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Validierung des Basismodells
„Jade-Weser-Ästuar“ für das Verfahren
UnTRIM2007-SediMorph
Version 1: Topographie 2002
Validierung des Basismodells
„Jade-Weser-Ästuar“ für das Verfahren
UnTRIM2007-SediMorph
Version 1: Topographie 2002
Auftraggeber: -
Auftrag vom: - , Az.:
Auftrags-Nr.: -
Aufgestellt von: Abteilung: Wasserbau im Küstenbereich
Referat: Ästuarsysteme I (K2)
Bearbeiter: Dr. Frank Kösters
Dipl.-Ing. (FH) Sven Gärtner
Hamburg, 12.01.2012
Dieser Bericht darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eine Veröffent-
lichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der BAW.
Bundesanstalt für Wasserbau · Wedeler Landstraße 157 · 22559 Hamburg · Tel.: (0 40) 8 19 08 - 0
Bundesanstalt für Wasserbau
BAW-Nr. –
Zusammenfassung
Die Bundesanstalt für Wasserbau nutzt zur Beantwortung von Fragestellungen bezüglich der
Hydrodynamik sowie des Transports von Salz und suspendiertem Sediment insbesondere
die Ergebnisse mathematischer Verfahren. Für den Bereich der Unter- und Außenweser
wurde ein neues numerisches Modell aufgebaut, dessen Naturähnlichkeit im vorliegenden
Dokument nachgewiesen wird. Die Modellvalidierung und die Struktur des Dokumentes
erfolgen in Anlehnung an die Richtlinien zur „Good Modelling Practice“ für hydro-numerische
Modellverfahren.
Für das hier beschriebene Basismodell wurde das hydrodynamische Modellverfahren
UnTRIM 2007 gekoppelt mit dem Sedimenttransportmodell SediMorph für die Berechnung
von Wasserständen, Strömungsgeschwindigkeiten sowie der Konzentration von Salz und
suspendiertem Sediment aufgebaut und erfolgreich kalibriert und validiert.
Durch die gewählte räumliche Diskretisierung ist dies für den Übergangsbereich von der
Unterweser zur Außenweser optimiert, lässt aber auch in den weiteren im Modellgebiet ent-
haltenen Bereichen Untersuchungen zu. Das Basismodell bietet prinzipiell die Möglichkeit,
naturähnliche Berechnungen für längere Zeiträume (Monate - Jahre) durchführen zu können.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite I
Inhaltsverzeichnis Seite
1 Veranlassung und Aufgabenstellung 1 1.1 Zielsetzung und Untersuchungsumfang 1 1.2 Relevante Arbeiten der BAW 2 1.3 Anforderungen an das Modellsystem 3 1.3.1 Geplante Anwendungen 3 1.3.2 Untersuchungsgebiet 4 1.3.3 Untersuchungszeitraum 4 1.3.4 Zielgrößen 4 1.3.5 Anforderungen an die Genauigkeit 4
2 Unterlagen und Daten 6 2.1 Topographie 6 2.2 Hydrologie 6 2.3 Sedimentologie 9 2.4 Meteorologie 10
3 Systembeschreibung des Weserästuars 11 3.1 Geomorphologie 11 3.2 Sedimentologie 15 3.3 Hydrodynamik 18 3.3.1 Strömung und Gezeiten 18 3.3.2 Oberwasserabfluss 20 3.4 Salztransport 20 3.5 Sedimenttransport 22 3.6 Seegang 26 3.7 Meteorologie 26
4 Modellaufbau 28 4.1 Konzeptionelles Modell 28 4.2 Modellierungssystem 29 4.3 Analysegrößen zur Beschreibung der Modellgüte 31 4.3.1 Hinweis zum Vergleich von Messungen und berechneten Größen 31 4.3.2 Wasserstände 31 4.3.3 Strömungsgeschwindigkeiten 31 4.3.4 Salzgehalte 32 4.3.5 Suspendiertes Sediment 32 4.4 Modelltopographie 32 4.4.1 Modellgebiet 32 4.4.2 Horizontale Auflösung 32 4.4.3 Vertikale Auflösung 34
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4.5 Anfangsbedingungen 35 4.5.1 Wasserstand / Strömungsgeschwindigkeit 35 4.5.2 Salzgehaltsverteilung 35 4.5.3 Sedimentinventar 35 4.6 Randbedingungen 36 4.6.1 Wasserstand 36 4.6.2 Oberwasser 36 4.6.3 Salzgehalt 37 4.6.4 Suspendierte Sedimente 37 4.6.5 Windgeschwindigkeit 37 4.6.6 Parameterwahl 39 4.7 Wiedergabe physikalischer Prozesse 39 4.7.1 Modellierte Größen und Prozesse 39 4.7.2 Nicht-modellierte Größen und Prozesse 40
5 Modellkalibrierung und -validierung 41 5.1 Allgemein 41 5.2 Modellkalibrierung 42 5.2.1 Kalibrierungsgrößen 42 5.2.2 Zielwerte für Analysegrößen 42 5.3 Modellvalidierung für das Weserästuar 43 5.3.1 Wasserstände 43 5.3.2 Salzgehalte 46 5.3.3 Strömungsgeschwindigkeiten 48 5.3.4 Suspendierte Sedimente 51 5.3.5 Turbulente Kenngrößen 53
6 Bewertung 55 6.1 Anwendbarkeit 55 6.2 Einschränkungen 55
7 Literaturverzeichnis 56
8 Anlagen 60 8.1 Glossar 60 8.2 Zeitreihenvergleich von Messung und Rechnung 61 8.2.1 Vergleich berechneter und gemessener Wasserstände an Pegelpositionen 61 8.2.2 Vergleich gemessener und berechneter Salzgehalte 71 8.2.3 Vergleich gemessener und berechneter Strömungsgeschwindigkeiten 79 8.2.4 Vergleich von Trübungsmessungen mit berechneten Schwebstoffgehalten 86
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Bildverzeichnis Seite
Bild 1: Übersicht des Jade-Weser-Ästuars 1 Bild 2: Pegel- und Messpositionen im Jade-Weser-Ästuar 7 Bild 3: Topographie des Jade-Weser-Ästuars (Systemzustand 2002) 12 Bild 4: Querschnittsflächen des Weser-Ästuars 13 Bild 5: Charakterisierung eines Ästuar 14 Bild 6: Schematische Darstellung der Einflussgrößen in einem tidedominierten Ästuar 15 Bild 7: Sedimentinventar der Weser 16 Bild 8: Sedimentverteilung im niedersächsischen Wattenmeer 17 Bild 9: Verformung der Tidekurve am Beispiel von Wasserstandsganglinien 18 Bild 10: Mittlerer Tidehub für den Zeitraum 1996 - 2005 (WSA Bremen) 19 Bild 11: Häufigkeitsverteilung des Oberwasserabflusses der Weser für 2002 20 Bild 12: Berechnete Tidekennwerte des Salzgehaltes 21 Bild 13: Gemessener Salzgehalt bei Weser-km 58 22 Bild 14: Gemessene Strömungsgeschwindigkeit und Sedimentkonzentration 24 Bild 15: Gemessenes Längsprofil der Sedimentkonzentration 24 Bild 16: Zeitreihe der Querprofilmessung QP3 25 Bild 17: Mittlere Jahreswindrose der Station Alte Weser 1979 - 2002 27 Bild 18 Schematische Übersicht der relevanten Prozesse im Ästuarbereich 28 Bild 19: Modellierungsansatz für das Jade-Weser-Ästuar 29 Bild 20: Modellgitter und verwendete Topographie (mNHN)im Bereich Außenweser 33 Bild 21: Modellgitter und verwendete Topographie (mNHN) im Bereich Blexer Bogen 34 Bild 22: Schematische Darstellung der vertikalen Auflösung 34 Bild 23: Mittlerer Korndurchmesser der Anfangskornverteilung 36 Bild 24: Oberwasser der Weser aus Abflussmessungen 37 Bild 25: Mittlere Jahreswindrose der Station Alte Weser Juni 2002 38 Bild 26: Windrichtung und Windgeschwindigkeit u10 39 Bild 27: Wasserstand am Pegel Alte Weser 41 Bild 28: Gemessene und berechnete Wasserstände an Pegeln 43 Bild 29: Gemessenes und berechnetes Thw und Tnw 44 Bild 30: Differenz der Amplitude der Tidekennwerte Tnw, Thw und Thb 46 Bild 31: Berechnete und gemessene Zeitreihen des Salzgehalts 47 Bild 32: Gemessene und berechnete Tidekennwerte des Salzgehaltes 48 Bild 33: Zeitreihe des gemessenen und berechneten Strömungsgeschwindigkeit 50 Bild 34: Häufigkeitsverteilung der Strömungsgeschwindigkeiten 51 Bild 35: Qualitativer Vergleich von Trübung und Sedimentkonzentrationgehalt 53 Bild 36: Plausibilitätsprüfung der turbulenten kinetischen Energie 54
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Seite IV
Tabellenverzeichnis Seite
Tabelle 1: Übersicht der numerischen Modelle des Weser-Ästuars der BAW 2 Tabelle 2: Übersicht der Pegelmessungen im Bereich Unter- und Außenweser 8 Tabelle 3: Übersicht der Pegelmessungen im Bereich der Jade 8 Tabelle 4: Übersicht der Sondermessungen (CTD, Strömungsmessungen) 9 Tabelle 5: Übersicht der gesonderten Leitfähigkeitsmessungen 9 Tabelle 6: Übersicht der Messungen entlang des Steuerrands 9 Tabelle 7: Hydrologische 10 Jahres-Mittelwerte der Weser für 1996-2005 19 Tabelle 8: Fraktionierung des Sedimenttransportmodells 30 Tabelle 9: Übersicht der wesentlichen Modellparameter 39 Tabelle 10: Zielwerte für Analysegrößen 42 Tabelle 11: Vergleich der Tidekennwerte des Wasserstandes (Amplitude) 45 Tabelle 12: Vergleich der Tidekennwerte des Wasserstandes (Phase) 45 Tabelle 13: Vergleich von Median und Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit 51
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Seite V
Versionen
Version Datum Bearbeiter Inhalt
0.1 28.09.2011 F. Kösters Erster Entwurf
0.5 17.10.2011 F. Kösters Struktur vervollständigt
0.6 01.11.2011 F. Kösters Erste vollständige Version
08.11.2011 D. Wehr / I. Holzwarth Qualitätssicherung
17.11.2011 R. Schubert Qualitätssicherung
1.0 18.11.2011 F. Kösters Überarbeitung
05.12.2012 H. Rahlf Qualitätssicherung
1.2 16.12.2011 F. Kösters Überarbeitung
02.01.2012 U. Vierfuß Qualitätssicherung
1.3 12.01.2012 F. Kösters Abschließende Überarbeitung
Ablage
Das hier vorliegende Dokument ist auf den Internetseiten der Bundesanstalt für Wasserbau
in der Rubrik Wasserbau > Methoden > BAWiki > Validierungsstudien online verfügbar
(http://www.baw.de/de/wasserbau/methoden/bawiki/index.html).
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1 Veranlassung und Aufgabenstellung
1.1 Zielsetzung und Untersuchungsumfang
Ziel dieses Dokuments ist die Validierung eines numerischen Modells der Hydrodynamik,
sowie des Transports von Salz und suspendiertem Sediment der Außen- und Unterweser
(vgl. Bild 1).
Bremer-haven
Bremen
Unter-weser
Wilhelms-haven
Jade-busen
Jade
Außen-weser
Bremer-haven
Bremen
Unter-weser
Wilhelms-haven
Jade-busen
Jade
Außen-weser
Bild 1: Übersicht des Jade-Weser-Ästuars
Das hier entwickelte Modell soll die Möglichkeit bieten, naturähnliche Berechnungen für
längere Zeiträume (Monate - Jahre) durchführen zu können. Geplant ist das Modell in nach-
folgenden Untersuchungen der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) für Fragestellungen
bezüglich der Hydrodynamik sowie des Transports von Salz und suspendiertem Sediment zu
nutzen. Die Modellvalidierung und die Struktur des Dokumentes erfolgen in Anlehnung an
die Richtlinien zur „Good Modelling Practice“ für hydro-numerische Modellverfahren
[STOWA/RIZA (1999)].
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1.2 Relevante Arbeiten der BAW
Die BAW verfügt über umfassende Erfahrungen im Bereich der hydrodynamischen Modellie-
rung des Weser-Ästuars. Bereits 1985 erfolgte für diesen Bereich der Einsatz numerischer
Modelle zur Untersuchung des Einflusses von Klappstellen auf die Strömung [BAW (1985)].
Im Zusammenhang mit Ausbauvorhaben der Unter- und Außenweser waren jeweils umfang-
reiche Untersuchungen zur Beratung der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) not-
wendig.
Als wesentliche Arbeiten sind zu nennen:
Aufbau und Validierung 2D-hydrodynamischer Modelle des Jade-Weser-Ästuars (Nume-
rische Verfahren TICAD-2 bzw. TICAD-2S, FIDIRB) und Voruntersuchungen zum SKN-
14 m Ausbau der Weser [BAW (1991)] (Kurzbezeichnung: SKN-14m)
Gutachten zum Jade-Weser-Port mit 3D-hydrodynamischer Modellierung (UnTRIM)
[BAW (2000)] und morphodynamischer Modellierung (Telemac2d-SediMorph) [BAW
(2003)]
Gutachten zur Fahrrinnenanpassung der Außen- und Unterweser zu ausbaubedingten
Änderungen der 3D-Hydrodynamik und des Salztransports (UnTRIM) [BAW (2006b)] und
zur Morphodynamik (UnTRIM-SediMorph) [BAW (2006a)] (Kurzbezeichnung: WAP 2002)
Gutachten zum Einfluss der Unterhaltung des Blexer Bogens auf 3D-Hydrodynamik und
suspendierten Sedimenttransport (UnTRIM 2004-SediMorph) [BAW (2009)] (Kurzbe-
zeichnung: UBlexen)
Tabelle 1: Übersicht der numerischen Modelle des Weser-Ästuars der BAW
Kurzbe-
Zeichnung
Ziel Modellsystem Topogra-
phie
Anzahl
Elemente / Auflösung
TICAD-2S (2D, finite
Elemente)
1990 40.300
x = 30 m – 700 m
SKN-14m Hydrodynamische
Auswirkungen
des SKN–14m-
Ausbau der
Außenweser
FIDIRB (2D, finite
Differenzen)
1990 790.000
x = 50 m
UnTRIM (2D, 3D) 2002 385.000
x = 8 m – 800 m
Hydrodynamik
Delft3D (2D, 3D) 2002 38.000
x = 7 m – 1.300 m
WAP 2002
Morphodynamik UnTRIM
SediMorph
2002
UBlexen Hydrodynamik UnTRIM 2004 (3D) 2002 61.500
x = 15 m – 850 m
Delft3D (2D, 3D) 2002 38.000
x = 7 m – 1.300 m
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Weitere Fragestellungen wurden in Systemstudien untersucht bzw. als Vorstudien zu Aus-
bauvorhaben durchgeführt:
Bedeutung des Jadebusens und Effekte einer möglichen Abtrennung [BAW (1995)]
Detaillierte Untersuchung zur Verschlickung des Fedderwarder Priels (Telemac-2D,
TSEF) und Empfehlung wasserbaulicher Maßnahmen [BAW (1998)].
