Modellierung von Sturmflutwasserständen in der Tideelbe...zwischen Elbe – km 755 und Elbe - km...

ModellierungvonSturmflutwasserständeninderTideelbe

B3955.03.06.10006

BundesanstaltfürWasserbau·WedelerLandstraße157·22559Hamburg·Tel.:(040)81908-0

Auftraggeber: LandesbetriebfürKüstenschutz,NationalparkundMeeresschutzSchleswig-HolsteinHerzog-Adolf-Straße125813Husum

Auftragvom: 4.Juli2017,Az.:AZAuftrags-Nr.: BAW-Nr.B3955.03.06.10006Aufgestelltvon: Abteilung: WasserbauimKüstenbereich Referat: ÄstuarsystemeII(K3) Bearbeiter: Dr.rer.nat.E.Rudolph Hamburg,12.04.2018Das Gutachten darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eineVeröffentlichungbedürfenderschriftlichenGenehmigungderBAW.

ModellierungvonSturmflutwasserständeninderTideelbe

BundesanstaltfürWasserbau▪ModellierungvonSturmflutwasserständeninderTideelbeBAW-Nr.B3955.03.06.10006▪April2018

ZusammenfassungDerUmweltsenatorderFreienundHansestadtHamburgunddieUmweltministerderLänderNiedersachsen und Schleswig-Holstein haben gemeinsam festgestellt, dass die länder-übergreifendeZusammenarbeit imKüstenschutzzu intensivierenundentlangderTideelbeeingleichwertiges Schutzniveau anzustreben ist. Dazu haben Hamburg, Niedersachsen undSchleswig-Holstein2017eineAbsichtserklärungzurländerübergreifendenHarmonisierungderDeichbemessunganderTideelbesowieeineKooperationsvereinbarungüberdieErmittlungvonWasserständenzurBemessungvonDeichenanderTideelbeunterzeichnet.Im Rahmen dieser Kooperation wurde die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) beauftragt,entsprechendeModellierungmitHilfeeineshochauflösendennumerischenModellsderElbezurErmittlung der zur Bemessung heranzuziehenden Wasserstände in der Elbe von derElbmündungbiszumWehrGeesthachtdurchzuführen.Die vomAuftraggeber vorgegebeneWasserstandszeitreihe Cuxhaven (Elbe–km 725) für dasSturmflutszenario für den Referenzwasserstand (SFREF) beinhaltet die Springtide des 10.September2006,denmodifiziertenWindstauderSturmflut3.Januar1976unddiemodifizierteFernwelledes18.Januar1993undweisthiereinenmaximalenScheitelwertvonNHN+5,78mauf. Das Sturmflutszenario für den Bemessungswasserstand enthält zusätzlich einenKlimazuschlagvon50cmunderreichtsomitNHN+6,28m (SFBEM).DerWindverlaufsollderWindentwicklungwährendderSturmflutvom3.Januar1976entsprechen.AlsAbflussderElbewird2600m3/svorgegeben.NachdiesenVorgabenwerdendie Sturmflutwasserstände entlangderTideelbevonderBAWmit einem hochauflösenden HN–Modell der Elbe ermittelt. Als Ergebnis der vorliegendenUntersuchung erhält man für SFREFQ2600 in Hamburg St.Pauli einen Sturmflutscheitel-wasserstand vonNHN+7,62m und für SFBEMQ2600 vonNHN+8,10m.Die Bedeutung derWahl des Abflusses in das Elbeästuar, des Windes über dem Elbeästuar und der Wasser-standsrandwerte am Rand zur Nordsee für die Höhe der Sturmflutscheitelwasserstände derSturmflutszenarienSFREFundSFBEMentlangderTideelbe ist imRahmeneinerSensitivitäts-untersuchungdargestellt.

BundesanstaltfürWasserbau▪ModellierungvonSturmflutwasserständeninderTideelbeBAW-Nr.B3955.03.06.10006–April2018


I

Inhaltsverzeichnis Seite

1 VeranlassungundAufgabenstellung 1

2 UnterlagenundDaten 2

3 Bearbeitungskonzept 4

4 DasmathematischeModelldesElbeästuares 64.1 ModelltopographiePlanerischerIst–ZustandPIZ02 64.2 DasnumerischeVerfahrenUnTRIM 74.3 Modellgebiet 84.4 Gitternetz 84.5 Modellsteuerung 94.6 Sturmflutszenario28.Januar1994–VergleichMessungundModellergebnisse 11

5 WasserständewährendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600 155.1 WasserstandszeitreihenSFREFQ2600undSFBEMQ2600 165.2 Wasserstandskenngrößen 185.3 FlächenhafteDarstellungdesSturmflutscheitelwasserstandes 195.4 BedeutungdesAbflussesfürdieSturmflutscheitelwasserstände 23

6 ZusammenfassungderErgebnisse 29

7 Literaturverzeichnis 31

8 Anhang 338.1 Rauheitsverteilung 338.2 SensitivitätsstudieSalzgehaltsanfangsverteilung 358.3 SensitivitätsstudieWindüberdemElbeästuar 398.4 SturmflutszenarioSF94–VergleichMessungundModellergebnisseinder

Mittelelbe 458.5 BedeutungdesAbflussesfürdieWasserständeinderMittelelbe 488.6 SensitivitätsstudieRauheitsverteilunginderMittelelbe 588.7 Teilgebiete:ModelltopographiePlanerischerIst–ZustandPIZ02 69


II

Bildverzeichnis SeiteBild1: GangliniederReferenzflutfürCuxhaven(blau)fürdieBerechnungder

ReferenzwasserständeElbe.ZusätzlichdargestelltsinddieberücksichtigtenKomponentenSpringtide,WindstauundFernwelle(DatumohneBedeutung). 4

Bild2: TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturm-flutuntersuchungen(PIZ02)mitausgewähltenPegelorten(Grundlage:Jahres-peilung2010). 6

Bild3: LängsprofilderaufNHNbezogenenSohllagederFahrrinnenachseinderTopographiedesHN–ModellsfürdenplanerischenIst–ZustandPIZ02zwischenElbe–km755undElbe-km550(Bleckede). 7

Bild4: ZeitlicheEntwicklungderWindgeschwindigkeitundderWindrichtungüberderElbebeiScharhörn,CuxhavenundHamburgSt.PauliwährendderSturm-flut3.Januar1976verwendetfürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600modelliertvomDWDmitMKW. 10

Bild5: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBakeA. 11

Bild6: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelCuxhaven. 12

Bild7: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBüsum. 12

Bild8: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBrunsbüttel. 13

Bild9: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelGlückstadt. 13

Bild10: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelHamburgSt.Pauli. 14

Bild11: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBunthaus. 14

Bild12: WasserstandsverlaufCuxhaven(Elbe–km725)fürdiebetrachtetenSturmflut-szenarien:VorgabedesAuftraggebersfürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600(Referenzkurve),SturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600alsModellergebnissowiedergemesseneWasserstandsverlaufinCuxhavenwährendderSturmflut3.Januar1976. 15

Bild13: WasserstandsentwicklungwährenddesSturmflutszenariosSFREFQ2600entlangderElbebeiCuxhaven(Elbe–km725),Brunsbüttel(Elbe–km696),Glückstadt(Elbe–km675),Schulau(Elbe–km641),HamburgSt.Pauli(Elbe–km623N),Zollenspieker(Elbe–km598)undGeesthacht(Elbe–km585)(DatumohneBedeutung). 16

Bild14: WasserstandsentwicklungwährenddesSturmflutszenariosSFBEMQ2600entlangderElbebeiCuxhaven(Elbe–km725),Brunsbüttel(Elbe–km696),


III

Glückstadt(Elbe–km675),Schulau(Elbe–km641),HamburgSt.Pauli(Elbe–km623N),Zollenspieker(Elbe–km598)undGeesthacht(Elbe–km585)(DatumohneBedeutung). 17

Bild15: SFREFundSFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600.ZusätzlichistderBemessungswasserstand2085A(Länderarbeitsgruppe,1988)eingetragen. 18

Bild16: SFREFundSFBEM:EintrittszeitdesSturmflutscheitelwasserstandTHWent-langdesElbefahrwassersvonElbe–km748(Elbmündung)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600. 19

Bild17: SFREF:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600imTeilgebietWestzwischenScharhörnundGlückstadt. 20

Bild18: SFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFBEMQ2600imTeilgebietWestzwischenScharhörnundGlückstadt. 20

Bild19: SFREF:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600imTeilgebietHamburgzwischenSchulauundBunthaus. 21

Bild20: SFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFBEMQ2600imTeilgebietHamburgzwischenSchulauundBunthaus. 21

Bild21: SFREF:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600imTeilgebietOstzwischenBunthausundGeesthacht. 22

Bild22: SFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFBEMQ2600imTeilgebietOstzwischenBunthausundGeesthacht. 22

Bild23: SFREFundSFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600sowiediegenanntenAbflüsse2200m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s. 23

Bild24: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 25

Bild25: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km696(Brunsbüttel)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 25

Bild26: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km675(Glückstadt)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 26

Bild27: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km641(Schulau)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten. 26


IV

Bild28: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten. 27

Bild29: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km598(Zollen-spieker)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten. 27

Bild30. SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 28

Bild31: EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuares. 33

Bild32: TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturm-flutuntersuchungen(PIZ02)fürdenBereichstromaufvonGeesthachtmitaus-gewähltenPegelorten(Grundlage:Jahrespeilung2010). 34

Bild33: EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuaresfürdenBereichstromaufvonGeesthacht. 34

Bild34: SalzgehaltsverteilungzuBeginndesSimulationszeitraumesfürdieunter-suchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600miteinemSalzgehaltvon30PSUamRandzurNordsee. 35

Bild35: SalzgehaltsverteilungzuBeginndesSimulationszeitraumesfürdieunter-suchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600S28undSFBEMQ2600S28miteinemSalzgehaltvon28PSUamRandzurNordsee. 36

Bild36: SalzgehaltsverteilungzuBeginndesSimulationszeitraumesfürdieunter-suchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600S25undSFBEMQ2600S25miteinemSalzgehaltvon25PSUamRandzurNordsee. 36

Bild37: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600S28,SFREFQ2600S25,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600S28undSFBEMQ2600S25. 37

Bild38: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km641(Schulau)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600S28,SFREFQ2600S25,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600S28undSFBEMQ2600S25. 37

Bild39: SFREFundSFBEM:Sturmflutscheitelwasserstand(HW)entlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600(rot),SFREFQ2600S28,SFREFQ2600S25,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600S28undSFBEMQ2600S25. 38

Bild40: Wind:ZeitlicheEntwicklungderWindgeschwindigkeitbeiScharhörn(MessungundMKW)undHamburgSt.Pauli(MessungundMKW)währendderSturmflut3.Januar1976.ZusätzlichsinddiefürdieseOrteum±5%verändertenWind-geschwindigkeiten(MKW)eingezeichnet. 39


V

Bild41: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600Wind+5%,SFREFQ2600Wind-5%,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600Wind+5%undSFBEMQ2600Wind-5%. 40

Bild42: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km641(Schulau)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600Wind+5%,SFREFQ2600Wind-5%,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600Wind+5%undSFBEMQ2600Wind-5%. 40

Bild43: SFREFundSFBEM:Sturmflutscheitelwasserstand(HW)entlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km755(Elbmündung)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600Wind+5%,SFREFQ2600Wind-5%,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600Wind+5%undSFBEMQ2600Wind-5%. 41

Bild44: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%,SFREFQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%undSFBEMQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%. 42

Bild45: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%,SFREFQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%undSFBEMQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%. 43

Bild46: SFREFundSFBEM:Sturmflutscheitelwasserstand(HW)entlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km755(Elbmündung)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600(rot),SFREFQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%,SFREFQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1.3%,SFBEMQ2600,SFBEMQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%undSFBEMQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%. 44

Bild47: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelGeesthacht(Elbe–km583). 45

Bild48: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelArtlenburg(Elbe–km574). 46

Bild49: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelHohnstorf(Elbe-km569). 46

Bild50: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBoizenburg(Elbe–km559). 47

Bild51: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBleckede(Elbe–km551). 47


VI

Bild52: SF94:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km550(Bleckede)fürdasSturmflutszenarioSF94sowiediegenanntenAbflüsse2200m3/s,2600m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s. 49

Bild53: SF94:AusschnittausBild52:ScheitelwasserstandHWentlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km590(Drennhausen)bisElbe–km550(Bleckede)fürdasSturmflutszenarioSF94sowiediegenanntenAbflüsse2200m3/s,2600m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s. 49

Bild54: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km583(Geesthacht)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussvarianten. 50

Bild55: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km574(Artlenburg)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussflussvarianten. 51

Bild56: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km569(Hohnstorf)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussvarianten. 51

Bild57: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km559(Boizenburg)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussvarianten. 52

Bild58: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km551(Bleckede)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussvarianten. 52

Bild59: SFREFundSFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahr-wassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km550(Bleckede)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600sowiediegenanntenAbflüsse2200m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s. 53

Bild60: SFREFundSFBEM:AusschnittausBild59,ScheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe–km590(Drennhausen)bisElbe–km550(Bleckede)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600sowiediegenanntenAbflüsse2200m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s. 54

Bild61: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km583(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 55

Bild62: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km574(Artlenburg)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 55

Bild63: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km569(Hohnstorf)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 56

Bild64: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km559(Boizenburg)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbfluss-varianten. 56


VII

Bild65: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km551(Bleckede)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten. 57

Bild66: SensitivitätsstudieRauheitsverteilung:EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuaresfürdenBereichstromaufvonGeesthacht.DieseVerteilung(sens12)senktdenWasserstandstromaufvonGeesthachtumca:10cm. 58

Bild67: SensitivitätsstudieRauheitsverteilung:EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuaresfürdenBereichstromaufvonGeesthacht.DieseVerteilung(sens09)hebtdenWasserstandstromaufvonGeesthachtumca.10cm. 59

Bild68: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 60

Bild69: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 60

Bild70: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km583(Geesthacht)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 61

Bild71: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km574(Artlenburg)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 61

Bild72: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km569(Hohnstorf)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 62

Bild73: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km559(Boizenburg)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 62

Bild74: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km551(Bleckede)währendderSturmflut28.Januar1994mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 63

Bild75: SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 64

Bild76: SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 64


VIII

Bild77. SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km583(Geesthacht)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 65

Bild78: SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km574(Artlenburg)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 65

Bild79: SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km569(Hohnstorf)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 66

Bild80: SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km559(Boizenburg)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 66

Bild81: SFREFQ2600undSFBEMQ2600:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km551(Bleckede)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht. 67

Bild82: SFREFQ2600,SFBEMQ2600undSF94:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km550(Bleckede)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFBEMQ2600undSF94sowiediegenanntenVariationenderRauheitstromaufvonGeesthacht. 68

