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Gewässerbauwerke Hamburg

Bauwerke in und an Gewässern der FHH Hamburg verfügt als wassergeprägte Metropole über ein dichtes und vielfältiges System von Gewässern, das von Tideflüssen wie der Elbe über Nebenflüsse, Kanäle bis hin zu kleineren Bächen und Gräben reicht. Zur Steuerung, Nutzung und Sicherung dieser Gewässer kommt eine Vielzahl technischer Anlagen – die sogenannten Gewässerbauwerke – zum Einsatz. Zu den wichtigsten Gewässerbauwerken in Hamburg zählen unter anderem Schleusen, Wehre, Sperrwerke, Pumpwerke, Fischaufstiegsanlagen sowie Durchlässe und Stauanlagen. Diese Bauwerke erfüllen unterschiedliche Funktionen, die eng miteinander verzahnt sind: Hochwasserschutz: Insbesondere entlang der Elbe und ihrer Nebenflüsse sichern Sperrwerke und Deichanlagen die Stadt vor Sturmfluten und steigenden Wasserständen. Wasserstandsregelung: Wehre und Schleusen stabilisieren Wasserstände in Binnengewässern und Kanalsystemen und ermöglichen eine kontrollierte Ableitung von Niederschlagswasser. Entwässerung und Regenwassermanagement: Pumpwerke und steuerbare Bauwerke gewährleisten den Abfluss von Oberflächenwasser, insbesondere in tiefer liegenden Stadtteilen. Schifffahrt und Nutzung: Schleusen in Fleeten und Kanälen ermöglichen die Durchgängigkeit für Boote und unterstützen die historische sowie aktuelle Nutzung der Wasserwege. Ökologische Funktionen: Moderne Bauwerke integrieren zunehmend Maßnahmen zur ökologischen Durchgängigkeit, etwa durch Fischaufstiegsanlagen oder naturnahe Umgestaltungen. Hamburg steht dabei vor besonderen Herausforderungen: Neben dem Einfluss der Gezeiten erfordern Klimawandel, Starkregenereignisse und steigende Meeresspiegel eine kontinuierliche Anpassung und Modernisierung der Gewässerinfrastruktur. Die Planung, der Betrieb und die Unterhaltung der Gewässerbauwerke erfolgen im Rahmen eines integrierten Gewässermanagements. Ziel ist es, technische Sicherheit, urbane Nutzung und ökologische Anforderungen in Einklang zu bringen und so die nachhaltige Entwicklung der Stadtlandschaft zu gewährleisten.

Oberflächengeologie - Geologische Übersichtskarte Deutsche Nordsee (WMS)

