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Geschiebezugabe am Rhein unterhalb Iffezheim

Gabriele Boettcher

Im folgenden Beitrag werden neben der Beschreibung der Geschiebezugabe unterhalb Iffez-heim vor allem die vertraglichen Bedingungen, die die Grundlage für die Durchführung derGeschiebezugabe unterhalb Iffezheim bilden, erläutert. Es wird beschrieben, inwiefern dieEinhaltung der Randbedingungen im Jahre 1998 Probleme bereitet haben und welche Maß-nahmen daraufhin ergriffen wurden. Der Erfolg der zusätzlichen Maßnahmen wird beurteiltund in einem Ausblick eine Tendenz und die derzeit daran koppelbare Aussage für die Zu-kunft gegeben.

Veranlassung und vertragliche Grundlagen Mit dem Versailler Vertrag von 1919 wurde dem französischen Staat der Ausbau des Rheinszwischen Basel und Straßburg zur Stromerzeugung zugesprochen.

Beim Bau der einzelnen Staustufen wurde das zu erwartende Phänomen beobachtet, dassoberhalb einer Staustufe aufgrund der großen Abflussquerschnitte und der dadurch be-dingten geringen Fließgeschwindigkeiten die Erosionstendenz gering ist und der Geschiebe-trieb sich als unbedeutend erweist. Beim Übergang unterhalb einer Staustufe in ein freiflie-ßendes Gewässer setzt der Geschiebetrieb ein und die Sohle erodiert bei befestigten Ufernaufgrund der hohen Fließgeschwindigkeiten.

Da mit der Inbetriebnahme der Staustufe bei Straßburg, der letzten Staustufe, deren Bau aufGrundlage des Versailler Vertrag vereinbart war, unterhalb wiederum die Erosion der Sohleeinsetzen würde, schlossen die Bundesrepublik Deutschland und der Französische Staat am4. Juli 1969 den Vertrag zum Ausbau des Rheins zwischen Kehl/Straßburg und Neuburg-weier/Lauterbourg. Mit diesem Vertrag verpflichteten sich beide Staaten zum einen zum Bauder Staustufen Gambsheim und Iffezheim und zum anderen zur Durchführung von Untersu-chungen zur Bekämpfung der Erosion am Entstehungsort, um ggfs. den weiteren Staustu-fenbau unterhalb von Iffezheim zu vermeiden.

Die von beiden Staaten durchgeführten Untersuchungen führten nicht zum gewünschtenErgebnis. Mit der Zusatzvereinbarung vom 16. Juli 1975 zum o.g. Vertrag von 1969 wurdeder Bau einer weiteren Staustufe bei Neuburgweier beschlossen. Bei Neuburg-weier/Lauterbourg endet die deutsch-französische Grenzstrecke, d.h. der Rhein fließt nurnoch auf deutschem Hoheitsgebiet. Die Lösung des Erosionsproblems wäre unterhalb derStaustufe Neuburgweier folglich kein deutsch-französisches mehr sondern ein alleinigesProblem der Bundesrepublik Deutschland.

Die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes führte nach dem Beschluss dieser Ver-einbarung weiterhin Untersuchungen zur Bekämpfung des Erosionsproblems durch. In zahl-reichen Labor- und Naturversuchungen wurde der Ersatz des natürlichen Geschiebes durchdie Zugabe von künstlichem Geschiebe erprobt. Infolge erfolgreicher Versuche wurde dannauf Initiative der deutschen Delegation am 6. Dezember 1982 die deutsch-französische Ver-einbarung zur Änderung und Ergänzung der Zusatzvereinbarung von 1975 geschlossen,aufgrund derer u.a. der Bau der Staustufe Neuburgweier zurückgestellt und die Durchfüh-rung der Geschiebezugabe unterhalb Iffezheim beschlossen wurde. In der Vereinbarungsind die folgenden Bedingungen zur Durchführung der Geschiebezugabe festgelegt:

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• Bei Q = 570 m³/s (GLQ) darf die Wasserspiegelhöhe 111,11 müNN bei Rhein-km336,2 für einen Zeitraum von mehr als 6 Monaten um nicht mehr als 30 cm unter-schritten werden. Gegebenfalls können die Vertragspartner die Erhöhung der maximalzulässigen Wasserspiegelabsenkung von 30 cm auf 50 cm vereinbaren.

• Die Fahrrinne ist auf eine Tiefe von 2,10 m bei GLQ bei einer Fahrrinnenbreite von 88m oberhalb bzw. 92 m unterhalb der Murgmündung auszubauen.