Bild83: SFREFQ2600,SFBEMQ2600undSF94:AusschnittausBild82:Scheitel-wasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe–km590(Drennhausen)bisElbe–km550(Bleckede)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFBEMQ2600undSF94sowiediegenanntenVariationenderRauheitstromaufvonGeesthacht. 68

Bild84: TeilgebietWest:TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturmflutuntersuchungen(PIZ02,Grundlage:Jahrespeilung2010). 69

Bild85: TeilgebietHafen:TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturmflutuntersuchungen(PIZ02,Grundlage:Jahrespeilung2010). 69

Bild86: TeilgebietOst:TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturmflutuntersuchungen(PIZ02,Grundlage:Jahrespeilung2010). 70


IX

Tabellenverzeichnis SeiteTabelle1: AbflüssederElbebeiNeuDarchau(Elbe–km536)bezogenaufdenZeitraum

1926/2013(DGJ,2015,Länderarbeitsgruppe,1988). 9

Tabelle2: SturmflutscheitelwasserständeHWfürSFREFQ2600undSFBEMQ2600anaus-gewähltenOrtenentlangderTideelbesowiedieÄnderungderSturmflut-scheitelwasserständedHWaufgrundeinerAb-bzw.ZunahmedesAbflussesQ. 24

Tabelle3: SturmflutscheitelwasserständeHWfürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600,dieSturmfluten3.Januar1976(SF76)und28.Januar1994(SF94)sowiedieBemessungssturmflut2085AansiebenOrtenentlangderTideelbe. 29


X

VerzeichnisderAbkürzungenAbkürzung VollständigeBezeichnungBAW BundesanstaltfürWasserbauDGJ DeutschesGewässerkundlichesJahrbuchDGM DigitalesGeländemodellDWD DeutscherWetterdienstFF StationenmitStundenwertenWinddesDWDGF GeschäftsfeldHHQ höchsterbekannterWertdesOberwasserzufluss(DGJ,2015)HHThw höchsterbekannterWertdesTidehochwassers(DGJ,2015)HN-Modell Hydrodynamisch–numerischesModellHPA HamburgPortAuthorityHW höchsterWasserstandineinemZeitraum(DIN4049-3)IKSE-MKOL Internationale Kommission zum Schutz der Elbe - Mezinarodni komise pro

ochranuLabeLKN.SH Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig –

HolsteinLP LängsprofilLSBG Landesbetrieb für Straßen, Brücken und Gewässer, Freie und Hansestadt

HamburgMELUND-SH Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt, Natur und

DigitalisierungdesLandesSchleswig-HolsteinMLUR–SH Ministerium für ländliche Räume, Landesplanung, Landwirtschaft und

TourismusdesLandesSchleswig-HolsteinMKW MassenkonsistentesWindfeld,NamedesWindmodellsdesDWDMThw MittleresTidehochwasserNHN NormalhöhennullNLWKN Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und

NaturschutzNN NormalnullPIZ PlanerischerIst–ZustandQ Abfluss,OberwasserzuflussSF SturmflutSF76 Sturmflutszenario3.Januar1976SF94 Sturmflutszenario28.Januar1994SFREFQ2600 Sturmflutszenario Referenzwasserstand (Scheitelwasserstand Cuxhaven

NHN+5,78m,AbflussNeuDarchauQ=2600m3/s)SFBEMQ2600 Sturmflutszenario Bemessungswasserstand (Scheitelwasserstand Cuxhaven

NHN+6,28m,AbflussNeuDarchauQ=2600m3/s)THW EintrittszeitdesHW


XI

Thw Tidehochwasser(DIN4049-3)Tnw Tideniedrigwasser(DIN4049-3)UnTRIM UnstructuredTRIM,NamedesHN-ModellsWSA Wasserstraßen-undSchifffahrtsamt


1

1 VeranlassungundAufgabenstellung

ZieldesmodernenKüstenschutzesinZeitendesKlimawandelsistdiedauerhafteSicherungdesbestehenden hohen Schutzniveaus im Küstenraum und die Erhaltung von gleichwertigenLebensverhältnissen der Küstenbewohner. Gerade für den Bereich der Tideelbe, in derzukünftigeEntwicklungenderSturmflutwasserständeinfolgedeszuerwartendenKlimawandelsbesonders schwierig vorherzusagen sind, setzt dies ein abgestimmtes Handeln voraus. VordiesemHintergrund haben derUmweltsenator der Freien undHansestadtHamburg und dieUmweltministerderLänderNiedersachsenundSchleswig-Holsteingemeinsamfestgestellt,dassdie länderübergreifende Zusammenarbeit im Küstenschutz zu intensivieren und entlang derTideelbeeingleichwertigesSchutzniveauanzustrebenist.DazuhabenHamburg,NiedersachsenundSchleswig-Holstein2017eineAbsichtserklärungzurländerübergreifenden Harmonisierung der Deichbemessung an der Tideelbe sowie eineKooperationsvereinbarungüberdieErmittlungvonWasserständenzurBemessungvonDeichenan der Tideelbe unterzeichnet. Im Rahmen dieser Kooperation ist vorgesehen, dass dieBundesanstalt fürWasserbau (BAW) entsprechendeModellierung durchführt zur ErmittlungderzurBemessungheranzuziehendenWasserstände inderElbevonderElbmündungbiszumWehr Geesthacht. Die Kooperationspartner haben vereinbart, dass der Landesbetrieb fürKüstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein (LKN.SH) als AuftraggebergegenüberderBAWauftritt.FolgendeRandwertefürdieModellierungderSturmflutszenarienwurdenvorgegeben:§ ReferenzwasserstandinCuxhaven(SFREF):NHN+5,78m

§ Bemessungswasserstand in Cuxhaven(SFBEM): NHN+6,28m (NHN+5,78m zzgl.

+50cmMeeresspiegelanstieg)

§ VerlaufderWindstaukurve,astronomischerAnteilundFernwellenanteilinCuxhaven

§ WindfelderderSturmflutvom3.Januar1976(DatendesDWD)

§ Oberwasserzufluss=2600m³/samWehrGeesthacht

InAbstimmungmitdenKooperationspartnernderKüstenländerwurdeaufderGrundlagedesvon der BAW vorgelegten und mit den Kooperationspartnern einvernehmlich festgelegtenKonzeptesundAngebotsvom06.06.2017diesewasserbaulichenSystemanalysedurchgeführt.MitVertragvom03./04.07.2017wurdederBAWvomLKN.SHderAuftragzurDurchführungderBerechnungenerteilt.


2

2 UnterlagenundDaten

ZurErstellungderTopographiedesplanerischenIst–Zustandes(PIZ02)derUnter-undAußen-elbewerdenfolgendeUnterlagenverwendet:§ JahrespeilungenfürdasJahr2010

- Wasserstraßen-undSchifffahrtsämterLauenburg,Hamburg,CuxhavenundTönning- BundesamtfürSeeschifffahrtundHydrographie

§ BefliegungsdatendesVorlandesvonGeesthachtbiszurElbmündungausdenJahre2010und

2011.- BundesanstaltfürGewässerkunde

§ BefliegungsdatendesVorlandesvonBleckedebisGeesthachtausdemJahr2003

- BundesanstaltfürGewässerkunde

§ BefliegungsdatendesVorlandesimBereichBorghorst–GeesthachtausdemJahr2003- LandesbetriebGeoinformationundVermessungderFreienundHansestadtHamburg

§ LanddatenfürdenbeiSturmflutüberflutbarenBereichdesHamburgerHafensausdemJahr

2010- HamburgPortAuthority

ZurSteuerungdesHN–ModellswährendderuntersuchtenhistorischenSturmflutwerdendiefolgendenDatenverwendet:§ AbflussderElbebeiNeuDarchaufürJanuar1994ausdemDeutschenGewässerkundlichen

Jahrbuch(DGJ,1997)§ vom DWD GF Seeschifffahrt mit MKW (Schmidt, H. und Pätsch, J., 1992) modellierte

WindfelderfürdenUntersuchungszeitraum25.Januarbis30.Januar1994,Zur SteuerungdesHN –Modellswährendderuntersuchten Sturmflutszenarien SFREFQ2600undSFBEMQ2600werdendiefolgendenDatenverwendet:§ vom DWD GF Seeschifffahrt mit MKW (Schmidt, H. und Pätsch, J., 1992) modellierte

WindfelderfürdenUntersuchungszeitraum1.Januarbis4.Januar1976,§ WasserstandsentwicklungamseeseitigenRandausdenVorgabendesAuftraggebersfürden

PegelCuxhaven(E-MailFrerkJensen,LKN.SH23.9.2010),§ vomAuftraggeberdefinierterkonstanterAbflussvon2600m3/s.ZusätzlichliegenfolgendeDatenvor§ digitalisiertegemesseneWasserstandszeitreihenfürJanuar1976undJanuar1994derPegel

Bleckede(nur1994),Hohnstorf,GeesthachtWehr,Altengamme(nur1994),Over,Bunthaus,Hamburg St. Pauli, Harburg, Seemannshöft, Blankenese, Cranz, Schulau, Stadersand,Krautsand, Glückstadt (nur 1994), Brokdorf, Brunsbüttel, Osteriff, Otterndorf, CuxhavenSteubenhöft,Büsum,Friedrichskoog,BakeW(Zehnerloch),BakeF(Mittelgrund),Neuwerk(nur 1994), Bake C (Scharhörn, nur 1994), Bake A (nur 1994), Bake Z (nur 1994)bereitgestelltvomWSALauenburg,WSAHamburg,WSACuxhavenundHPA.


3

§ Messwerte der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung für Januar 1976 für dieStationenCuxhavenundHamburgSt.PauliausdemKlimainformationssystem(MessnetzFF)desDWD.

§ MesswertederWindgeschwindigkeitundderWindrichtungfürJanuar1976fürdieStationScharhörnbereitgestelltvonHamburgPortAuthorityHPA.

EswirdfolgendeSoftwareeingesetzt:§ hydrodynamisch – numerische Modellverfahren UnTRIM (BAW, 2004), ausführbares

Programm:untrim2007_2016_07_29.i16.§ Analyse der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstandes LZKWF (BAW, 2002),

ausführbaresProgramm:Lzkwf_2012_12_06.xe.


4

3 Bearbeitungskonzept

Von den Ländern Hamburg, Niedersachsen und Schleswig-Holstein ist am Ort des PegelsCuxhaven inderElbmündungeinReferenzwasserstandundeinBemessungswasserstand fest-gelegtworden.DerReferenzwasserstandsetztsichausdemmittlerenTidehochwasserMThw,der Springtidenerhöhung (wie am 10. September 2006), einer Fernwelle (modifizierte Fern-wellevom18.Januar1993)unddemmodifiziertenWindstauderSturmflutvom3.Januar1976zusammen undweist bei Cuxhaven einenmaximalen Scheitelwert von 5,78 mNHN auf. Diediesem Referenzwasserstand entsprechende Ganglinie wird vom Auftraggeber für den PegelCuxhavenbereitgestellt(sieheBild1).DerWindverlaufsollderWindentwicklungwährendderSturmflutvom3.Januar1976entsprechen(sieheBild4).AlsAbflussderElbebeiNeuDarchausind 2600 m3/s vorgegeben (siehe zur Einordnung Tabelle 1). Das durch diese RandwertecharakterisierteSturmflutszenariowirdimFolgendenSFREFQ2600genannt.Der Bemessungswasserstand ist festgelegt als die Summe aus dem Referenzwasserstand zu-züglich eines Klimazuschlags in Höhe von 50 cm. Damit beträgt der Scheitelwert am PegelCuxhaven6,28mNHN;dieGanglinie ist insgesamtum50cmangehoben.EsgeltendieselbenWindverhältnisseundOberwassermengenwiefürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600.Dasumeinen Klimazuschlag erhöhte Sturmflutszenario wird im Folgenden mit SFBEMQ2600bezeichnet.

Bild1: Ganglinie der Referenzflut für Cuxhaven (blau) für die Berechnung der Referenz-wasserstände Elbe. Zusätzlich dargestellt sind die berücksichtigten KomponentenSpringtide(rot),Windstau(grün)undFernwelle(violett)(DatumohneBedeutung).

DieBAWhatdenAuftrag,fürdiebeidenbeschriebenenSturmflutszenariendenWasserstands-verlauf entlang der Tideelbe zwischen Cuxhaven und Geesthacht zu bestimmen. Die Unter-

- 2,00

- 1,50

- 1,00

- 0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

02.01. 12:00 02.01. 18:00 03.01. 00:00 03.01. 06:00 03.01. 12:00 03.01. 18:00 04.01. 00:00 04.01. 06:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]

Referenzkurve (Cuxhaven NN + 5,78 m, Vorgabe Auftraggeber)

Windstau Sturmflut 3.1.1976 modifiziert (Vorgabe Auftraggeber)

Springtide 10.9.2006 (Vorgabe Auftraggeber)

Fernwelle 18.1.1993 modifiziert (Vorgabe Auftraggeber)


5

suchungenwerdenmit einem hydrodynamisch-numerischenModell des Elbeästuares durch-geführt.DasModellgebietumfasstdenvonSturmflutenbeeinflusstenBereichderElbezwischenderElbmündungbeiElbe-km756undderMittelelbebeiBleckede(Elbe–km550).Der offene seeseitigeRand des verwendetenHN-Modells desElbästuars liegt beiNigehörn –Bake A – Blauortsand, also wesentlich weiter seewärts als der Pegel Cuxhaven, um dieStrömungsparameter imUntersuchungsgebietnicht durch dieRandwertesteuerung zu beein-flussen.DievorgegebenenWasserstandsganglinienamPegelCuxhavenkönnennichtdirektzurModellsteuerungverwendetwerden.Deshalbwerden zunächstdieWasserstände entlangdesSteuerrandessoermittelt,dassbeiCuxhavendieSollwerteerreichtwerden.Die beiden Sturmflutszenarien für den Referenz- und Bemessungswasserstand (SFREFQ2600und SFBEMQ2600) werden mit dem HN-Modell simuliert und die Sturmflutscheitelwasser-stände im Untersuchungsgebiet zwischen der Elbmündung und dem Wehr Geesthachtanalysiert.Um denEinfluss desAbflusses auf die Sturmflutscheitelwasserstände der SturmflutszenarienSF94, SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 entlang der Tideelbe abzuschätzen, werden dieSturmflutszenarien zusätzlichmit verändertenAbflüssenmodelliert.Hierfürwird alsAbfluss2200m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/sgewählt.Für den imModellgebiet gelegenenBereich stromauf desWehresGeesthachtwerden die imUntersuchungszeitraumvondenSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600erreichtehöchsten Wasserstände ebenfalls analysiert und im Rahmen einer Sensitivitätsstudie zurRauhigkeitsverteilungstromaufdesWehresGeesthachtsvorgestellt.ZusätzlichwirddieBedeutungder gewähltenWasserstandsrandwerteundWindfelderunter-sucht.KleineÄnderungenindenWasserstandsrandwertenverbundenmitkleinenÄnderungenim gewählten Windfeld können, obwohl sie in Cuxhaven den gleichen Wasserstandsverlaufergeben, für Hamburg Unterschiede im Sturmflutscheitelwasserstand von mehreren cmergeben.


