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Dem Schlick den Riegel vorgeschoben

Beim Test zur flexiblen Tidesteuerung stellt das Emssperrwerk seine Vielseitigkeit unter Beweis


Blick über das Deichvorland bei Gandersum. Im Hintergrund schiebt sich das Emssperrwerk wie ein Riegel über den Fluss.   Bildrechte: Hans-Jürgen Zietz, NLWKN
Das Emssperrwerk erfüllt seit über 20 Jahren wichtige Aufgaben z.B. im Sturmflutschutz. Im Rahmen des technischen Tests musste es sich in neuer Funktion bewähren (Bild: Zietz/NLWKN).
Gaben im Sommer 2020 gemeinsam den Startschuss für den technischen Test: Umweltminister Olaf Lies und Hans-Heinrich Witte, Präsident der GDWS. Bildrechte: Lippe/NLWKN
Gaben im Sommer 2020 gemeinsam den Startschuss für den technischen Test: Umweltminister Olaf Lies und Hans-Heinrich Witte, Präsident der GDWS.

Von Christoph Linnemann und Dirk Post

Die Lösung des Schlickproblems in der Ems – dieses zentrale Ziel des Masterplans Ems soll mithilfe des Emssperrwerkes in Gandersum erreicht werden. Das Prinzip: Eine flexible Steuerung der in den Fluss hineinwirkenden Tiden der Nordsee. Ein Test des weltweit beispiellosen Verfahrens, das auch zur Verbesserung der Gewässergüte beitragen soll, konnte im Sommer 2020 erfolgreich durchgeführt werden.

Die Unterems hat ein sichtbares Problem: Sie leidet insbesondere in den Sommermonaten unter sehr hohen Schwebstoffkonzentrationen und einer starken Verschlickung des Flussbetts (Bild Hafen Emden Quelle NPorts). Was schon mit bloßem Auge zu erkennen ist, hat ernste Auswirkungen auf das Leben im Fluss: Durch die Sauerstoffdefizite ist der Lebensraum für Flora und Fauna stark eingeschränkt. Ursache für die schlechten Verhältnisse ist ein Ungleichgewicht zwischen Flut- und Ebbstrom: Denn mit dem Flutstrom wird mehr Schlick in die Unterems eingetragen, als sie mit der Ebbe wieder verlässt. Eine weitere Konsequenz: Das Salz der Nordsee kann weiter in das Ästuar eindringen.

Dieses Ungleichgewicht soll künftig durch eine sogenannte flexible Tidesteuerung gelöst werden: Dabei werden die Tore des Sperrwerks zeitweise geschlossen, damit der stark einlaufende Flutstrom abgeschwächt und wieder in ein Gleichgewicht zum Ebbstrom gebracht werden kann. Schwebstoff- und Sauerstoffgehalt stehen in den Sommermonaten in einem engen Zusammenhang. Eine Reduktion der Schwebstoffgehalte führt zu einer geringeren Sauerstoffzehrung und damit zu höheren Sauerstoffgehalten im Flusswasser, so die Hoffnung der Gewässerschützer.

Um zu erproben, ob und wie eine solche bisher einzigartige Steuerung durch ein Sturmflutsperrwerk technisch funktionieren kann, wurde im Sommer 2020 ein achtwöchiger umfangreicher Test durchgeführt. Ziel war es, verschiedene Torsteuerungsvarianten mit dem Sperrwerk zu erproben sowie praktische Erkenntnisse über Auswirkungen der flexiblen Tidesteuerung zu gewinnen. Denn auch mögliche Folgen für die Entwässerung des Binnenlandes, die Strömungsverhältnisse und den Sedimenttransport im Fluss sowie die Schifffahrt und die Umwelt gilt es zu berücksichtigen. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen derzeit (Juni 2021) in die Vorbereitung des Planfeststellungsverfahrens ein, das Voraussetzung für die dauerhafte Einrichtung einer Tidesteuerung mit dem Emssperrwerk ist.

Der Test, bei dem mit der bevorzugten Tideniedrigwasseranhebung und einer Flutstromsteuerung zwei unterschiedliche Varianten erprobt wurden (vgl. Grafiken), fand in enger Zusammenarbeit mit dem Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Ems-Nordsee statt und geriet zur Mammutaufgabe für die verschiedenen beteiligten Aufgabenbereiche im NLWKN und der WSV: Neben der Planung, Organisation und Durchführung des Versuchs selbst wurde das Vorhaben durch eine beispiellose land- und seegestützte Mess- und Monitoringkampagne begleitet. Die Schlickverteilung und Gewässergüteparameter wie Salz und Sauerstoff wurden möglichst genau erfasst.

Schmuckgrafik - nicht barrierefrei   Bildrechte: NLWKN
Das Prinzip der Tideniedrigwasseranhebung...
Schmuckgrafik - nicht barrierefrei   Bildrechte: NLWKN
...und das Prinzip einer Flutstromsteuerung wurden im Rahmen des Tests auf Machbarkeit hin überprüft.

Abbildung 1:

Im Rahmen der Tideniedrigwasseranhebung werden die Tore des Sperrwerkes bei jeder Tide etwa zwei Stunden vor Niedrigwasser vollständig geschlossen und etwa zwei Stunden nach Niedrigwasser wieder geöffnet. Der Flutstrom muss bei dieser Variante den aufgestauten, stillstehenden Wasserkörper in Bewegung setzen, verliert an Kraft und kann somit weniger Schlick in die Ems transportieren. Da sich die Strömungsgeschwindigkeit nicht erhöht, ist für diesen Test keine Erweiterung der bestehenden Sohlsicherung erforderlich.