Die geologische Übersichtskarte (GÜK200) liefert detaillierte Angaben zur Stratigraphie, Petrographie und Genese der dargestellten geologischen Einheiten. In der überarbeiteten GÜK200-DN wird die Oberflächengeologie auf dem Festland in bis zu zwei Überlagerungen gezeigt. Der geringmächtige, aufliegende Boden wird dabei nicht dargestellt. Im marinen Bereich wird ausschließlich die Petrographie des rezenten Meeresgrundes dargestellt, die die obersten 20 cm des Meeresgrundes umfasst. Im Einklang mit den ursprünglichen GÜK200 Kartenblättern wird der Meeresgrund stratigraphisch als rezenter Meeresboden angesprochen. Das gesamte Kartengebiet wird von quartären Bildungen dominiert, wobei zwischen pleistozänen und holozänen Ablagerungen unterschieden wird. Die pleistozänen Ablagerungen werden von den glazialen Ablagerungen der Elster-, Saale- bzw. Weichselkaltzeit dominiert, mit glazilimnischen Beckensedimenten, Geschiebelehm der Grundmoränen und glazifluviatilen, fluviatilen und äolischen Ablagerungen. Nach dem Ende der Vereisungen dominieren im Holozän mit dem ansteigenden Meeresspiegel die verschiedenen marinen Faziesbereiche, Sedimente des Übergangsbereichs Land/Meer und an Land vor allem die Nieder- und Hochmoore. Ausbisse älterer geologischer Einheiten sind an die Dynamik der Zechstein-Salze im Untergrund gebunden und treten im Kartengebiet nur vereinzelt zu Tage, wie zum Beispiel die bekannten roten Buntsandstein-Klippen von Helgoland. Die geologische Übersichtskarte (GÜK200) liefert detaillierte Angaben zur Stratigraphie, Petrographie und Genese der dargestellten geologischen Einheiten. In der überarbeiteten GÜK200 wird die Oberflächengeologie auf dem Festland in bis zu zwei Überlagerungen gezeigt. Der geringmächtige, aufliegende Boden wird dabei nicht dargestellt. Im marinen Bereich wird ausschließlich die Petrographie des rezenten Meeresgrundes dargestellt, die die obersten 20 cm des Meeresgrundes umfasst. Im Einklang mit den ursprünglichen GÜK200 Kartenblättern wird der Meeresgrund stratigraphisch als rezenter Meeresboden angesprochen. Das gesamte Kartengebiet wird von quartären Bildungen dominiert, wobei zwischen pleistozänen und holozänen Ablagerungen unterschieden wird. Die pleistozänen Ablagerungen werden von den glazialen Ablagerungen der Elster-, Saale- bzw. Weichselkaltzeit dominiert, mit glazilimnischen Beckensedimenten, Geschiebelehm der Grundmoränen und glazifluviatilen, fluviatilen und äolischen Ablagerungen. Nach dem Ende der Vereisungen dominieren im Holozän mit dem ansteigenden Meeresspiegel die verschiedenen marinen Faziesbereiche, Sedimente des Übergangsbereichs Land/Meer und an Land vor allem die Nieder- und Hochmoore. Ausbisse älterer geologischer Einheiten sind an die Dynamik der Zechstein-Salze im Untergrund gebunden und treten im Kartengebiet nur vereinzelt zu Tage, wie zum Beispiel die bekannten roten Buntsandstein-Klippen von Helgoland.

Die Auswirkung extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Massenbilanz des grönländischen Eisschildes

Im letzten Jahrzehnt war der grönländische Eisschild mehreren Extremereignissen ausgesetzt, mit teils unerwartet starken Auswirkungen auf die Oberflächenmassebilanz und den Eisfluss, insbesondere in den Jahren 2010, 2012 und 2015. Einige dieser Schmelzereignisse prägten sich eher lokal aus (wie in 2015), während andere fast die gesamte Eisfläche bedeckten (wie in 2010).Mit fortschreitendem Klimawandel ist zu erwarten, dass extreme Schmelzereignisse häufiger auftreten und sich verstärken bzw. länger anhalten. Bisherige Projektionen des Eisverlustes von Grönland basieren jedoch typischerweise auf Szenarien, die nur allmähliche Veränderungen des Klimas berücksichtigen, z.B. in den Representative Concentration Pathways (RCPs), wie sie im letzten IPCC-Bericht genutzt wurden. In aktuellen Projektionen werden extreme Schmelzereignisse im Allgemeinen unterschätzt - und welche Konsequenzen dies für den zukünftigen Meeresspiegelanstieg hat, bleibt eine offene Forschungsfrage.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die Auswirkungen extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Entwicklung des grönländischen Eisschildes zu untersuchen. Dabei werden die unmittelbaren und dauerhaften Auswirkungen auf die Oberflächenmassenbilanz und die Eisdynamik bestimmt und somit die Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifiziert. In dem Forschungsprojekt planen wir zudem, kritische Schwellenwerte in der Häufigkeit, Intensität sowie Dauer von Extremereignissen zu identifizieren, die - sobald sie einmal überschritten sind - eine großräumige Änderung in der Eisdynamik auslösen könnten.Zu diesem Zweck werden wir die dynamische Reaktion des grönländischen Eisschilds in einer Reihe von Klimaszenarien untersuchen, in denen extreme Schmelzereignisse mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit zu bestimmten Zeitpunkten auftreten, und die Dauer und Stärke prognostisch variiert werden. Um indirekte Effekte durch verstärktes submarines Schmelzen hierbei berücksichtigen zu können, werden wir das etablierte Parallel Ice Sheet Model (PISM) mit dem Linearen Plume-Modell (LPM) koppeln. Das LPM berechnet das turbulente submarine Schmelzen aufgrund von Veränderungen der Meerestemperatur und des subglazialen Ausflusses. Es ist numerisch sehr effizient, so dass das gekoppelte PISM-LPM Modell Ensemble-Läufe mit hoher Auflösung ermöglicht. Folglich kann eine breite Palette von Modellparametern und Klimaszenarien in Zukunftsprojektionen in Betracht gezogen werden.Mit dem interaktiv gekoppelten Modell PISM-LPM werden wir den Beitrag Grönlands zum Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert bestimmen, unter Berücksichtigung regionaler Veränderungen von Niederschlag, Oberflächen- und Meerestemperaturen, und insbesondere der Auswirkungen von Extremereignissen. Ein Hauptergebnis wird eine Risikokarte sein, die aufzeigt, in welchen kritischen Regionen Grönlands zukünftige extreme Schmelzereignisse den stärksten Eisverlust zur Folge hätten.