6

4 DasmathematischeModelldesElbeästuares

4.1 ModelltopographiePlanerischerIst–ZustandPIZ02

ZurErstellungderhochaufgelöstenModelltopographieliegenInformationenüberdenmorpho-logischenZustand2010 (Jahrespeilung2010)vor. Implanerischen Ist -Zustand(PIZ02,sieheauch Bild 2) werden außerdem alle baulichen Maßnahmen berücksichtigt, die bereits plan-festgestelltsind.DieimApril2012planfestgestellte,jedochzumTerminderGutachtenerstellungnochnichtumgesetzteFahrrinnenanpassungderUnter-undAußenelbean14,5mtiefgehendeContainerschiffewirdinderTopographiePIZ02nichtberücksichtigt.DieModelltopographiePIZ02 (Grundlage Jahrespeilung2010) enthältnichtdieRückdeichungKreetsand. Die für diesen Bereich verwendete Topographie ist in Bild 85 dargestellt. DieDeichverstärkung Geesthacht ist ebenfalls nicht berücksichtigt. Der Polder BorghorsterElbwiesen (sieheBild86)wird indenhiervorliegendenUntersuchungennichtgesteuert.DerAuftraggebergehtdavonaus,dassdiegenanntenMaßnahmen lediglichgeringfügigenEinflussaufdieHöhederBemessungssturmfluthaben.Bild3zeigtdasLängsprofilderSohllageentlangdesElbefahrwassersfürdenplanerischenIst-Zustand (PIZ02) zwischenElbe -km750 inderAußenelbeundElbe –km550beiBleckede.DetailliertereAbbildungenderverwendetenTopographiefürdasTeilgebietWest(Bild84),dasTeilgebietHafen(Bild85)unddasTeilgebietOst(Bild86)befindensichinAbschnitt8.7.

Bild2: Topographie des numerischen Modells des Elbeästuares der BAW für Sturmflut-untersuchungen (PIZ02) mit ausgewählten Pegelorten (Grundlage: Jahrespeilung2010).

0 25.00 km

BakeZ

Scharhoern BakeW

Buesum

Cuxhaven Brunsbuettel

Glueckstadt

Schulau Hamburg St.Pauli

Bunthaus Geesthacht

Bleckede

mNHN

-22. 4. 0 -7. -14.


7

Bild3: LängsprofilderaufNHNbezogenenSohllagederFahrrinnenachseinderTopographiedesHN–ModellsfürdenplanerischenIst–ZustandPIZ02zwischenElbe–km755undElbe-km550(Bleckede).

4.2 DasnumerischeVerfahrenUnTRIM

DievomAuftraggeberentworfenenSturmflutszenarienwerdenmiteinemnumerischenModelldes Elbeästuares unter Verwendung des dreidimensionalen hydrodynamisch - numerischen(HN -)ModellverfahrensUnTRIM (sieheCasulli,V.undWalters,R.A.,2000)untersucht.Einedetaillierte Beschreibung des Verfahrens findet sich im Mathematical Model UnTRIM -Validation Document (BAW, 2004). UnTRIM ist ein Finite Differenzen/ Finite VolumenVerfahren,dasdieFlachwassergleichungenaufeinemunstrukturiertenorthogonalenGitterlöst.Grundlage des Verfahrens UnTRIM sind Differentialgleichungen, die eine mathematischeFormulierungderphysikalischenErhaltungssätze fürdasWasservolumenundden ImpulsderStrömungdarstellen.MitdiesemBerechnungsverfahren können flächendeckend für jeden aktivenGitterpunkt undZeitschrittu.a.folgendephysikalischeGrößenberechnetundausgegebenwerden:§ Wasserspiegelauslenkung(bezüglichNHN)und§ Strömungsgeschwindigkeit(tiefenaufgelöstodertiefengemittelt).

BeiderBerechnungderaufgezähltenphysikalischenGrößenberücksichtigtdasmathematischeModelldesElbeästuarsfolgende,dieTidedynamikbeeinflussendeProzesse:§ Oberwasserzufluss,§ TrockenfallenundÜberflutenvonWattflächen,§ Sohlreibung,§ ImpulseintragdurchWind,§ turbulenteDiffusiondesStrömungsimpulses,§ Corioliskraftsowieden


8

§ advektivenImpulstransport.DieräumlicheundzeitlicheVariabilitätdeslokalenWindfeldeserzeugteinenzusätzlichenräum-lichundzeitlichvariablen ImpulseintragausderAtmosphäre,derStrömungundWasserstandvonFlüssenundÄstuarenkleinräumigbeeinflusst.DieserEffekt istbeiExtremereignissenwieSturmflutennichtzuvernachlässigenundmussdeshalb imRahmendieserUntersuchungen imHN -Modellberücksichtigwerden.DerImpulseintragausderAtmosphärewirdparametrisiertunddurchdieWindschubspannungτWindbeschrieben:

τWind=ρLuftCDv10,Wind|v10,Wind|.HierbeibezeichnetρLuftdieDichtederLuftundv10,WinddieWindgeschwindigkeit in10mHöheüberGrund.FürdievorliegendenUntersuchungenwirdderImpulsaustauschkoeffizientCDmitdenvonSmithundBanke(1975)vorgeschlagenenKoeffizientenberechnet:

CD=(0.63+0.066|v10,Wind|)10-3.

4.3 Modellgebiet

DasModellgebietdesverwendetenHN-ModellsdesElbeästuaresumfasstfolgendeGebiete:§ AußenelbebisElbe-km756,§ Unterelbeund§ MittelelbebisBleckede(Elbe–km550).

Bei der Festlegung der Grenzen (Berandung) des Modellgebietes werden folgende Kriterienbeachtet:§ dabeihohemAbfluss(Q>1200m3/s,WSALauenburg,2017)oderSturmflutdasWehr

Geesthachtgelegtwird,reichtdasModellgebietbisBleckede.§ dabeiSturmflutdieNebenflüssederElbedurchSperrwerkevonderElbegetrenntsind,

werdendieseimModellnichtberücksichtigt.AusgehendvondenvorstehendausgeführtenKriterienwirddas inBild2dargestellteModell-gebiet gewählt. Der seeseitige Rand des Modellgebietes wird durch die gedachte Linie vonCuxhaven-SahlenburgüberNeuwerk,Scharhörn,BakeA,BakeZbisBlauortsandunddannnachOstenzurSchleswig -HolsteinischenKüstegebildet.LandseitigendetdasModellbeiBleckede.DasGebietdesElbeästuarsistbiszurDeichlinienachgebildet.

4.4 Gitternetz

DasdemHN-ModellderElbezugrundeliegendeunstrukturierteorthogonaleGitternetzistimvorliegendenFallausdreieckigenundviereckigenGitterelementenaufgebautundüberdecktdasModellgebiet vollständig. Gitternetz und räumliche Diskretisierung werden wie folgt näherbeschrieben:AnzahlderKnoten:87523AnzahlderKanten:224196AnzahlderPolygone: 136646Kantenlänge:5mbis1070mElementflächen:35m2bis0,97km2


9

4.5 Modellsteuerung

FürdieSteuerungdesmathematischenModellswirdamoffenenseeseitigenRandderzeitlicheVerlaufdesWasserstandesfürjedesaufdemoffenenRandliegendePolygonvorgegeben.Für das auf der Grundlage der historischen Sturmflut vom 28. Januar 1994 beruhendenSturmflutszenario SF94 wird der Wasserstandsverlauf aus Modellergebnissen des groß-räumigenHN–ModellsderDeutschenBucht(Plüß,A.,2003)vorgegeben.FürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600wirdderWasserstandsverlaufaufdem seeseitigenModellrand unter Berücksichtigung vonÜbertragungsfunktionen so erzeugt,dassdieVorgabendesAuftraggebersfürCuxhavenerreichtwerden.

MNQ (mittlerer niedrigster Abfluss) 276 m3/sMQ (mittlerer Abfluss) 714 m3/sMHQ (mittlerer höchster Abfluss) 1970 m3/sHQ (höchster Abfluss 1926/2013, 11. Juni 2013) 4080 m3/sElbehochwasser 2002: 22. August 2002 3425 m3/sElbehochwasser 2006: 10. April 2006 3600 m3/sElbehochwasser 2011: 22. Januar 2011 3600 m3/sElbehochwasser 2013: 11.Juni 2013 4080 m3/sAbfluss während der Sturmflut 3. Januar 1976 500 m3/sAbfluss während der Sturmflut 28. Januar 1994 1350 m3/sAbfluss der Bemessungssturmflut 2085A 2200 m3/sAbfluss der Sturmflutszenarien SFREFQ2600, SFBEMQ2600 2600 m3/s

Tabelle1: Abflüsse der Elbe bei Neu Darchau (Elbe – km 536) bezogen auf den Zeitraum1926/2013(DGJ,2015,Länderarbeitsgruppe,1988).

Die verwendete Reibungsverteilung (effektive Sohlrauheit) ist in Bild 31 dargestellt. Bild 34zeigtdie Salzgehaltsverteilung zuBeginndes Simulationszeitraums für diedrei untersuchtenSturmflutszenarienSF94,SFREFQ2600undSFBEMQ2600.Am landseitigenoffenenModellrandbeiBleckedewirdfürdasSturmflutszenarioSF94dieamPegelNeuDarchauimJanuar1994gemessenentäglichenAbflüsse(siehehierzuDGJ,1997)miteinemZeitversatzvon+7Stunden(pers.MitteilungWSALauenburg)vorgegeben.FürdiehieruntersuchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600 istderAbflusskonstantmitQ=2600m3/svomAuftraggeber festgelegtworden.EineEinordnungdesgewähltenAbflussesgibtTabelle1.DasWehrGeesthachtistbeiSturmflutgelegt.DieSturmflutsperrwerkeandenNebenflüssenderElbewerdenfürdieUntersuchungszeiträumealsgeschlossenvorausgesetzt.


10

ZurBerechnungdesImpulseintragesausderAtmosphärewährendderSturmflutszenarienwirddieWindgeschwindigkeitin10mHöheausmodelliertenhochaufgelöstenlokalenWindfeldernüberdemgesamtenModellgebietvorgegeben.ImAbstandvonzweiStundenliegenfürdieZeit-räume1.Januar1976bis4.Januar1976(SFREFQ2600undSFBEMQ2600)und25.Januar1994bis29. Januar1994 (SF94)vomDWDmitMKW (H.Schmidtund J.Pätsch,1992)modellierteWindfeldermit einer räumlichenAuflösungvon450mx450m vor.Bild 4 zeigtdie zeitlicheEntwicklungderWindgeschwindigkeitundWindrichtungwährendderSturmflut3.Januar1976modelliertmitMKWbeiScharhörn,CuxhavenundHamburgSt.Pauli.DieseWindentwicklungwirdfürSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600vorgegeben.

Bild4: ZeitlicheEntwicklungderWindgeschwindigkeit(unten)undderWindrichtung(oben)überderElbebeiScharhörn(schwarz),Cuxhaven(rot)undHamburgSt.Pauli(grün)während der Sturmflut 3. Januar 1976 verwendet für die SturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600modelliertvomDWDmitMKW.


11

4.6 Sturmflutszenario28.Januar1994–VergleichMessungundModell-ergebnisse

Bild 5 bis Bild 11 zeigen einen Vergleich zwischen den mit dem HN –Modell der Elbe be-rechneten (schwarz) und den gemessenen Wasserstandszeitreihen (rot) für den Zeitraum27.Januar 1994 00:00 Uhr bis 29. Januar 1994 12:00 Uhr (Sturmflutszenario SF94) an denPegelnBake A (aufdemModellrand),Cuxhaven Steubenhöft,Büsum,Brunsbüttel,Glückstadt,HamburgSt.PauliundBunthaus.DieLagedieserPegelistinBild2markiert.Manerkennteinegute Übereinstimmung der gemessenen mit den modellierten Wasserstandszeitreihen. DiemodelliertenSturmflutscheitelwasserständeweichenandengezeigtenPegelnum±15cmvondengemessenenScheitelwasserständenab.DievergleichendeGegenüberstellungdesgemessenen(rot)unddesmitdemHN–ModelldesElbeästuares numerisch berechneten (schwarz) Wasserstandsverlaufs auf Bild 5 bis Bild 11zeigt, dass das Systemverhalten im Tidezyklus sowohl hinsichtlich der Höhen- als auch derPhasenlagedurchdasModellnachgebildetwird.

Bild5: SF94:Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar 1994 am PegelBakeA.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

27.01.199400:00:00

MEZ

27.01.199406:00:00

MEZ

27.01.199412:00:00

MEZ

27.01.199418:00:00

MEZ

28.01.199400:00:00

MEZ

28.01.199406:00:00

MEZ

28.01.199412:00:00

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MEZ

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MEZ

29.01.199412:00:00

MEZ

-1.5

-1.

-0.5

0

0.5

1.

1.5

2.

2.5

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3.5

4.

4.5

5.

5.5

6.

6.5

Was

sers

tand

mN

HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Bake Alpha"Wasserstand MESBakeA Bake_Alpha


12

Bild6: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelCuxhaven.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

Bild7: SF94:Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar 1994 am Pegel Büsum.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

27.01.199400:00:00

MEZ

27.01.199406:00:00

MEZ

27.01.199412:00:00

MEZ

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MEZ

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MEZ

28.01.199406:00:00

MEZ

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MEZ

28.01.199418:00:00

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29.01.199400:00:00

MEZ

29.01.199406:00:00

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29.01.199412:00:00

MEZ

-1.5

-1.

-0.5

0

0.5

1.

1.5

2.

2.5

3.

3.5

4.

4.5

5.

5.5

6.

6.5

Was

sers

tand

mN

HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Elbe-Km725"Wasserstand MESCux Cuxhaven_(SH)

27.01.199400:00:00

MEZ

27.01.199406:00:00

MEZ

27.01.199412:00:00

MEZ

27.01.199418:00:00

MEZ

28.01.199400:00:00

MEZ

28.01.199406:00:00

MEZ

28.01.199412:00:00

MEZ

28.01.199418:00:00

MEZ

29.01.199400:00:00

MEZ

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HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Buesum"Wasserstand MESBues Buesum_ALR


13

Bild8: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBrunsbüttel.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

Bild9: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelGlückstadt.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

27.01.199400:00:00

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Was

sers

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mN

HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Brunsbuettel Mole 1 WSA-Cuxhaven"Wasserstand MESBruns Brunsbuettel-Mole4

27.01.199400:00:00

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6.

6.5

Was

sers

tand

mN

HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Glueckstadt WSA-HH"Wasserstand MESGlue Glueckstadt


14

Bild10: SF94: Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar1994 am Pegel HamburgSt.Pauli.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

Bild11: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBunthaus.DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

27.01.199400:00:00

MEZ

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6.5

Was

sers

tand

mN

HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Elbe-Km623N"Wasserstand MESStPau St__Pauli

27.01.199400:00:00

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6.

