BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau DH - 2001-11 Folie-Nr. 1 Entwicklung der Tideniedrigwasserstände im Elbeästuar • Analyse der Entwicklung in den 80er und 90er Jahren • Ursachenforschung für die Tnw-Absenkung • Einsatz mathematischer Modelle
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Entwicklung der Tideniedrigwasserstände im Elbeästuar · 2013-03-18 · 2. Tnw am Pegel Helgoland steuert Tnw an den Elbepegeln: Tnw-Differenz zwischen normierten Elbepegeln und
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
DH - 2001-11 Folie-Nr. 1
Entwicklung der Tideniedrigwasserstände
im Elbeästuar
• Analyse der Entwicklung in den 80er und 90er Jahren • Ursachenforschung für die Tnw-Absenkung• Einsatz mathematischer Modelle
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 2
Wasserstandim Ästuar
KlimaKlima WetterWetterOberwasserOberwasser
Astronomische Gezeiten
Astronomische Gezeiten
Flachwasser-tiden
Flachwasser-tiden
MorphologischeEntwicklung
MorphologischeEntwicklung
Landhebungen/-senkungen
Landhebungen/-senkungen
BauwerkeBauwerke
Einflussfaktoren auf den Wasserstand im Ästuar
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 3
Siefert, 1998„Tiden und Sturmfluten in der Elbe
und ihren Nebenflüssen“Die Küste Heft 60
normiert mit 25 cm pro 1000 m3/s
Änderung durch KN -13,5 m Ausbau
Ursachen?
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Bestimmung ausbaubedingter Änderungen des Tnw(Bund-Länder Arbeitsgruppe Beweissicherung zum KN -13,5 m Ausbau von Außen- und Unterelbe, Niemeyer 1995)
EPdEPHelEPHelEPEP QcThbbTnwaTnw 0⋅+⋅+⋅=
EP - Elbe-Pegel Hel - Helgoland
Einfaches Prognosemodell durch „best fit“ von 4 Koeffizientenfür einen (z.B. 5 jährigen) Zeitraum vor dem Ausbau• linearer Berücksichtigung von Tidehub und Tideniedrigwasser in Helgoland• nichtlinearer Berücksichtigung des Oberwassers
Bestehendes Verfahren für aktuelle Beweissicherungen
Frage: Steht für dieses Verfahren ein geeigneter Referenzzeitraum vor dem Ausbau zur Verfügung?
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Strategie A - Normieren auf mittleres Oberwasser
1. Normieren der Tnw in der Elbe auf ein einheitliches Oberwasser Q0 Normierungsfaktoren mit HN-Modell ermitteln
2. Tnw am Pegel Helgoland steuert Tnw an den Elbepegeln: Tnw-Differenz zwischen normierten Elbepegeln und Helgoland bestimmen (Einfluss der meteorologisch bedingten Variation abmindern)
3. Ableiten der Tnw-Entwicklung aus der Tnw-Differenz (wie bei Siefert)
4. HN-Modelle auf Grundlage jährlicher Topographien rechnen - Simulation (identische Steuerkurven für Tide und Oberwasser verwenden)
5. Analysieren der Tnw-Entwicklung aus den Modellergebnissen
6. Vergleich der Ergebnisse aus 3. Und 5. ==> Schlussfolgerungen
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1. Die „mittleren Tiden“ am Pegel Helgoland identifizieren durch Auswertung der Thw- / Tnw-Zeitreihen
2. Jährliche Mittelwerte der Tnw nur aus den „mittleren Tiden“ bestimmen - für Helgoland und für alle Elbepegel (Filter 1. Stufe)3. Zusätzlich alle Tiden in der Mittelwertbildung eliminieren, die „extremen“ Oberwasserzuflüssen unterlagen (Filter 2. Stufe)