Wadden Sea carbon stock dynamics during thirty years of summer polder restoration

Salt marshes along the Wadden Sea coast are often shaped by anthropogenic alterations to their hydrology and sedimentation. To investigate the effects of hydrological restoration through summer dike openings on soil carbon storage capacities, soil samples were collected from four study sites along the Lower Saxony Wadden Sea coast, Germany. Each site featured restored areas, i.e., former summer polders reconnected to tidal exchange, and reference salt marshes adjacent to the polders. The polders varied in restoration age, i.e., 0 (control, not restored), 8, 14, and 28 years, forming a chronosequence for temporal analysis, while the reference salt marshes remained unchanged. Soil samples were taken along transects that represented different marsh zones, including pioneer, lower salt marsh, and upper salt marsh. The soil samples covered soil layers down to a depth of 100 cm and were collected in five sections of 20 cm using an Edelman corer. Total carbon, organic carbon, and inorganic carbon were analyzed using CN-elementary analysis and calcimeter methods. This dataset provides valuable insights into the potential of hydrological restoration measures to enhance soil carbon sequestration in salt marshes.

Sedimentbewegungen in der Deutschen Bucht

Zur Halbzeit eines BAW-Forschungsprojektes zum 'Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der Deutschen Bucht' werden erste Ergebnisse sichtbar. Transportprozesse im Wandel der Zeitläufe: Wie werden sich die Watten und Vorländer der deutschen Nordseeküste anpassen, sollte in Folge des Klimawandels der Meeresspiegel steigen? Eine Antwort auf diese Frage ist nicht nur für die Sicherheit der Seedeiche bedeutsam, sondern auch für die Zufahrten zu den Seehäfen. Einerseits beeinflusst das Flachwasser im Ästuarbereich maßgebend das Tide- und Sedimentregime in den Tideflüssen und hat somit Auswirkungen auf die zukünftige Unterhaltung der Seehafenzufahrten. Zum anderen hat sich gezeigt, dass in einer Betrachtung über Jahrzehnte hinweg die kleinräumigen Transportprozesse in der Deutschen Bucht und in den Außenbereichen der Ästuare auch durch die Transportprozesse, die in der gesamten Nordsee stattfinden, mitgeprägt werden. Die Dimension dieser weiträumigen Transportprozesse in der Nordsee wird in der Satellitenaufnahme der oberflächennahen Ausbreitung der Schwebstofffahnen aus den Ästuarmündungen deutlich (Bild 1). Allerdings entzieht sich dieses Phänomen noch weitgehend der fachwissenschaftlichen Betrachtung, denn über die tatsächlichen Transportprozesse in der Nordsee, zumal in der Deutschen Bucht, ist wenig bekannt: Es fehlen zum Beispiel grundlegende, flächendeckende Informationen über das anstehende Material an der Gewässersohle, über den Bodenaufbau oder über die relevanten Kräfte, die den Transport antreiben, wie Wind und Seegang. Und schließlich fehlen die geeigneten Werkzeuge, um die komplexen Transportprozesse berechnen zu können. BAW hat Federführung bei Forschungsprojekt: Im Rahmen eines im Wettbewerb ausgeschriebenen Forschungsschwerpunktes des Kuratoriums für Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI) konnte sich die BAW mit einem Forschungsantrag zum Thema 'Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der deutschen Bucht (AUFMOD)' durchsetzen. An dem Projekt unter Federführung der BAW beteiligen sich weitere neun Kooperationspartner. Gestartet Ende 2009, läuft die Förderung zunächst bis 2012 (siehe: www.kfki.de/prj-aufmod/de).