6.5

Was

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mN

HN

Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Hamburg Bunthaus S+H"Wasserstand MESBunt Bunthaus


15

5 WasserständewährendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600

Aus den Vorgaben des Auftraggebers ergeben sich die Bild 12 dargestellten Wasserstands-zeitreihen in Cuxhaven. Zum Vergleich ist der vom Auftraggeber vorgegebene Wasser-standsverlauf(blau)sowiederwährendderSturmflut3. Januar1976 inCuxhavengemesseneWasserstandsverlauf (grün) eingetragen. Man erkennt, dass die SturmflutszenarienSFREFQ2600 (rot)undSFBEMQ2600 (schwarz) in ihremVerlaufderSturmflutvom3. Januar1976ähneln.DieDrehungderWindrichtungvonSüd(180Grad)aufWest(270Grad)unddiegleichzeitigeZunahmederWindgeschwindigkeitaufmehrals25m/s(Bft9)amVormittagdes3. Januar1976(Bild4)behindertedasAbfließendesWassersausderElbevorderSturmflut.DasTideniedrigwasser(Tnw) liegtdeutlichüberdemMTnw=NHN -1,42m(DGJ,2015).Dieanschließende Sturmflut erreicht entlang der Elbe die höchsten bekannten WasserständeHHThw(DGJ,2015).AuchfürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600wirdvoneinem„AusbleibenderEbbevorderSturmflut“ausgegangen.

Bild12: Wasserstandsverlauf Cuxhaven (Elbe – km 725) für die betrachteten Sturmflut-szenarien. Die Vorgabe des Auftraggebers für das Sturmflutszenario SFREFQ2600(Referenzkurve) ist blau gekennzeichnet. Für die Sturmflutszenarien SFREFQ2600(rot)undSFBEMQ2600(schwarz)istdasModellergebnisdesElbemodellsinCuxhavendargestellt.DergemesseneWasserstandsverlauf inCuxhavenwährendderSturmflut3.Januar1976istgrünmarkiert.

- 2,00

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0,00

0,50

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1,50

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6,50

02.01. 12:00 02.01. 18:00 03.01. 00:00 03.01. 06:00 03.01. 12:00 03.01. 18:00 04.01. 00:00 04.01. 06:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]

Messung Cuxhaven 3.1.1976

Referenzkurve (Cuxhaven NN + 5,78 m, Vorgabe Auftraggeber)

Elbe km 725 SFREFQ2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 725 SFBEMQ2600 PIZ02 v6q26

Zeitreihe : Wasserstand

GebietTeilgebietName der StudieArt der Datengenerierung

::::

Elbe-AestuarUnterelbe bis BleckedeSturmflutwasserstände TideelbeVorgabe AG 23.09.2010, Messung, UnTRIM2007 3D


16

5.1 WasserstandszeitreihenSFREFQ2600undSFBEMQ2600

AlsErgebnisdernumerischenModellierungstehenfürjededurchgeführteSimulationanjedemGitterpunktfür jedenAusgabeterminu.a.derWasserstandunddieStrömungsgeschwindigkeitzurVerfügung.BeispielhaftzeigtBild13dieWasserstandsentwicklungdesSturmflutszenariosSFREFQ2600 entlang der Elbe an denOrten Cuxhaven (Elbe – km725), Brunsbüttel (Elbe –km696), Glückstadt (Elbe – km675), Schulau (Elbe – km641), Hamburg St. Pauli (Elbe –km623N),Zollenspieker(Elbe–km598)undGeesthacht(Elbe–km585).

Bild13: Wasserstandsentwicklungwährenddes Sturmflutszenarios SFREFQ2600 entlangderElbebeiCuxhaven(Elbe–km725,rot),Brunsbüttel(Elbe–km696,cyan),Glückstadt(Elbe–km675,grün),Schulau(Elbe–km641,dunkelgrün),HamburgSt.Pauli(Elbe–km623N,schwarz),Zollenspieker(Elbe–km598,magenta)undGeesthacht(Elbe–km585,blau)(DatumohneBedeutung).

Am3. JanuarwirdandendargestelltenOrtenentlangdesElbeästuareszeitweise (z.B.gegen12:00 Uhr) der gleiche Wasserstand erreicht. Das deutet darauf hin, dass entlang des Elbe-ästuareszudieserZeitkeinWasserstandsgradientauftritt.Esherrschen relativegeringeFlut-stromgeschwindigkeiten. Dieses Verhalten wird auch während der Sturmflut vom 3. Januar1976beobachtet.Für das Sturmflutszenario SFBEMQ2600 wird ein Meeresspiegelanstieg in der Nordsee von50cmangenommen,sodass inCuxhaveneinSturmflutscheitelwasserstandvonNHN+6,28m(siehe Bild 14) erreicht wird. Um diesenMeeresspiegelanstieg im HN –Modell der Elbe zurealisieren, werden die Wasserstandsrandwerte des Sturmflutszenarios SFREFQ2600 am

- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

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8,00

9,00

02.01. 12:00 02.01. 18:00 03.01. 00:00 03.01. 06:00 03.01. 12:00 03.01. 18:00 04.01. 00:00 04.01. 06:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]

Elbe km 585 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 Elbe km 598 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 623N SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 Elbe km 641 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 675 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 Elbe km 696 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 725 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26



::::

Elbe-AestuarUnterelbe bis BleckedeSturmflutwasserstände TideelbeHN-Verfahren UnTRIM2007 3D


17

offenen Rand zur Nordsee um 50cm angehoben (siehe auch Bild 12). Bild 14 zeigt dieWasserstandsentwicklung entlang der Elbe für das Sturmflutszenario SFBEMQ2600 an denOrten Cuxhaven (Elbe – km725), Brunsbüttel (Elbe – km696), Glückstadt (Elbe – km675),Schulau (Elbe – km641),Hamburg St.Pauli (Elbe – km623N),Zollenspieker (Elbe – km598)undGeesthacht(Elbe–km585).

Bild14: WasserstandsentwicklungwährenddesSturmflutszenariosSFBEMQ2600entlangderElbebeiCuxhaven(Elbe–km725;rot),Brunsbüttel(Elbe–km696,cyan),Glückstadt(Elbe–km675,grün),Schulau(Elbe–km641,dunkelgrün),HamburgSt.Pauli(Elbe–km623N,schwarz),Zollenspieker(Elbe–km598,magenta)undGeesthacht(Elbe–km585,blau)(DatumohneBedeutung).

BeiSturmflutwirdderWasserstandimElbeästuardurchfolgendeRandwertebestimmt:§ demWasserstandsverlaufamRandzurNordsee,§ demWindüberderNordseeunddemElbeästuarund§ demindasElbeästuarausderMittelelbefließendenOberwasserzufluss.DieBedeutung der verwendetenRandwerte (Wind,Wasserstand,Abfluss) undAnfangswerte(Salzgehalt) fürdie Sturmflutscheitelwasserstände entlangderTideelbewird imRahmenvonSensitivitätsuntersuchungen in den Abschnitten 5.4, 8.2 und 8.3 betrachtet. Im Ästuar selbstverändernProzessewieReibunganderGewässersohleoderImpulseintragausderAtmosphäredenSturmflutwasserstand.DurcheinegrößereWassertiefe,bedingtdurchz.B.einenMeeres-spiegelanstieg,sindfolgendeVeränderungenbeiSturmflutzuerwarten:§ verringerterEffektderSohlreibungundsomiteineErhöhungderHochwasserstände;§ verringerterEffektdeslokalenWindesundsomiteinAbsenkenderHochwasserstände.

- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

02.01. 12:00 02.01. 18:00 03.01. 00:00 03.01. 06:00 03.01. 12:00 03.01. 18:00 04.01. 00:00 04.01. 06:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]

Elbe km 585 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 Elbe km 598 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 623N SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 Elbe km 641 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 675 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 Elbe km 696 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26

Elbe km 725 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26



::::



18

EinHN–Modell,wiedashiereingesetzteVerfahrenUnTRIM(BAW,2004)istinderLage,dieseProzesseundihrenichtlineareWechselwirkungzubeschreiben.

5.2 Wasserstandskenngrößen

Im Rahmen einer sich an die Modellrechnung anschließenden Analyse der Berechnungs-ergebnissewerden aus den Zeitreihen der Wasserstände für jedes Sturmflutszenario (Simu-lationslauf) im gesamten Modellgebiet folgende tideunabhängige Kennwerte des Wasser-standes(BAW,2002)bestimmt:§ Sturmflutscheitelwasserstand HW (höchster aufgetretener Wasserstand) im Analysezeit-

raum(hier3.Januar00:00Uhrbis4.Januar00:00Uhr,DatumohneBedeutung),§ EintrittszeitdesSturmflutscheitelwasserstandesTHWbezogenaufElbe-km748.Bild15zeigtdenSturmflutscheitelwasserstandHWfürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600auf einemProfilentlangdesElbefahrwasserszwischenElbe –km755 (BakeZ)und Elbe – km 585 (Geesthacht). Zur Einordnung der Sturmflutscheitelwasserstände derSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600 istzusätzlichderBemessungswasserstand2085A(Länderarbeitsgruppe,1988)aufgetragen.

Bild15: SFREFundSFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe – km 755 (Elbmündung bei Bake Z) bis Elbe – km 585 (Geesthacht) für dieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot) und SFBEMQ2600 (blau). Zusätzlich ist derBemessungswasserstand2085A(violett,Länderarbeitsgruppe,1988)eingetragen.

Bild16zeigtdieEintrittszeitTHWdesSturmflutscheitelwasserstandesHW fürdieSturmflut-szenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 auf einem Profil entlang des Elbefahrwassers

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

585605625645665685705725745

[mN

HN

]

Elbe - Kilometer

SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 Cuxhaven NHN + 5,78 m

SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 Cuxhaven NHN + 6,28 m

Bemessungswasserstand 2085A Q2200 (Die Küste 47, S. 43)

LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserstand HW ( 03.01. - 00:00:00 bis 04.01. - 00:00:00 )


::::


Gee

stha

cht

St.P

auli

Cux

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n

Bru

nsbü

ttel

Glü

ckst

adt

Schu

lau

Zolle

nspi

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19

zwischenElbe – km 748 undElbe – km 585 (Geesthacht).Durch dieBerücksichtigung einesMeeresspiegelanstieges von 50cm im Szenario SFBEMQ2600 erhöht sich die Fortschritts-geschwindigkeit der Tidewelle. In Hamburg St. Pauli (Elbe – km 623N) wird der Sturmflut-scheitelwasserstand für das Szenario SFBEMQ2600 ca.10Minuten früher erreicht als für dasSzenarioSFREFQ2600.

Bild16: SFREF und SFBEM: Eintrittszeit des SturmflutscheitelwasserstandTHW entlang desElbefahrwassersvonElbe–km748(Elbmündung)bisElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600(rot)undSFBEMQ2600(blau).

5.3 FlächenhafteDarstellungdesSturmflutscheitelwasserstandes

Für drei Teilgebiete, Teilgebiet West in der Mündung der Elbe zwischen Scharhörn undGlückstadt (Bild17undBild18),TeilgebietHamburgzwischenSchulau (Elbe –km640)undBunthaus (Elbe –km609N) (Bild19undBild20)undTeilgebietOst zwischenBunthausundGeesthacht (Bild 21 und Bild 22), ist der Sturmflutscheitelwasserstand für die Sturmflut-szenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 flächenhaft dargestellt.DieseDarstellungen gebenz.B. einen Überblick über den Sturmflutscheitelwasserstand entlang des Elbufers in dengenanntenTeilgebieten.Manerkennt,dassfürdasGebietstromaufvonBrunsbütteldieentlangdes Elbefahrwassers dargestellten Sturmflutscheitelwasserstände (Bild 15) repräsentativ fürdenScheitelwasserstanddesjeweiligenElbequerschnittessind.

-60

-30

0

30

60

90

120

150

180

210

240

585605625645665685705725745

[Min

uten

]

Elbe - Kilometer

SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 Cuxhaven NHN + 6,26 m

SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 Cuxhaven NHN + 5,78 m

LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserzeit ( 03.01.-00:00:00 bis 04.01.-00:00:00 )


::::


Gee

stha

cht

St.P

auli

Cux

have

n

Bru

nsbü

ttel

Glü

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adt

Sch

ulau

Zolle

nspi

eker


20

Bild17: SFREF:SturmflutscheitelwasserstandHW fürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600 imTeilgebietWestzwischenScharhörnundGlückstadt.EineFarbstufeentsprichteinemUnterschiedimHWvon10cm.

Bild18: SFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFBEMQ2600imTeilgebietWestzwischenScharhörnundGlückstadt.EineFarbstufeentsprichteinemUnterschiedimHWvon10cm.

0 10.00 km5.00

6.9

6.8

6.8

6.7

6.6

6.5

6.46.36.26.

1

6.05.9

5.9

5.8

5.8

5.7

5.6

5.5

5.4

5.3

5.2

5.1

Isolinien fuer inTopographie mNHN

5.00 15.00

km 670

km 680

km 690 km 700

km 710 km 720

km 730

km 740 km 750

Scharhoern

Friedrichskoog

Cuxhaven

Brunsbuettel

Glueckstadt

Topographie (Watt) mNHN

-4. 8. 0 4.

m

5. 7.5 5.6 6.2 6.8

Zeitraum:03.01.1976-00:00 bis 04.01.1976-00:00

Topo=m.elbe_20160127_PIZ02SF.fl.BAW.datData=LW.HW.ar.sflkn1PIZ02.v6q26.bin

0 10.00 km5.00

7.4

7.3

7.2

7.1

7.0

6.9

6.86.7

6.6

6.56.4

6.4

6.3

6.3

6.2

6.1

6.0

5.9

5.8

5.7

5.6

Isolinien fuer inTopographie mNHN

5.00 15.00

km 670

km 680

km 690 km 700

km 710 km 720

km 730

km 740 km 750

Scharhoern

Friedrichskoog

Cuxhaven

Brunsbuettel

Glueckstadt


-4. 8. 0 4.

m

5. 7.5 5.6 6.2 6.8

Zeitraum:03.01.1976-00:00 bis 04.01.1976-00:00



21

Bild19: SFREF:SturmflutscheitelwasserstandHW fürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600 imTeilgebietHamburgzwischenSchulauundBunthaus.EineFarbstufeentsprichteinemUnterschiedimHWvon10cm.

Bild20: SFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFBEMQ2600imTeilgebietHamburgzwischenSchulauundBunthaus.EineFarbstufeentsprichteinemUnterschiedimHWvon10cm.

0 5.00 km2.507.