Wasserbauliche Systemanalyse zum Ausbau der Unterweser [BAW (1999)]
Grenzfallbetrachtung Blexer Bogen Telemac-2D [BAW (2002b)]
Wasserbauliche Systemanalyse zum Ausbau der Außenweser [BAW (2002a)]
Variantenuntersuchung zum Ausbau der Außenweser [BAW (2004)]
Neben diesen gutachterlichen Tätigkeiten konnten im Rahmen von betreuten Diplom- und
Studienarbeiten Fragestellungen untersucht werden, die für die in diesem Bericht behandel-
ten Fragestellungen relevant sind:
Tiefenintegrierte Simulation der Wirkung von Sekundärströmungen in morphodynami-
schen Modellen [de la Motte (2000)]
Simulation des Sedimenttransports in Suspension und als Geschiebe: Ein Vergleich für
das Jade-Weser-Ästuar [Marek (2001)]
Prognose von Dünenstrecken mit Tidekennwerten [Putzar (2003)]
Kalibrierung von HN-Modellen unter Vorgabe von sedimentologischen und morphologi-
schen Daten [Putzar (2004)]
Kopplung von Seegang und Sedimenttransport in morphodynamischen Modellen und
Anwendung im Jade-Weser-Ästuar [Knoch (2004)]
Untersuchungen zur Porosität als Parameter für Erosionsprozesse [Piechotta (2004)]
Modellierung der Sinkgeschwindigkeit kohäsiver Schwebstoffe in Ästuaren [Maerker
(2006)]
1.3 Anforderungen an das Modellsystem
1.3.1 Geplante Anwendungen
Als Anwendungsbereiche, für die das vorliegende Modellsystem genutzt werden soll, sind
bisher geplant:
Untersuchungen für die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung:
o Simulation von verklappten Sedimenten (Klappstellenuntersuchungen)
o Optimierungsmöglichkeiten für die Unterhaltung im Bereich der Schlickstrecke
zwischen Blexen und Nordenham
o Strömungsgeschwindigkeiten und Wasserstände für die Schiffsführungssimu-
lation
o Simulation der Salzgehalte für verschiedene Oberwasserszenarien und topo-
graphische Zustände
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Modelluntersuchungen zu Anpassungsoptionen im Hinblick auf den Klimawandel im
Rahmen des Ressortforschungsprogramms KLIWAS
Gutachterliche Tätigkeiten zur Bewertung von Baumaßnahmen, wie der Untersu-
chung zum geplanten Offshore Terminal Bremerhaven im Auftrag von bremenports
1.3.2 Untersuchungsgebiet
Das Gebiet der geplanten Untersuchungen liegt hauptsächlich im Übergangsbereich von der
Unter- zur Außenweser zwischen den Pegeln Brake und Robbensüdsteert. Um Strömungs-
und Transportprozesse naturähnlich abbilden zu können, ist das eigentliche Modellgebiet
jedoch größer gewählt (siehe Abschnitt 4.4.1). Es umfasst das gesamte Jade-Weser-Ästuar
(vgl. Bild 1), vom Wehr Bremen-Hemelingen bis in die Nordsee, sowie den Jadebusen und
das Fahrwasser der Jade.
1.3.3 Untersuchungszeitraum
Für die Definition des Untersuchungszeitraums ist zu unterscheiden zwischen den geplanten
Untersuchungen und der Modellvalidierung. Die geplanten Untersuchungen werden als
wasserbauliche Systemanalysen im Sinne von Systemstudien durchgeführt und spiegeln
keinen festgelegten Zeitraum wider sondern eine repräsentative Situation (z.B. niedrige
Abflüsse und Nipptide). Dagegen erfordern die Berechnungen zur Modellvalidierung einen
festen Zeitraum im Sinne einer „hind cast“ Simulation, der sich aus der Durchführung der
Messkampagne (Juni-Juli 2002) ergibt.
1.3.4 Zielgrößen
Folgende modellierte Größen sind für die geplanten Untersuchungen relevant:
Wasserstände (2D)
Strömungsgeschwindigkeiten (3D)
Salzgehalte / -transporte (3D)
Sedimenttransport in Suspension (3D) und als Geschiebe (2D)
Morphologische Einflussgrößen: Sohlschubspannung (2D)
1.3.5 Anforderungen an die Genauigkeit
Das Basismodell ist nicht für ein einzelnes Projekt mit spezifischen Anforderungen erstellt
worden, sondern soll als Modellsystem in unterschiedlichen Projekten genutzt werden. Die
Anforderungen aus den einzelnen Anwendungsbereichen (vgl. 1.3.1) sind nicht einheitlich,
da zum Beispiel für Systemstudien andere Anforderungen als für wasserbauliche Gutachten
gelten. Um eine Anwendbarkeit auch unter sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit zu
gewährleisten, wurde aus dem Erfahrungswissen wasserbaulicher Systemanalysen für die
Berechnung des Wasserstandes an den Pegeln im Untersuchungsgebiet eine mittlere Ge-
nauigkeit von ±15 cm der Scheitelwasserstände Tnw und Thw gefordert, sowie eine Genau-
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igkeit der Eintrittszeiten von ± 30 Minuten. Die Salzgehalte außerhalb der Brackwasserzone1
müssen mit einer Genauigkeit < 2 PSU wiedergegeben werden. Innerhalb der Brackwasser-
zone sind durch große Gradienten des Salzgehaltes höhere Abweichungen zulässig, da sich
bereits durch geringfügige Lageverschiebungen deutlich andere Salzgehalte ergeben. Durch
fehlende Vergleichsmessungen können für die Berechnung des suspendierten Sedimentge-
haltes keine Vorgaben gemacht werden, es ist jedoch ein naturähnliches Systemverhalten im
Sinne einer Plausibilitätsprüfung nachzuweisen.
1 Die Brackwasserzone wird hier nach Lange et al. (2008) als der Bereich von 2 bis 20 PSU definiert.
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2 Unterlagen und Daten
2.1 Topographie
Auf Basis von Befliegungs- und Peildaten wurde für den Systemzustand 2002 durch die
Firma smile consult2 ein unstrukturiertes trianguliertes Geländemodell erstellt, auf dessen
Basis das der BAW vorliegende Rechengitter erstellt wurde [smile consult (2009)]. Die ver-
wendeten Tiefen basieren auf den Verhältnissen aus den Sommermonaten 2002 und ent-
sprechen damit der häufigsten Abflusssituation dieses Jahres.
2.2 Hydrologie
Als Grundlage der Modellvalidierung liegen Messungen an den Pegelpositionen und Son-
dermessungen der Wasser- und Schifffahrtsämter (WSÄ) Bremen, Bremerhaven und Wil-
helmshaven für das Jahr 2002 vor (vgl. Bild 2). Entsprechende Messdaten für aktuelle Zeit-
räume sind online3 verfügbar.
2 http://www.smileconsult.de/ 3 http://www.pegelonline.wsv.de
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QP2QP2
Bild 2: Pegel- und Messpositionen im Jade-Weser-Ästuar (vergleiche nachfolgende Tabellen zur Definition der Abkürzungen)
Im Jade-Weser-Ästuar wurde in 2002 an festen Pegeln Wasserstand (WL), Temperatur (T),
Leitfähigkeit (LF) und teilweise Trübung (TR) gemessen. Die Messung von Temperatur,
Leitfähigkeit und Trübung erfolgt typisch in einer Tiefe von 1 m unter Springtideniedrigwas-
ser. Die Leitfähigkeit wird in einen Salzgehalt umgerechnet, die Trübung dient als Maß der
suspendierten Sedimentkonzentration. Bei Vorliegen von Kalibrierungsmessungen kann die
Trübung auch näherungsweise in den suspendierten Sedimentgehalt umgerechnet werden.
Die Pegel sind für den Bereich der Unter- und Außenweser in Tabelle 2 und für den Bereich
der Jade in Tabelle 3 dargestellt. Die Positionen der Pegel entlang der Richtfeuerlinie sind
als Weser-km (W-km), beginnend bei der Seeschifffahrts-Binnenschifffahrtsgrenze in Bre-
men, angegeben.
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Tabelle 2: Übersicht der Pegelmessungen im Bereich Unter- und Außenweser
Position W-km Name WL T LF TR
ALW 115.00 Pegel Leuchtturm Alte Weser X X X
DWG 92.85 Pegel Dwarsgat Unterfeuer X X X X
RSS 79.93 Pegel Robbensüdsteert X X X X
BAL 66.67 Pegel Bremerhaven Alter Leuchtturm X X X
NUF 55.80 Pegel Nordenham Unterfeuer X X X
RFL 46.80 Pegel Rechtenfleth X X X
BRA 39.195 Pegel Brake X
ELS 33.33 Pegel Elsfleth X
FAR 26.25 Pegel Farge X X X
VEG 17.85 Pegel Vegesack X
OSL 8.375 Pegel Oslebshausen X
HBWB 0.03 Pegel Gr. Weserbrücke X
Tabelle 3: Übersicht der Pegelmessungen im Bereich der Jade
Position Name WL T LF TR
MPL Pegel Mellum Plate X
SLG Pegel Schillig X
HOO Pegel Hooksielplate X
VLP Pegel Voslapp X
WNV Pegel Wilhelmshaven Neuer Vorhafen X
WAV Pegel Wilhelmshaven Alter Vorhafen X
Neben den Pegelmessungen wurden 2002 Sondermessungen an Positionen nahe den Pe-
geln durchgeführt (Tabelle 4). Hier wurden neben Temperatur und Leitfähigkeit auch Trü-
bung und Strömungsgeschwindigkeit in drei unterschiedlichen Tiefen gemessen. Während
der Messkampagne „Weser 2009“ wurden im Jahr 2009 in der Nähe der Sondermesspositi-
on Ndh, als QP 3 bezeichnet, bodennah zeitlich hoch aufgelöste Messungen der Strö-
mungsgeschwindigkeit (mittels „acoustic doppler velocimeter“ (ADV)) zur Berechnung turbu-
lenter Kenngrößen durchgeführt. Neben den regulären Pegelmessungen liegen aus zusätzli-
chen Messprogrammen noch gesonderte Leitfähigkeitsmessungen vor (Tabelle 5).
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Tabelle 4: Übersicht der Sondermessungen (CTD, Strömungsmessungen)
Position Name WL T LF TR V ADV
DWG Pegel Dwarsgat Unterfeuer X X X X
RSS Pegel Robbensüdsteert X X X X
MFBrhv Messpfahl Bremerhaven X X X X
RFL1 Sondermessung Rechtenfleth X X X X
Ndh Sondermessung Nordenham X X X X
QP3 Weser 2009 – Querprofil 3 X
Tabelle 5: Übersicht der gesonderten Leitfähigkeitsmessungen
Position Name WL T LF Trü Wind SG
KKU Kernkraftwerk Unterweser X X
SPO Strohauser Plate Ost X X
HEM Hemelingen X X
Weiterhin wurden als Kampagne im Juni 2002 die Wasserstände an ausgesuchten Positio-
nen in der Nordsee (vgl. Bild 2) gemessen, um als Randwerte für das numerische Modell zu
dienen (Tabelle 6).
Tabelle 6: Übersicht der Messungen entlang des Steuerrands
Position Name WL T LF Trü Wind SG
R1 – R5 Nordseerand X X X
Neben diesen Messungen wurden zusätzlich im Auftrag der Bundesanstalt für Gewässer-
kunde (BfG) Abfluss und die Konzentration suspendierter Sedimente an der Staustufe Int-
schede gemessen.
2.3 Sedimentologie
Das Sedimentinventar wird durch die Korngrößenverteilungen von Greiferproben beschrie-
ben. Im Jade-Weser-Gebiet liegen zurzeit die Analyseergebnisse von mehr als 2.000 Grei-
ferproben vor, die im Sedimentkataster bei der BfG online4 verfügbar sind.
Neben diesen Greiferproben wurde eine Wattklassifizierung auf Basis von Fernerkundungs-
daten durch das KFKI Forschungsvorhaben „Sedimentverteilung als Indikator für morphody-
namische Prozesse“ [Meyer and Ragutzki (1999)] erstellt.
4 Sedimentkataster der BfG online verfügbar unter: http://sedkat.bafg.de/fdb/
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2.4 Meteorologie
Für die Beurteilung der Windverhältnisse im Untersuchungsgebiet liegen Langzeitbeobach-
tungen des DWD für die Station Alte Weser aus den Jahren 1979 bis 2003 vor, sowie flä-
chendeckende Windfelder aus dem Prognosemodell des DWD.
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3 Systembeschreibung des Weserästuars
3.1 Geomorphologie
Die Topographie des Jade-Weser-Ästuars ist in Bild 3 dargestellt. Das Weser-Ästuar als
tidebeeinflusster Bereich der Weser beginnt am Weserwehr in Bremen-Hemelingen und
reicht über Bremerhaven bis in die Nordsee. Der kanalartige Bereich der Unterweser er-
streckt sich von Bremen-Hemelingen bis Bremerhaven (W-km 0-65). An die Unterweser
schließt sich die trichterförmige Außenweser (W-km 65-120) an. Die Topographie der Au-
ßenweser ist geprägt von ausgedehnten Wattflächen, tiefen Tiderinnen und kleineren Prie-
len. In der Außenweser verlaufen zwei tiefe Tiderinnen: das Fedderwarder Fahrwasser im
Westen und der Wurster Arm im Osten. Das Fedderwarder Fahrwasser ist durch wasserbau-
liche Maßnahmen (Bau von Leitdämmen und Buhnen) als dauerhaftes Fahrwasser in der
Lage stabilisiert. Das Fahrwasser wurde wiederholt vertieft und den Bedürfnissen des
Schiffsverkehrs angepasst (vgl. Übersicht in [Lange et al. (2008)]). In der Außenweser zei-
gen sich in den nicht durch Bauwerke geschützten Bereichen deutliche morphologische
Veränderungen. Beispielsweise veränderte der Fedderwarder Priel seine Lage im Verlauf
der Jahre erheblich (siehe [Dieckmann (1989)] für eine detailliertere Beschreibung der mor-
phologischen Strukturen).
