Schwebstoffmessprogramm 2009-2011 in Elbe, Weser, Ems

Veranlassung und Ziel

Um die in der BAW eingesetzten und hochentwickelten numerischen Modell- und Berechnungsverfahren kalibrieren und validieren zu können, spielen die Messungen von ästuarinen Gewässerparametern wie die Strömung, der Volumen- und Massentransport sowie die Schwebstoffkonzentrationen (SSC) eine wichtige Rolle. Zudem liefern Messdaten einen elementaren Beitrag zum Verständnis der ästuarinen Schwebstoffdynamik und von gewässerphysikalischen Prozessen in der Wassersäule.

Hierzu führte die Abteilung Wasserbau im Küstenbereich der Bundesanstalt für Wasserbau, Dienststelle Hamburg (BAW-DH), in den Jahren 2009-2011 ein umfangreiches Schwebstoffmessprorgamm in den Ästuaren Weser, Elbe und Ems durch, die als Seehafenzufahrten besondere Bedeutung haben.

Zentrales Ziel des Forschungsprojektes ist die Validierung und Weiterentwicklung der bei der BAW eingesetzten in-situ Methoden zur Untersuchung der Schwebstoffdynamik in den drei Ästuaren der Deutschen Bucht (Weser, Elbe und Ems) und umfasst die Generierung von fachlich gesicherten Validierungsdaten für die Größen der Strömungsgeschwindigkeit, Volumentransport, Schwebstoffgehalt (SSC) und -transport. Zur Analyse der Daten werden Tidekennwerte und residuelle Volumen- und Massentransporte ermittelt und die Ergebnisse hinsichtlich der Tidedynamik ästuarübergreifend ausgewertet. Das bei der BAW angewendete Prozessierungsverfahren zum Abschätzen von Schwebstoffgehalten aus schiffsgestützten ADCP-Messungen (Acoustic Doppler Current Profiler) unter ästuarinen Bedingungen wurde im Rahmen einer Forschungskooperation mit dem Zentrum für marine Umweltwissenschaften (Marum) der Universität Bremen evaluiert und weiter optimiert.

Messkonzept

Während des dreijährigen Schwebstoffmessprogramms wurden 21 sogenannte "Ganztidenmessungen" durchgeführt, das heißt es wurde mit ca. 13 h Stunden mehr als einen kompletten Tidezyklus gemessen. Ein zuvor festgelegtes Gewässerprofil wird quasi kontinuierlich gequert, um gewässerphysikalische Parameter so zu erfassen, dass die tidedynamischen Prozesse beschrieben werden können. Von zentraler Bedeutung sind hierbei die Daten eines Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP). Ein ADCP liefert nicht nur Daten über die 3-dimensionale Verteilung der Strömung im Messquerschnitt. Die ebenfalls aufgezeichneten Daten über die akustische Rückstreuintensität können darüber hinaus genutzt werden, um die Masse der in der Wassersäule suspendierten Schwebstoffe abzuschätzen. Hierzu sind die Erfassung weiterer Messgrößen (z.B. Salzgehalt und Temperatur) sowie die Entnahme von Wasserproben zur Kalibrierung erforderlich. Die Umrechnung der akustischen Rückstreuung eines ADCP in Schwebstoffkonzentrationen erfordert darüber hinaus ein relativ aufwändiges Prozessing, bei der eine speziell für diesen Zweck entwickelte Software zum Einsatz kommt. Aus der Messung der Strömungsgeschwindigkeiten und Volumentransporte und der abgeleiteten SSC können Massentransporte berechnet werden. Gemessen über einen Tidezyklus, kann ebenso bilanziert und residuelle Volumen- und Massentransporte ermittelt werden.