67.5

7.4

7.3

km 609N

km 610N

km 615N

km 620N km 625N km 630N

km 610S

km 615S

km 620S

km 624S

km 635

km 640 Schulau

Hamburg St.Pauli

Bunthaus


-4. 8. 0 4.

m

7.2 8.4 7.5 7.8 8.1

Zeitraum:03.01.1976-00:00 bis 04.01.1976-00:00


0 5.00 km2.50

8.1

8.1

8 .1

8.0

7 .9

7.97 .8

km 609N

km 610N

km 615N

km 620N km 625N km 630N

km 610S

km 615S

km 620S

km 624S

km 635

km 640 Schulau

Hamburg St.Pauli

Bunthaus


-4. 8. 0 4.

m

7.2 8.4 7.5 7.8 8.1

Zeitraum:03.01.1976-00:00 bis 04.01.1976-00:00



22

Bild21: SFREF:SturmflutscheitelwasserstandHW fürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600 imTeilgebiet Ost zwischen Bunthaus und Geesthacht. Eine Farbstufe entspricht einemUnterschiedimHWvon10cm.

Bild22: SFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWfürdasSturmflutszenarioSFBEMQ2600imTeilgebiet Ost zwischen Bunthaus und Geesthacht. Eine Farbstufe entspricht einemUnterschiedimHWvon10cm.

0 2.50 km1.25

8 .2

8.1

8.0

7.8

km 590

km 595

km 600

km 605

km 609N

km 610N km 610S

Bunthaus


-4. 8. 0 4.

m

7.5 9. 7.9 8.3

Zeitraum:03.01.1976-00:00 bis 04.01.1976-00:00


0 2.50 km1.25

8.5

8.5

8.4

8 .3

8.2

km 590

km 595

km 600

km 605

km 609N

km 610N km 610S

Bunthaus


-4. 8. 0 4.

m

7.5 9. 7.9 8.3

Zeitraum:03.01.1976-00:00 bis 04.01.1976-00:00



23

5.4 BedeutungdesAbflussesfürdieSturmflutscheitelwasserstände

Um denEinfluss desAbflusses auf die Sturmflutscheitelwasserstände der SturmflutszenarienSFREFQ2600 und SFBEMQ2600 entlang der Tideelbe abzuschätzen, werden die Sturmflut-szenarien zusätzlich mit veränderten Abflüssen modelliert. Hierfür wird als Abfluss vomAuftraggeber2200m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/sgewählt.EineEinordnungdergewähltenAbflüsseermöglichtTabelle1.Bild 23 zeigt die Sturmflutscheitelwasserstände für die betrachteten Sturmflutszenarien ent-lang des Elbefahrwassers zwischen der Elbmündung (Elbe – km 755) und Geesthacht. ImMündungsbereich werden die Sturmflutscheitelwasserstände nur geringfügig durch den ver-ändertenAbflussbeeinflusst.ImBereichzwischenBrunsbüttelundHamburgSt.Pauliführtderveränderte Abfluss zu einer Änderung des Sturmflutscheitelwasserstandes um einigeZentimeteran.StromaufvonHamburgverändertsichderSturmflutscheitelwasserstandbeidenhierbetrachtetenAbflussvariantenumwenigeDezimeter.

Bild23: SFREFundSFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe – km755 (Elbmündung bei Bake Z) bis Elbe – km585 (Geesthacht) für dieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (schwarz gestrichelt) und SFBEMQ2600 (schwarzstrichpunktiert) sowiediegenanntenAbflüsse2200m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s(sieheauchLegendeimBild).

In Tabelle 2 sind für sieben ausgewählte Orte entlang der Elbe zwischen Cuxhaven (Elbe –km725)undGeesthacht(Elbe–km585)dieErgebnissedieserUntersuchungzusammengefasst.FürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600sinddiemitdemHN–ModellderElbebestimmtenSturmflutscheitelwasserständeangegeben.FürdieSzenarienmitverändertem

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

585605625645665685705725745

[mN

HN

]

Elbe - Kilometer

SFREF Q2200 PIZ02 v6q22 SFBEM Q2200 PIZ02 v6q22 SFREF Q2700 PIZ02 v6q27 SFBEM Q2700 PIZ02 v6q27 SFREF Q3200 PIZ02 v6q32 SFBEM Q3200 PIZ02 v6q32 SFREF Q3700 PIZ02 v6q37 SFBEM Q3700 PIZ02 v6q37 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26

LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserstand HW ( 03.01. -00:00:00 bis 04.01. -00:00:00 )


::::


Gee

stha

cht

St.P

auli

Cux

have

n

Bru

nsbü

ttel

Glü

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Schu

lau

Zolle

nspi

eker


24

Abfluss istdieZunahmebzw.AbnahmedesSturmflutscheitelwasserstandesdHWeingetragen.ManerkenntauchhierdiebereitsbeschriebenenUnterschiedeinderBedeutungdesAbflussesfür die Höhe der Sturmflutscheitelwasserstände. Während in der breiten Elbmündung beiCuxhavenderSturmflutscheitelwasserstandHWnichtdurchdenAbflussQverändertwird,hebtim Bereich stromauf von Hamburg z.B. eine Zunahme des Abflusses um 1000 m3/s denSturmflutscheitelwasserstandummehrals2Dezimeteran.

SFREF SFREF SFREF SFREF SFREF SFBEM SFBEM SFBEM SFBEM SFBEM

Q2600 Q2200 Q2700 Q3200 Q3700 Q2600 Q2200 Q2700 Q3200 Q3700

HW dHW dHW dHW dHW HW dHW dHW dHW dHW

[mNHN] [cm] [cm] [cm] [cm] [mNHN] [cm] [cm] [cm] [cm]

Cuxhavenkm725 5,78 0 0 0 0 6,28 0 0 0 <1

Brunsbüttelkm696 6,30 -1 0 +2 +5 6,79 -1 0 +2 +4

Glückstadtkm675 6,70 -2 0 +4 +6 7,20 -2 0 +3 +6

Schulaukm641 7,27 -3 0 +4 +6 7,76 -3 0 +3 +6

St.Paulikm623N 7,62 -3 +1 +5 +9 8,10 -3 0 +4 +8

Zollenspiekerkm598 7,98 -7 +1 +8 +14 8,37 -5 +3 +9 +15

Geesthachtkm585 8,28 -9 +2 +12 +23 8,62 -8 +2 +12 +26

Tabelle2: Sturmflutscheitelwasserstände HW für SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 an ausge-wähltenOrtenentlangderTideelbesowiedieÄnderungderSturmflutscheitelwasser-ständedHWaufgrundeinerAb-bzw.ZunahmedesAbflussesQ.

FürsiebenausgewählteOrteentlangderTideelbesinddiedieserAnalysezugrundeliegendenWasserstandsverläufe für den Zeitraum 1. Januar 12.00Uhr bis 4. Januar 12:00Uhr (DatumohneBedeutung)inBild24bisBild30dargestellt.BeiCuxhaven,imMündungsbereichderElbe(Elbe–km725,Bild24)wirdderWasserstandvorundwährendderSturmflutwederbeiSturm-flutszenarioSFREFQ2600nochbeiSFBEMQ2600durcheineZunahmedesAbflussesverändert.AuchbeiBrunsbüttel (Elbe –km 696,Bild 25) lässt sichkeinEinflussdesAbflusses aufdenWasserstand erkennen. Bei Glückstadt (Elbe – km 675, Bild 26) findet man einen geringenEinflussaufdieTidehochwasserThwundTideniedrigwasserTnwvorderSturmflutsowieaufdenSturmflutscheitelwasserstandHW.DieserEinflussistdeutlicherinSchulau(Elbe–km641,Bild27)undHamburgSt.Pauli(Elbe–km623N,Bild28)zuerkennen.StromaufvonHamburgbeiZollenspieker(Elbe–km598,Bild29)undGeesthacht(Elbe–km585,Bild30)beeinflusstderAbflussdeutlichThwundTnwvorderSturmflutsowiedenSturmflutscheitelwasserstandHW(sieheauchRudolph,E.,2005).MitsteigendemAbflusswirdimBereichvonGeesthachtderEinflussdesMeeresspiegelanstiegesaufThwundTnwvorderSturmflutkleiner.


25

Bild24: SFREFund SFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe – km725 (Cuxhaven) fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

Bild25: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km696(Brunsbüttel)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]


Zeitreihe : Wasserstand Elbe-km 725


::::


- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]




::::



26

Bild26: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km675(Glückstadt) fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

Bild27: SFREF und SFBEM: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 641 (Schulau) für dieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]




::::


- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]




::::



27

Bild28: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

Bild29: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km598(Zollenspieker)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]


Zeitreihe : Wasserstand Elbe-km 623N


::::


- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]




::::



28

Bild30. SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km585(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

- 2,00

- 1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

01.01. 12:00 02.01. 00:00 02.01. 12:00 03.01. 00:00 03.01. 12:00 04.01. 00:00 04.01. 12:00

[mN

HN

]




::::



29

6 ZusammenfassungderErgebnisse

Die für die Überprüfung des Sicherheitsstatus der Hochwasserschutzanlagen und für dieBemessungvonDeichverstärkungund–neubautenbenötigtenSturmflutwasserständewerdennachVorgabendesAuftraggebersfürCuxhaven(Elbe–km725)vonderBAWmiteinemhoch-auflösendenHN–ModellderElbe(UnTRIM)entlangderTideelbeermittelt.DievomAuftraggebervorgegebeneWasserstandszeitreiheCuxhavenderReferenzflutbeinhaltetdie Springtide des 10. September 2006, den modifizierten Windstau der Sturmflut3.Januar1976unddiemodifizierteFernwelledes18. Januar1993undweisthiereinenmaxi-malenScheitelwertvonNHN+5,78mauf.DerBemessungswasserstandenthältzusätzlicheinenKlimazuschlag von 50cm und erreicht somit NHN+6,28m. Der Windverlauf soll der Wind-entwicklungwährendderSturmflutvom3.Januar1976entsprechen.AlsAbflussderElbewird2600 m3/s vorgegeben. Die beiden Sturmflutszenarien, die sich aus den Vorgaben desAuftraggebersergeben,werdenSFREFQ2600undSFBEMQ2600genannt. HW

Cuxhavenkm725[mNHN]

HWBrunsbüttel

km696[mNHN]

HWGlückstadt

km675[mNHN]

HWSchulaukm641[mNHN]

HWSt.Pauli

km623N[mNHN]

HWZollenspieker

km598[mNHN]

HWGeesthacht

km585[mNHN]

QNeuDarchau

km536[m3/s]

SFREFQ2600 5,78 6,30 6,70 7,27 7,62 7,98 8,28 2600

SFBEMQ2600 6,28 6,79 7,20 7,76 8,10 8,37 8,62 2600

SF76 5,10G 5,42SH 5,83G 6,24P 6,45G 6,35G 6,43P 500

SF94 4,49G 4,79P 5,17G 5,75P 6,02G 6,27G 6,54P 1350

SFB2085A 5,65L 6,20L 6,50L 7,00L 7,30L 7,70L 7,90L 2200

Tabelle3: Sturmflutscheitelwasserstände HW für die Sturmflutszenarien SFREFQ2600 undSFBEMQ2600, die Sturmfluten 3. Januar 1976 (SF76) und 28. Januar 1994 (SF94)sowie die Bemessungssturmflut 2085A an sieben Orten entlang der Tideelbe.(Datenquelle:G:DGJ(2015),P:Portal-Tideelbe(2011),SH:MLUR-SH(S.51,2001),L:Länderarbeitsgruppe(1988)).

Die Ergebnisse der von der BAW mit dem HN –Modell der Elbe (UnTRIM) durchgeführtenUntersuchungsindzusammenfassendinTabelle3dargestellt.ZumVergleichsindzusätzlichzuden Sturmflutscheitelwasserständen der Szenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 diegemessenen Sturmflutscheitelwasserstände der Sturmfluten vom 3. Januar 1976 (SF76) und28.Januar 1994 (SF94) (DGJ, 2015) sowie die Bemessungswasserstände 2085A (Länder-arbeitsgruppe,1988)eingetragen.Für das Sturmflutszenario SFREFQ2600 steigt der Sturmflutscheitelwasserstand vonNHN+5,78m bei Cuxhaven um ca.180cm auf NHN+7,62m in Hamburg St.Pauli. Für das


30

SturmflutszenarioSFBEMQ2600steigtderSturmflutscheitelwasserstandvonNHN+6,28mbeiCuxhavenum ebenfalls ca.180cm aufNHN+8,10m inHamburg St.Pauli.Die imAnhang8.3(Seite39ff.)dargestellteSensitivitätsstudiezeigt,dassVeränderungen inderKombinationderRandwerte„WindüberdemElbeästuar“und„WasserstandsentwicklungamRandzurNordsee“die Sturmflutscheitelwasserstände entlang derTideelbe um ±10 cm verändern können (Bild46).Der Sturmflutscheitelwasserstanddes Sturmflutszenarios SFBEMQ2600 tritt inHamburgSt.Paulica.10MinutenfrühereinalsfürdasSturmflutszenarioSFREFQ2600.BundesanstaltfürWasserbauHamburg,12.April2018ImAuftrag Bearbeiteringez.Winkel gez.RudolphDr.rer.nat.Winkel Dr.rer.nat.Rudolph


31

7 Literaturverzeichnis

BAW (2002): Tideunabhängige Kennwerte des Wasserstandes. Technischer Bericht. BAWikihttp://wiki.baw.de/de/index.php5/Tideunabh%c3%a4ngige_Kennwerte_des_Wasserstands (abgerufenOktober2017).

BAW (2004): Validation document – Mathematical – Model UnTRIM. Bericht. BAWiki

http://wiki.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pdf/Simulationsverfahren_Kueste_validation_document-untrim-2004.pdf

BAWiki: Postprozessor LZKWF. http://wiki.baw.de/de/index.php/LZKWF (abgerufenOktober

2017)Casulli,V.undWalters,R.A. (2000):Anunstructured, threedimensionalmodelbasedon the

shallowwaterequations.InternationalJournalforNumericalMethodsinFluids,32.S.331–348.

DGJ (1997):DeutschesGewässerkundliches Jahrbuch –Elbegebiet,Teil III,UntereElbeabder

Havelmündung, Abflussjahr 1994. Freie undHansestadtHamburg –Wirtschaftsbehörde –Strom-undHafenbau.

DGJ (2015):DeutschesGewässerkundliches Jahrbuch –Elbegebiet,Teil III,UntereElbeabder

Havelmündung,Abflussjahr2013.FreieundHansestadtHamburg–HPAHamburgPortAu-thorityAöR.

Länderarbeitsgruppe (1988): Bemessungswasserstände entlang der Elbe – Bericht einer

Länderarbeitsgruppe.DieKüste,47.S.31–50.MLUR–SH (2001): Generalplan Küstenschutz – Integriertes Küstenschutzmanagement in

Schleswig–Holstein.Ministerium für ländlicheRäume,Landesplanung,LandwirtschaftundTourismusdesLandesSchleswig–Holstein.Kiel.

MELUND-SH(2018):EintrittswahrscheinlichkeitdesgemeinsamenAuftretensschwererSturm-

flutenundFlusshochwasserinderElbe.PersönlicheMitteilung.Plüß,A.(2003):DasNordseemodellderBAWzurSimulationderTide inderDeutschenBucht.