Die Jadebucht entstand zwischen dem 11. und 15. Jahrhundert durch ins Marschgebiet
eindringende Sturmfluten. Die heutige Form wurde durch spätere Eindeichungen festgelegt
[Götschenberg und Kahlfeld (2008)]. Im Gegensatz zum Weser-Ästuar gibt es keinen nen-
nenswerten Oberwasserzufluss in die Jadebucht.
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TopographiemNN
-24. 3. 0 -9.
Isolinien in [mNN ]Topographie
0.00 10.00 20.00
0 12.50 km6.25
Topographie
BREMER- HAVEN
Langluetjen
NORDENHAM
Blexen
BRAKE
km32
km34
km36
km38
km40
km42
km44
km46
km48
km50
km52
km54
km56
km58
km60 km62
km64
km65
km70
Robben-
plate Robben- plate
Mittelpriel Fed
derw
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riel
Alte Mellum
Der
Hohe
Weg
Neue Weser
Wurster Arm
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TopographiemNN
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Isolinien in [mNN ]Topographie
0.00 10.00 20.00
0 12.50 km6.25
Topographie
BREMER- HAVEN
Langluetjen
NORDENHAM
Blexen
BRAKE
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Alte Mellum
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Hohe
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Neue Weser
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Fedderwarder Fahrwasser
Leitdamm Langlütjen
Leitdamm Robbenplate
Jadebusen
Unterweser
Außenweser
Innenjade
Außen-jade
TopographiemNHN
Isolinien in [mNHN]Topographie
TopographiemNN
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Isolinien in [mNN ]Topographie
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Topographie
BREMER- HAVEN
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Isolinien in [mNN ]Topographie
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Isolinien in [mNN ]Topographie
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Topographie
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TopographiemNN
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Isolinien in [mNN ]Topographie
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Topographie
BREMER- HAVEN
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Robben-
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Neue Weser
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Fedderwarder Fahrwasser
Leitdamm Langlütjen
Leitdamm Robbenplate
Jadebusen
Unterweser
Außenweser
Innenjade
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TopographiemNHN
Isolinien in [mNHN]Topographie
Bild 3: Topographie des Jade-Weser-Ästuars (Systemzustand 2002)
Eine Betrachtung der Querschnittsflächen5 (Bild 4) des Weser-Ästuars zeigt die für Ästuare
typische, näherungsweise exponentielle Zunahme der Querschnittsfläche von der Tidegren-
ze bis zur Mündung. Auffällig ist der lineare Verlauf im Bereich der Unterweser, die durch
wasserbauliche Maßnahmen (Vertiefung, Begradigung, Bau von Buhnen) stark anthropogen
geprägt ist. Weiterhin fällt im Bereich von Weser-km 70 - 90 der zunehmende Unterschied
zwischen den Flächen mit unterschiedlichen Tiefenbezügen auf, der durch die dort vorkom-
5 Die Querschnittsflächen sind für den Bereich bis ca. Weser-km 83 von Deich zu Deich definiert, im
Außenbereich von idealisierter Wattwasserscheide zu Wattwasserscheide.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 13
menden ausgedehnten Wattflächen erklärbar ist. Hydrodynamisch relevant ist dies insbe-
sondere im Hinblick auf die Prozesse der Überflutung und des Trockenfallens in diesem
Bereich.
0
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Weser - km
Flä
che
[ m
² ]
Tiefenbezug -3 mNNTiefenbezug +3 mNNTiefenbezug 0 mNNexp. Modell
Bild 4: Querschnittsflächen des Weser-Ästuars für unterschiedliche Referenzhöhen auf Basis der Topographie des numerischen Modells, sowie den Verlauf eines ange-
passten exponentiellen Modells (bezogen auf 0 mNHN)
Die morphologischen Gestaltungsprozesse werden durch Gezeiten, Oberwasser und See-
gang sowie anthropogene Eingriffe angetrieben. Die relative Bedeutung der einzelnen Pro-
zesse lässt sich durch einen Vergleich von Tidehub und mittlerer Wellenhöhe abschätzen.
Mit einem typischen Wert der Außen- und Unterweser für den Tidehub von >3 m ergibt sich
erst ab einer mittleren Wellenhöhe6 von > 1 m im langzeitigen Mittel ein Seegangseinfluss
und ab einer mittleren Wellenhöhe > 1,7 m eine Seegangsdominanz (Bild 5). Bisherige Un-
tersuchungen zur Seegangsstatistik wurden im Hinblick auf Bemessungsgrundlagen vorge-
nommen [Barthel (1980), Mai (2004)]. Hier zeigen sich im Bereich seeseitig von Bremerha-
ven abhängig von Windrichtung und Ort signifikante Wellenhöhen deutlich über 1 m . Mittlere
Verhältnisse zur Klassifizierung wie in Bild 5 können nur abgeschätzt werden. Es ist anzu-
nehmen, dass diese im Jahresmittel unter 1 m liegen. Die Form der Außenweser bestätigt
durch die langgestreckten Tiderinnen und das Fehlen von Barriereinseln bereits den domi-
nanten Einfluss der Tide auf die morphologische Entwicklung (vgl. [Masselink und Hughes
(2003)]).
6 Hinweis: Unter Annahme einer Rayleigh Verteilung entspricht die mittlere Wellenhöhe 64%
der signifikanten Wellenhöhe
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 14
Bild 5: Charakterisierung eines Ästuar als gezeiten- oder seegangsdominiert [Masselink und Hughes (2003)]. Der in der Weser vorzufindende Wertebereich ist gestri-chelt markiert und zeigt die Tidedominanz des Weser-Ästuars.
Der Einfluss einzelner Größen ist in der schematischen Darstellung in Bild 6 abgebildet
[Masselink und Hughes (2003)]. Im Außenbereich dominieren Tide und Seegang die mor-
phologischen Änderungen, wohingegen im Inneren des Ästuars oberwassergetriebene Än-
derungen überwiegen. Die Quellen des Sedimenttransports sind marine Sedimente und
fluviale Sedimente, die von Außen in das Ästuar eingetragen werden, sowie Umlagerungen
im Inneren.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 15
Bild 6: Schematische Darstellung der (a) morphologischen Einflussgrößen in einem tidedominierten Ästuar sowie (b) deren relative Bedeutung entlang des Ästuars
Weitere morphologische Änderungen im Ästuar sind anthropogenen Ursprungs, insbesonde-
re durch den Bau von Hafenanlagen (z.B. neuer Container-Terminal bei Bremerhaven (CT
IV), Jade-Weser-Port) oder Anpassungen der Fahrrinne. Eine Übersicht der einzelnen Maß-
nahmen findet sich bei [Lange et al. (2008)].
3.2 Sedimentologie
Die Sohle im Bereich des Fahrwassers wird von Sanden dominiert. Dabei überwiegen in der
Außenweser Mittelsande mit Feinsandanteilen und im Bereich der Unterweser Mittelsande
mit Grobsandanteilen (vgl. Bild 7). Abweichend davon befinden sich im Bereich der Trü-
bungszone (W-km 55 – W-km 66) vorwiegend schluffige Sedimente. Die Zusammensetzung
der Sedimente im schluffigen Bereich ist zeitlich nicht konstant sondern zeigt deutliche Ände-
rungen, zum Beispiel eine Abnahme der feinen Anteile nach hohen Oberwasserabflüssen.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
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Weser - km
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[ %
]
Kies Grobsand Mittelsand Feinsand Schluff
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Weser - km
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[ %
]
Kies Grobsand Mittelsand Feinsand Schluff
Bild 7: Sedimentinventar der Weser entlang der Richtfeuerlinie auf Basis von Greifer-proben
Die auf Basis von Fernerkundungsdaten und Sedimentproben erstellte Wattklassifizierung
(Bild 8) zeigt die abnehmende Korngröße von See Richtung Küste, die als Übergang von
Sandwatt in Mischwatt, bzw. von Mischwatt in Schlickwatt zu erkennen ist [Meyer and Ra-
gutzki (1999)].
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 17
Bild 8: Sedimentverteilung im niedersächsischen Wattenmeer [Meyer and Ragutzki (1999)]
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 18
3.3 Hydrodynamik
3.3.1 Strömung und Gezeiten
Die Tidedynamik der Weser wird durch die aus Nordwesten in das Ästuar einlaufende halb-
tägliche Tidewelle geprägt. Im Bereich der Unterweser erhöht sich der Einfluss des Ober-
wasserzuflusses zunehmend. Die trichterartige Form der Außenweser und die weitere Ein-
engung des Querschnitts von Bremerhaven bis Bremen führen zu einem Anstieg des Tide-
hubs. Dem Anstieg des Tidehubs wirkt die dissipative Wirkung der Bodenreibung entgegen.
Wie in Bild 9 zu sehen ist, überwiegt der Einfluss der Querschnittseinengung den der Dämp-
fung, der Tidehub nimmt stromauf zu. Daher wird das Weser-Ästuar als hypersynchron be-
zeichnet. Mit einem Tidehub zwischen 2,8 m und 4,1 m [Lange et al. (2008)] lässt sich das
Weser-Ästuar als meso- bis makrotidal klassifizieren. Da es im Außenbereich Schichtungen
des Salzgehaltes geben kann [Grabemann (1992)], wird das Weser-Ästuar jedoch gemeinhin
als mesotidal eingestuft. Neben der Verformung durch den Einfluss der Geometrie, wird die
Tidewelle durch Bodenreibung, Reflexion am Wehr und Einengung im Ästuar verformt, so
dass es zu einer asymmetrischen Form der Tidekurve kommt (Bild 9).
- 3,00
- 2,00
- 1,00
0,00
1,00
2,00
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08.06.02 03:00 08.06.02 06:00 08.06.02 09:00 08.06.02 12:00 08.06.02 15:00 08.06.02 18:00 08.06.02 21:00
Was
sers
tan
d [
mN
N ]
ALW BAL BRADWG ELS FARNUF OSL RFLRSS VEG HBWB
Bild 9: Verformung der Tidekurve am Beispiel von Wasserstandsganglinien an den Pegelpositionen entlang des Weser-Ästuars
Die Ausbau- und Strombaumaßnahmen in Außen- und Unterweser des vergangenen Jahr-
hunderts haben zu relativ großen Tidehüben geführt (s. Bild 10). Der mittlere Tidehub steigt
fast linear zwischen den Pegeln Leuchtturm Alte Weser (km 115) und Nordenham (km 66)
von rd. 2,9 m auf rd. 4,0 m an. In Bremen-Oslebshausen (km 9) wird der mittlere Tidehub mit
4,10 m angegeben.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
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2,00
2,50
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Weser km
MT
hb
[ m
]
Bild 10: Mittlerer Tidehub für den Zeitraum 1996 - 2005 (WSA Bremen)
Die Verformung der Tidekurve spiegelt sich in den Eintrittzeiten des Thw und Tnw wider. Das
Thw tritt in Bremen etwa 1 h 50 min später ein als in Bremerhaven, das Tnw etwa 2 h 50 min
später. Die Energieumwandlung beim Fortschreiten der Tidewelle in die Weser sowie der
Oberwasserabfluss bewirken, dass die Flutdauer generell kürzer als die Ebbedauer ist, wo-
bei die Flutdauer stromaufwärts abnimmt und die Ebbedauer in entsprechendem Maße zu-
nimmt. Die Flut dauert in Bremen etwa 5 h 10 min die Ebbe etwa 7 h 10 min, dagegen ist die
Tide in Bremerhaven ausgeglichener: Flutdauer etwa 6 h und Ebbedauer etwa 6 h 30 min
(vgl. Tabelle 7).
Tabelle 7: Hydrologische 10 Jahres-Mittelwerte der Weser für 1996-20057
Kürzel Bezeichnung / Name UW km MThwm NN
MTnwm NN
MThbm
Tf
h:minTe
h:minALW Alte Weser 115,00 1,37 -1,50 2,87 06:22 06:00BAL Bremerhaven Alter Leuchtturm 66,67 1,81 -1,95 3,76 06:00 06:30NUF Nordenham Unterfeuer 55,80 1,95 -2,00 3,95 06:15 06:15BRA Brake 39,20 2,09 -1,81 3,90 05:30 06:55ELS Elsfleth 33,33 2,18 -1,68 3,86 05:25 07:00FAR Farge 26,25 2,23 -1,59 3,82 04:55 07:30VEG Vegesack 17,85 2,36 -1,55 3,91 05:00 07:20OSL Oslebshausen 8,38 2,47 -1,65 4,12 05:07 07:12HBWB Gr. Weserbrücke 0,03 2,52 -1,58 4,10 00:30 11:55
7 Aktuelle hydrologische Werte sind über das Internet unter http://www.wsv.de/wsa-
hb/gewaesserkunde/wasserstandsdaten/wasserst_tab/index.html abrufbar.
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Seite 20
3.3.2 Oberwasserabfluss
Hydrologische Werte für den Abfluss der Weser bei Intschede gehen aus dem gewässer-
kundlichen Jahrbuch für das Jahr 2002 hervor [NLWKN (2005)]. Die Weser besitzt bei Int-
schede (letzter tidefreier Pegel) ein Einzugsgebiet von 37.720 km2 und bei Bremerhaven von
45.600 km2. Der mittlere Festlandsabfluss beträgt etwa 300 m3/s. Minimale Werte um 100
m3/s treten im Spätsommer oder Herbst auf, maximale Werte größer als 1.000 m3/s überwie-
gend im Frühjahr. Der häufigste Wert liegt bei ca. 168 m³/s. Im Abflussjahr 2002 (hydrologi-
sches Jahr 01.11. des Vorjahres bis 31.10.) betrug der Jahresmittelwert 462 m3/s (Mittel der
Jahre 1941/2001: MQ = 327 m3/s), das Minimum 166 m3/s am 06.11.2001 (MNQ 1941/2001
= 118 m3/s und das Maximum 1670 m3/s am 03.03.2002 (MHQ1941/2001 = 1.230 m3/s).