• Durch die Maßnahmen darf keine Beeinträchtigung der Schifffahrt erfolgen.

Sollten die Bedingungen nicht eingehalten werden, so ist umgehend mit dem Bau der Stau-stufe Neuburgweier zu beginnen.

Durchführung der Geschiebezugabe

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Ersatz des natürlichen Geschiebes durch Zugabe von künstlichem Kies-Sand-Gemisch

Abbildung 1: Räumliche Einordnung, Einbaubereich unterhalb der Staustufe Iffezheim und Schnitt einer Schute beim Verklappvorgang

Mit der Zugabe des Geschiebes wurde im April 1978, etwa ein Jahr nach Schließung desQuerdammes der Staustufe Iffezheim, begonnen. Seitdem wird die Geschiebezugabe unter-halb Iffezheim ununterbrochen durchgeführt. Der Einbaubereich der Geschiebezugabe liegtzwischen Rhein-km 336 und 338. In diesem Bereich wird das künstliche Geschiebe für denAbtransport durch das Wasser auf der Sohle abgelegt.

Der Einbau erfolgt mittels Hydroklappschuten, die durch das Peilschiff „Kriemhild“ für denVerklappvorgang genau eingewiesen werden (Abbildung 2). Eingebaut wird das Geschiebe

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ersatzmaterial bei der Talfahrt in Streifen von ca. 10 m Breite, 150-200 m Länge und ca. 25-30 cm Höhe.

Während ...

Beginn der Verklappung

Am Ende der Verklappung

Abbildung 2: Verlauf eines Verklappvorganges

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Abbildung 3: Querprofil im Einbaubereich mit Kennzeichnung des Sicherheitsabstandes

Der Sicherheitsabstand zu der für die Schifffahrt zu gewährenden Fahrwassertiefe von 2,10bei GLQ beträgt 40 cm (Abbildung 3). Nach dem Einbau jedes Streifens werden zur Kontrolledes Einbaus und Festlegung der Lage des nächsten Einbaustreifens Querprofile gepeilt.

Die Zusammensetzung des Geschiebeersatzmaterials (Abbildung 4) wurde in Zusammenar-beit mit der Bundesanstalt für Wasserbau in Karlsruhe (BAW) und der Bundesanstalt fürGewässerkunde in Koblenz (BfG) gemäß dem natürlich zu erwartendem Geschiebetriebfestgelegt. Die Kornverteilung wird aufgrund der gesammelten Erfahrungen beim Einbau unddem Erosions- und Sedimentationsverhaltens in den Streckenbereichen unterhalb der Zuga-bestelle bei Bedarf angepasst und wurde daher seit 1978 mehrmals abgeändert. Anhand vonProbenahmen wird die Einhaltung der Kornverteilung ständig kontrolliert.

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0,1 2 8 16 32 63

Korndurchmesser [ mm ]

Sieb

durc

hgän

ge [

Gew

.-% ]

Sollwerte Mittelwerte 2001

Abbildung 4: Soll-Ist-Darstellung der Zusammensetzung des Kies-Sand-Gemisches für das Jahr 2001

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050.000

100.000150.000200.000250.000300.000

1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000800100012001400160018002000

Einbaumengen [m³]Mittlerer Abfluss am Pegel Maxau [m³/s]

Abbildung 5: Darstellung der jährlichen Einbaumengen und des Verlaufs der mittleren jährlichen Ab- flüsse am Pegel Maxau für den Zeitraum 1978 bis 2000

Die jährlichen Einbaumengen hängen maßgeblich vom Abflussgeschehen ab (Abbildung 5).Durchschnittlich werden jährlich derzeit ca. 180.000 m³ Kies-Sand-Gemisch eingebaut.

Einhaltung der vertraglich festgelegten Bedingungen Im Jahr 1998 wurde festgestellt, dass der kritische Wasserstand von 110,80 müNN (111,11müNN – 0,3 m) bei Rhein-km 336,2 (Pegel Iffezheim) anhaltend unterschritten worden ist.Daraufhin wurde in Absprache mit BAW und BfG mit dem Einbau von Wasserbausteinen50/150 zur Stabilisierung der Sohle begonnen.Am 19./20. Oktober 1998 informierte die deutsche Delegation das für die Vertragserfüllungzuständige deutsch-französische Gremium (Ständige Kommission) über die eingetreteneSituation und die begonnen Maßnahmen und beantragte die Heraufsetzung der Grenze fürdie maximale Unterschreitung des Wasserstandes von 111,11 müNN von 30 cm auf 50 cmfür einen Zeitraum von drei Jahren. Die Ständige Kommission stimmte diesem Vorschlag zuund forderte die deutsche Delegation auf nach Ablauf der drei Jahre, d.h. zum Ende des Jah-res 2001, über den Erfolg der Maßnahmen zu berichten.