DieKüste,67.S.83-127.PORTALTIDEELBE-ZentralesDatenmanagementderWSDNord.

http://www.portaltideelbe.de/(abgerufenJuli2011)Rudolph,E.(2005):EinflusssehrhoherAbflüsseaufdieWasserständeinderTideelbe.promet,

31,2-4,S.186–190.

http://wiki.baw.de/de/index.php5/Tideunabh%c3%a4ngige_Kennwerte_des_Wasserstands



http://wiki.baw.de/de/index.php/LZKWF

http://www.portaltideelbe.de/


32

Schmidt, H. und Pätsch, J. (1992): Meteorologische Messungen auf Norderney und Modell-rechnungen.DieKüste,54S.131–142.

Smith,S.DundBanke,E.G.(1975):VariationofSeaSurfaceDragCoefficientwithWindSpeed.

Quart.J.oftheRoy.Met.Soc.101.S.665–673.WSALauenburg(2017):StaustufeGeesthacht

http://www.wsa-lauenburg.wsv.de/wasserstrassen/elbe/Staustufe_Geesthacht/index.html (abgerufenNovember2017)

http://www.wsa-lauenburg.wsv.de/wasserstrassen/elbe/Staustufe_Geesthacht/index.html


33

8 Anhang

8.1 Rauheitsverteilung

Bild31: EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuares.

0 25.00 km

BakeZ

Scharhoern

Buesum

Friedrichskoog


Glueckstadt


Bunthaus Geesthacht

Bleckede

m

10E-05 1. 0.01

Zeitpunkt:01.01.1976-02:00

Topo=m.elbe_20160127_PIZ02SF.fl.BAW.datData=2D.ar.md.u07.PIZ02.sflkn1.v6q26.binallg=HLIMIT 0.0100 [m]allg=IMORPHO 1 [-]allg=ALTTOPO 0 [-]


34

Bild32: Topographie des numerischen Modells des Elbeästuares der BAW für Sturmflut-untersuchungen (PIZ02) fürdenBereich stromaufvonGeesthachtmitausgewähltenPegelorten (Grundlage: Jahrespeilung 2010). Ausschnitt aus Bild 2 jedoch unterVerwendungeinerverändertenFarbpalette.

Bild33: EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–Modelldes Elbeästuares für den Bereich stromauf von Geesthacht. Ausschnitt aus Bild 31jedochunterVerwendungeinerhöheraufgelöstenFarbpalette.

0 5.00 km

GeesthachtUP GeesthachtOP Geesthacht

Artlenburg

Hohnstorf

Boizenburg

Bleckede

mNHN

-10. 10. 0

0 5.00 km


Artlenburg

Hohnstorf

Boizenburg

Bleckede

m

0.02 0.38 0.12 0.22

Zeitpunkt:01.01.1976-02:00

Topo=m.elbe_20160127_PIZ02SF.fl.BAW.datData=2D.ar.md.u07.PIZ02.sflkn1.v6q26.binallg=HLIMIT 0.0100 [m]allg=IMORPHO 1 [-]allg=ALTTOPO 0 [-]ipds_ElbeIZNF2_val12ms_SF15.dat


35

8.2 SensitivitätsstudieSalzgehaltsanfangsverteilung

DieräumlicheVerteilungdesSalzgehaltesimElbeästuarwirdsowohldurchdenAbflussausderMittelelbealsauchdurchdasTidegescheheninderNordseebeeinflusst.HoheAbflüsseausderMittelelbeführenzuniedrigenSalzgehaltenentlangderTideelbe.HierbeiistauchdieDauerdesAbflussereignissesvonBedeutung.FürdieindiesemGutachtenbetrachtetenSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600wirdkeineVorgeschichtedesAbflussesfestgelegt.InAbsprachemitdemAuftraggeberwirdangenommen,dasswährendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600aufdemoffenenRandzurNordseeeinSalzgehaltvon30PSUvorliegt.Dieinden Modellläufen verwendete Salzgehaltsverteilung zu Beginn (1. Januar02:00 Uhr) desSimulationszeitraumes(1.Januar02:00Uhrbis4.Januar23:00Uhr)istinBild34dargestellt.

Bild34: Salzgehaltsverteilung zu Beginn des Simulationszeitraumes für die untersuchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600miteinemSalzgehaltvon30PSUamRandzurNordsee.

DaderSalzgehaltdieDichtedesWassersbeeinflusst,beeinflusstderSalzgehaltauchdieWasser-standsverteilung entlang der Tideelbe. Es wird deshalb untersucht, welchen Einfluss einveränderter Salzgehalt im Elbmündungsgebiet auf die Sturmflutscheitelwasserstände entlangderTideelbehat.HierfürwirdvoneinemSalzgehaltvon28PSUsowie25PSUamModellrandausgegangen und die in Bild 35 bzw. Bild 36 dargestellten Salzverteilungen zu Beginn desSimulationszeitraumesverwendet.

0 25.00 km12.50

28.0

26.0

24.0

22.0 20

.018

.016

.0 14.0

BakeZ

Scharhoern

Buesum

Friedrichskoog


Glueckstadt


Bunthaus Geesthacht

Bleckede


-4. 8. 0 4.

10**-3

0 32. 8. 16. 24.


36

Bild35: Salzgehaltsverteilung zu Beginn des Simulationszeitraumes für die untersuchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600S28undSFBEMQ2600S28miteinemSalzgehaltvon28PSUamRandzurNordsee.

Bild36: Salzgehaltsverteilung zu Beginn des Simulationszeitraumes für die untersuchtenSturmflutszenarienSFREFQ2600S25undSFBEMQ2600S25miteinemSalzgehaltvon25PSUamRandzurNordsee.

DieWasserstandsentwicklungbeiElbe -km725(Cuxhaven)undElbe–km641(Schulau) fürdie drei beschriebenen Salzszenarien sind in Bild 37 und Bild 38 dargestellt. Man erkenntlediglichkleineUnterschiedeindenmodelliertenWasserständen.

0 25.00 km12.50

26.0

24.0

22.020

.0

18.0

16.0

14.0 12

.0 8.0

BakeZ

Scharhoern

Buesum

Friedrichskoog


Glueckstadt


Bunthaus Geesthacht

Bleckede


-4. 8. 0 4.

10**-3

0 32. 8. 16. 24.

0 25.00 km12.50

24. 0

22.0

20.0

20.0

18.0 16.0

14.0

12.0 10

.08.

0

BakeZ

Scharhoern

Buesum

Friedrichskoog


Glueckstadt


Bunthaus Geesthacht

Bleckede


-4. 8. 0 4.

10**-3

0 32. 8. 16. 24.


37

Bild37: SFREFund SFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe – km725 (Cuxhaven) fürdieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600S28 (violett), SFREFQ2600S25(pink), SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600S28 (blaugrau) und SFBEMQ2600S25(hellblau).

Bild38: SFREF und SFBEM: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 641 (Schulau) für dieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600S28 (violett), SFREFQ2600S25(pink), SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600S28 (blaugrau) und SFBEMQ2600S25(hellblau).

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[mN

HN

]

SFREF Q2600 PIZ02 v7q26 Salz25 SFBEM Q2600 PIZ02 v7q26 Salz25



Zeitreihe : Wasserstand 725


::::


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[mN

HN

]






::::

Elbe-AestuarUnterelbe bis BleckedeSturmflutwasserstände TideelbeHN-Verfahren UnTRIM 3D


38

Bild39zeigtdiefürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600,SFREFQ2600S28,SFREFQ2600S25,SFBEMQ2600, SFBEMQ2600S28 und SFBEMQ2600S25 berechneten Sturmflut-scheitelwasserstände. Für die Sturmflutscheitelwasserstände ergeben sich lediglich kleineUnterschiedeaufgrunddesgewähltenSalzszenarios.Eszeigtsich,dasszwischenGlückstadtundGeesthacht die Sturmflutscheitelwasserstände im Sturmflutszenario SFREFQ2600S28 bzw.SFBEMQ2600S28 um 1cm niedriger und im Sturmflutszenario SFREFQ2600S25 bzw.SFBEMQ2600S25um3cmniedrigerals imSturmflutszenarioSFREFQ2600bzw.SFBEMQ2600liegen.Die Auswahl des den Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 zugrundeliegendenSalzszenariosbeeinflusstdieSturmflutscheitelwasserständestromaufvonBrunsbüttel.Fürdiehier untersuchten Salzszenarien findet man für den Bereich stromauf von Glückstadt eineReduktiondesSturmflutscheitelwasserstandesum1cmbis3cm.

Bild39: SFREFund SFBEM: Sturmflutscheitelwasserstand (HW) entlangdesElbefahrwassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km585(Geesthacht) fürdieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600S28 (violett), SFREFQ2600S25(pink), SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600S28 (blaugrau) und SFBEMQ2600S25(hellblau).

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39

8.3 SensitivitätsstudieWindüberdemElbeästuar

SturmflutensinddefiniertalsdurchstarkenWindverursachtesAnsteigendesWassersanderMeeresküste und in den Flussmündungen der Küstengebiet (DIN 4049-3). Die in diesemGutachten betrachteten Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 wurden ausverschiedenen (nicht gleichzeitig aufgetretenen) Komponenten zusammengefügt (sieheAbschnitt3).DerWindverlaufsollderWindentwicklungwährendderSturmflutvom3.Januar1976entsprechen.VomDWDwurdenaufderGrundlagevonMessungenderWindgeschwindigkeitmitdemWind-modell MKW (Massenkonsistentes Windfeld, Schmidt und Pätsch, 1992) hoch aufgelösteWindfelder über der Elbe erzeugt. Für die Orte Scharhörn und Hamburg St. Pauli ist derVergleich zwischen gemessenerundmodellierterWindgeschwindigkeit inBild40dargestellt.Manerkennt,dassMessungundModellumca.±5%voneinanderabweichen.UmdenEinflusseiner Veränderung der Windgeschwindigkeit zu untersuchen, wird eine systematischeVeränderungdermitMKWberechnetenWindgeschwindigkeitsfelderum ±5%durchgeführt.DieWindrichtungwirdnichtmodifiziert.

Bild40: Wind:ZeitlicheEntwicklungderWindgeschwindigkeitbeiScharhörn(MessunginRot,MKW inBlau)undHamburgSt.Pauli(Messung inDunkelblau,MKW inDunkelgrün)währendderSturmflut3.Januar1976.ZusätzlichsinddiefürdieseOrteum±5%ver-ändertenWindgeschwindigkeiten(MKW)eingezeichnet.

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[m/s

]

SF76 MKW+5% DWD Scharhörn SF76 MKW+5% DWD Hamburg StPauli

SF76 MKW DWD Scharhörn SF76 MKW DWD Hamburg StPauli

SF76 MKW-5% DWD Scharhörn SF76 MKW-5% DWD Hamburg StPauli

Messung Scharhoern HPA Messung StPauli DWD 1457

Zeitreihe : skalare Windgeschwindigkeit


::::

ElbeUnterelbeSturmflutwasserstände TideelbeMKW + Variation


40

Bild41: SFREFund SFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe – km725 (Cuxhaven) fürdieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600Wind+5% (violett),SFREFQ2600Wind-5% (pink), SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600Wind+5% (blau-grau)undSFBEMQ2600Wind-5%(hellblau).

Bild42: SFREF und SFBEM: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km641 (Schulau) für dieSturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600Wind+5% (violett),SFREFQ2600Wind-5% (pink), SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600Wind+5% (blau-grau)undSFBEMQ2600Wind-5%(hellblau).

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[mN

HN]

SFREF Q2600 PIZ02 v9q26 Wind+5% SFBEM Q2600 PIZ02 v9q26 Wind+5%

SFREF Q2600 PIZ02 v10q26 Wind-5% SFBEM Q2600 PIZ02 v10q26 Wind-5%

SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26



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[mN

HN]






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41

DieWasserstandsentwicklungbeiElbe -km725(Cuxhaven)undElbe–km641(Schulau) fürdie zweibeschriebenenWindszenarien sind inBild41undBild42dargestellt.BeiCuxhavenerkennt man Unterschiede von ± 6 cm in den modellierten Wasserständen. Hier in derElbmündungwirdderWasserstandhauptsächlichdurchdasGescheheninderNordseeundderDeutschen Bucht bestimmt. Weiter stromauf bei Schulau verändern sich die WasserständewährendderSturmflutaufGrunddesveränderten lokalenWindes. IndiesemBereichwerdendieWasserständestärkerdurchdenlokalüberdemElbeästuarherrschendenWindbeeinflusst.Bei Schulau verändert sich der Sturmflutscheitelwasserstand HW für das SturmflutszenarioSFREFQ2600um±14cmundfürSFBEMQ2600um±13cm.Bild 43 zeigt zusammenfassend die Sturmflutscheitelwasserstände entlang der Elbe für alleuntersuchtenWindszenarien.EineVeränderungderlokalenWindgeschwindigkeitüberderElbeum ± 5% verändert stromauf vonBrunsbüttel die Sturmflutscheitelwasserstände um bis zu±15cm.

Bild43: SFREFund SFBEM: Sturmflutscheitelwasserstand (HW) entlangdesElbefahrwassersvonElbe –km755 (Elbmündung)bisElbe –km585 (Geesthacht) fürdieSturmflut-szenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600Wind+5% (violett), SFREFQ2600Wind-5%(pink), SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600Wind+5% (blaugrau) undSFBEMQ2600Wind-5%(hellblau).

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42

Für die synthetischen Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 sind lediglich derWasserstandsverlauf und derWindverlauf in Cuxhaven definiert.Verwendetman die beidenzusätzlich vorgestellten, im Rahmen der Messgenauigkeit liegenden, Windverläufe (sieheWind±5%inBild40)solassensichandereWasserstandszeitreihenalsRandwertefinden,diedengleichenWasserstandsverlauf inCuxhavenbewirken.ErhöhtmandenWindüberderElbeum 5%, somüssen dieWasserstandsrandwerte auf dem Rand zurNordsee (NoSeRand) um1,2% abgesenkt werden. Senkt man den Wind über der Elbe um 5 % ab, so müssen dieWasserstandsrandwerteaufdemRandzurNordsee(NoSeRand)um1,3%angehobenwerden.Bild 44 zeigt den Wasserstandsverlauf bei Cuxhaven, der für die drei beschriebenenKombinationen von Wind- und Wasserstandsrandwerten annähernd gleich ist. In Cuxhavenwird jeweils ein Sturmflutscheitelwasserstand von NHN+5,78m für SFREFQ2600 bzw.NHN+6,28mfürSFBEMQ2600erreicht.

Bild44: SFREFund SFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe – km725 (Cuxhaven) fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600(rot),SFREFQ2600mitWind+ 5%undNoSeRand-1,2% (violett), SFREFQ2600 mit Wind – 5% und NoSeRand+1,3% (rotbraun),SFBEMQ2600 (blau), SFBEMQ2600mitWind + 5% undNoSeRand-1,2% (hellblau)undSFBEMQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%(dunkelblau).