Damit handelt es sich bei dem Jahr 2002 eher um ein „nasses Jahr“ mit höheren Abflüssen
als im Mittel (Bild 11).
Bild 11: Häufigkeitsverteilung des Oberwasserabflusses der Weser für 2002 im Vergleich zum langjährigen Mittel (1980 - 2009)
3.4 Salztransport
Aus der Nordsee dringt salziges Meerwasser mit ca. 34 PSU in die Deutsche Bucht ein,
vermischt sich dort mit dem kontinentalen Süßwasserabfluss, so dass im Übergangsbereich
zum Weser-Ästuar nur noch geringere Salzgehalte von ca. 32 PSU vorzufinden sind
[Janssen et al. (1999)]. Das Oberwasser der Weser selbst ist durch den Salzabbau stromauf
kein reines Süßwasser sondern weist einen Salzgehalt von etwa 0,5 PSU bis 1 PSU auf. Die
Lage der Brackwasserzone ist überwiegend von den Gezeiten (tägliche Ungleichheit, Spring-
Nipp-Zyklus), der Lage des Mittelwassers in der Nordsee und den Oberwasserverhältnissen
abhängig. Die Salzgehalte an einzelnen Messpositionen zeigen damit eine Variabilität auf
unterschiedlichen Zeitskalen von Tagen (halbtägliche Gezeit), über Wochen (Spring-Nipp-
Zyklus) bis hin zu saisonalen Signalen (Oberwasserabfluss, Mittelwasserlage Nordsee). Im
langfristigen Mittel liegt die Brackwasserzone bei Flutstromkenterung im Bereich von W-km
45 – 70 und bei Ebbestromkenterung bei W-km 60 – 92 [Lange et al. (2008)]. Die Variation
des Salzgehaltes über einen Tidezyklus kann stellenweise über 14 PSU betragen (Bild 12,
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 21
c). In dem Bereich der Brackwasserzone liegt die Variation des Salzgehaltes im Mittel bei
über 12 PSU.
In der Vertikalen zeigt die Salzgehaltsverteilung Unterschiede während der einzelnen Tide-
phasen. Während der Flutströmung (Bild 12, b) ist die Wassersäule generell gut durch-
mischt, wohingegen bei Ebbeströmung (Bild 12, a) zeitweise eine stabile Schichtung entste-
hen kann. Es bildet sich in der Weser also kein so ausgeprägter Salzkeil aus, wie dieser in
Ästuaren mit geringerem Energieeintrag (microtidal) zu finden wäre.
0
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-24.
mNN
maximaler Salzgehalt (Mit)10**-3
0 33. 9. 18.
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mNN
minimaler Salzgehalt (Mit)10**-3
0 33. 9. 18.
mNHN
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mNN
Salzgehaltsvariation (Mit)10**-3
0 20. 6. 12.
mNHN
W-km 40 W-km 60 W-km 80
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mNN
maximaler Salzgehalt (Mit)10**-3
0 33. 9. 18.
mNHN
0
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-24.
mNN
minimaler Salzgehalt (Mit)10**-3
0 33. 9. 18.
mNHN
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mNN
Salzgehaltsvariation (Mit)10**-3
0 20. 6. 12.
mNHN
W-km 40 W-km 60 W-km 80
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mNN
maximaler Salzgehalt (Mit)10**-3
0 33. 9. 18.
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minimaler Salzgehalt (Mit)10**-3
0 33. 9. 18.
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Salzgehaltsvariation (Mit)10**-3
0 20. 6. 12.
mNHN
W-km 40 W-km 60 W-km 80
b
a
c
Bild 12: Berechnete Tidekennwerte des Salzgehaltes entlang der Richtfeuerlinie des Weser-Ästuars auf Basis von Modellsimulationen: (a) minimaler Salzgehalt, (b) maximaler Salzgehalt, (c) Salzgehaltsvariation. Die Berechnung der Tidekenn-werte erfolgte jeweils als zeitliches Mittel über einen Spring-Nipp-Zyklus bei ei-nem Abfluss von ca. 300 m³/s.
Die Schichtung zur Ebbestromphase ist hydrodynamisch relevant, da sich durch die entste-
henden vertikalen Dichteunterschiede eine Dämpfung der vertikalen Turbulenz und damit ein
Einfluss auf den Sedimenttransport ergeben. Wie beispielhaft in Bild 13 für eine Sonder-
messposition bei Nordenham (W-km 58) dargestellt, beträgt der Unterschied im Salzgehalt in
der Vertikalen bis zu 3 PSU auf einer Distanz von 4 m.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 22
Bild 13: Gemessener Salzgehalt bei Weser-km 58 während der Messkampagne 2002 zur Verdeutlichung der zeitweisen Schichtung in den Ebbephasen
3.5 Sedimenttransport
Die anfangs genannten Fragestellungen für das Modellsystem umfassen auch die Modellie-
rung des Sedimenttransports, insbesondere des suspendierten Sedimenttransports. Weiter-
gehende Fragestellungen wie die morphologische Entwicklung und langfristige Sediment-
transporte sind dagegen nicht Gegenstand geplanter Untersuchungen. Vor diesem Hinter-
grund kann der Sedimenttransport vereinfacht als die Summe aus Suspensions- und Ge-
schiebetransport verstanden werden. Hier ist insbesondere der Suspensionstransport von
Interesse, bei dem Sedimente mit dem Wasserkörper transportiert werden. Rollende oder
springende Transporte als Geschiebe am Boden sind für die geplanten Untersuchungen von
untergeordneter Bedeutung. Ebenso ist Transport von Feinmaterial durch den Wind ohne
Bedeutung für die vorliegenden Fragestellungen. Das transportierte Material wird entweder
im Untersuchungsgebiet umgelagert oder über die Ränder eingetragen. Im Folgenden wird
kurz auf die zu erwartenden Prozesse und deren Bedeutung eingegangen.
Der Eintrag über die Ränder setzt sich aus dem Eintrag am seeseitigen Rand und den Ein-
trag mit dem Oberwasser zusammen. Der gesamte jährliche Sedimenteintrag über das
Oberwasser bei Intschede (hydrologisches Jahr 2001) lag bei 733.811 t (Mittelwert 1970-
2002: 535.434 t). Die mittlere Konzentration suspendierter Sedimente mit 40 g/m3 entspricht
in 2002 dem langjährigen Mittel (1979/2002: 40 mg/l). Die höchste Konzentration suspendier-
ter Sedimente lag bei 254 mg/l im Sommer des Jahres (1970/2002 851 mg/l).
Der Eintrag über den seeseitigen Rand ist nicht durch Messungen bestimmt, es ist jedoch
davon auszugehen, dass Sedimente mit dem Küstenlängstransport aus dem niedersächsi-
schen Wattenmeer in das Jade-Weser-Ästuar ein- und wieder ausgetragen werden.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 23
Wichtigster Prozess für den kurzfristigen (Zeitraum von Wochen) Sedimenttransport ist die
Umlagerung von Sedimenten im System. Diese ist zum einen natürlichen Ursprungs, wie
dem tidebedingten Sedimenttransport und zum anderen anthropogenen Ursprungs, wie den
Unterhaltungsbaggerungen. Der tidegetriebene Sedimenttransport ist räumlich und zeitlich
variabel. Für den Bereich der Fahrrinne kommt es, abhängig von der Oberwassersituation,
abschnittsweise zu einem Stromauftransport von Feinsedimenten. Eine Geschiebezugabe
zur Stabilisierung der Sohle wie im Binnenbereich ist nicht notwendig.
Der Stromauftransport von Feinsedimenten entsteht durch die Tidedynamik. Auch wenn sich
im Querschnittsmittel eine Ebbstromdominanz der Weser ergibt, so werden mit der sohlnah
höheren Flutstromgeschwindigkeit mehr Sedimente stromauf transportiert als durch die
geringere Ebbestromgeschwindigkeit wieder stromab gelangen („tidal pumping“). Numeri-
sche Untersuchungen haben für die Weser gezeigt, dass der Stromauftransport durch die
Tideasymmetrie erklärt werden kann [Lang (1990)]. Auf diese Weise können marine Sedi-
mente ihren Weg in die bremischen Häfen finden.
Am landseitigen Rand der Brackwasserzone existiert in der Weser ein Bereich hoher Kon-
zentration suspendierter Sedimente, die Trübungszone. Hier übersteigt die Konzentration
suspendierter Sedimente die Konzentration im übrigen Ästuar um ein Vielfaches. Der lokale
Sedimenttransport im Bereich der Trübungszone kann vereinfacht als ein Kreislauf aus Re-
suspension des Bodenmaterials stromab der Trübungszone, Advektion mit dem Flutstrom,
Deposition stromauf der Trübungszone und erneute Resuspension mit dem advektiven Eb-
bestromtransport verstanden werden [Lang et al. (1989)]. Der Ursprung dieser sogenannten
sekundären Quellen ist noch Gegenstand aktueller Untersuchungen. So kann die eigentliche
Entstehung einer Trübungszone durch unterschiedliche Prozesse bestimmt werden [Dyer
(1997)]. Die einfachste Modellvorstellung ist die einer ästuarinen Zirkulation („estuarine circu-
lation“ oder „gravitational circulation“), bei der das am Boden einströmende Salzwasser
Sediment stromauf transportiert, bis zu dem Punkt vollständiger Vermischung des Salzwas-
sers mit dem Süßwasser des Oberstroms. Dieses sehr einfache Modell ist in der Weser nur
eingeschränkt gültig, da die Wassersäule gut durchmischt ist und sich kein klassischer Salz-
keil ausbildet. Vielmehr kann der Stromauftransport von suspendierten Sedimenten durch die
stärkere vertikale Vermischung während der Flutströmung (Sediment ist höher in der Was-
sersäule), im Vergleich zur Ebbeströmung (die haline Schichtung unterdrückt den vertikalen
Aufwärtstransport in der Wassersäule) erklärt werden (Bild 14). Durch die bessere vertikale
Vermischung während des Flutstroms wird ein Sedimentteilchen näher an der Oberfläche mit
größerer Geschwindigkeit stromauf transportiert, als es mit dem stärker geschichteten Ebbe-
strom bodennäher wieder stromab transportiert wird.
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Strömungsgeschwindigkeit [ m/s ] Schwebstoffgehalt [ mg / l ]
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Querprofil [m] Querprofil [m]
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current velocity [ m/s ] SSC [ kg/m³ ]
Bild 14: Gemessene Strömungsgeschwindigkeit (links) und Konzentration suspendierter Sedimente (rechts) für voll ausgeprägte Flutströmung (oben) und voll ausgepräg-te Ebbeströmung (unten) für das Profil QP 3 (W-km 56,6) [AquaVision, 2009]
Die genaue Lage der Trübungszone ist von Oberwasserabfluss und Mittelwasserlage ab-
hängig. Für eine typische Sommersituation ist in Bild 15 die Trübungszone während einer
Messfahrt von Bremerhaven nach Bremen im Längsprofil dargestellt. Die Messung wurde mit
einsetzender Flutströmung begonnen, die einzelnen Messwerte sind jedoch nicht tidepha-
sengleich aufgenommen
Bremerhaven BremenBremerhavenBremerhaven BremenBremerhaven [ mg/l ] BremenWeser kmBremerhaven
Tie
fe [
mN
HN
]
Bremerhaven BremenBremerhavenBremerhaven BremenBremerhaven [ mg/l ] BremenWeser kmBremerhaven
Tie
fe [
mN
HN
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Bild 15: Gemessenes Längsprofil der Konzentration suspendierter Sedimente in der Weser (nicht tidephasengleich) [AquaVision, 2009]
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
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In 2009 wurde eine Messkampagne zur Abschätzung des Stromauftransports von Sedimen-
ten gestartet [AquaVision, 2009]. Für einzelne Querschnitte wurden Ganztidenmessungen
durchgeführt. In Bild 16 sind die Ergebnisse für die Messposition QP3 (W-km 56,6) darge-
stellt [Maushake, unveröffentlicht8]. Die Messung von Tnw bis Tnw zeigt den Durchfluss bei
Flutströmung von 4256 m³ und bei Ebbeströmung von 4717 m³, die Differenz daraus bildet
den Oberwasserabfluss. Charakteristisch für die Weser ist die Ebbstromdominanz (vEM 0.61
m/s > vFM 0.55 m/s). Trotz fast gleicher mittlerer Konzentration suspendierter Sedimente
während Ebbe- und Flutströmung ergibt sich für diese Situation ein Stromauftransport von
Sedimenten von rechnerisch 4669 t Trockensubstanz pro Tide. Die Unsicherheit bei der
Bestimmung der Transporte ist jedoch sehr hoch, so dass zukünftige Messungen diese
Abschätzung zunächst noch bestätigen müssen.
Bild 16: Zeitreihe der Querprofilmessung QP3 für a) Wasserstand, b) Durchfluss, c) Strömungsgeschwindigkeit, d) suspendierte Sedimentkonzentration und e)
Transport
8 Vergleiche entsprechende Berechnung für das Ems-Ästuar unter:
http://vzb.baw.de/publikationen.php?file=kolloquien/0/ems_ssc_kolloq_Notizen.pdf
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
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Im Vergleich zu den transportierten Sedimentmengen ist der Eingriff durch Unterhaltungs-
baggerungen nicht zu vernachlässigen. Im Weser-Ästuar werden zwischen 4 und 8 Mio. m³
Sediment jährlich gebaggert. Das gebaggerte Material ist ein Gemisch aus Sedimenten und
Wasser. Unter der Annahme einer Dichte des Sediments von 2650 kg/m³ und einem mittle-
ren Wassergehalt des gebaggerten Materials von 40%, entspricht dies ca. 6,4 bis 12,7 Mio. t
Trockensubstanz pro Jahr oder umgerechnet ca. 8800 t bis 17.700 t Trockensubstanz pro
Tide.
3.6 Seegang
In Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit kann der Seegang signifikante Wirkungen auf
den Sedimenttransport in der Außenweser haben. Im Rahmen der morphodynamischen
Untersuchungen zur Weseranpassung wurde in Anbetracht der Topographie des Untersu-
chungsgebietes und der vorherrschenden Windverhältnisse folgende Charakteristik abge-
schätzt:
Aufgrund der großen Fließquerschnitte und großen Wassertiefen der Außenweser kann
Seegang aus nordwestlichen Richtungen in Abhängigkeit der Tidephase sehr weit von
der Deutschen Bucht in die Außenweser hineinlaufen.
