Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik
D. Carstensen, U. Helbig, H.-B. Horlacher
BAW-Kolloquium, Karlsruhe, 16.10.2008
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2/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
– Sachsen-Anhalt– 10 km südöstlich der Lutherstadt Wittenberg– Bereich der obere Mittelelbe– Untersuchungsgebiet umfasste das rechte
Elbufer (El-km 203,8 – 204,9) und dessen Hinterland auf einer Breite von ca. 50 m
Hintergrund und VeranlassungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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3/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
- künstlicher Durchstich in den Jahren 1868 – 1869- heute Teil der Erosionstrecke der mittleren Elbe
Hintergrund und VeranlassungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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4/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
- künstlicher Durchstich in den Jahren 1868 – 1869- heute Teil der Erosionstrecke der mittleren Elbe
Hintergrund und VeranlassungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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5/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
- künstlicher Durchstich in den Jahren 1868 – 1869- heute Teil der Erosionstrecke der mittleren Elbe
Hintergrund und VeranlassungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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6/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
- künstlicher Durchstich in den Jahren 1868 – 1869- heute Teil der Erosionstrecke der mittleren Elbe
Hintergrund und VeranlassungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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7/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
- nach 1945 an beiden Ufern Manövergebiet (Wasserdurchfahrten der sowjetischen Besatzungsmacht)
- 1976 großflächige Deckwerksschäden, massive Uferabbrüche, Akkumulation ausgetragener Sedimente stromab, erhebliche Streichlinienverbreiterung infolge Seitenerosion
Hintergrund und VeranlassungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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8/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
nach 1990 - primäres Ziel
Wiederherstellung der Regelungsfunktionen
hinreichend notwendiger schifffahrtstechnischer Mindestparameter schaffen
Eingriffe in den (damals) vorhandenen Naturraum/Naturhaushalt auf ein Minimum begrenzen
ZielstellungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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9/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
Weitere Ziele waren:
eine minimale Belastung des angrenzenden FFH-Gebietes infolge der durchzuführenden Baumaßnahme,
der Erhalt des vorhandenen großen ökologischen Potenzials,
die Konservierung und/oder Erhöhung der ökologischen Wertigkeit („Verschlechterungsverbot gegenüber Ausgangszustand“),
die Beibehaltung bzw. Erhöhung der morphologischen Dynamik und
die Gewährleistung und/oder Schaffung heterogener Strömungsverhältnisse.
ZielstellungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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10/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Flussabschnitt und Regelungsmaßnahme
Lösung unter Beachtung ökologischer und ökonomischer Untersuchungen:
Ersatz der rudimentären Buhnenanlagen Wiederherstellung der Regelungsfunktion durch ein Parallelwerk
ZielstellungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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11/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Lokale Charakteristik
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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12/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
durchgeführter Elbdurchstich1868 – 1869
steilere Uferneigung
flache Uferneigung
unterschiedlich große, unregelmäßige Buhnenfelder
Gleitufer
Prallufer
anst
eigen
des
geg
enlä
ufiges
Sohlg
efäl
le
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
ErkenntnisseReferenz:„normale“ Buhnenfelder
Lokale Charakteristik
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13/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
ErkenntnisseReferenz:„normale“ Buhnenfelder
Lokale Charakteristik
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14/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Monitoring - Erfolgskontrolle/Beweisführung
3 – 3,5-jähriges Monitoring (Frühjahr-/Herbstkampagnen)
Aufgabenstellung:
im Vergleich zu einer Referenzstrecke Untersuchung bzw. Ermittlung
• Indikatoren/Indizes? (aggregierend, aussagekräftig, prognostizierbar?)(„Habitatindizes“)
• Messen/Aufnehmen, Modellieren/Berechnen, Ergebnisse/Aussagen