Innovative Modellkonzepte zur Wasserbewirtschaftung im norddeutschen Tiefland

Veranlassung Vor dem Hintergrund verschiedener WSV-Anfragen zur Beratung in wasserwirtschaftlichen Fragestellungen in Tieflandregionen mit Bundeswasserstraßen (Eider, NOK, obere Havel) versucht die BfG seit einigen Jahren über Vorstudien/Einzelprojekte das erforderliche Wissen für die WSV-Auftragsbearbeitung scheibchenweise zu generieren und Schritt für Schritt Verständnislücken für die modelltechnische Abbildung des Wasser- und Bodenhaushalts zu schließen. So ist ein Strauß an Erkenntnissen und Modellen/Methoden entstanden bzw. noch am Entstehen. Die Bundeswasserstraßen im Norden Deutschlands (wie zum Beispiel der NOK und die nördlich angrenzende Eider) stehen vor dem Hintergrund des Klimawandels und des gesellschaftlichen Wandels vor großen zukünftigen Herausforderungen. Der steigende Meeresspiegelanstieg reduziert die Möglichkeiten zur Ableitung von Wasser aus dem Einzugsgebiet im Freigefälle. Eine veränderte Niederschlagsverteilung über das Jahr mit ausgeprägteren Feucht- und Trockenzeiten erfordert eine angepasste Bewirtschaftung (in Form von Be- und Entwässerung) und Moorböden verlangen aus Sicht des Klimaschutzes nach einer anderen Form der Kultivierung. Eine veränderte Wasserbewirtschaftung des Einzugsgebietes, die diese Aspekte mit einbezieht, Ersatzbauten für marode wasserbauliche Anlagen, Neubauten von Pumpwerken, eine Veränderung der Vorflut - all dies sind Optionen, die durchdacht, modelliert und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bewertet werden müssen. Dies sind die gegenwärtigen Fragestellungen der WSV für die nachfolgend näher charakterisierten Gebiete, zu deren Beantwortung die BfG im Rahmen ihrer Beratungsaufträge Fachbeiträge liefern muss. Voraussetzung dafür ist in einem ersten Schritt, den Wasserhaushalt und die Wasserbewirtschaftung modelltechnisch ausreichend detailliert und belastbar abzubilden. Nord-Ostsee-Kanal (NOK) Der NOK verbindet als BWaStr. auf einer Länge von ca. 100 km die Nordsee über die Unterelbe bei Brunsbüttel mit der Ostsee in der Kieler Förde. Neben seiner Hauptfunktion als Schifffahrtsstraße dient er auch zur Entwässerung des umgebenden Einzugsgebietes. Mit einem Einzugsgebiet von ca. 1530 km² ist der NOK der größte künstliche Vorfluter Schleswig-Holsteins. Eider Das ca. 2000 km² große Einzugsgebiet der Eider befindet sich im norddeutschen Tiefland nördlich des NOK und ist hydrologisch und wasserwirtschaftlich dominiert durch die Gezeiten der Nordsee und anthropogenen Steuerungen eines komplexen Entwässerungssystems bestehend aus Längs- und Quergräben, Wehren, Sielen und Schöpfwerken. Obere Havel Das obere Havelgebiet (Einzugsgebietsfläche bis zur Schleuse Spandau 3500 km²) ist ebenfalls eine Tieflandregion im Nordosten Deutschlands. Im Unterschied zum Eider- und NOK-Gebiet gibt es hier eine Vielzahl an durchflossenen Seen und die Havel selbst weitet sich an vielen Stellen seenartig auf. Damit kommt der Gewässerverdunstung ebenso wie der Interaktion zwischen Grundwasser- und Oberflächengewässer eine besonders große Bedeutung zu.