Aufgrund der großen Fetchlängen sowie der großen Wassertiefen der Außenweser wird
insbesondere bei nordwestlichen Winden ein bereits vorherrschender Seegang in der
Außenweser noch lokal verstärkt und kann je nach Tidephase zu einer Belastung insbe-
sondere der Wattgebiete Wurster Watt und Hohe Weg Watt führen.
Der Seegang wird auch auf die Wattgebiete, insbesondere Wurster Watt und Hohe Weg
Watt, transportiert und kann je nach Tidephase und Seegangserscheinungsform zu einer
weiteren Belastung der Sohle beitragen.
Die Verteilung der Schlickwatten macht auch die Seegangswirkung deutlich. Durch die vor-
herrschende Westwindlage kommt es zu einer seegangsbedingten Umlagerung feiner Sedi-
mente aus dem östlichen Teil des Jadebusens in den Westen [Knoch (2004)].
3.7 Meteorologie
Die mittleren Windverhältnisse an der Station Alte Weser für den Zeitraum 1979-2002 sind in
Bild 17 dargestellt. Winde aus dem Richtungssektor West-Südwest sind vorherrschend, es
gibt jedoch auch Ostwindlagen. Die höchsten Windgeschwindigkeiten (> 18 m/s) stammen
vorwiegend aus südwestlichen bis westlichen und nördlichen Richtungen.
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3.0 %
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Stationsname: Alte Weser 10124Zeitraum der analysierten Messung: 00:00-01.01.1979 00:00-01.01.2003
von 0 bis 0.4 m/von 0.4 bis 1.8 m/von 1.8 bis 3.6 m/von 3.6 bis 5.8 m/von 5.8 bis 8.5 m/von 8.5 bis 11. m/von 11. bis 14. m/von 14. bis 17. m/von 17. bis 21. m/von 21. bis 25. m/von 25. bis 29. m/von 29. bis 34. m/> 34. m/s
ALW-2002skalare Windgeschwindigkeit
NO
ONO
OSO
SO
SSOSSW
SW
WSW
WNW
NW
NNW
Windstille 0 Bftleichter Zug 1 Bftleichte Brise 2 Bft
schwache Brise 3 Bftmaessige Brise 4 Bft
frische Brise 5 Bftstarker Wind 6 Bftsteifer Wind 7 Bft
stuermischer Wind 8 BftSturm 9 Bft
schwerer Sturm 10 Bftorkanartiger Sturm 11 Bft
Orkan 12 Bft
Windgeschwindigkeit (10 m)
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Stationsname: Alte Weser 10124Zeitraum der analysierten Messung: 00:00-01.01.1979 00:00-01.01.2003
von 0 bis 0.4 m/von 0.4 bis 1.8 m/von 1.8 bis 3.6 m/von 3.6 bis 5.8 m/von 5.8 bis 8.5 m/von 8.5 bis 11. m/von 11. bis 14. m/von 14. bis 17. m/von 17. bis 21. m/von 21. bis 25. m/von 25. bis 29. m/von 29. bis 34. m/> 34. m/s
ALW-2002skalare Windgeschwindigkeit
NO
ONO
OSO
SO
SSOSSW
SW
WSW
WNW
NW
NNW
Windstille 0 Bftleichter Zug 1 Bftleichte Brise 2 Bft
schwache Brise 3 Bftmaessige Brise 4 Bft
frische Brise 5 Bftstarker Wind 6 Bftsteifer Wind 7 Bft
stuermischer Wind 8 BftSturm 9 Bft
schwerer Sturm 10 Bftorkanartiger Sturm 11 Bft
Orkan 12 Bft
Windgeschwindigkeit (10 m)
Bild 17: Mittlere Jahreswindrose der Station Alte Weser 1979 - 2002 auf Basis gemesse-ner Windgeschwindigkeiten des DWD (Messhöhe 32 mNHN, umgerechnet auf 10 mNHN)
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 28
4 Modellaufbau
4.1 Konzeptionelles Modell
Für die naturähnliche Wiedergabe der Hydrodynamik und des Stofftransports (Salz und
suspendierte Sedimente) im Weser-Ästuar sind die prägenden Prozesse (vgl. Bild 18) in das
Modell zu integrieren. Die Topographie muss die Tiefenverteilung und Querschnitte mög-
lichst genau abbilden, kleinskalige Phänomene wie Transportkörper oder einzelne Hafenan-
lagen haben dagegen für das Gesamtsystem nur eine geringe Wirkung. Die Hydrodynamik
wird durch den Verlauf der Tidewelle und den Oberwasserabfluss bestimmt. Windgetriebene
Strömungen oder Auslenkungen der Wasserspiegellage können im Bereich der Außenweser
ebenfalls deutlichen Einfluss haben. Die Salzgehalte sind geprägt von der Vermischung
salzigen Nordseewassers mit dem Süßwasser aus dem Oberwasserabfluss. Im Ästuar ha-
ben barokline Prozesse und die turbulente vertikale Vermischung eine wesentliche Bedeu-
tung für den Salztransport. Der Transport von suspendierten Sedimenten erfolgt in einer
Abfolge aus Deposition und Resuspension mit der tidegetriebenen Strömung. Die See-
gangswirkung trägt zur Mobilisierung des Sediments bei, das dann mit der Tide oder windge-
triebener Strömung transportiert wird. Thermische Schichtung und thermisch angetriebene
barokline Strömungen sind im gut durchmischten Weser-Ästuar nicht prägend.
Oberwasser
Tidewelle
Interne Wellen
Wind
Deposition und ResuspensionTurbulenz
barokline Prozesse
Seegang
Bild 18 Schematische Übersicht der relevanten Prozesse im Ästuarbereich (nach [Nittrouer und Wright (1993)])
Typische Simulationszeiträume für wasserbauliche Fragestellungen sind einzelne Tiden oder
ein Spring-Nipp-Zyklus. Hydraulische Fragestellungen und insbesondere die Bewertung von
Veränderungen in der Topographie (Fahrrinnenanpassungen, Bauwerke) lassen sich auf
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
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Basis dieser zeitlichen Skalen bereits umfassend bewerten. Bei den im Rahmen von Unter-
haltungsfragestellungen langsamer verlaufenden Sedimenttransportprozessen (Verschli-
ckung, Kolkbildung) sind jedoch längerfristige Prozesse zu betrachten, die den Betrieb des
Modells über einen längeren Zeitraum (> Monate) erforderlich machen. Daraus ergibt sich
die Notwendigkeit ein Modell aufzubauen, dass örtlich grob genug diskretisiert ist, um über
lange Zeiträume rechnen zu können, dabei aber die wesentlichen Prozesse noch ausrei-
chend genau auflöst.
4.2 Modellierungssystem
Die Umsetzung des konzeptionellen Modells erfolgt mit Hilfe der Verfahren9 UnTRIM und
SediMorph (Bild 19). Am seeseitigen Rand werden Tide und Mittelwasserlage eingesteuert,
am landseitigen Teil der Oberwasserabfluss. An der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag
aus der Windschubspannung. Eine detaillierte Beschreibung der Anfangs- und Randwerte
folgt in den nächsten Abschnitten. Vermischungsprozesse im Wasserkörper werden durch
eine dreidimensionale Berechnung berücksichtigt. Turbulente Prozesse sind mit Hilfe eines
Zwei-Gleichungsmodells (k- Modell) abgebildet.
Oberwasser
Tide / Mittelwasserlage
Wind
3D Hydrodynamik / Stofftransport(UnTRIM 2007)
2D Sedimenttransport(SediMorph)
Tide / Mittelwasserlage
3D Hydrodynamik / Stofftransport(UnTRIM 2007)
Wind
Oberwasser
2D Sedimenttransport(SediMorph)
Bild 19: Modellierungsansatz für das Jade-Weser-Ästuar
9 Beschreibung der numerischen Verfahren im BAWiki unter
http://www.baw.de/methoden/index.php5/Hauptseite
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
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UnTRIM ist ein semi-implizites Finite-Differenzen- bzw. Finite-Volumen-Verfahren für un-
strukturierte orthogonale Gitter zur Simulation stationärer und instationärer Strömungs - und
Transportprozesse in Gewässern mit freier Oberfläche [Casulli und Walters (2000), Casulli
und Zanolli (2002)]. UnTRIM löst die Kontinuitätsgleichung inkompressibler Fluide, die Rey-
nolds-gemittelte Navier-Stokes-Gleichung für den Impuls und die Advektions-Diffusions-
Gleichung für Salz, Temperatur und fraktionierte Sedimente. Als Ergebnis werden in Abhän-
gigkeit von Ort und Zeit die physikalischen Größen Wasserspiegelauslenkung, Strömungs-
geschwindigkeit, Stoffkonzentrationen, Turbulenz und Fluiddichte berechnet. Durch die Dis-
kretisierung auf einem unstrukturierten Gitter können auch komplexe Topographien mit einer
im Vergleich zu strukturierten Gittern geringeren Anzahl an Elementen abgebildet werden.
Dies ist insbesondere in Ästuaren wichtig, da die Auflösung zwischen dem großflächigem
Außenbereich und engen Flussschläuchen im landseitigen Teil dem Problem jeweils optimal
angepasst werden kann. In der Vertikalen werden Schichten konstanter Tiefe der Schicht-
grenzen (z-Schichten genutzt). Als semi-implizites Verfahren vereint UnTRIM die Stabilität
eines impliziten Verfahrens mit der Performanz eines expliziten Verfahrens. Für die vorlie-
gende Untersuchung wurde die Version UnTRIM 2007 verwendet, die sich durch Verbesse-
rungen des Advektionsverfahrens und des Algorithmus zur Simulation des Überflutens und
Trockenfallens auszeichnet [Casulli (2009)].
SediMorph [Malcherek et al. (2005)] wurde als Morphologie-Modul von der BAW entwickelt.
Es berechnet die Rauheitswirkung des Bodens auf Basis des Sedimentinventars als Korn-
rauheit und von kleinskaligen Sohlformen (Riffeln) als Formrauheit. Das Sedimentinventar
wird fraktioniert abgebildet, das heißt es werden Kornklassen mit spezifischen Eigenschaften
(Dichte, Durchmesser, Sinkgeschwindigkeit, Transportart – Geschiebe oder Suspension)
vorgegeben. Als Ergebnis der angreifenden Strömung und der Rauheit wird die Sohlschub-
spannung berechnet und darauf basierend Geschiebetransport sowie Erosionsraten von
suspendierten Sedimenten berechnet. In der vorliegenden Untersuchung werden die Frakti-
onierung gemäß Tabelle 8 angenommen. Dichte und Porosität des Sediments sind konstant
als 2650 kg/m³ bzw. 40% gesetzt.
Tabelle 8: Fraktionierung des Sedimenttransportmodells
Fraktion Durchmesser [mm] Transportart
Feinschluff 0.012 Suspension
Mittelschluff 0.0235 Suspension
Grobschluff 0.0465 Suspension
Feinsand 0.1875 Geschiebe
Mittelsand 0.375 Geschiebe
Grobsand 0.75 Geschiebe
Kies 33.0 Geschiebe
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
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4.3 Analysegrößen zur Beschreibung der Modellgüte
4.3.1 Hinweis zum Vergleich von Messungen und berechneten Größen
Die natürliche Topographie des Weserästuars wurde für die Berechnung diskretisiert, das
heißt in verschiedene Teilvolumina unterteilt. Die im Modell berechneten Größen spiegeln
einen Mittelwert über das jeweilige Teilvolumen wieder, können also streng genommen nicht
mit einer Punktmessung in der Natur verglichen werden. Für die in der Weser vorliegenden
hydrodynamischen Verhältnisse ist ein Vergleich für punktförmig gemessene Wasserstände
noch gut möglich, da nicht von Diskontinuitäten (z.B. einer Bore) auszugehen ist. Die Diskre-
tisierung des Gitters ist fein gegenüber der Längenskala der Tidewelle. Bei dem Vergleich
von Strömungsgeschwindigkeiten sind jedoch sehr kleinräumige Strukturen und Effekte
lokaler topographischer Änderungen auf die Messung möglich und in einigen Messungen
vorhanden. Hier ist nicht zu erwarten, dass das numerische Verfahren die zeitliche und
räumliche Variabilität der Messungen zeigt, sondern vielmehr einen räumlich und zeitlich
glätteren Zustand, der die Hydrodynamik auf der vom Gitter aufgelösten Skala beschreibt.
So sind beispielsweise kleinräumige Walzenstrukturen oder der turbulente Nachlauf nur in
parametrisierter Form, d.h. als Änderung der Diffusion bzw. Viskosität, im Modell enthalten.
4.3.2 Wasserstände
Der Vergleich von modellierten mit gemessenen Wasserstandsdaten erfolgt an ausgewähl-
ten Pegelpositionen im gesamten Modellgebiet (vgl. Bild 2) in Form von Tidekennwertanaly-
sen. Das Analyseverfahren der Tidekennwertanalyse ist für Ausbauuntersuchungen standar-
disiert und auf den Internetseiten der BAW dokumentiert10.
Für die berechneten Tidekennwerte werden die folgenden statistischen Kenngrößen berech-
net:
Mean absolute error (MAE)
N
iii MessMod
NMAE
1
1
Mean error oder Bias (ME)
N
iii MessMod
NME
1
1
4.3.3 Strömungsgeschwindigkeiten
Gemessene Strömungsgeschwindigkeiten liegen für einzelne Messkampagnen vor und
können daher nur in diesen Zeiträumen mit Modellergebnissen verglichen werden. Der Ver-
gleich der Zeitreihen erfolgt zum einen qualitativ und zum anderen als statistischer Vergleich
der Häufigkeiten bestimmter Geschwindigkeitsklassen.
10 http://www.baw.de/methoden/index.php5/Hauptseite
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
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4.3.4 Salzgehalte
Salzgehaltsmessungen liegen ebenfalls für einzelne Messkampagnen vor, hier erfolgt ein
Zeitreihenvergleich analog zum Wasserstand auf Basis der Tidekennwerte.
4.3.5 Suspendiertes Sediment
Die berechnete Konzentration von suspendiertem Sediment kann näherungsweise mit Mes-
sungen der Trübung an einzelnen Messpositionen verglichen werden. Über diesen Vergleich
lassen sich Systemeigenschaften überprüfen, dieser Ansatz erlaubt jedoch keinen quantitati-
ven Vergleich.