Stromauf von Cuxhaven ergeben sich auf Grund der unterschiedlichen Kombination derRandwerteWind undWasserstand unterschiedlicheWasserstände für die hier untersuchtenSturmflutszenarien. Bild 45 zeigt beispielhaft die Wasserstandsentwicklung bei HamburgSt.Pauli.DieveränderteWahlderRandwertebewirkteineVeränderungderSturmflutscheitel-wasserständeinHamburgSt.Paulium±8cm.

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SFREF Q2600 PIZ02 v12q26 Wind-5% h*1.013 SFREF Q2600 PIZ02 v11q26 Wind+5% h*0.988 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 SFBEM Q2600 PIZ02 v12q26 Wind-5% h*1.013 SFBEM Q2600 PIZ02 v11q26 Wind+5% h*0.988 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26



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43

Bild45: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)für die Sturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600 mit Wind + 5% undNoSeRand-1,2% (violett), SFREFQ2600 mit Wind – 5% und NoSeRand+1,3%(rotbraun),SFBEMQ2600(blau),SFBEMQ2600mitWind+5%undNoSeRand-1,2%(hellblau)undSFBEMQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%(dunkelblau).

Bild46zeigtdenEinflussderverändertenRandwerteWindüberderElbeundWasserstandamRand zur Nordsee auf die Sturmflutscheitelwasserstände entlang der Elbe zwischen derElbmündung(Elbe-km755)undGeesthacht(Elbe-km585).ImBereichvonCuxhavenwerdenfürdreiunterschiedlicheKombinationenvonWind-undWasserstandsrandwertendiegleichenSturmflutscheitelwasserstände erreicht. Stromauf von Brunsbüttel unterscheiden sich dieSturmflutscheitelwasserständeum±10cm.

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SFREF Q2600 PIZ02 v12q26 Wind-5% h*1.013 SFREF Q2600 PIZ02 v11q26 Wind+5% h*0.988 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 SFBEM Q2600 PIZ02 v12q26 Wind-5% h*1.013 SFBEM Q2600 PIZ02 v11q26 Wind+5% h*0.988 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26

Zeitreihe : Wasserstand 623N


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44

Bild46: SFREFund SFBEM: Sturmflutscheitelwasserstand (HW) entlangdesElbefahrwassersvonElbe –km755 (Elbmündung)bisElbe –km585 (Geesthacht) fürdieSturmflut-szenarien SFREFQ2600 (rot), SFREFQ2600 mit Wind + 5% und NoSeRand - 1,2%(violett), SFREFQ2600 mit Wind – 5% und NoSeRand + 1.3% (rotbraun),SFBEMQ2600(blau),SFBEMQ2600mitWind+5%undNoSeRand -1,2%(hellblau)undSFBEMQ2600mitWind–5%undNoSeRand+1,3%(dunkelblau).

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Elbe - Kilometer

SFREF Q2600 PIZ02 v11q26 Wind+5% h*0.988 SFBEM Q2600 PIZ02 v11q26 Wind+5% h*0.988

SFREF Q2600 PIZ02 v12q26 Wind-5% h*1.013 SFBEM Q2600 PIZ02 v12q26 Wind-5% h*1.013




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8.4 SturmflutszenarioSF94–VergleichMessungundModellergebnisseinderMittelelbe

Bild5bisBild11inAbschnitt4.6zeigeneinenVergleichzwischendenmitdemHN–ModellderElbe berechneten (schwarz) und den gemessenen Wasserstandszeitreihen (rot) für denZeitraum27.Januar199400:00Uhrbis29.Januar199412:00UhrandenstromabdesWehresGeesthacht gelegenen Pegeln BakeA, Cuxhaven, Büsum, Brunsbüttel, Glückstadt, HamburgSt.PauliundBunthaus.Bild47bisBild51zeigenergänzendeinenVergleichzwischendenmitdemHN–ModellderElbeberechneten(schwarz)unddengemessenenWasserstandszeitreihen(rot)fürdenZeitraum27.Januar199400:00Uhrbis29.Januar199412:00UhrandenstromaufdesWehresGeesthacht gelegenen PegelnGeesthacht,Artlenburg,Hohnstorf,Boizenburg undBleckede.DieLagedieserPegel ist inBild32markiert.ManerkenntstromaufvonArtlenburgeineguteÜbereinstimmungdergemessenenmitdenmodelliertenWasserstandszeitreihenamTag vor der Sturmflut (27.Januar1994) bei einem AbflussNeuDarchau von 1350m3/s.DiemodelliertenhöchstenWasserständeam28.Januar1994weichenandenfünfgezeigtenPegelnumbiszu20cmvondengemessenenScheitelwasserständenab.

Bild47: SF94: Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar 1994 am Pegel Geesthacht(Elbe–km583).DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

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Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Pegel Geesthacht"Wasserstand MESGeest Geesthacht


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Bild48: SF94: Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar 1994 am Pegel Artlenburg(Elbe–km574).DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

Bild49: SF94: Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar 1994 am Pegel Hohnstorf(Elbe-km569).DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

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Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Artlenburg WSA Lau"Wasserstand MESArtl Artlenburg

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Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Hohnstorf WSA Lau"Wasserstand MESHohns Hohnstorf


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Bild50: SF94:Wasserstandsentwicklung am 27. und 28. Januar 1994 am Pegel Boizenburg(Elbe–km559).DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

Bild51: SF94:Wasserstandsentwicklungam27.und28.Januar1994amPegelBleckede(Elbe–km551).DieMessungistrotunddieModellrechnungschwarzgekennzeichnet.

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Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Boizenburg WSA Lau"Wasserstand MESBoiz Boizenburg

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Wasserstand SF94PIZ02u7v17wl Knoten "Elbe-Km551"Wasserstand MESBleck Bleckede


48

8.5 BedeutungdesAbflussesfürdieWasserständeinderMittelelbe

DieBedeutungdesAbflussesderElbeaufdieSturmflutscheitelwasserständeinderTideelbebiszumWehrGeesthachtwirdinAbschnitt5.4behandelt.BeiSturmflutenwirddiesesWehrgelegt,so dass Sturmtiden auch stromaufwärts zu Wasserstanderhöhungen führen können. Nach-folgendwirddermöglicheEinflussdesAbflussesderElbeaufSturmflutscheitelwasserständefürdenBereichGeesthachtbisBleckededargestellt.VomAuftraggeberwirdandieserStelleausdrücklichdaraufhingewiesen,dassSturmflutenundFlusshochwasser unabhängig voneinander auftreten. Sturmfluten werden durch auflandigeStürme in der südlichenNordsee erzeugt,während Flusshochwasser in derElbe infolge vonStarkregenereignissenund/oderSchneeschmelzeetwa1000kmsüdöstlichdavon, imOberlaufderElbe, entstehen.BisdieseHochwasserwellendasWehrbeiGeesthacht erreichen,vergehtüber eine Woche. Das heißt, ein gleichzeitiges Auftreten von schweren Sturmfluten undFlusshochwassern ist in der Realität praktisch ausgeschlossen. Rein rechnerisch würde dieEintrittswahrscheinlichkeit eines gemeinsamen Auftretens des Sturmflutszenarios SFREF miteinem Abflussereignis in Höhe von 3700 m3/s etwa einem 6000-jährlichem Ereignisentsprechen. Aus diesem Grund können die in Bild 52 bis Bild 65 gestrichelt dargestelltenkombinierten Scheitelwasserstände nicht als Grundlage für Hochwasserschutzplanungenherangezogenwerden(MELUND-SH,2018).Um den Einfluss des Abflusses auf die Scheitelwasserstände des Sturmflutszenarios SF94entlangderTideelbeaberauch inderMittelelbebisBleckedeabzuschätzen,wirdauchdiesesSturmflutszenario zusätzlich mit veränderten Abflüssen modelliert. Hierfür wird als Abfluss2200m3/s, 2600m3/s, 2700m3/s, 3200m3/sund3700m3/s gewählt.EineEinordnungdergewähltenAbflüsseermöglichtTabelle1.Bild 52 zeigt die Sturmflutscheitelwasserstände für die betrachteten Abflussvarianten desSturmflutszenarios SF94 entlang des Elbefahrwassers zwischen der Elbmündung (Elbe –km755) und Bleckede (Elbe – km550). Im Mündungsbereich werden die Sturmflutscheitel-wasserständenurgeringfügigdurchdenverändertenAbflussbeeinflusst.ImBereichzwischenBrunsbüttel und Hamburg St.Pauli führt der veränderte Abfluss zu einer Erhöhung desSturmflutscheitelwasserstandes um einige Zentimeter. Zwischen Hamburg und GeesthachtverändertsichderSturmflutscheitelwasserstandbeidenhierbetrachtetenAbflussvariantenumwenigeDezimeter.StromaufvonGeesthachtsteigtderScheitelwasserstandbeidenbetrachtetenAbflussvariantenummehrereDezimeter(sieheauchBild53).


49

Bild52: SF94: SturmflutscheitelwasserstandHW entlangdesElbefahrwassers vonElbe – km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km550(Bleckede)fürdasSturmflutszenarioSF94 (schwarz) sowie die genannten Abflüsse 2200 m3/s, 2600 m3/s, 2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s(sieheauchLegendeimBild).

Bild53: SF94:Ausschnitt ausBild 52: ScheitelwasserstandHW entlang des Elbefahrwassersvon Elbe – km590 (Drennhausen) bis Elbe – km 550 (Bleckede) für das Sturm-flutszenario SF94 (schwarz) sowie die genannten Abflüsse 2200m3/s, 2600m3/s,2700m3/s,3200m3/sund3700m3/s(sieheauchLegendeimBild).

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Elbe - Kilometer

SF94 Q2200 PIZ02 v17q22 SF94 Q2600 PIZ02 v17q26


SF94 Q3700 PIZ02 v17q37 SF94 Q1350 PIZ02 v17

LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserstand HW ( 28.01.1994-08:00:00 bis 29.01.1994-00:00:00 )


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Elbe - Kilometer



SF94 Q3700 PIZ02 v17q37 SF94 Q1350 PIZ02 v17

LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserstand HW ( 28.01.1994-08:00:00 bis 29.01.1994-00:00:00 )


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50

Für fünf ausgewählteOrte entlang derMittelelbe sind die dieserAnalyse zugrundeliegendenWasserstandsverläufe für den Zeitraum 27.Januar199400:00Uhr bis 29.Januar199412:00Uhr inBild54bisBild58dargestellt.BeiAbflüssenhöherals1200m3/swirddasWehrGeesthacht gelegt, so dass dieTide bis indenBereich derMittelelbe laufen kann, jedoch beizunehmendemAbflussmitimmergeringeremTidehub(siehez.B.denWasserstandsverlaufbeiGeesthacht am 27.Januar1994 in Bild 54). Bei Boizenburg, ca. 15 Kilometer stromauf vonGeesthacht, istbeieinemAbflussvon1350m3/skeinTidesignalmehrzuerkennen(siehedieschwarzgekennzeichneteWasserstandszeitreiheinBild57).Auch bei Sturmflutenwird dasWehrGeesthacht gelegt, so dass Sturmtiden ebenfalls in denBereichderMittelelbe laufen.BeizunehmendemAbflussnimmtdiedurchdieSturmflut inderTideelbe hervorgerufene Wasserstandserhöhung ab (siehe z.B. den Wasserstandsverlauf beiGeesthacht am 28.Januar1994 in Bild 57). Auch mit zunehmender Entfernung zum WehrGeesthacht nimmt die durch die Sturmflut verursachte Erhöhung der Wasserstände ab. Soerkennt man bei Bleckede (Bild 58), ca.30Kilometer stromauf von Geesthacht, für diebetrachteten Abflussvarianten eine durch die Sturmflut am 28.Januar1994 verursachteErhöhungenderWasserständevonwenigerals15cm.

Bild54: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km583(Geesthacht)währendderSturm-flut28.Januar1994mitAbflussvarianten.

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SF94 Q1350 PIZ02 v17 SF94 Q2200 PIZ02 v17q22





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Elbe-AestuarUnterelbe bis BleckedeSturmflutuntersuchung TideelbeHN-Verfahren UnTRIM2007 3D


51

Bild55: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km574(Artlenburg)währendderSturm-flut28.Januar1994mitAbflussflussvarianten.

Bild56: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km569(Hohnstorf)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussvarianten.

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52

Bild57: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km559(Boizenburg)währendderSturm-flut28.Januar1994mitAbflussvarianten.

Bild58: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km551(Bleckede)währendderSturmflut28.Januar1994mitAbflussvarianten.

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53

Um den Einfluss des Abflusses auf die Scheitelwasserstände des SturmflutszenarienSFREFQ2600 und SFBEM2600 entlangderTideelbe aber auch in derMittelelbe bisBleckedeabzuschätzen,wird fürdieseSturmflutszenariendie inAbschnitt5.4vorgestellteSensitivitäts-studiezumAbflussdurchgeführt.HierfürwirdalsAbfluss2200m3/s,2600m3/s,2700m3/s,3200m3/s und 3700 m3/s gewählt. Tabelle 1 ermöglicht eine Einordnung der gewähltenAbflüsse.Bild 59 zeigt, wie Bild 23, die Sturmflutscheitelwasserstände für die betrachteten Abfluss-varianten der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 jedoch entlang des Elbe-fahrwassers zwischen der Elbmündung (Elbe – km755) und Bleckede (Elbe – km550). ImMündungsbereich werden die Sturmflutscheitelwasserstände nur geringfügig durch denverändertenAbflussbeeinflusst.ImBereichzwischenBrunsbüttelundHamburgSt.Pauliführtder veränderte Abfluss zu einer Erhöhung des Sturmflutscheitelwasserstandes um einigeZentimeter. Zwischen Hamburg und Geesthacht verändert sich der Sturmflutscheitel-wasserstandbeidenhierbetrachtetenAbflussvariantenumwenigeDezimeter. StromaufvonGeesthachtsteigtderScheitelwasserstandbeidenbetrachtetenAbflussvariantenummehrereDezimeter(sieheauchBild60).

Bild59: SFREFundSFBEM:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassersvonElbe–km755(ElbmündungbeiBakeZ)bisElbe–km550(Bleckede)fürdieSturm-flutszenarien SFREFQ2600 (schwarz) und SFBEMQ2600 (schwarz fett) sowie diegenannten Abflüsse 2200 m3/s, 2700 m3/s, 3200 m3/s und 3700m3/s (siehe auchLegendeimBild).

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Elbe - Kilometer


LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserstand HW ( 03.01.-00:00:00 bis 04.01.-00:00:00 )


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Bild60: SFREFundSFBEM:AusschnittausBild59,ScheitelwasserstandHWentlangdesElbe-fahrwassersvonElbe –km590 (Drennhausen)bisElbe –km550 (Bleckede) fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600(schwarz)undSFBEMQ2600(schwarzfett)sowiediegenannten Abflüsse 2200 m3/s, 2700 m3/s, 3200 m3/s und 3700 m3/s (siehe auchLegendeimBild).

