes
Ober 2018 2019 Ober Messungen
wasser wasser
• Querprofilmessungen
1 Tidezyklus • Längsprofilmessungen
~4 Wochen: Kurzzeit Monitoring Kurzzeit – Monitoring:
• ADCP Bodenrahmen
Permanentes Monitoring • Messketten
NLWKN / WSV
• Multisensor-Rahmen
Ressourcen:
Kurzzeit Monitoring mit 10 Unterwasserverankerungen (3 WSA / 2 RWS / 5 BAW )
Permanentes Monitoring:
Kampagne mit 8, bzw. 9 (2019) beteiligten Schiffen: • NLWKN
BAW / WSA -- BAW / NPorts -- ICBM OL (2x) -- RWS (2x) -- NLWKN – NIOZ (2018) -- HZG (2019) • WSA
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02 / 2020 | Seite 9
EDoM’18: Messungen
Kurzzeitmonitoring: ~25 Tage:
ADCP Verankerungen / sohlnahe CTD / Turb. (5x)
Messketten: CTD / Trübung (3x)
RWS Multisensorrahmen (2x)
Länngsprofile (Borkum Herbrum)
Stationäre Vertikalprofile
(4x)
ADCP (SES-) Querprofile (3x) D. Oberrecht (NLWKN)
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02 / 2020 | Seite 10
EDoM’18: Messnetz
ADCP-Querschnitt (3)
Stationäres Messschiff (4)
ADCP-Verankerung (5)
Messkette (6)
Multisensorrahmen (2)
Strömung Geisedamm (2)
Pegel
Gewässerkundl. Station
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02 / 2020 | Seite 11
EDoM’18: ausgewählte, erste Ergebnisse
• Zirkulation EFW Dollard
• ADCP (Tidebilanz) / Strömungsmessungen auf dem Leitdamm
• Große Differenzen in den Schwebstoffkonzentrationen SSC
• Sommer Winter
• Horizontal Vertikal
• Verankerte ADCP-Messungen
• Analyse residueller Strömungsgeschwindigkeiten
• Hohe Dynamik (Variabilität) der Sinkgeschwindigkeiten im Emder Fahrwasser
• Manning – Experimente
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02 / 2020 | Seite 13
EDoM’18: Zirkulation Dollart - EFW (numerisches Model 2014 J.Jürges BAW)
94
69
Residuelles Transport Volumen in [m3/s]
Period: 4 Tiden
26.04.2010, 22:55 – 29.04.2010, 00:35
Vier Kontrollvolumen
8
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02 / 2020 | Seite 14EDoM’18: Zirkulation Dollart – EFW (ADCP Messungen, BAW / NPorts)
Residuelles Transport Volumen in [m3/s] aus ADCP-Quersprofilen Keine Bestätigung aus
ADCP Querprofilen
Beachte:
Fehlerhaushalt von Tidebilanzen:
2019: 39 (Beispiel CS_EFW 2019)
2018: 90
∫qf = 71.39 Mio. m3 d = 1.72 Mio m3
2018: 4 ∫qe = 69.67 Mio. m3 39 m3/s
2019: 185
Bei (angenommenem) Messfehler
von 3% für ∫qf ,∫qe:
± 2 Mio m³
± 47 m³/s
Ergebnis
Simulationsergebnis 39 m3/s ± 47 m³/s !?