Climate related hazards

This series refers to datasets related to the potential occurrence of a climate-induced physical event or trend that may cause loss of life, injury, or other health impacts, as well as damage and loss to property, infrastructure, livelihoods, service provision, ecosystems and environmental resources. It includes datasets on flooding, drought, urban heat island and heatwaves, extreme temperatures and precipitations, fire danger as well as climate suitability for vectors of infectious diseases. The datasets are part of the European Climate Adaptation Platform (Climate-ADAPT) accessible here: https://climate-adapt.eea.europa.eu/

Wirkungen des Klimawandels an der Küste

Im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks engagiert sich die BAW gemeinsam mit weiteren Ressortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des BMVI, um fach- und verkehrsträgerübergreifende Lösungen für die drängenden Verkehrsfragen der Zukunft aufzuzeigen (www.bmvi-expertennetzwerk.de). Ein Fokusgebiet ist dabei der Küstenbereich mit seinen Seehafenzufahrten, denn infolge des zunehmenden Welthandels hat der Seehandel in der heutigen Zeit der Globalisierung eine größere Bedeutung als je zuvor. Internationale Seehäfen, wie zum Beispiel der Hamburger Hafen, bilden im Seehandel wichtige Knotenpunkte. Der Hamburger Hafen ist mit einem Seegüterumschlag von 137 Millionen Tonnen pro Jahr der größte Seehafen Deutschlands. Von hier werden Güter in die ganze Welt verschifft bzw. auf der Schiene, Straße und Wasserstraße nach ganz Deutschland und Europa weitertransportiert. Durch den Klimawandel werden sich für den Betrieb und die Unterhaltung von Seehäfen und Seehafenzufahrten äußere Einflüsse, wie zum Beispiel der Meeresspiegel, ändern. Für strategische und langfristige Investitionsentscheidungen hinsichtlich der Hafeninfrastruktur entstehen dadurch wichtige Fragen. Wie werden sich Meeresspiegelanstieg und andere klimawandelbedingte Änderungen auf die Seehäfen auswirken? Kann die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs sowie die Erreichbarkeit der Häfen in Zukunft gewährleistet werden? Welche Anpassungsmaßnahmen sind gegebenenfalls notwendig und nachhaltig? Mit diesen und anderen Fragen befasst sich die BAW am Standort Hamburg im Rahmen des Expertennetzwerkes. Mithilfe eines hochaufgelösten dreidimensionalen numerischen Modells der Deutschen Bucht werden komplexe Prozesse wie die Tidedynamik sowie der Transport von Salz, Wärme und Sedimenten für heutige und mögliche zukünftige Verhältnisse simuliert. Das Modellgebiet umfasst die gesamte deutsche Nordseeküste und die Ästuare von Ems, Jade-Weser und Elbe. Das Expertennetzwerk ist auch im Hinblick auf die Novellierung des Gesetzes zur Umweltverträglichkeitsprüfung bedeutend. Im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung müssen künftig sowohl die Anfälligkeit des geplanten Vorhabens gegenüber den Folgen des Klimawandels als auch die Auswirkungen des Vorhabens auf das Klima auf Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse gerichtsfest untersucht werden. Dies kann nur in behördenübergreifender Zusammenarbeit geleistet werden. Wie dringend der Forschungsbedarf für die Seeschifffahrt ist, zeigt die Situation am Hamburger Hafen. Die Zufahrt zum Hamburger Hafen erfolgt entlang des Elbeästuars. Da die Flutstromgeschwindigkeiten in vielen Bereichen des Elbeästuars höher als die Ebbestromgeschwindigkeiten sind, ist der stromaufgerichtete Sedimenttransport im Mittel größer als der stromabgerichtete Sedimenttransport. Es wird mehr Sediment aus der Nordsee in das Elbästuar eingetragen als ausgetragen. (Text gekürzt)