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Beschreibung der seit 1998 durchgeführten Maßnahmen Zusätzlich zur Geschiebezugabe werden seit 1998 die o.g. Maßnahmen zur Sohlenstabilisie-rung durchgeführt. Hierbei wird die Rheinsohle in Übertiefen, die größer als 3 m unter demEinbauwasserstand sind und bei denen die natürliche Sohlenpanzerung durch Erosion zer-stört sein könnte, dadurch befestigt, dass Wasserbausteine der Körnung 50-150 mm in einerSchichtdicke von ca. 50 cm eingebaut werden. Die natürliche Sohlstruktur wird durch diesenEinbau nachgebildet und um durchschnittlich 50 cm angehoben. Die Steingröße wurde sogewählt, dass jederzeit überall im Fahrwasser für die Schifffahrt die Möglichkeit besteht zuankern.

Die Einbaumengen an Kies-Sand-Gemisch als Geschiebeersatzmaterial und Steine zurSohlenstabilisierung, die seit 1998 einbebaut worden sind, sind in Tabelle 1 dargestellt.

Jahr Kies-Sandgemisch[m³]

Steine[m³]

1998 190.000 22.0001999 275.000 64.0002000 165.000 61.0002001* 183.000 12.000

* bis einschließlich 31.08.2001

Tabelle 1: Einbaumengen des Geschiebeersatzmaterials (Kies-Sandgemisch) und Sohlenstabilisierung(Steine)

Bis zum Ende des Jahres 2001 ist aufgrund des Abflussgeschehens mit dem Einbau von imMinimum 240.000 m³ Kies-Sandgemisch (Stand 31.08.2001) zu rechnen. Im Jahr 2001 wer-den ca. 30.000 m³ Steine zur Stabilisierung der Sohle eingebaut.

Kontrolluntersuchungen der Sohle, die mit dem Taucherglockenschiff „Carl Straat“ im Okto-ber 1999, d.h. nach den extremen Hochwässern in Februar und Mai 1999, durchgeführt wer-den konnten, haben gezeigt, dass das eingebaute Sohlstabilisierungsmaterial sich größten-teils lagestabil verhält.

Entwicklung des WasserspiegelsEine direkte Aussage bzgl. der Wasserspiegelentwicklung bei Rh-km 336,2 beim Q = 570m³/s ist aufgrund von Messungen derzeit nicht möglich, da seit 1997 keine Niedrigwasserab-flüsse in dieser Größenordnung aufgetreten sind.

Eine Rückrechnung des Wasserstandes bei Rh-km 336,2 für Q = 570 m³/s anhand der Ab-flusskurve Iffezheim oder Plittersdorf ist wenig aussagekräftig. Dies ist darin begründet, dassdiese Abflusskurven aufgrund der extremen Sohlschwankungen (max. Differenz von 30 cm)laufenden Änderungen unterworfen sind und daher anhand von Messungen ständig zu aktu-alisieren sind, um die realen Verhältnisse möglichst korrekt abbilden zu können. Da für dieAktualisierung der W-Q-Beziehung für den Niedrigwasserbereich jedoch keine Messwertevorliegen, könnten die aktuellen Werte für den Niedrigwasserbereich nur über Extrapolationbestimmt werden. Diese Extrapolation führt jedoch zu einer zu hohen Fehlerbehaftung undist daher nicht sinnvoll.

Die Darstellungen in den Abbildungen 6 und 7 zeigen die Differenzen zwischen dem gemes-senen Wasserspiegel zum entsprechenden Zeitpunkt und dem Wasserspiegel, der sich er

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gibt, wenn zur Berechnung des Wasserspiegels aus dem gemessenen Abfluss die im Jahr1978 (Beginn der Geschiebezugabe) geltende Abflusskurve zugrundegelegt wird. Anhandder Abweichung der gemessenen Wasserspiegel zu den auf 1978 rückgerechneten Wasser-spiegeln ist es möglich, eine Aussage über die Tendenz des Wasserspiegelverhaltens amPegel Iffezheim bezogen auf die Situation im Jahre 1978 treffen.