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02 / 2020 | Seite 15EDoM’18: Zirkulation Dollart – EFW (direkte Messung auf dem Geiseleitdamm 01/2019, BAW, WSA)
Punktweise
Strömungsmessung
VLW and VLO
• 12. Januar – 04. Februar 2019 (41 Tiden)
• Fließrichtung vom Dollard ins EFW dominiert
• Überflutungsdauer VLW
• Minimum: 1:44 h
• Maximum: 6:23 h
VLW VLO
• Im Mittel: 3:55 h
• Strömungsgeschwindigkeiten bis zu
• 1.50 m/s bei VLW
• 1.25 m/s bei VLO
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02 / 2020 | Seite 16EDoM’18: Schwebstoffkonzentrationen (Wasserproben, BAW, RWS, ICBM)
Eimer Diagramm
28. August 2018 3m unter „dazwischen“
Oberfläche (5-6 m Tiefe) 1.5m üb. Grund
Christian Maushake www.baw.de
02 / 2020 | Seite 17EDoM’18: Schwebstoffkonzentrationen (Wasserproben SB_EFW, BAW)
SSC [mg/l] 08/2018 01/2019 • Januar: Längere Dauer höheren Schwebstoffkonzentrationen
Min 34 72
• Höchste Konzentrationen bodennah kurz vor Tnw
Max 776 2100
• Insgesamt niedrigere Konzentrationen als erwartet
Avg 195 537
08 / 2018 (10408/2018
samples) 01/2019
01 / 2019 (101 samples)
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02 / 2020 | Seite 18EDoM’18: Schwebstoffkonzentrationen (BAW, RWS, ICBM)
EFW EMD POG EFW EMD POG
08/2018
30 - 700 90 - 750 60 - 250
„dunkel“ = Boden / „hell“ = Oberfläche, alle Zahlen in mg/l
01/2019
70 - 2100 90 - 22000 100 - 36000 Horizontal (EFW – EMD – POG):
• Geringer Gradient im Sommer
(30 – 750 mg/l)
08/2018 Vertikal (Beispiel EFW):
01/2019
• Starker Gradient im Winter
• Große Spreizung (70 – 36000 mg/l)
„um Niedrigwassser“ • Extreme Zunahme ab EMD
Geringe Spreizung
„um Hochwassser“
Christian Maushake www.baw.de
02 / 2020 | Seite 19EDoM’18: verankerte ADCP-Messungen, ca. 45-50 Tiden (BAW, CAU Kiel)
Strömungsgeschwindigkeit (proj. Hauptrichtung) in m/s GAT KNO GEI DOL EFW
GAT
KNO
Petkumer Sieltief
GEI SPRING NIPP SPRING
EFW
DOL Ditzumer Sieltief
Wymeerer Sieltief
Christian Maushake FLUT EBBE www.baw.de
02 / 2020 | Seite 20 -1.5 0.0 1.5EDoM’18: verankerte ADCP-Messungen, ca. 45-50 Tiden (BAW, CAU Kiel)
Strömungsgeschwindigkeit (proj. Hauptrichtung) in m/s GAT KNO GEI DOL EFW
GAT
KNO
GEI NIPP SPRING
EFW
DOL Ditzumer Sieltief
Wymeerer Sieltief
Christian Maushake FLUT EBBE www.baw.de
02 / 2020 | Seite 21 -1.5 0.0 1.5EDoM’18: verankerte ADCP-Messungen, 1 Nipp/Spring Zyklus (BAW, CAU Kiel)
Residuelle Strömungsgeschwindigkeit (proj. Hauptrichtung) in cm/s GAT KNO GEI DOL EFW
DOL
Ebbe / Flut
Tidezyklus NIPP SPRING
Tidetag
2 Tidetage Ditzumer Sieltief
Wymeerer Sieltief
Christian Maushake FLUT EBBE www.baw.de
02 / 2020 | Seite 22 -5 0 5EDoM’18: hohe Dynamik der Sinkgeschwindigkeiten (Plymouth University, RWS)
LabSFLOC-2 Video Floc Assessment:
Floc size (D), Settling velocity (Ws), Effective Density (re), Floc porosity, Floc mass, Mass settling flux (MSF)
nach A. Manning
(Plymouth University, HR Wallingsford)
Petkumer Sieltief
Wymeerer Sieltief
Christian Maushake www.baw.de
02 / 2020 | Page 23EDoM’18: hohe Dynamik der Sinkgeschwindigkeiten (Uni Plymouth, RWS)
LabSFLOC-2 Video Floc Assessment:
Floc size (D), Settling velocity (Ws), Effective Density (re), Floc porosity, Floc mass, Mass settling flux (MSF)
100
Macroflocs
160
Microflocs
10
Sample S01s:
Davg 18 – 487
1 Wsavg 0.09 – 9.5 mm/s
>< Davg Wsavg ρe(avg) % %
0.1 160 [] [mm/s] [kg/m3] [#] [mass]
Macro 270 3.8 117 12.7 38.2
Effektive
A. Manning (Plymouth University) Dichte Micro 64 1.3 715 87.3 61.8
0.01
10 100 1000
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02 / 2020 | Page 24EDoM’18: Zusammenfassung / Ausblick
Erfolgreiche Verknüpfung behördlich / administrativer und wissenschaftlicher Fragestellungen in einem
Projekt (praktisch” ohne “funding”)
- insgesamt 16 ínternationale Partner aus Verwaltung, Institutionen und Universitäten
Verknüpfung von prozeßorientierten Kampagnenmessungen mit Monitoring (Kurzzeit und permanent)
- Behördliches Dauermonitoring ist unverzichtbar !
Wie weiter mit EDoM’18?
- Weitere Analyse und Dokumentation Koordinierung vieler Partner!
auch Abhängigkeit von (Personal-)Ressourcen BAW hat Maßnahmen umgesetzt
- 2020: Abschlussworkshop
- Wissenschaftliche Publikationen (erste Publikation ist verfasst)
Christian Maushake www.baw.de
02 / 2020 | Page 25Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Bundesanstalt für Wasserbau 22559 Hamburg www.baw.de
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