4.4 Modelltopographie
4.4.1 Modellgebiet
Das Modellgebiet (vgl. Bild 19) des verwendeten HN-Modells wurde so gewählt, dass die
maßgebenden physikalischen Prozesse hinsichtlich der Hydrodynamik und des Stofftrans-
ports des Weser-Ästuars simuliert werden können. Der offene seeseitige Rand des Modells
verläuft von Spiekeroog bogenförmig entlang der SKN - 20 m Tiefenlinie durch die Deutsche
Bucht bis nach Sahlenburg westlich von Cuxhaven. Die Jade ist vollständig enthalten, da der
Wassermassenaustausch zwischen Jade und Weser über das Hohe Weg Watt für eine
naturähnliche Abbildung der Außenweser berücksichtigt werden muss. Das Modell der We-
ser setzt sich stromauf bis zum Wesersperrwerk Bremen-Hemelingen fort, bildet also den
gesamten tidebeeinflussten Bereich der Weser ab. Die Nebenflüsse der Weser (Hunte,
Geeste, Lesum-Wümme-Hamme und Ochtum) sind nicht im Modell abgebildet. Durch diese
Vereinfachung kann eine deutlich bessere Performanz des numerischen Verfahrens erreicht
werden, die fehlenden Schwingungsräume insbesondere stromauf der Hunte sind jedoch bei
der Interpretation der Modellergebnisse zu berücksichtigen. Das Modell kann jedoch bei
Bedarf auch um Nebenflüsse und die die Stauhaltung oberhalb von Bremerhaven ergänzt
werden.
4.4.2 Horizontale Auflösung
Das Rechengitter für das numerische Modell wurde basierend auf den Tiefeninformationen
eines digitalen Geländemodells konstruiert [smile consult (2009)]. Um die numerischen Ei-
genschaften des Modellverfahrens optimal auszunutzen, wurden Rinnen im Außenbereich
und die Fahrrinne mit Flussschläuchen (Rechteckselementen) diskretisiert und Dreiecke am
Randbereich und auf den Watten genutzt (vgl. Außenweser in Bild 20 und Unterweser in Bild
21).
Die horizontale Auflösung orientiert sich daran wesentliche Effekte darzustellen, aber die
Simulation längerer Zeiträume zu ermöglichen. Das Gitter besteht aus 61.506 Elementen
und 117.557 Kanten mit einer Kantenlänge (Min – Median - Max) in der Außenweser von 35
m - 175 m - 845 m und der Unterweser 15 m - 60 m - 205 m. Dies entspricht einer Fläche
(Min – Median - Max) in der Außenweser von 1.180 m² - 30.000 m² - 348.470 m² und der
Unterweser von 400 m² - 4.000 m² - 26.270 m². Im Vergleich zu extrem hoch aufgelösten
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 33
Gittern wie diese für Gutachten zur Untersuchung von Fahrrinnenanpassungen genutzt
wurden, ist die hier im Basismodell verwendete Auflösung geringer.
Bild 20: Modellgitter und verwendete Topographie (mNHN) im Bereich Außenweser
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 34
Bild 21: Modellgitter und verwendete Topographie (mNHN) im Bereich Blexer Bogen
4.4.3 Vertikale Auflösung
Das Modell basiert auf Schichten gleicher Schichttiefe („z-Schichten“) mit einer durchgängi-
gen Auflösung der Wassersäule von 1 m in der Vertikalen. Unabhängig davon wird die To-
pographie genauer beschrieben, da Zellen auch nur teilweise gefüllt sein können.
z
Boden
Wasserkörper dz = 1 m
z
Boden
Wasserkörper dz = 1 m
Bild 22: Schematische Darstellung der vertikalen Auflösung
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 35
4.5 Anfangsbedingungen
4.5.1 Wasserstand / Strömungsgeschwindigkeit
Das Modell wird ohne Wasserstandsauslenkung und mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 0 m/s initialisiert.
4.5.2 Salzgehaltsverteilung
ge ngen ausgehend von einer
idealisierten Verteilung (0 PSU in der Unterweser, 32 PSU in der Außenweser) bis zu einem
für die vorliegenden Oberwasserverhältnisse dynamischen Gleichgewichtszustand berech-
d wurde dann als Ausgangsverteilung genutzt.
ereiche mit ähnlichen Eigenschaften zerlegt (z.B. Wattflächen, Fahr-
rinnen, etc.). Die verfügbaren Körnungslinien in diesen einzelnen Teilbereichen wurden dann
ngslinie dem Teilbereich als Sedimentinventar vorgegeben
(Bild 23).
Die Salz haltsverteilung wurde in vorhergehenden Berechnu
net. Dieser Gleichgewichtszustan
4.5.3 Sedimentinventar
Basierend auf topographischen Informationen und hydrologischen Verhältnissen wurde das
Gesamtgebiet in Teilb
gemittelt und diese mittlere Körnu
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Seite 36
Bild 23: Mittlerer Korndurchmesser der Anfangskornverteilung für den Systemzustand 2002
4.6 Randbedingungen
Wie in Abschnitt 2.2 beschrieben, wurden im Zeitraum von Juni 2002 bis Juli 2002 umfang-
reiche Naturmessungen durchgeführt, die es erlauben, das Modell mit Messdaten anzutrei-
ben und die Modellergebnisse mit Messungen zu vergleichen.
4.6.1 Wasserstand
Der Wasserstand am offenen, seeseitigen Modellrand wird aus den Werten der Messungen
gesteuert.
4.6.2 Oberwasser
Am landseitigen Rand bei Bremen wird die gemessene Oberwassermenge, wie in Bild 24
dargestellt, eingesteuert.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 37
Abfluss Intschede
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
01.01. 21.01. 10.02. 02.03. 22.03. 11.04. 01.05. 21.05. 10.06. 30.06. 20.07. 09.08. 29.08. 18.09. 08.10. 28.10. 17.11. 07.12. 27.12.
2002
[ m
³ /
s ]
Bild 24: Oberwasser der Weser aus Abflussmessungen bei Intschede für das Jahr 2002. Der Zeitraum der Modellierung vom 01. - 30.06. ist grün eingefärbt
4.6.3 Salzgehalt
Die Salzgehalte am seeseitigen Rand sind konstant bei 32 PSU, die Salzgehalte am landsei-
tigen Rand konstant bei 0,75 PSU.
4.6.4 Suspendierte Sedimente
Der suspendierte Sedimenteintrag des Oberwassers ist konstant als 35 mg/l vorgegeben,
der Eintrag am seeseitigen Rand ist auf einen Hintergrundwert von 10 mg/l festgesetzt.
4.6.5 Windgeschwindigkeit
Der Vergleich des langjährigen Mittels der Windgeschwindigkeit (Bild 17) mit der Zeitreihe im
Untersuchungszeitraum (Bild 25) zeigt, dass der Juni 2002 eine Zeitspanne mit ausgeprägter
Westwindlage war. Dies ist auch im langjährigen Mittel die vorherrschende Windrichtung,
jedoch in geringerer Ausprägung.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 38
5.0 %
10.0 %
15.0 %
20.0 %
25.0 %
30.0 %
W O
S
N
Stationsname: Alte Weser 10124Zeitraum der analysierten Messung: 00:00-01.06.2002 00:00-01.07.2002
von 0 bis 0.4 m/von 0.4 bis 1.8 m/von 1.8 bis 3.6 m/von 3.6 bis 5.8 m/von 5.8 bis 8.5 m/von 8.5 bis 11. m/von 11. bis 14. m/von 14. bis 17. m/von 17. bis 21. m/von 21. bis 25. m/von 25. bis 29. m/von 29. bis 34. m/> 34. m/s
ALW-2002skalare Windgeschwindigkeit
NO
ONO
OSO
SO
SSOSSW
SW
WSW
WNW
NW
NNW
Windstille 0 Bftleichter Zug 1 Bftleichte Brise 2 Bft
schwache Brise 3 Bftmaessige Brise 4 Bft
frische Brise 5 Bftstarker Wind 6 Bftsteifer Wind 7 Bft
stuermischer Wind 8 BftSturm 9 Bft
schwerer Sturm 10 Bftorkanartiger Sturm 11 Bft
Orkan 12 Bft
Windgeschwindigkeit (10 m)
5.0 %
10.0 %
15.0 %
20.0 %
25.0 %
30.0 %
W O
S
N
Stationsname: Alte Weser 10124Zeitraum der analysierten Messung: 00:00-01.06.2002 00:00-01.07.2002
von 0 bis 0.4 m/von 0.4 bis 1.8 m/von 1.8 bis 3.6 m/von 3.6 bis 5.8 m/von 5.8 bis 8.5 m/von 8.5 bis 11. m/von 11. bis 14. m/von 14. bis 17. m/von 17. bis 21. m/von 21. bis 25. m/von 25. bis 29. m/von 29. bis 34. m/> 34. m/s
ALW-2002skalare Windgeschwindigkeit
NO
ONO
OSO
SO
SSOSSW
SW
WSW
WNW
NW
NNW
Windstille 0 Bftleichter Zug 1 Bftleichte Brise 2 Bft
schwache Brise 3 Bftmaessige Brise 4 Bft
frische Brise 5 Bftstarker Wind 6 Bftsteifer Wind 7 Bft
stuermischer Wind 8 BftSturm 9 Bft
schwerer Sturm 10 Bftorkanartiger Sturm 11 Bft
Orkan 12 Bft
Windgeschwindigkeit (10 m)
Bild 25: Mittlere Jahreswindrose der Station Alte Weser Juni 2002 auf Basis gemessener Windgeschwindigkeiten des DWD (Messhöhe 32 mNHN, umgerechnet auf 10 mNHN)
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 39
0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
20,00
01.06. 04.06. 07.06. 10.06. 13.06. 16.06. 19.06. 22.06. 25.06. 28.06.
2002
[ m
/s ]
0
90
180
270
360
01.06. 04.06. 07.06. 10.06. 13.06. 16.06. 19.06. 22.06. 25.06. 28.06.
[ G
rad
]
N
W
S
O
N
Prognose Modell DWD
Messung DWD
0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
20,00
01.06. 04.06. 07.06. 10.06. 13.06. 16.06. 19.06. 22.06. 25.06. 28.06.
2002
[ m
/s ]
0
90
180
270
360
01.06. 04.06. 07.06. 10.06. 13.06. 16.06. 19.06. 22.06. 25.06. 28.06.
[ G
rad
]
N
W
S
O
N
0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
17,50
20,00
01.06. 04.06. 07.06. 10.06. 13.06. 16.06. 19.06. 22.06. 25.06. 28.06.
2002
[ m
/s ]
0
90
180
270
360
01.06. 04.06. 07.06. 10.06. 13.06. 16.06. 19.06. 22.06. 25.06. 28.06.
[ G
rad
]
N
W
S
O
N
Prognose Modell DWD
Messung DWD
Bild 26: Windrichtung (oben) und Windgeschwindigkeit u10 (unten) aus Prognosemodell und Messung des DWD (Messhöhe 32 mNHN, umgerechnet auf 10 mNHN) an der Station Alte Weser für Juni 2002
4.6.6 Parameterwahl
Die wichtigsten für die Modellsteuerung verwendeten Modellparameter sind in Tabelle 9
dargestellt. Die Bodenreibung wird als Kalibrierungsparameter genutzt, wie in Abschnitt 5.2.1
beschrieben.
Tabelle 9: Übersicht der wesentlichen Modellparameter
Parameter Wert
Zeitschritt t 30 s
Horizontale Tracerdiffusion 0,1 m²/s
Horizontale Momentumdiffusion 0,1 m²/s
Vertikale Vermischung Zweigleichungsmodell k-
Bodenreibung Variabel
4.7 Wiedergabe physikalischer Prozesse
4.7.1 Modellierte Größen und Prozesse
Auflösung der Tidewelle (Wasserstand, Strömung)
Advektion und Diffusion (Salzgehalt, Momentum)
Turbulenz (k-)
Windschubspannung
Windstau: Windstaueffekte über Nordatlantik als Änderung der Mittelwasserlage
(„surge“) am Modellrand aus Optimierung der internen Lösung
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 40
Sedimenttransport (Suspension, Geschiebe)
4.7.2 Nicht-modellierte Größen und Prozesse
Atmosphärenaustausch
Temperatur
Seegangswirkung auf Strömung und Sedimenttransport
nicht-hydrostatische Prozesse
Rückwirkung morphologischer Änderungen auf die Hydrodynamik (variable Topographie)
Vertikalstruktur des Bodens
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 41
5 Modellkalibrierung und -validierung
5.1 Allgemein
Die Kalibrierung und Validierung des Modells fand für den Juni 2002 statt. Der Simulations-
zeitraum wurde so gewählt, dass dieser eine charakteristische Sommersituation widerspie-
gelt, also den Zeitraum, in dem auch die intensivsten Unterhaltungsarbeiten stattfinden.
Der Juni wurde in zwei Zeiträume von jeweils einem Spring-Nipp-Zyklus aufgeteilt:
Kalibrierungszeitraum: 02.06.2002 – 14.06.2002
Validierungszeitraum: 16.06.2002 – 27.06.2002
Beide Zeiträume weisen annähernd gleiche Eigenschaften und das Fehlen von Extremereig-
nissen auf. Der Oberwasserabfluss in diesem Zeitraum zeigt nur geringe Schwankungen und
liegt im Bereich des mittleren Abflusses (320 m³/s). Die Windgeschwindigkeiten sind über-
wiegend gering (um 7,5 m an der Messstation Alte Weser), zeigen jedoch eine Zunahme
zum Ende des Untersuchungszeitraums auf Werte um 12,5 m/s (Bild 26). Dieser zunehmen-
de Windstau bildet sich auch im Wasserstand ab (vgl. Zeitraum 27.06. – 29.06. in Bild 27).
- 2,50
- 2,00
- 1,50
- 1,00
- 0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
01.06. 03.06. 05.06. 07.06. 09.06. 11.06. 13.06. 15.06. 17.06. 19.06. 21.06. 23.06. 25.06. 27.06. 29.06.
2002
[ m
NN
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
[ m
³ / s
]
Pegel ALW Oberwasser
Kalibrierungszeitraum Validierungszeitraum
- 2,50
- 2,00
- 1,50
- 1,00
- 0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
01.06. 03.06. 05.06. 07.06. 09.06. 11.06. 13.06. 15.06. 17.06. 19.06. 21.06. 23.06. 25.06. 27.06. 29.06.