• des potenziellen ökologische Einflusses der Maßnahme auf:
Abiotik?: „Lebensraum/Habitat“
(Morphologie, Hydraulik, Substrat)
Biotik?: „Lebewesen“
(Flora, Fauna)
• der Funktionsfähigkeit des Bauwerks bezüglich der Fahrrinne
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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15/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Prallufer
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Referenz:„normale“ Buhnenfelder
Auftraggeber Wasser- und Schifffahrtsamt Dresden
Auftragnehmer Abiotic
Morphologie, Hydraulik, Sediment Biotic
Unterauf-tragnehmer
Nicola Engineering PlanT BFEU nature concept
Topographie, Echolotpeilung der
Flusssohle
Vegetation (amphibisch, terrestrisch)
Fisch Fauna Makrozoobenthos
Monitoring - Erfolgskontrolle/Beweisführung
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16/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Konzeptionierung und Methodik
• mind. 1 Frühjahrs- und 1 Herbstkampagne, ggf. erweitern
• Dokumentation mittels Tagebuch, Foto-/Videoaufnahmen
• zeitliche Abstimmung (Vermeidung von Beeinflussungen)
Indikatoren/Indizes
Abiotik
Biotik
Erfassung/Auswertung konkreter Indikatoren (IWD):
• Morphologie (Sohlgeometrie/Sohlverlauf/Sohlentwicklung)
• Hydraulik (Strömungsverhältnisse/Ab-/Durchflüsse)
• ggf. Sohlsubstrat (Sedimentzusammensetzung/-entwicklung)
Planung/Ablauf
Erfassung/Auswertung konkreter Indikatoren (Extern):
• Flora: Ufernahe Vegetation (Plan T) (Vegetationseinheiten, Zonierung)
• Fauna: Makrozoobenthos (nature concept)
Fischfauna (BFEU)
Datenzusammen-führung
• Erarbeitung digitaler Geländemodelle (DGM)
• Erarbeitung hydronumerischer Modelle (2d-HN)
• Erstellung eines GIS
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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17/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Vorgehensweise/Durchführung
Recherche/Analyse vorhandener Daten (sofern vorhanden):
• v. a. vor Bau des Parallelwerks (WSA DD, BAW, BfG, LfHW-S-A
• unmittelbar nach Baumaßnahme bis Beginn Monitoring
Datenaufnahme/-sammlung ausgewählter Indikatoren mittels Messkampagnen:
• erforderliche Wasserstände, Zugänglichkeit
• Vermeidung gegenseitiger Beeinflussung/zeitliche Staffelung
Datenbearbeitung/Analyse/Verknüpfung:
• Plausibilität, Ausdünnung, Berechnungen/Simulationen
Grundlagen und Konventionierung (Abstimmung):
• Festlegung Bezugspegel (WB), Bezugszeitreihen (1971 – 2000)
• Festlegung von Bezugs-Hauptwerten (NW, MW, …)
• Festlegung von geodätischen Bezugssystemen
• Festlegung von Bezeichnungen/Begriffen, Daten-/ Dateiformaten
Datenzusammenführung/-haltung
• GIS-Datenbank (Mess-/Auswerte-/Berechnungsdaten, Fotos, Videos, DGM, …)
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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18/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Vorgehensweise/Durchführung
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Tagesmittelwert Elster, Gallin, Wittenberg
63,00
63,50
64,00
64,50
65,00
65,50
66,00
66,50
67,00
67,50
68,00
68,50
69,00
69,50
70,00
70,50
71,00
71,50
72,00
72,50
28.0
5.20
05
17.0
7.20
05
05.0
9.20
05
25.1
0.20
05
14.1
2.20
05
02.0
2.20
06
24.0
3.20
06
13.0
5.20
06
02.0
7.20
06
21.0
8.20
06
10.1
0.20
06
Tag [kalendarisch]
Was
sers
tand [
m+
NN
]
Elster
Gallin, Buhnenf_2
Gallin, Strom
Wittenberg
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19/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Biotik
Flora: Ufernahe Vegetation:
• maximale Breitenausdehnung der Untersuchung 50 – 100 m(Untersuchungs- und Referenzbereich)
• Wasserwechselzone (AWW) und Uferbereich
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fauna 1 Aquatische Wirbellose (Makrozoobenthos):
• Untersuchungs- und Referenzbereich
• Parallelwerk und Buhnenköpfe (Hauptstrom, Buhnenfelder)
Fauna 2 Fischökologie:
• Befischung nach der Wegfangmethode (E-Fischerei)
• Untersuchungs- und Referenzbereich, Bereich Parallelwerk zum Hauptstrom
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20/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Abiotik
Morphologie Sohlgeometrie:
• Sohlhöhenaufnahme
• Untersuchungs- und Referenzbereich, Flussschlauch
GIS:Mess-/Modelldaten
GPS-gestützte Sohlvermessung (Tripel-Punkte x,y,z):
• Echolotpeilung im Flussschlauch (Profilabstand 25 m (PW-Bereich), 50 m oberhalb/unterhalb (gleichbleibende Stationierung)
• Echolotpeilung in Buhnenfeldern, sofern Wassertiefen vorhanden
• ADCP-Sohlvermessung in Flachwasserbereichen/Öffnungen/Senken
• Manuelle Vermessung im Flachwasserbereich/Uferbereich/Öffnungen
+ GPS-Datenmaterial aus biotischen Aufnahmen (Flora, Fauna)
Erarbeitung digitale Geländemodelle (DGM)
• einmalige Netzgenerierung (Berechnungsnetz)
• Verwendung von Fixpunkten (z. B. OK Parallelwerk)