Für fünf ausgewählteOrte entlang derMittelelbe sind die dieserAnalyse zugrundeliegendenWasserstandsverläufefürdenZeitraum2.Januar12:00Uhrbis4.Januar12:00UhrinBild61bisBild65dargestellt.BeiAbflüssenhöherals1200m3/swirddasWehrGeesthachtgelegt,sodassdieTidebis indenBereichderMittelelbe laufen kann, jedochbei zunehmendemAbflussmitimmergeringeremTidehub(siehez.B.denWasserstandsverlaufbeiGeesthachtam2.JanuarinBild61).BeiBoizenburg,ca.15KilometerstromaufvonGeesthacht, istbeieinemAbflussvon2200m3/skeinTidesignalmehrzuerkennen(sieheBild64).DerWasserstandwirdhieramTagvorderSturmflut lediglichdurchdieHöhedesAbflussesbestimmt(vergleichehierzuauchdieWasserständebeimSturmflutszenarioSF94inBild57).Auch bei Sturmflutenwird dasWehrGeesthacht gelegt, so dass Sturmtiden ebenfalls in denBereichderMittelelbe laufen.BeizunehmendemAbflussnimmtdiedurchdieSturmflut inderTideelbe hervorgerufene Wasserstandserhöhung ab (siehe z.B. den Wasserstandsverlauf beiGeesthachtam3.Januar inBild61).AuchmitzunehmenderEntfernungzumWehrGeesthachtnimmtdiedurchdieSturmflutverursachteErhöhungderWasserständeab.SoerkenntmanbeiBleckede (Bild 65), ca. 30 Kilometer stromauf von Geesthacht, für die betrachteten Abfluss-szenarien eine durch die Sturmflutszenarien am 3.Januar verursachte Erhöhungen derWasserständevonwenigerals50cm.

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Elbe - Kilometer




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Bild61: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km583(Geesthacht)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

Bild62: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km574(Artlenburg)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

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Elbe-AestuarUnterelbe bis BleckedeSturmflutwasserstaende TideelbeHN-Verfahren UnTRIM2007 3D

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Bild63: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe –km569 (Hohnstorf) fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

Bild64: SFREFundSFBEM:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km559(Boizenburg)fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

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Bild65: SFREF und SFBEM:Wasserstandsentwicklungbei Elbe – km 551 (Bleckede) für dieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitAbflussvarianten.

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58

8.6 SensitivitätsstudieRauheitsverteilunginderMittelelbe

ImRahmenderindiesemGutachtenvorgestelltenUntersuchungenwerdenGrundlagenfürdieErmittlungvonWasserständenzurBemessungvonDeichenanderTideelbeerarbeitetundvor-gestellt.DadasverwendeteHN-ModelldesElbeästuaresdasGebietvonderAußenelbeüberdieUnterelbe bis in dieMittelelbe bis Bleckede umfasst (siehe Bild 2) können die höchsten imUntersuchungszeitraumaufgetretenenWasserstände fürdasgesamteModellgebietdargestelltwerden. InderMittelelbe stromauf desWehrsGeesthacht hängen dieWasserstände vonderHöhedesAbflusses,vomdurchströmtenQuerschnitt(z.B.GrößedesVorlandbereiches)sowieder Sohlreibung des Flussbettes und des Vorlandes (z.B. in Abhängigkeit vom jahreszeitlichunterschiedlichen Bewuchs) ab. Bei Sturmflut wird das Wehr Geesthacht gelegt, sodasszusätzlichdasSturmfluttidesignalausderTideelbedieHöhedesWasserstandesbeeinflusst.Im folgendenAbschnittwirddieBedeutungderRauheitsverteilung inderMittelelbezwischenGeesthachtundBleckedefürdieSturmflutwasserstände inderTideelbeunddieWasserständeinderMittelelbebetrachtet.DafürwirdeineSensitivitätsstudiezurRauheitsverteilungdurch-geführt.EswerdenzweizusätzlicheRauheitsverteilungenimBereichderMittelelbeverwendet,diedenWasserstandimZeitraumvorderSturmflutumca.±10cmverändern.ImVerhältniszuder in Bild 33 gezeigten effektiven Sohlrauheit senkt die in Bild 66 dargestellte effektiveSohlrauheit denWasserstand inderMittelelbe,während die inBild 67 dargestellte effektiveSohlrauheit den Wasserstand in der Mittelelbe anhebt. In der Tideelbe wird die Rauheits-verteilungnichtverändert.HierwirddieinBild31dargestelltVerteilungverwendet.

Bild66: SensitivitätsstudieRauheitsverteilung:EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuaresfürdenBereichstromaufvonGeesthacht.DieseVerteilung(sens12)senktdenWasserstandstromaufvonGeesthachtumca:10cm.

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Zeitpunkt:01.01.1976-02:00

Topo=m.elbe_20160127_PIZ02SF.fl.BAW.datData=2D.ar.md.u07.PIZ02.sflkn2.v23q26.binallg=HLIMIT 0.0100 [m]allg=IMORPHO 1 [-]allg=ALTTOPO 0 [-]ipds_ElbeIZNF2_val12ms_SFsens12.dat


59

Bild67: SensitivitätsstudieRauheitsverteilung:EffektiveSohlrauheit(auchksnachNikuradsegenannt)imverwendetenHN–ModelldesElbeästuaresfürdenBereichstromaufvonGeesthacht.DieseVerteilung(sens09)hebtdenWasserstandstromaufvonGeesthachtumca.10cm.

Fürdas Sturmflutszenario SF94habenVeränderungen inder effektiven Sohlrauheit stromaufvonGeesthachtkeinenEinflussaufdieWasserständeinderTideelbesowohlwährendderVor-tideam27.Januar1994alsauchimSturmflutzeitraumam28.Januar1994.BeispielhaftzeigenBild68undBild69denWasserstandsverlaufbeiElbe–km725(Cuxhaven)undElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)unterVerwendungderdreigenanntenRauheitsverteilungen(sieheBild33,Bild66undBild67).DiedreimodelliertenWasserstandsverläufe (schwarz,hellblau,dunkel-blau) liegen im gesamten Zeitraum übereinander. Erst stromauf von Geesthacht bei Elbe –km574(sieheBild71bisBild74) istderEinflussderverändertenRauheitsverteilungaufdenWasserstandsowohlamTagvorderSturmflutalsauchimSturmflutzeitraumzuerkennen.GroßeTeiledesVorlandesstromaufvonGeesthacht(sieheBild32)werdenerst imLaufedes28.Januar1994aufGrundderdurchdieSturmflutinderTideelbeerhöhtenWasserständeüber-flutet.DerVergleichdergemessenenmitdenmodelliertenWasserständenausderSensitivitäts-studieRauheitsverteilung lassen vermuten, dass für eine bessereÜbereinstimmung zwischengemessenen und modellierten Wasserständen im Bereich stromauf von Geesthacht einedetailliertere Rauheitsverteilung, die die Unterschiede zwischen Flussbett und Vorland be-schreibt,benötigtwird.Dagezeigtwerdenkann,dassÄnderungeninderRauheitsverteilunginderMittelelbe keinen Einfluss auf die Sturmflutscheitelwasserstände in derUnterelbe haben(sieheBild82),wirdaufdieAbleitungeinerdetaillierterenRauheitsverteilungfürdieMittelelbeim Rahmen der hier vorliegendenUntersuchung zu Sturmflutwasserständen in der Tideelbeverzichtet.

0 5.00 km


Artlenburg

Hohnstorf

Boizenburg

Bleckede

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0.02 0.38 0.12 0.22

Zeitpunkt:01.01.1976-02:00

Topo=m.elbe_20160127_PIZ02SF.fl.BAW.datData=2D.ar.md.u07.PIZ02.sflkn1.v20q26.binallg=HLIMIT 0.0100 [m]allg=IMORPHO 1 [-]allg=ALTTOPO 0 [-]ipds_ElbeIZNF2_val12ms_SFsens09.dat


60

Bild68: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km725(Cuxhaven)währendderSturmflut28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf von Geesthacht. DieMessungistrotgekennzeichnet.

Bild69: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km623N(HamburgSt.Pauli)währendderSturmflut 28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf vonGeesthacht.DieMessungistrotgekennzeichnet.

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SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17 Messung Cuxhaven



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HN

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SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17 Messung Hamburg St. Pauli



::::



61

Bild70: SF94: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 583 (Geesthacht) während derSturmflut 28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf vonGeesthacht.DieMessungistrotgekennzeichnet.

Bild71: SF94: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 574 (Artlenburg) während derSturmflut 28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf vonGeesthacht.DieMessungistrotgekennzeichnet.

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SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17 Messung Geesthacht



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HN

]

SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17 Messung Artlenburg



::::

Elbe-AestuarUnterelbe bis BleckedeSturmflutwasserstÃ¤nde TideelbeHN-Verfahren UnTRIM2007 3D


62

Bild72: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km569(Hohnstorf)währendderSturmflut28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf von Geesthacht. DieMessungistrotgekennzeichnet.

Bild73: SF94: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 559 (Boizenburg) während derSturmflut 28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf vonGeesthacht.DieMessungistrotgekennzeichnet.

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SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17 Messung Hohnstorf



::::


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HN

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SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17 Messung Boizenburg



::::



63

Bild74: SF94:WasserstandsentwicklungbeiElbe–km551(Bleckede)währendderSturmflut28.Januar 1994 mit veränderter Rauheitsverteilung stromauf von Geesthacht. DieMessungistrotgekennzeichnet.

Auch fürdieSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600habenVeränderungen indereffektiven Sohlrauheit stromauf von Geesthacht keinen Einfluss auf dieWasserstände in derTideelbesowohlwährendderVortideam2.JanuaralsauchimSturmflutzeitraumam3.Januar.BeispielhaftzeigenBild75undBild76denWasserstandsverlaufbeiElbe–km725(Cuxhaven)und Elbe – km623N (Hamburg St.Pauli) unter Verwendung der drei genannten Rauheits-verteilungen(sieheBild33,Bild66undBild67).Die jeweilsdreimodelliertenWasserstands-verläufe für SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 stimmen im gesamten Zeitraum überein. ErststromaufvonGeesthachtbeiElbe–km574(Bild78bisBild81)istderEinflussderverändertenRauheitsverteilung auf den Wasserstand sowohl am Tag vor der Sturmflut als auch imSturmflutzeitraumzuerkennen.Bild 82 zeigt zusammenfassend den Sturmflutscheitelwasserstand HW für die Sturmflut-szenarien SF94, SFREFQ2600und SFBEMQ2600 entlangderElbe zwischenderMündungbeiElbe–km755undderMittelelbebeiElbe–km550.DieSensitivitätsstudieRauheitsverteilungin der Mittelelbe zeigt, dass eine Variation der Rauheitsverteilung in der Mittelelbe keinenEinfluss auf die Sturmflutscheitelwasserstände der betrachteten Sturmflutszenarien in derTideelbehat.

6,00

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HN

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Messung Bleckede SF94 Q1350 PIZ02 v25 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17



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64

Bild75: SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 725(Cuxhaven) während der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

Bild76: SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 623N(HamburgSt.Pauli)währendderSturmflutszenarienSFREFQ2600undSFBEMQ2600mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

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SFREF Q2600 PIZ02 v20q26 reibsens09 SFBEM Q2600 PIZ02 v20q26 reibsens09





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HN

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65

Bild77. SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 583(Geesthacht) während der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

Bild78: SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 574(Artlenburg) während der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

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HN

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Bild79: SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 569(Hohnstorf) während der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

Bild80: SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 559(Boizenburg) während der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

6,00

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Bild81: SFREFQ2600 und SFBEMQ2600: Wasserstandsentwicklung bei Elbe – km 551(Bleckede) während der Sturmflutszenarien SFREFQ2600 und SFBEMQ2600 mitveränderterRauheitsverteilungstromaufvonGeesthacht.

7,00

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HN

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Bild82: SFREFQ2600,SFBEMQ2600undSF94:SturmflutscheitelwasserstandHWentlangdesElbefahrwassers von Elbe – km 755 (Elbmündung bei Bake Z) bis Elbe – km 550(Bleckede) für die Sturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFBEMQ2600 (blau)undSF94 (schwarz) sowie die genannten Variationen der Rauheit stromauf vonGeesthacht.

Bild83: SFREFQ2600,SFBEMQ2600undSF94:AusschnittausBild82:ScheitelwasserstandHWentlang des Elbefahrwassers von Elbe – km 590 (Drennhausen) bis Elbe – km 550(Bleckede) für die Sturmflutszenarien SFREFQ2600 (rot), SFBEMQ2600 (blau)undSF94 (schwarz) sowie die genannten Variationen der Rauheit stromauf vonGeesthacht.

3,50

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4,50

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550570590610630650670690710730750

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HN

]

Elbe - Kilometer

SFREF Q2600 PIZ02 v20q26 reibsens09 SFBEM Q2600 PIZ02 v20q26 reibsens09 SFREF Q2600 PIZ02 v23q26 reibsens12 SFBEM Q2600 PIZ02 v23q26 reibsens12 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 SF94 Q1350 PIZ02 v25q26 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28q26 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17

LP-ELBE-758-550-TRAS Hochwasserstand HW


::::


Gee

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550555560565570575580585590

[mN

HN

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Elbe - Kilometer

SFREF Q2600 PIZ02 v20q26 reibsens09 SFBEM Q2600 PIZ02 v20q26 reibsens09 SFREF Q2600 PIZ02 v23q26 reibsens12 SFBEM Q2600 PIZ02 v23q26 reibsens12 SFREF Q2600 PIZ02 v6q26 SFBEM Q2600 PIZ02 v6q26 SF94 Q1350 PIZ02 v25q26 reibsens09 SF94 Q1350 PIZ02 v28q26 reibsens12 SF94 Q1350 PIZ02 v17



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69

8.7 Teilgebiete:ModelltopographiePlanerischerIst–ZustandPIZ02

Bild84: TeilgebietWest:TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturmflutuntersuchungen(PIZ02,Grundlage:Jahrespeilung2010).

Bild85: TeilgebietHafen:TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAWfürSturmflutuntersuchungen(PIZ02,Grundlage:Jahrespeilung2010).

0 10.00 km5.00

km 670

km 680

km 690 km 700

km 710 km 720

km 730

km 740 km 750

Scharhoern

Friedrichskoog

Cuxhaven

Brunsbuettel

Glueckstadt

mNHN

-22. 4. 0 -6. -12.

0 5.00 km2.50

km 609N

km 610N

km 615N

km 620N km 625N km 630N

km 610S

km 615S

km 620S

km 624S

km 635

km 640 Schulau

Hamburg St.Pauli

Bunthaus

mNHN

-18. 8. 0 -6. -12.


70

Bild86: TeilgebietOst:TopographiedesnumerischenModellsdesElbeästuaresderBAW fürSturmflutuntersuchungen(PIZ02,Grundlage:Jahrespeilung2010).

0 2.50 km1.25

km 590

km 595

km 600

km 605

km 609N

km 610N km 610S

Bunthaus

mNHN

-9. 9. 0

Modellierung von Sturmflutwasserständen in der Tideelbe...zwischen Elbe – km 755 und Elbe - km...

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