2002
[ m
NN
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
[ m
³ / s
]
Pegel ALW Oberwasser
Kalibrierungszeitraum Validierungszeitraum
Bild 27: Wasserstand am Pegel Alte Weser (nächster Pegel am seeseitigen Rand des Modells) und Oberwasserabfluss bei Intschede für den Kalibrierungs- und Vali-dierungszeitraum
In Abschnitt 5.3 werden die Ergebnisse der Modellvalidierung dargestellt, auf eine Darstel-
lung der entsprechenden Werte für den Kalibrierungszeitraum wird verzichtet.
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 42
5.2 Modellkalibrierung
5.2.1 Kalibrierungsgrößen
Ziel der Kalibrierung ist ein möglichst naturähnliches Verhalten des Modells. Primäre Ziel-
größe sind die Wasserstände an den Referenzpegeln, für die eine möglichst gute Überein-
stimmung erzielt werden soll. Die berechneten Werte der Strömungsgeschwindigkeit und des
Salzgehalts werden mit Messungen verglichen.
Die Kalibrierung der Wasserstände erfolgt durch eine Anpassung der Energiedissipation, die
durch die Bodenreibung bestimmt wird. Diese setzt sich aus der Kornrauheit, die sich aus
dem verwendeten Sedimentinventar ergibt, und einer Formrauheit zusammen. Die Formrau-
heit bildet die dissipative Wirkung von Riffeln und Bodenformen ab. Diese ist in der Unterwe-
ser aufgrund ausgeprägter Bodenformen höher als in der Außenweser gewählt. Um eine
Nachvollziehbarkeit der Kalibrierung zu gewährleisten, wurde auf eine kleinteiligere Anpas-
sung der Bodenreibung verzichtet. Als optimale Nikuradse-Beiwerte der globalen Reibung
wurden in der Außenweser 4,0·10-4 m und in der Unterweser 3,2·10-1 m gewählt. Die Ausbil-
dung des Geschwindigkeitsfeldes erfolgt maßgeblich über die vertikale Turbulenz. Auf Grund
der komplexen Strömungssituationen infolge barokliner Effekte, wurde ein k--Ansatz ge-
wählt, der keine weitere Parametrisierung erfordert.
Die Effekte einer horizontalen Tracerdiffusion bzw. Viskosität sind nur gering, da bereits das
numerische Verfahren eine numerische Diffusivität aufweist. Die Tracerdiffusion bzw. Visko-
sität wurden daher auf einen Hintergrundwert von 0.1 m²/s gesetzt.
Die Größe für den Zeitschritt im numerischen Verfahren wurde zunächst analytisch bestimmt
und in Sensitivitätsexperimenten überprüft. Das Modell zeigt durch die enthaltenen zeitab-
hängigen Prozesse, wie die Überflutung der Watten, eine Abhängigkeit von der Zeitschritt-
wahl. Die im Folgenden dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf eine Größe des Zeit-
schritts von 150 s.
5.2.2 Zielwerte für Analysegrößen
Als Zielwerte für die maximale Abweichung von Messung und Modell wurden die in Tabelle
10 aufgeführten Werte der Mittel der Abweichungen (MAE) vorgegeben.
Tabelle 10: Zielwerte für Analysegrößen
Variable Abweichung (MAE)
THW / TNW Amplitude < 15 cm
THW / TNW Phase < 30 Minuten
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 43
5.3 Modellvalidierung für das Weserästuar
5.3.1 Wasserstände
Der beispielhafte Vergleich von berechneten Wasserständen mit gemessenen Werten ist in
Bild 28 für drei ausgewählte Pegelstandorte dargestellt, Auswertungen an weiteren Pegeln
befinden sich im Anhang.
Bild 28: Gemessene und berechnete Wasserstände an den Pegeln RSS, BAL und NUF
Aus den einzelnen Wasserstandszeitreihen wurden die zugehörigen Tidekennwerte (Thw,
Tnw) berechnet und über den Validierungszeitraum gemittelt (Bild 29). Dieser aggregierten
Darstellung ist die Genauigkeit der Berechnung der Scheitelwerte des Wasserstandes und
damit des Energieeintrages (Tidehub) zu entnehmen. Das Thw wird vom Modell sehr genau
wiedergegeben, bei dem Tnw gibt es geringfügige Abweichungen im Bereich zwischen W-
km 40 – W-km 60. Dementsprechend ist das Modell in der Lage, den Tidehub genau wieder-
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) 12.01.2012
Seite 44
zugeben. Die Abweichungen des Tnw sind durch das Fehlen der Hunte im Modell zu erklä-
ren (Huntemündung ca. W-km 32). Der fehlende Retentionsraum führt zu einem Absunk des
Tnw, wie in Systemstudien untersucht (hier nicht gezeigt). Dieser am Weserwehr an stärks-
ten ausgeprägte Absunk wurde durch die Kalibrierung ausgeglichen und ist jetzt als Anhe-
bung des Tnw im Bereich W-km 40 – W-km 60 zu erkennen.
Bild 29: Gemessenes und berechnetes Thw und Tnw gemittelt über den Validierungs-zeitraum entlang der Richtfeuerlinie
Zur Quantifizierung der Übereinstimmung der Tidekennwerte von Messung und Rechnung
sind die in Abschnitt 4.3.2 definierten Analysegrößen „mean error (ME)“ und „mean absolute
error (MAE)“ für Messung (Mess) und Modell (Mod) in Tabelle 11 und Tabelle 12 für die
Referenzpegel aufgelistet und in Bild 30 dargestellt. Die Abweichung der Tidekennwerte
zeigt keinen Trend, die Differenz der Eintrittszeiten nimmt stromauf überwiegend zu, bleibt
jedoch unterhalb der maximalen Fehlergrenze von 30 Minuten. Diese Phasenverschiebung
führt jedoch bei einem direkten Vergleich der Zeitreihen zu einer zunehmenden Differenz der
Wasserstände stromauf (vgl. Pegelwasserstände im Anhang).
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 45
Tabelle 11: Vergleich der Tidekennwerte des Wasserstandes (Amplitude)
Amplitude ( m )
THW TNW
Pegel Mod Mess ME MAE Mod Mess ME MAE
ALW 1.470 1.454 -0.016 0.016 -1.527 -1.525 0.002 0.02
DWG 1.698 1.667 -0.031 0.035 -1.728 -1.818 -0.090 0.09
RSS 1.893 1.871 -0.022 0.023 -1.862 -1.885 -0.023 0.059
BAL 1.978 1.972 -0.006 0.025 -1.908 -1.961 -0.053 0.053
NUF 2.057 2.115 0.058 0.061 -1.817 -1.965 -0.148 0.156
RFL 2.135 2.173 0.038 0.046 -1.711 -1.834 -0.123 0.133
BRA 2.185 2.282 0.097 0.097 -1.669 -1.763 -0.094 0.104
ELF 2.281 2.398 0.117 0.117 -1.617 -1.629 -0.012 0.051
FAR 2.309 2.424 0.115 0.115 -1.553 -1.519 0.034 0.048
VEG 2.443 2.551 0.108 0.108 -1.539 -1.488 0.051 0.054
OSL 2.606 2.684 0.078 0.083 -1.609 -1.580 0.029 0.034
Tabelle 12: Vergleich der Tidekennwerte des Wasserstandes (Phase)
Phase ( min )
THW TNW
Pegel Mod Mess ME MAE Mod Mess ME MAE
ALW 1.0 5.4 -17 19.1
DWG -2.0 5.5 -12.2 12.2
RSS -8.3 8.7 -12.8 12.8
BAL 3.3 5.8 -5.5 5.6
NUF -11.2 12.3 -22.4 22.4
RFL -14.2 14.9 -23 23.0
BRA -18.9 19.3 -20.3 20.3
ELF -14.1 14.1 -20.9 20.9
FAR -16.2 16.2 -17.3 17.3
VEG -18.3 18.3 -15.6 15.6
OSL -21.5 22.0 -19.1 19.1
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-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 20 40 60 80 100 120
Weser-km
[ m
]
dThw (Mes-Mod)
dTnw (Mes-Mod)
dThb(Mes-Mod)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 20 40 60 80 100 120
Weser-km
[ M
in ] dThw (Mes-Mod)
dTnw (Mes-Mod)
Phase
Tidekennwerte
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 20 40 60 80 100 120
Weser-km
[ m
]
dThw (Mes-Mod)
dTnw (Mes-Mod)
dThb(Mes-Mod)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 20 40 60 80 100 120
Weser-km
[ M
in ] dThw (Mes-Mod)
dTnw (Mes-Mod)
Phase
Tidekennwerte
Bild 30: Differenz der Tidekennwerte Tnw, Thw und Thb zwischen Messung und Modell (oben) und Phasendifferenz Tnw und Thw (unten)
Im Außenbereich (Pegel RSS) ist die Übereinstimmung sehr genau, bei dem weiteren Fort-
schreiten der Tidewelle in das Ästuar ist die Übereinstimmung weiterhin sehr gut, es kommt
jedoch teilweise auch zu einer geringen Unterschätzung des Tnw. Die maximale Abweichung
bei der Amplitude befindet sich am Pegel Nordenham, mit einer Abweichung von ca. 15 cm.
Damit werden die anfangs definierten Zielwerte auch im Validierungszeitraum erreicht. Wie
der Gegenüberstellung zu entnehmen ist, steigt mit zunehmender Entfernung vom seeseiti-
gen Rand die Phasenverschiebung zwischen Modell und Messung auf ca. 21 Minuten an.
5.3.2 Salzgehalte
Die gemessenen und berechneten Zeitreihen des Salzgehaltes an den Messpositionen Rob-
bensüdsteert (-8,8 mNHN), Messpfahl Bremerhaven (-4,4 mNHN) und Nordenham (-8,8
mNHN) sind in Bild 31 dargestellt. Für den Vergleich wurden die Salzgehaltswerte im Modell
Bundesanstalt für Wasserbau Validierung Basismodell "Jade-Weser-Ästuar" (Version 1) Januar 2012
Seite 47
in der Tiefe des Messgeräts extrahiert, so dass ein direkter Vergleich annähernd möglich ist.
Der Vergleich für weitere Messpositionen befindet sich im Anhang.
Die Variation des Salzgehaltes mit der Tide wird insbesondere im Außenbereich sehr gut
wiedergegeben. Abweichungen zwischen Messung und Modell in der Ebbestromphase an
der Messposition Messpfahl Bremerhaven sind durch die nur genäherte Wiedergabe der
lokalen Topographie im Modell zu erklären. Weiter stromauf (Messposition Nordenham) zeigt
das Modell einen etwas geringeren Salzgehalt, unterschätzt also die Salzintrusion geringfü-
gig.
Bild 31: Berechnete und gemessene Zeitreihen des Salzgehalts an den Messpositionen Robbensüdsteert (-8,8 mNHN), Messpfahl Bremerhaven (-4,4 mNHN) und Nor-
denham (-8,8 mNHN).
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Zur Veranschaulichung der Lage der Brackwasserzone wurden die minimalen, mittleren und
maximalen Salzgehalte je Tide bestimmt und über den Validierungszeitraum gemittelt. Dar-
aus ergibt sich die mittlere Lage der Brackwasserzone über einen Spring-Nipp-Zyklus für die
Oberwassersituation in diesem Zeitraum (Bild 32). Die berechneten Salzgehalte sind entlang
der Richtfeuerlinie bestimmt worden, die gemessenen Salzgehalte an den Sondermessposi-
tionen (vgl. Tabelle 4). Daraus folgt, dass Abweichungen zwischen Messung und Modell zu
erwarten sind, diese können bei starken lokalen Einflüssen, wie z.B. Überflutungsvorgängen
bei W-km 80 (Robbensüdsteert), auch zu deutlicheren Abweichungen führen. Trotz dieser
eingeschränkten Vergleichbarkeit zeigt sich, dass das Modell die mittlere Lage der Brack-
wasserzone in Übereinstimmung mit den Messungen beschreibt.
Bild 32: Gemessene (observations) und berechnete (model) Tidekennwerte des Salzge-haltes entlang der Richtfeuerlinie gemittelt über den Validierungszeitraum
5.3.3 Strömungsgeschwindigkeiten
Die gemessenen und berechneten Zeitreihen des Betrags der Strömungsgeschwindigkeit an
den Messpositionen Robbensüdsteert (-8,8 mNHN), Messpfahl Bremerhaven (-4,4 mNHN)
und Nordenham (-8,8 mNHN) sind in Bild 33 dargestellt. Vergleiche von weiteren Messposi-
tionen befinden sich im Anhang.
Die gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten zeigen kurzzeitige (< 10 Minuten) Schwan-
kungen der Strömungsgeschwindigkeit, z.B. als Folge von Wirbeln, die sich als kurzeitige
Ab- und Zunahme von der mittleren Strömung abbilden. Diese Effekte können vom Modell
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mit einer Zellgröße > 50 m nicht abgebildet werden, es ergibt sich also ein geglättetes Bild
der Strömungsgeschwindigkeit. Im Gegensatz zum Wasserspiegel, der von einzelnen Mess-
positionen einfacher in die Fläche extrapoliert werden kann, spielen bei der Strömungsge-
schwindigkeit lokale Topographieeffekte eine große Rolle. Während sich im zweidimensiona-
len Wasserspiegel Potenzialunterschiede ausgleichen, kann es beim dreidimensionalen
Geschwindigkeitsfeld auch kleinräumig zu deutlichen Unterschieden kommen. Diese beein-
flussen die Messungen stark, sind aber im Modell nicht aufgelöst.
Weiterhin ist auffällig, dass die Strömungsgeschwindigkeit an zwei Messpositionen (RSS und
Ndh) sehr gut wiedergegeben wird, es an der dritten (MFBhv) jedoch zu erheblichen Abwei-
chungen kommt. Bei der Messposition MFBhv, einem Messpfahl an der Wattkante des
Langlütjensandes, spielen die großflächigen Überflutungsprozesse eine wichtige Rolle, de-
ren zeitlicher Ablauf insbesondere bei der Phase des Trockenfallens im Modell Unterschiede
zur Natur aufweist. Mit dieser Ausnahme zeigt der Vergleich gemessener und berechneter
Strömungsgeschwindigkeiten generell eine gute Übereinstimmung.
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Bild 33: Zeitreihe des gemessenen und berechneten Betrags der Strömungsgeschwin-digkeit an den Messpositionen Robbensüdsteert (-8,8 mNHN), Messpfahl Bre-merhaven (-4,4 mNHN) und Nordenham (-8,8 mNHN)
Um die Wirkung der berechneten Strömungsgeschwindigkeit im Vergleich zur Natur besser
bewerten zu können, ist in Bild 34 die Häufigkeitsverteilung der Strömungsgeschwindigkeiten
aller verfügbaren Messpositionen im Validierungszeitraum dargestellt.
