Geschiebemanagement auch unter Hochwasserbedingungen?Der Eingriff des Menschen bei der Nutzung des...

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Geschiebemanagement

auch unter Hochwasserbedingungen?

Seminar zum Hochwasserrisikomanagement

am Rhein und seinen Nebenflüssen Düsseldorf, 12.07.2013 Dr. Dietrich Bartelt, DB Sediments GmbH

© 2013 by DB Sediments 2

Gegründet am 09.03.2009

Experten aus dem EVU-Bereich mit jahrzehnter langer Erfahrung der

Wasserkraftnutzung

Nachhaltige Lösungen für Sedimentationsprobleme

Gewässerverbesserung durch Sedimentdurchgängigkeit

Umwelttechnik „Made in Germany“

Sitz im Technologie Zentrum Duisburg

Tectrum

Grüne Liga/Wassernetzwerk NRW, Düsseldorf, 12.07.2013

DB Sediments GmbH

Know how in Nutzung von Wasser


Reduziertes Retentionsvolumen Vergrößertes Hochwasserrisiko

Grüne Liga/Wassernetzwerk NRW, Düsseldorf, 12.07.2013 3


Bewirkt Sedimentation und Verlandung

Die Nutzung von Wasser Ein Eingriff in das Ökosystem

Zumeist stehen Erosion und

Sedimentation im Gleichgewicht,

der Fluss behält seine Gestalt.



Die zwei Seiten des Sedimentes

1. Oberwasserseite des Damms: Sediment Überschuss

2. Unterwasserseite des Damms: Sediment Defizit



Meade, Robert H.

Entkopplung von Wasser- und Sedimentfluss


Quelle: Meade, R. H. (2010). Sediment Transport and Deposition in Rivers: The Case for Non-Stationarity. In World Bank Group (Ed.): World Bank Document, A REVIEW OF SELECTED HYDROLOGY TOPICS TO SUPPORT BANK OPERATIONS. Papers from the Workshop (pp. 69-76, Annex).


Probleme ohne Sediment Wirkungen von Sedimentmangel

Sedimentmangel kann im Flussverlauf

mittelbar führen zu:

- Sohl- und Ufererosion

- Standsicherheitsproblemen

an Wasserbauten

- Substratdefizit

und im Küstenbereich zu:

- Landverlusten

- Reinfiltration von Salzwasser ins Grund-

wasser

Beispiel für Sohl- und Ufererosion Quelle: Alpreserve



Wellen Dynamik

Qualitative Veränderung mit/ohne Sediment Transport

8 Grüne Liga/Wassernetzwerk NRW, Düsseldorf, 12.07.2013

Welle mit Sediment

Welle ohne Sediment


Probleme ohne Sediment Beispiel: Sedimentdefizit im Rhein

Quellen: Bundesanstalt für Wasserbau (Koblenz), Hülskens Wasserbau (Wesel)

Sedimentbeigaben sind kostspielig.

2012: WSA Duisburg 24 Mio. €

bei Iffezheim:

rd. 400.000 t/a

künstliche Sedimentbeigaben

Sedimentdefizit

an der D/NL-Grenze:

rd. 2.500.000 t/a

unterhalb Duisburg:

rd. 230.000 t/a


Quelle: WSA DU, http://www.wsv.de/ftp/presse/2012/00191_2012.pdf


Globale Wasserspeicherkapazität Dramatischer Verlust trotz steigendem Bedarf

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Net Storage Capacity Storage Capacity Lost Capacity (Sedimentation/Siltation)

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Source: Based on data from Jenzer and Cesare (2005) and GWSP Digital Water Atlas (2008) Grüne Liga/Wassernetzwerk NRW, Düsseldorf, 12.07.2013 10


Der Fluss als Ökosystem

Sedimente als wichtige integrale Systembestandteile

Source: Global Water System Project www.gwsp.org



Source: Google Maps (2011)

Sediment Defizit – Küstenerosion



Bisherige Lösungsversuche Negative Auswirkungen im Unterwasser vernachlässigt

1. Spülung / Öffnen des Grundablasses

Sehr großer Wasserverlust

Sehr starke, zyklische Beeinträchtigung des Ökosystems

Verlandung im Unterwasserbereich (Kiesnester)

Zerstörung der Benthosstrukturen im Unter- und Oberwasser

2. Entnahme des Sedimentes / Baggerung oder Nassbaggerverfahren

Gewöhnlich mit Anlagenstillstand verbunden

Enorme Deponiekosten

Zerstörung der Benthosstrukturen im Oberwasser

Verstärkte Erosion im Unterwasser

3. Nassbaggerverfahren über die Staumauer

Großer Wasserverlust

Starke, zyklische Beeinträchtigung des Ökosystems

Zerstörung der Benthosstrukturen im Unter- und Oberwasser



Stauraumspülung Langmannsperre, Austria, 2008-2009



ConSedTrans – Method Kontinuierlicher Sedimenttransfer – naturnah, systemverträglich


Die Sedimente werden ähnlich einem Saugbaggerverfahren beständig in kleinen Mengen aufgenommen, innerhalb des Gewässers weiter transportiert und vor den Abflussorganen wieder abgelagert. Dort werden die gelockerten Sedimente mit dem Abfluss in naturnahen Mengen wieder ausgetragen.

keine Wasserverluste

keine Beschädigung der Turbinen bei der Sedimentweiterleitung


Vessel Typ 101 Die technischen Einrichtungen sind überschaubar.