Exposure to climate hazards

This series refers to datasets related to the presence of people; livelihoods; species or ecosystems; environmental functions, services, and resources; infrastructure; or economic, social, or cultural assets in places and settings that could be adversely affected by climate hazards, including flooding, wildfires and urban heat island effects. The datasets are part of the European Climate Adaptation Platform (Climate-ADAPT) accessible here: https://climate-adapt.eea.europa.eu/

A spatially explicit Global Reef Island Database (GRID) that captures distribution, diversity and relative vulnerability of the world's low-lying reef islands

Low-lying coral reef islands harbour a distinct, yet highly threatened biological and cultural diversity that is increasingly exposed to climate change impacts. The combination of low elevation, small size, sensitivity to changes in boundary conditions (sea level, waves and currents, locally generated sediment supply) and at some locations high population densities, is why low-lying reef islands (LRIs) are considered among the most vulnerable environments on Earth to climate change. To date, their global distribution and influence of climatic, oceanographic, and geologic setting are only poorly documented or restricted to smaller scales. Here, I present the first detailed global analysis of LRIs utilising freely available global datasets to produce a global reef island database (GRID) and associated intrinsic and extrinsic characteristics that can be used within a coastal vulnerability index (CVI). All datasets used to create the GRID were released between 30 November 2015 and 3 August 2023, while the current version of the GRID database was completed in November 2024. When developing the GRID, LRIs are defined as landmasses <30 km² located on or within 1 km of coral reef and with an elevation of <16 m. Development of the GRID required: 1) the creation of a global shoreline vector file containing the geographic distribution of LRIs and 2) the development of a comprehensive global database of LRIs including eight intrinsic and ten extrinsic variables extracted from global datasets. Intrinsic variables include: 1) human populations, 2) island area, 3) island perimeter, 4) mean elevation, 5) island circularity/shape, 6) underlying reef type, 7) geographic isolation and 8) distance to the nearest neighbouring reef island. Extrinsic variables include: 1) mean water depth, 2) standard deviation of mean water depth, 3) mean annual significant wave height, 4) mean annual wave period, 5) mean spring tidal range, 6) relative tidal range, 7) wave-tide regime, 8) relative wave exposure, 9) relative tropical storm exposure and 10) year-2100 projected median sea level rise rate. The GRID was initially derived from version 2.1 of the UNEP-WCMC Global Island Database, a global shoreline vector file based on geometry data from Open Street Map® (OSM) and released in November 2015. The initial vector file was projected using the Mollweide projection, an equal-area pseudo cylindrical map projection chosen for its accurate derivation of area, especially in regions close to the equator, where most LRIs are located. The final GRID contains 34,404 individual LRIs distributed throughout tropical regions of the world's oceans, amassing a total land area of nearly 11,000 km² with approximately 60,740 km of shoreline and housing around 2.6 million people. While intrinsic variables are typically spatially homogenous, LRIs are generally highly spatially clustered throughout the GRID with respect to extrinsic variables. The spatial distribution of LRIs within the GRID was validated using: 1) published data and 2) quantitative accuracy assessments using satellite imagery. Spatial distributions of LRIs captured in the GRID are extremely consistent with those published in the literature (r² = 0.96) and those derived from independent analysis of satellite imagery (r² = 0.94). Finally, the GRID was used to develop an island vulnerability index (IVI) for each LRI on a scale of 0-1 with 0 representing no vulnerability and 1 representing maximum vulnerability. The GRID database is provided as a tab-delimited text file as well as ESRI shapefiles (points and polygons in WGS84 and Mollweide projection) and a comma-separated value file.

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