• Höhenmodellierung mittels Berechnungsnetz (DGM)
2d-HN-Simulation
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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21/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Messungen von Flussquerprofilen [Elbe]
automatischeZielverfolgung
AbiotikHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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22/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
AbiotikHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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23/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
1. Erstellung eines fixen Höhennetzes: • gesamter Monitoringbereich
2. Definition Buhnenfeldgrundfläche ABF: (Filterbereich)
• ABF (Umriss, Größe)
• die wasserbenetzte Flächen in den Buhnenfeldern am Anfang des Moni-torings bei MW/MQ (1971 – 2000)
Knoten: 44.477Elemente: 55.154Knotenabstand: 0,3 – 1,0 m
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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24/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
3. Erstellung digitaler Geländemodelle: • DGM über Gesamtbereich
• Messpunkte + Fixpunkte (OK PW)
• Interpolation auf fixe Netzknoten(Varianz der Lage der Messpunkte)
Nutzung Hydraulik, HN-Berechnung, 2d-Simulation
Indizierung der Sohlcharakteristik innerhalb Filterbereich (ABF)
Auswertung Sohlgeometrie:
• Buhnenfeldgrundfläche ABF als „Filter-bereich“
• Indizes zur „aggregierenden“ Beschreibung (Heterogenität, Dynamik)
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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25/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
•Standardabweichung σs(z) der Sohlhöhen (z) Ausdruck für Sohlvarianz und Sohlheterogenität
•Güte? homogen/strukturarm, heterogen, sehr heterogen
• Verknüpfung mit Wasserständen (NW/NQ – MW/MQ)Ermittlung Uflerlinienindex CU ~ W bzw. CU ~ Q= Berücksichtigung von einander nicht zusammen-
hängender Wasserflächen (Kolke, Restlöcher, usw.)= Potenzial zu isolierten Restlöchern/Tümpeln
• Güte?
• Verknüpfung mit definierten Wasserständen = Ausprägung div. Tiefenzonen (Tiefenklassifizierung)
• Güte : Rückschlüsse auf biotische Größen (AWW)
Dynamik der Sohlgeometrie (in Zeitabhängigkeit setzen)
Het
erogen
ität
Sohlg
eom
etrie
• Ermittlung Sohldifferenzen Δz/Volumendifferenzen ΔV (Massenbilanz Akkumul./Erosion)
• zeitabhängige Beschreibung der Heterogenität - Indizes (Standardabweichung, CU, Tiefen-klassen)
4. SohlcharakteristikHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
26/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Substratproben vor Geschwindigkeitsmessungen
Arbeitsrichtung stromauf
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Sohlsubstrat, Kornverteilungen
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27/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Substratproben vor Geschwindigkeitsmessungen
Arbeitsrichtung stromauf
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Sohlsubstrat, Kornverteilungen
Körnungslinie nach DIN 18 123SP E (Einlauf)
0
20
40
60
80
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Korndurchmesser d [mm]
Mas
sena
ntei
l a d
er K
örne
r <d
[%]
der G
esam
tmas
se
Körnungslinie 05/2003
Körnungslinie 09/2003Körnungslinie 04/2004
Körnungslinie 10/2004Körnungslinie 05/2005
Körnungslinie 10/2005
Körnungslinie 09/2006
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28/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
2005
2003
-
Ermittlung Sohldifferenzen Δz/Volumendifferenzen ΔVHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
29/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Ergebnisse für Monitoringzeitraum:
•hinter PW i.M. höhere Sohllagen als in Referenzbuhnenfeldern
•ausgeprägte Wasserwechselzone (AWW) und ausgeprägter Flachwasser-bereich hinter PW (TK0, TK1) im Vergleich zur Referenz
•geringere Tiefenvarianz der Buhnenfelder hinter PW im Vergleich zur Referenz (bedingt durch vorhandene Sohllage)
•Referenzbuhnenfelder permanenter Sedimenteintrag zu beobachten, im Bereich hinter PW nicht
•starke hydrologische Abhängigkeit der Sohldynamik (geringe – mittlere Abflüsse Einfluss auf Bereich hinter PW marginal; Hochwasser signifikante Veränderungen)
Erkenntnisse:
• schwierig: Maßstäbe/Güte für geringe/mittlere/hohe Heterogenität bzw. Dynamik(Quantifizierbarkeit)
• jährliche digitale Geländemodellierung (Herbst) im Fall Gallin ausreichend
• Einfluss der Hydrologie sehr stark, Monitoringzeitraum eigentlich extrem (2002 (HW), 2003 („Extrem-NW“), 2006 (Frühjahrs-HW)
• Monitoringzeitraum v. a. für längerfristige Prognosen nicht ausreichend
Zusammenfassung Analyse Morphologie:Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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30/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Hydraulik Fließgeschwindigkeiten/Ab-/Durchflüsse:
• ADCP-GPS-Messungen
• Untersuchungs- und Referenzbereich, Flussschlauch
GIS:Mess-/Modelldaten
GPS-gestützte hydraulische Aufnahmen
• Geschwindigkeitsprofile in Buhnenfeldern (quasi 3d) (Lage, Tiefe)
• Geschwindigkeiten (Öffnungen/Senken)
• Durchflüsse (Öffnungen/Senken)
• Geschwindigkeitsmessung im Flussschlauch an ausgewählten Statio-nierung
• Abfluss im Flussschlauch (Abgleich mit W-Q-Beziehung)
• Bestimmung von wasserstandsabhängigen Ab-/Durchflussgrößen
• Kalibrierung, Validierung der HN-Berechnungen
2d-HN-Simulation
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
31/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Durchfluss Q am Pegel Wittenberg
Schlüsselkurve am Pegel Wittenberg
Großmodell
Adaption des HN-Modells
Kalibrierung des HN-Modells
Validierung des HN-ModellsSensitivitätsanalyse
Randbedingungen für das Detailmodell
Höhenreferenz-modell
Wasserspiegel-fixierung vom
12.05.2004
Lokale PegelADCP - Messwerte
• Großmodell El-km
• Detailmodell El-k
200,00-214,13
m 203,60-204,40 (+ 300 m Einlauf, + 500 m Auslauf)
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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32/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Simulation vs. MessungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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33/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Simulation vs. MessungHintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse• Die Diskretisierung auf maximal 0,5 m x 0,5 m war für die Simulation der vorherrschenden Strömungsphänomene ausreichend.
• Die Abweichung der Durchflüsse in den Senken betrugen etwa -10%.
• Die Wasserspiegellagen wurden etwa um 3% überschätzt.
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34/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Verallgemeinerung Fließverhältnisse im Untersuchungsbereich:
<NW/NQ: Abkopplung vom Hauptstrom, z. T. Trockenfallungen, Stillwasserbereiche/Tümpel/ Restwasserflächen(Referenz: = offene Buhnenfelder)
NW/NQ<W/Q<MW/MQ Ausbildung Nebenstrom (Ein-/Durchströmung)
>MW/MQ Überströmung Bauwerk
Problem:
In-situ-Messung nur Momentauf-
nahme
z. T. nur punktuell
Effekt?
Ergänzende HN-Berechnungen:
• Nutzung der DGM aus Höhenmodellierung
• quasi-stationäre 2d-Berechnungen effektiv/ausreichend
• Kalibrierung und Validierung an Naturmessdaten
• Kontrolle der Durchflussmessungen in Öffnungen/Senken
= Bereitstellung Wasserspiegellagen + Fließverhältnisse
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
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35/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Teil-Durchflüsse QT [m³/s] Öffnungen Teil-Durchflüsse QT [m³/s] Senken 1 -5
vm [m/s] Öffnungen vm [m/s] Senken 1 - 5
Hintergrund/Veran-
lassung
Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
36/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
tiefengemittelte 2d-Fließgeschwindigkeiten, Q ≈ 380 m³/s
GIS: Dateneinarbeitung, Visualisierung, Hinterlegung
= wasserstands-/abflussabhängige Ermittlung und Beschreibung der Strömungsverhältnisse des sich ausbildenden Nebenstroms(quasi-stationär, diskrete Schritte ΔQ = 5 m³/s (NW/NQ – MW/MQ)
= Abgleich und Kontrolle der Naturmessdaten bei verschiedenen Abflusszuständen
Hintergrund/Veran-
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Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
37/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Hintergrund/Veran-
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Zielstellung
Lokale Charakteristik
Monitoring
Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
vollständige Hinterströmung des Parallelwerks bei Q = 360 m³/s
Hinterströmung von BF 1 (Einlauf) bis BF 4 (Mittelöffnung), Q = 185 m³/s
Restwasserflächen in BF 1 – BF 3, keine Durchströmung, Q = 150 m³/s
keine Durchströmung, bei Q = 110 m³/s
63,00
63,50
64,00
64,50
65,00
65,50
66,00
66,50
67,00
67,50
68,00
68,50
69,00
69,50
70,00
70,50
71,00
71,50
72,00
72,50
28.0
5.20
05
17.0
7.20
05
05.0
9.20
05
25.1
0.20
05
14.1
2.20
05
02.0
2.20
06
24.0
3.20
06
13.0
5.20
06
02.0
7.20
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21.0
8.20
06
10.1
0.20
06
Tag [kalendarisch]
Was
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Elster
Gallin, Buhnenf_2
Gallin, Strom
Wittenberg
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
38/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Ergebnisse:
• Wasserstandsabhängiger Nebenstromeffekt infolge Öffnungenim Parallelwerk (= kein dauerhafter Stillwasserbereich)
• Buhnenfelder mit geringen Geschwindigkeiten (v< 0,50 m/s)
• v in Senken/Öffnungen erwartungsgemäß höher (Querschnitt !)