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Bild 34: Häufigkeitsverteilung der gemessenen und berechneten Strömungsgeschwindig-keiten (N = 45.375)
Insgesamt zeigt sich eine ähnliche Verteilung, jedoch mit einigen Unterschieden. Die auffälli-
ge Abweichung bei 0,8 m/s wird durch die Messposition Rechtenfleth verursacht, die durch
einen geringen Abstand der einzelnen Messtiefen die Abweichungen in dem dort vorliegen-
den Geschwindigkeitsfeld besonders betont. Mit dieser Ausnahme ist die Verteilung der
Strömungsgeschwindigkeiten jedoch zufriedenstellend. Der Median des Modells liegt gering-
fügig über den Messungen, die Mittelwerte weichen um ca. 1% voneinander ab (vgl. Tabelle
13).
Tabelle 13: Vergleich von Median und Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit
Median [cm/s] Mittelwert [cm/s]
Messung 61,1 62,7
Modell 65,0 62,0
MOD-MES 3,9 -0,7
5.3.4 Suspendierte Sedimente
Für die Validierung der Konzentration suspendierter Sedimente liegen keine direkten Mes-
sungen vor, sondern nur Trübungsmessungen. Da die Trübungsmessungen nicht mit der
Konzentration suspendierter Sedimente kalibriert wurden, kann nur ein qualitativer Vergleich
erfolgen. Die Zeitreihen sind in Bild 35 dargestellt mit einer gewählten Skalierung 1 kg/m³
entsprechend 400 NTU. Kalibrierfaktoren sind ortsabhängig (landseitiger Teil / seeseitiger
Teil des Ästuars) und zeitabhängig (z.B. Unterschiede durch Spring- vs. Nipptide, Verände-
rungen des Oberwasserabflusses). Ein Umrechnungsfaktor in der Größenordnung von 400
wie oben angenommen, liegt jedoch im Bereich früherer Messungen ([Fanger et al. (1985)]).
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Der Vergleich zeigt, dass die zeitliche Variabilität des suspendierten Sedimentgehalts vom
Modell noch nicht gut wiedergegeben werden kann, mittlere Verhältnisse jedoch annähernd
getroffen werden. Ähnlich wie bei der Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit zeigen
sich bei den gemessenen Trübungen die lokalen Verhältnisse an der Messposition, wohin-
gegen die Rechnung den Mittelwert über eine Zelle mit einer typischen Größe von 100 m
widerspiegelt. Aus der gemessenen Trübung lässt sich ableiten, dass das Sediment mit
einsetzender Strömung rasch mobilisiert und in der Wassersäule nach oben transportiert
wird, sich in Kenterphasen ebenso schnell wieder absetzt. Die für die Veränderung der Sink-
geschwindigkeit verantwortlichen Prozesse (z.B. Flokkulation) sind teilweise in der vom
Modell genutzten Sinkgeschwindigkeit parametrisiert, dies ist jedoch noch ein Feld aktiver
Forschung.
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Bild 35: Qualitativer Vergleich von gemessener Trübung (blaue Linie) und berechnetem suspendierten Sedimentgehalt (grüne Linie)
5.3.5 Turbulente Kenngrößen
Der im Modell verwendete Zwei-Gleichungs-Turbulenzansatz (k-epsilon) kann nicht im Detail
validiert werden, die Effekte sind jedoch in der Verteilung der berechneten Strömungsge-
schwindigkeiten und des suspendierten Sedimentgehaltes sichtbar. Um ein direktes Maß für
die Güte der Ergebnisse des Turbulenzmodells zu bekommen, wurde die berechnete turbu-
lente kinetische Energie (TKE) mit der aus ADV-Messungen berechneten TKE verglichen
(Bild 36). Die Messung fand nicht im Simulationszeitrum statt, sondern während der Mess-
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kampagne 2009. Um eine Vergleichbarkeit im Sinne einer Plausibilitätsprüfung zu gewähr-
leisten, wurde eine vergleichbare Situation (Tidehub, Oberwasser) gewählt.
Bild 36: Plausibilitätsprüfung der turbulenten kinetischen Energie (TKE) aus Messung (blau) und Rechnung (grün) für die Messposition QP3
Der Vergleich zeigt, dass die berechnete TKE und die aus den Strömungsgeschwindigkeiten
abgeleiteten TKE in der gleichen Größenordnung liegen. Während Stauwasser findet im
Modell jedoch eine deutlich stärkere Abnahme der TKE statt, als in den Messungen beo-
bachtet.
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6 Bewertung
6.1 Anwendbarkeit
Das Modellverfahren UnTRIM 2007 gekoppelt mit SediMorph wurde für die Berechnung von
Wasserständen, Strömungsgeschwindigkeiten sowie der Konzentration von Salz und sus-
pendiertem Sediment aufgebaut, kalibriert und validiert. Das Modell ist durch die gewählte
räumliche Diskretisierung für den Übergangsbereich von der Unterweser zur Außenweser
optimiert, lässt aber auch in den weiteren im Modellgebiet enthaltenen Bereichen Untersu-
chungen zu, sofern diese nicht durch die Modellränder beeinflusst sind.
Die absolute Genauigkeit des Modells ist im Rahmen der Validierung dargestellt und beträgt
ungefähr 15 cm für die Berechnung der Wasserstände und 20 Minuten für die Eintrittszeiten
der Scheitelwasserstände. Beim Vergleich zweier berechneter Systemzustände, wie z.B. zur
Bewertung wasserbaulicher Maßnahmen, ist die Genauigkeit höher.
6.2 Einschränkungen
Das Modellverfahren wurde nicht im Hinblick auf eine morphodynamische Simulation, also
die Berechnung sich ändernder Sohllagen, validiert. Für Aussagen zur Morphodynamik ist
eine separate Validierung oder zumindest Plausibilisierung notwendig.
Die Wirkung von Seegang ist nicht abgebildet. Falls es notwendig sein sollte die Seegangs-
wirkung zu betrachten, so ist die Kopplung mit dem Seegangsmodell UnK möglich und im
Rahmen von Testanwendungen erfolgreich im Sinne einer Naturähnlichkeit erprobt.
Das Modell berechnet derzeit keinen Wärmetransport. Das heißt die berechneten Dichteun-
terschiede im Modell werden ausschließlich durch unterschiedliche Konzentrationen von
Salz und suspendiertem Sediment erzeugt. Wenn thermische Effekte berücksichtigt werden
sollen, ist eine entsprechende Erweiterung des Modells zur Berechnung des Wärmetrans-
ports notwendig.
Das vorliegende numerische Verfahren ist neben den oben genannten Einschränkungen des
Verfahrens selbst durch die Güte der Eingangsdaten beschränkt. Die Abbildung der Topo-
graphie ist zum einen durch die Auflösung des Rechengitters limitiert, die topographischen
Grundlagen sind aber auch mit einer Unsicherheit behaftet. Weiterhin gelten für die Genau-
igkeit der Randbedingungen Einschränkungen, da die zugrunde liegenden Messungen
(Wasserstände, Oberwasserabfluss) ebenfalls nur eine begrenzte Genauigkeit aufweisen
bzw. fehlerbehaftete Prognosemodelle (Windgeschwindigkeit) genutzt wurden. Eine detail-
liertere Untersuchung der daraus entstehenden Schwankungsbreite der Ergebnisse sollte in
nachfolgenden Untersuchungen durchgeführt werden.
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8 Anlagen
8.1 Glossar
Abkürzung /
Begriff
Erläuterung
BAW Bundesanstalt für Wasserbau
BfG Bundesanstalt für Gewässerkunde
Thb Tidehub, mittlerer Höhenunterschied zwischen Thw und den beiden
benachbarten Tnw
Thw Tidehochwasser, höchster Wert der Tidekurve zwischen zwei aufeinan-
derfolgenden Tnw
Tmw Tidemittelwasser, Wasserstand der waagerechten Schwerelinie einer
Tidekurve
Tnw Tideniedrigwasser, niedrigster Wert der Tidekurve zwischen zwei auf-
einanderfolgenden Thw
TKE Turbulente Kinetische Energie
vfm mittlere Flutstromgeschwindigkeit, Mittelwert der Ganglinie über die
Flutstromdauer
vfx maximale Flutstromgeschwindigkeit, Maximalwert der Ganglinie über
die Flutstromdauer
vem mittlere Ebbestromgeschwindigkeit, Mittelwert der Ganglinie über die
Ebbestromdauer
vex maximale Ebbestromgeschwindigkeit, Maximalwert der Ganglinie über
die Ebbestromdauer
WSA / WSÄ Wasser- und Schifffahrtsamt / Wasser- und Schifffahrtsämter
WSV Wasser- und Schifffahrtsverwaltung
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8.2 Zeitreihenvergleich von Messung und Rechnung
8.2.1 Vergleich berechneter und gemessener Wasserstände an Pegelpositio-
nen
Bereich Unter- und Außenweser
Bild 37: Wasserstand am Pegel „Leuchtturm Alte Weser“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 38: Wasserstand am Pegel „Dwarsgat Unterfeuer“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 39: Wasserstand am Pegel „Robbensüdsteert“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Seite 63
Bild 40: Wasserstand am Pegel „Bremerhaven Alter Leuchtturm" für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 41: Wasserstand am Pegel „Nordenham Unterfeuer“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Seite 64
Bild 42: Wasserstand am Pegel „Rechtenfleth" für Messung und Modell (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten)
Bild 43: Wasserstand am Pegel „Brake“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Seite 65
Bild 44: Wasserstand am Pegel „Elsfleth“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 45: Wasserstand am Pegel „Farge“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Seite 66
Bild 46: Wasserstand am Pegel „Vegesack" für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 47: Wasserstand am Pegel „Oslebshausen“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Seite 67
Bild 48: Wasserstand am Pegel „Große Weserbrücke“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bereich der Jade
Bild 49: Wasserstand am Pegel „Mellum Plate“ für Messung und Modell (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten)
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Seite 68
Bild 50: Wasserstand am Pegel „Schillig“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 51: Wasserstand am Pegel „Hooksielplate“ für Messung und Modell (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten)
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Seite 69
Bild 52: Wasserstand am Pegel „Voslapp“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 53: Wasserstand am Pegel „Wilhelmshaven Neuer Vorhafen“ für Messung und Mo-dell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 54: Wasserstand am Pegel „Wilhelmshaven Alter Vorhafen“ für Messung und Modell (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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8.2.2 Vergleich gemessener und berechneter Salzgehalte
Bild 55: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Dwarsgat" in der Tiefe -4.0 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 56: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Dwarsgat" in der Tiefe -7.5 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (un-ten)
Bild 57: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Dwarsgat" in der Tiefe -10.5 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (un-ten)
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Bild 58: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -4.3 mNHN (oben) und Differenz Messung - Mo-dell (unten)
Bild 59: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -6.8 mNHN (oben) und Differenz Messung - Mo-dell (unten)
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Bild 60: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -8.8 mNHN (oben) und Differenz Messung - Mo-dell (unten)
Bild 61: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -1.4 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 62: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -4.4 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 63: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -7.4 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten). Achtung: Nur aus Konsistenzgründen dargestellt, es liegen hier im betrachten Zeitraum keine Messungen vor.
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Bild 64: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -3.8 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 65: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -6.3 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 66: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -8.8 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 67: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -9.3 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 68: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -10.3 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 69: Vergleich des Salzgehaltes zwischen Modell und Messung an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -11.3 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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8.2.3 Vergleich gemessener und berechneter Strömungsgeschwindigkeiten
Bild 70: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Dwarsgat Unterfeuer" in der Tiefe -4.0 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 71: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Dwarsgat Unterfeuer" in der Tiefe -7.5 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 72: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Dwarsgat Unterfeuer" in der Tiefe -10.5 mNHN (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten)
Bild 73: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -4.3 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 74: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -6.8 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
Bild 75: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -8.8 mNHN (oben) und Differenz Messung - Modell (unten)
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Bild 76: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -1.4 mNHN (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten). Wie unter 5.3.3 beschrieben, sind die Messun-gen in diesem Bereich nur eingeschränkt mit dem Modell zu vergleichen.
Bild 77: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -4.4 mNHN (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten). Wie unter 5.3.3 beschrieben, sind die Messun-gen in diesem Bereich nur eingeschränkt mit dem Modell zu vergleichen.
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Bild 78: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -7.4 mNHN (oben) und Diffe-renz Messung - Modell (unten). Wie unter 5.3.3 beschrieben, sind die Messun-gen in diesem Bereich nur eingeschränkt mit dem Modell zu vergleichen.
Bild 79: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -9.3 mNHN (oben) und Differenz Mes-sung - Modell (unten)
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Bild 80: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -10.3 mNHN (oben) und Differenz Mes-sung - Modell (unten)
Bild 81: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -11.3 mNHN (oben) und Differenz Mes-sung - Modell (unten)
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Bild 82: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -3.8 mNHN (oben) und Differenz Mes-sung - Modell (unten)
Bild 83: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -6.3 mNHN (oben) und Differenz Mes-sung - Modell (unten)
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Bild 84: Vergleich der Strömungsgeschwindigkeit zwischen Modell und Messung an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -8.8 mNHN (oben) und Differenz Mes-sung - Modell (unten)
8.2.4 Vergleich von Trübungsmessungen mit berechneten Schwebstoffgehal-
ten
Bild 85: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Dwarsgat Unterfeuer" in der Tiefe -4.0 mNHN
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Bild 86: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Dwarsgat Unterfeuer" in der Tiefe -7.5 mNHN
Bild 87: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Dwarsgat Unterfeuer" in der Tiefe -10.5 mNHN
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Bild 88: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -4.3 mNHN
Bild 89: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -6.8 mNHN
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Bild 90: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Robbensüdsteert" in der Tiefe -8.8 mNHN
Bild 91: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -1.4 mNHN
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Bild 92: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -4.4 mNHN
Bild 93: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Messpfahl Bremerhaven" in der Tiefe -7.4 mNHN
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Bild 94: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -3.8 mNHN
Bild 95: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -6.3 mNHN
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Bild 96: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Nordenham" in der Tiefe -8.8 mNHN
Bild 97: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -9.3 mNHN
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Bild 98: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -10.3 mNHN
Bild 99: Vergleich der gemessenen Trübung (MES) und dem berechneten Schwebstoff-gehalt (MOD) an der Messposition "Rechtenfleth" in der Tiefe -11.3 mNHN