Abbildung 2:

Das Verfahren der Flutstromsteuerung sieht ein teilweises Schließen der Tore bei Einsetzen der Flut vor. Durch die Einengung wird der Flutstrom großräumig gebremst und der Stromauftransport von Schlick vermindert. Wegen der lokal in der Nähe des Sperrwerks entstehenden höheren Fließgeschwindigkeiten ist für eine dauerhaft betriebene Flutstromsteuerung - anders als bei der Tideniedrigwasseranhebung - die Erweiterung der Sohlsicherung erforderlich.

Umfangreiches Beteiligungsverfahren schafft zügig Rechtssicherheit

Der Geschäftsbereich „Wasserwirtschaftliche Zulassungen“ der Direktion des NLWKN in Oldenburg hatte bereits im Vorfeld im Rahmen eines entsprechenden Erlaubnisverfahrens für Rechtssicherheit und eine größtmögliche Berücksichtigung der betroffenen Interessen am Fluss gesorgt. Da während des achtwöchigen Tests das Sperrwerk an vielen Tagen für mehrere Stunden geschlossen war, galt es, vor Erteilung der Erlaubnis eine Vielzahl von möglichen Betroffenen, insbesondere Schifffahrtstreibende und Hafenbetreiber, anzuhören und möglichst zügig einvernehmliche Lösungen zu erzielen. Auch die Entwässerungsverbände wurden am Verfahren beteiligt, da das Schließen der Emssperrwerkstore zu veränderten Wasserständen in der Ems und damit zu veränderten Entwässerungsbedingen führte.

Die Bedeutung dieser wichtigen Vorarbeit zeigt sich am Beispiel des Emder Hafens: Vor Durchführung des Tests war durch Modellierungen ermittelt worden, dass das Niedrigwasser hier während der Tidesteuerung rund 40 Zentimeter niedriger ausfällt und es dadurch zu Beeinträchtigungen für dort liegende Schiffe kommen kann. Durch die frühzeitige Einbindung und die Zusicherung, bei Beeinträchtigungen des Emder Hafens die Tidesteuerung auszusetzen, konnten Bedenken des Hafenbetreibers gegen den Testbetrieb ausgeräumt und der technische Test im Sommer 2020 ausgeführt werden.

Luftbild vom Enden: Vorne im Bereich des Außenhafens ist das Wasser sehr braun - hinter den Schleusen im Binnenhafen ist es deutlich blauer.   Bildrechte: NPorts
Das Schlickproblem der Ems wird auch aus der Luft erkennbar - hier im Bereich des Emder Außen- und Binnenhafens.

Testergebnisse bestätigen positive Wirkung

Die im Rahmen des Vorhabens gesammelten umfangreichen Datensätze und Messwerte wurden bis ins Frühjahr 2021 hinein durch Fachleute des NLWKN und der anderen beteiligten Institutionen - die Bundesanstalten für Wasserbau und Gewässerkunde, das WSA Ems-Nordsee und NPorts - akribisch ausgewertet und analysiert. Ein wesentliches Ziel des Technischen Tests war die Erprobung der Gebrauchstauglichkeit des Emssperrwerks. Es hat sich gezeigt, dass das Bauwerk statisch und technisch in der Lage ist, beide Steuerungsvarianten zu bewältigen. Unvorhergesehene Auswirkungen auf die Emssohle oder besondere Schwingungen der Tore traten nicht auf. Mit der Hafenwirtschaft, den Schifffahrtstreibenden und den Entwässerungsverbänden sowie weiteren Beteiligten werden die Erfahrungen aus dem Test diskutiert und die notwendigen Schlussfolgerungen gezogen. Für die Problemstellungen im Emder Hafen durch die geringeren Wasserstände werden Lösungen gesucht; ein entsprechendes Gutachten ist bereits vergeben worden.

Auch aus Perspektive der Gewässergüte war der technische Test ein Erfolg: Durch die Eingriffe konnte zeitweise eine deutliche Absenkung der Schwebstoffgehalte erreicht werden, die insbesondere im obersten Abschnitt der Tideems auch mit bloßem Auge sichtbar war (Fotos Quelle Karin Ritter). Damit verbunden stellte sich im Testzeitraum eine signifikante Verbesserung der Sauerstoffsituation ein.

Insgesamt betrachtet stützen die Ergebnisse des Tests die Prognosen aus den im Vorfeld von der Forschungsstelle Küste (LINK) des NLWKN durchgeführten Modellrechnungen.
Blick auf die von der Schiffsschraube aufgewühlte Wasserfläche. Das Wasser ist leicht bräunlich, aber sichtbar sauberer. Bildrechte: Karin Ritter
Sichtbarer Erfolg: Sauberes Schraubenwasser des Messschiffes MB Aschendorf während der Tidesteuerung auf der Ems bei Herbrum.
Blick ins Schraubenwasser: Es wird deutlich mehr Dreck aufgewirbelt. Bildrechte: Karin Ritter
So „dreckig" kenne viele Schiffer das Schraubenwasser während einer Emspassage.

Artikel-Informationen

Nds. Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz
Göttinger Chaussee 76a / Am Sportplatz 23
30453 Hannover / 26506 Norden
Tel: +49 (0)511 3034-3322 sowie +49 (0)4931/ 947 -173
Fax: +49 (0)4931/947 - 222

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