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vollautomatisches Arbeitsgerät

- geräuscharm

- nachlaufende Förderung

- Grundmaße ca. 2,30 x 4,50 m

technisch anders konstruiert als konventionelle

Saugbagger und dadurch vollautomatisierbar

keine wassergefährdenden Stoffe, sondern

elektrischer Antrieb (Sekundärstromkreis)


© 2013 by DB Sediments Grüne Liga/Wassernetzwerk NRW, Düsseldorf, 12.07.2013 17

Arbeitsgeräte Technisch sind verschiedene Varianten möglich.

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andere/größere/zusätzliche Geräte:

- Elektro- oder Dieselantrieb

- unterschiedliche Arbeitstiefen und -verfahren (bis über 200 m Tiefe)

- fast alle Größenordnungen

vollautomatisches Arbeitsgerät

- elektrischer Antrieb - nachlaufende Förderung - Arbeitstiefe bis 40 m

konventioneller Saugbagger

- Elektro- oder Dieselantrieb - Arbeitstiefe je nach Typ 8 m bis über 200 m manueller Klein-Saugbagger

- elektrischer Antrieb - Arbeitstiefe bis 8 m


RWE Innogy GmbH

Sediment Management in Olsberg



KonSed – Projekt

Forschungsprojekt mit der RWTH Aachen



Grundlagen – Exkurs

Hjulström-Diagramm



RWE Innogy GmbH

Sediment Management in Olsberg

Eigner des Wasserkraftwerks :

RWE Innogy GmbH

Olsberger Stausee

Ruhr / Sauerland

Verlandeter Stausee für die

Bereitstellung von Wasser für die

Wasserkrafterzeugung

Beginn des kontinuierlichen

Sedimenttransportes am

1. Dezember 2011

Monatlicher Sedimenttransfer:

ungefähr 200 t/Monat



Risikoanalyse

Existierende und projektierte Staustufen/Dämme

Bewertung des ursprünglichen Stauvolumens

- Berücksichtigung des ursprünglichen Layouts

Bestimmung des existierenden, betrieblich nutzbaren Stauvolumens

- Durch Sedimentation verlorenes Stau-

volumen,

- Sedimentations- und Verlandungsrate

- Abschätzen der möglichen Betriebsdauer,

unter besonderer Berücksichtigung des not-

wendigen Arbeitsraum für den Staubereich.

Weitergehende Analyse von Risiken:

- Mögliche Konsequenzen aus der Blockade eines Grundablasses

durch abrutschendes Sediment

- Hochwassergefahren durch Reduzierung der Retensionsräume in

Staubereichen.



Award of Excellence

Leading Global Sustainable Technology



ConSedTrans - Verfahren

Positive umweltrelevante Aspekte

• Wiederherstellung der natürlichen Flussmorphologie.

• Das Verfahren ist umweltfreundlich und fischfreundlich.

• Es hat einen positiven Einfluss auf den Grundwasserstand und die

Grundwasserqualität.

• Die Biodiversität im Fluß und im Deltabereich des Meeres bleibt

erhalten bzw. kann verbessert werden.




Positive betriebsrelevante Aspekte

• Der Stauraum kann wieder komplett genutzt werden.

• Vermeidung von enormen Deponiekosten und/oder

• Vermeidung von Erzeugungsverlusten.

• Erhalt / Schaffung von Retentionsräumen!




Aspekte für den Hochwasserfall

• Grundsätzlich erfolgt mit dem ConSedTrans – Verfahren eine

kontinuierliche Verlagerung von Sedimenten in Abhängigkeit vom

Wasserdargebot.

• Aber die Sicherheit darf für den Betrieb nicht eingeschänkt

werden. Daher muss der sichere Betrieb gewährleistet sein,

ansonsten muss die Anlage in eine sichere Position gefahren

werden.

• Durch den Erhalt/die Schaffung von Retentionsräumen wird das

Hochwasserrisiko eingeschränkt.




Zusammenfassung

• Dramatische Verknappung der globalen Staukapazitäten für Wasser

durch Sedimentation und Verlandung.

• Der Fluss ist ein Ökosystem

• Sedimente sind ein wichtiger, integraler Bestandteil dieses Systems

• Kontinuierliches Sedimentmanagement ist eine dringende Aufgabe

• Der Eingriff des Menschen bei der Nutzung des Wassers kann durch

den kontinuierlichen Sedimenttransport ausgeglichen werden.

DB Sediments liefert hierzu den Lösungsansatz.

• Es gibt keine ökonomische Lösung ohne eine ökologische Lösung!



“If you cut the transport of sediment in a river – you kill life in the river, as well as in the delta area

of the river in the ocean”.

Juan Pablo Orrega Silva, Alternative Nobel Prize Winner, Bonn, Germany, 15.11.2011

DB Sediments GmbH

Bismarckstr. 142

D-47057 Duisburg, Germany

T. +49-203-306-3620

F. +49-203-306-3629

[email protected] www.db-sediments.com


http://www.db-sediments.com/



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