-60,00

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10,00

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30,00

12.10.1977 08.07.1980 04.04.1983 29.12.1985 24.09.1988 21.06.1991 17.03.1994 11.12.1996 07.09.1999

Zeit

Abw

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m]

alte Messungen

für die Abflusskurve verwendete Messungen

Wber : Wasserstand, der sich mit dem gemessenen Abfluss aus der Abflusskurve ergibtW : Wasserstand, der während der Abflussmessung aufgetreten ist

Abbildung 6: Pegel Iffezheim 1978: Abweichungen der delta-W der Abflussmessungen von der Ab- flusskurve

In der Abbildung 6 sind die Differenzen der einzelnen Messungen bezogen auf das jeweiligeDatum der Messung aufgetragen, in Abbildung 7 sind zur Verdeutlichung die arithmetischenMittel der Differenzen eines Jahres dargestellt.

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Anhand des Verlaufes der Punkteschar der Abweichungen bzw. der arithmetischen Mittel derAbweichungen kann der Abwärtstrend des Wasserspiegels nachvollzogen werden, der unteranderem auch durch den Ausbau der Fahrrinne auf von 1,70m auf 2,10m und der damit ver-bundenen Buhnenanpassung bedingt ist. Das Wasserspiegeltief im Jahr 1995 ist eindeutigerkennbar. Ebenso zeigt die Darstellung einen eindeutigen Aufwärtstrend infolge der Soh-lenstabilisierung seit 1998.

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1978

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Zeit (Jahr)

Mitt

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-W (c

m)

Abbildung 7: Jährliche arithmetische Mittelwerte der Delta-W-Werte (Wgem-Wber) bezogen auf die Abflusskurve der Pegels Iffezheim 1978, aufgetragen über die Zeit

Eine Näherung der heutigen Situation am Vertragspegel zeigen die in Abbildung 8 darge-stellten Ergebnisse von Wasserspiegelfixierungen. Die Darstellung beinhaltet eine Gegen

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überstellung der Wasserspiegelfixierung von Februar 2001 und Fixierungen von Januar undSeptember 1978 bei einem Abfluss von Q ≈ 800 m³/s.

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334,000 335,000 336,000 337,000 338,000 339,000 340,000 341,000 342,000Rhein-km

Was

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N +

m]

18.01.78 28.09.1978 20.02.2001

Vertragspegel bei Rh.-km 336,201

Pegel PlittersdorfRh.-km 340,215

Freiburg - Geschiebezugabe Iffezheim, GS 1

Abbildung 8: Gegenüberdarstellung der Wasserspiegelfixierungen von Februar 2001 mit Wasserspie- gelfixierungen von Januar und September 1978

Diese Wasserspiegelfixierung zeigt, dass die Differenz zu den im Jahr 1978 gemessenenWerten ausreichend gut innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches von 30 cm liegt.

Bewertung der Maßnahmen der Sohlenstabilisierung Sowohl der Aufwärtstrend am Pegel bei Rh-km 336,2 und die geringen Abweichungen derWasserspiegelfixierung am Vertragspegel als auch deren Verlauf rechtfertigen die Ansicht,dass die seit 1998 durchgeführten Maßnahmen zur Sohlenstabilisierung eine positive Wir-kung auf die Wasserspiegelentwicklung am Vertragspegel zeigen. Dies ist unter der Berück

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sichtigung der Tatsache bemerkenswert, dass der Wasserspiegel sogar trotz der beidenlanganhaltenden außergewöhnlichen Hochwasserereignisse im Jahre 1999 und der in denletzten Jahren überwiegend aufgetretenen hohen und langanhaltenden Abflüsse wieder an-gehoben werden konnte. Es zeigt sich, dass mit der Maßnahme der Sohlenstabilisierung eine Trendwende herbeige-führt werden konnte.

AusblickDa es sich bei der Rheinsohle um eine bewegliche Sohle handelt und mit den eingebautenSteinen keine Sohlpanzerung bewirkt werden soll, werden immer wieder – zumindest in dennächsten Jahren - Nacharbeiten durchzuführen sein. Folglich sind zumindest mittelfristigneben der Geschiebezugabe weiterhin die sohlstabilisierenden Maßnahmen fortzuführen.

Bei Weiterführung dieser Maßnahmen wird es aufgrund der Erfahrungen der vergangenendrei Jahre für erreichbar angesehen, dass die zulässige Abweichung am Pegel bei Rh-km336,2 von 30 cm wieder eingehalten werden können.

Es wird jedoch erst nach einem wesentlich längerem Beobachtungszeitraum möglich sein zubeurteilen, ob mit dieser zusätzlichen Maßnahme der gewünschte Erfolg erreicht werdenkann !

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