4. Tnw-Differenz der gefilterten Jahresmittelwerte zwischen den Elbepegeln und Helgoland bestimmen
5. Ableiten der Tnw-Entwicklung aus 4.
6. HN-Modelle auf Grundlage jährlicher Topographien rechnen - Simulation (identische Steuerkurven für Tide und Oberwasser)
7. Analysieren der Tnw-Entwicklung aus den Modellergebnissen
8. Vergleich der Ergebnisse aus 3. und 5. ==> Schlussfolgerungen
Strategie B - Filtern der Zeitreihen
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Jährliches MTnw von 1980 bis 1998 [m]
325
330
335
340
345
350
355
360
365
370
375
380
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
Helgoland
St. Pauli
Cuxhaven
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-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Abweichung jährliche MTnw vom 19jährigen Mittelwert 1980 bis 1998 [cm]
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
Helgoland
St. Pauli
Cuxhaven
Mittelwert:• Helgoland • Cuxhaven• St. Pauli
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Abweichung der jährlichen Mittelwerte Tnw St. Pauli undOberwasser Neu Darchau
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Differenz der Mittelwerte Delta Tnw = Tnw St. Pauli - Tnw HelgolandDelta Tnw ohne Filterung1.Filter : Bandpass Helgoland, MW - 0,20m bis MW + 0,20m2.Filter : 1. Filter + Oberwasser Neu Darchau Q = 200 m3/s bis 800 m3/s
1993 und 1998 sehr geringe Tnw-Stände
~12cm
Strategie B
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Differenz der Mittelwerte Delta Thw = Thw St. Pauli - Thw HelgolandDelta Thw ohne Filterung1.Filter : Bandpass Helgoland, MW - 0,20m bis MW + 0,20m nicht dargestellt
2.Filter : 1. Filter + Oberwasser Neu Darchau Q = 200 m3/s bis 800 m3/s
1
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
Diff
eren
z in
m
1,20
1,40
1,30
1,10
1,00
Trend Thw-AbsenkungSt. Pauli
< 3 cm in 19 Jahren
Strategie B
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 30Tnw zur Springzeit [m NN]
Längsschnitt berechneter Tnw-Stände 10 HN-Modelle für die Jahre 1990 bis 1999
(identische Steuerkurven)
1993
1999 LP2
1998
760 740 720 700 680 660 640 620 Elbe - Kilometer
- 1.2
- 1.3
- 1.4
- 1.5
- 1.6
- 1.7
- 1.8
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 31Tnw zur Nippzeit [m NN]
Längsschnitt berechneter Tnw-Stände 10 HN-Modelle für die Jahre 1990 bis 1999
(identische Steuerkurven)
19931999 LP2
1998
760 740 720 700 680 660 640 620 Elbe - Kilometer
- 1.2
- 1.3
- 1.4
- 1.5
- 1.6
- 1.7
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 32
Bestimmung jährlicher morphologischer Aktivität
Volumenänderungen zusammenhängender Bereiche
Sedimentation > 20 Mio. m3 (zwei Gebiete)
1993 / 1994
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Volumenänderungen zusammenhängender Bereiche
Sedimentation > 15 Mio. m3 (drei Gebiete)
1994 / 1995
Bestimmung jährlicher morphologischer Aktivität
SedimentationMedemsand !
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 34
Ergebnisse der Analyse
���� 1993 und 1998 sind die Jahre größter Tnw-Absenkung
���� Das „gelaufene“ Oberwassers verstärkt den Trend der Absenkung
���� Das Verfahren zur Beweissicherung (Bund-Länder-AG) erscheint ungeeignet, da der Zeitraum vor dem SKN-14,4 m Ausbau nicht ausreichend stabil ist
���� Die Tnw-Variationen sind in den 90er Jahren größer als vorher Warum?
���� Trend 1980 bis 1998: 21 - 22 cm Tnw-Absenkung Pegel St. Pauli 10 cm Tnw-Absenkung Pegel Stadersand das Thw bleibt nahezu konstant
���� Trend kann durch Simulation teilweise nachvollzogen werden => alleiniger Einfluss der Morphologie (aber am Pegel St. Pauli gedämpfte Variation der Tnw-Stände Verbesserung des Modells - Hamburger Hafen, obere Tideelbe) Genauigkeit und Vollständigkeit der Peilungen hinterfragen
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Häufigkeitsverteilung von Tages-Spitzenböen in Hamburg (aus Klimastatusbericht 1999 des DWD)
Wechselwirkung Ozean - Atmosphäre: Variation Tnw in der Deutschen Bucht
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DH - 2001-11 Folie-Nr. 36
Zeitlicher Verlauf der Lufttemperatur in Deutschland - Abweichung vom Mittel -zwischen 1761 und 1998 (aus Klimastatusbericht 1998 des DWD)
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Fazit:
1. Verfahren zur Beweissicherung sind zu verbessern (Analyseverfahren)
2. Peilungenauigkeiten sind zu verringern
3. Ursachen für die Tnw-Absenkung sind noch weiter zu untersuchen (Modelle / Analysemethoden)
Fazit:
1. Verfahren zur Beweissicherung sind zu verbessern (Analyseverfahren)
2. Peilungenauigkeiten sind zu verringern
3. Ursachen für die Tnw-Absenkung sind noch weiter zu untersuchen (Modelle / Analysemethoden)