• „Mildes Strömungsklima“ (Makrozoobenthos-, Fischfauna)
• ausreichender Wasseraustausch bei entsprechenden Wasserständen
• Höheneinordnung der Senken/Öffnungen bestimmt Durchströmungs-charakteristik aber nicht Wasserstandniveau
Erkenntnisse:
• Aussagen zur Hydraulik effektiv nur in Kombination Messung/Simulation sinnvoll
• 2d-HN-Berechnungen effektiv, gute Übereinstimmung mit Naturmessdaten
• wasserstands-/abflussabhängige Aussagen Grundlage für Biotik
Zusammenfassung Analyse Hydraulik:Hintergrund/Veran-
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Zielstellung
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Konzept/Methodik
Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
39/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Ökologie Flora/Fauna:
• keine wesentlichen Einschränkungen derFlora/Fauna
• charakteristisches Arteninventar des entsprechenden Elbeabschnitts vorgefunden
• „Verschlechterungsverbot“ eingehalten
• vorhandene Strukturen (v. a. Schüttung) wertvoller „Ersatz-Lebensraum“, sofern so verbleibend
• wasserstandsabhängiger Nebenstromeffekt mit flusstypischer Charakteristik (Durchströmung,Trockenfallung, temporäre/isolierte Tümpel)
• effektive Dämpfung von schiffsinduzierten Wasserbewegungen, Schwall/Sunk (qualitativ)
Wirkungsabschätzung der Maßnahme für den Monitoringzeitraum:
Wasserbauliche Aufgabe:
• Parallelwerk „funktioniert“,
• Fahrrinne wird freigehalten,
• Sohleintiefungen vernachlässigbar
SchlussfolgerungenHintergrund/Veran-
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Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
Erkenntnisse
Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
40/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Offene Punkte:
• Prognostizierbarkeit der Erkenntnisse (kurzes Monitoring, z. T. extreme hydrolo-gische Randparameter, 2002, 2003, 2006) und HW-Einfluss hoch auf Sohle
• weitere Erhöhung der Strukturvielfalt? („Totholzelemente“ - Biotik)
• mögliche Erhaltungs-/Unterhaltungsmaßnahmen
Habitateignung:
flache Uferneigungen Annuelle Uferfluren (frühere Manövertätigkeit) (v. a. Flussmeldefluren)
Schüttstruktur Parallelwerk Makrozoobenthos (hohe Besiedlung) (Hohlraum-/Lückenstruktur) (v. a. Grüne Keiljungfer, Köcherfliegen)(CP63/180/LMB10/60, DIN EN 13383, TLW 2003) Fischfauna (Versteck/Unterschlupf)
(v. a. Aal, Quappe, Wels)
Dämpfung/Abschirmung Makrozoobenthos (Schlupf)(z. B. Flusslibelle)Fischfauna (Klein-/Jungfische)(z. B. Bitterling, Barbe)
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Vorgehensweise/
Durchführung
Biotik
Abiotik
Schlussfolgerungen/
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Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik , Dirk Carstensen
41/36BAW-Kolloquium, 16.10.2008 Wasserbauliches Monitoring des Parallelwerks Gallin
Vielen Dank !
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