Direkt an der Elbe mit Blick über den Hamburger Hafen trafen sich vom 21. bis 24. September 2015 mehr als 200 Klimaforscherinnen und -forscher zur 10. Deutschen Klimatagung in der HafenCity Universität Hamburg (HCU). In diesem Jahr wurde die Tagung gemeinsam von der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft (DMG) und dem KlimaCampus Hamburg, einem Netzwerk von Institutionen in der Metropolregion Hamburg, die im Bereich Klima- und Klimafolgenforschung tätig sind, ausgerichtet.

Thema der Tagung war der Klimawandel und so gab es Vorträge und Poster zu den Themenfeldern „Klimawandel – global bis lokal“, „Klimafolgen – regional und lokal“, „Klimaanpassung und Mitigation – Climate Smart“ sowie „Klimakommunikation – Mediale Diskurse und Öffentlichkeit“. Die geladenen Vorträge von Jochem Marotzke (MPI für Meteorologie), Christoph Raible (Universität Bern), Grit Martinez (University of Maryland) und Wolfram Mauser (Universität München) gaben einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung zum Klimawandel und seinen Folgen.

Im Themenfeld „Klimafolgen – regional und lokal“ zeigte die BAW in einem Vortrag und auf zwei Postern Ergebnisse aus den Forschungsvorhaben KLIMZUG-Nord und KLIWAS (siehe KLIWAS – Abschlussbericht) zu den Auswirkungen des Klimawandels für die Ästuare von Elbe, Jade-Weser und Ems. So hatten die Mitarbeiterinnen der BAW die Gelegenheit, Auswirkungen eines Klimawandels für die Bundeswasserstraßen sowie Anpassungsoptionen an einen Klimawandel einem breiten Publikum aus Meteorologie, Ozeanographie oder den Sozialwissenschaften vorzustellen.

Zum Abschluss der Veranstaltung stellte das Deutsche Klima-Konsortium (DKK) sein aktuelles Positionspapier zu den Perspektiven für die Klimaforschung 2015 bis 2025 vor.

Auch das Rahmenprogram dieser Tagung wird in Erinnerung bleiben. Im Kontrast zum modernen Gebäude der HCU in der HafenCity fand das Jubiläumsdinner der 10. Deutschen Klimatagung in der Handwerkskammer, einem 100 Jahre alten Fritz-Schumacher-Bau, am Holstenwall statt. Zum 10. Jubiläum gab es natürlich auch eine Geburtstagstorte, die Hans Graf und Hans von Storch anschneiden durften!

Die Fotos wurden freundlicherweise vom Veranstalter der 10. DKT 2015, DMG und KlimaCampus Hamburg, zur Verfügung gestellt.

Verfasst von Elisabeth Rudolph

Dipl. Meteorologin, seit 1994 bei der BAW angestellt. Sie untersucht Sturmfluten in den Ästuaren von Elbe, Jade-Weser und Ems.

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Ich habe mich mit Frau Dr. Zorndt über das Thema „Modellierung von Morphodynamik“ unterhalten. Frau Dr. Zorndt hat an der Leibnitz Universität Hannover Bauingenieurwesen studiert und anschließend am Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen promoviert. Seit 2014 ist sie wissenschaftliche Mitarbeiterin der Abteilung Wasserbau im Küstenbereich der Bundesanstalt für Wasserbau. Dort beschäftigt sie sich unter anderem mit der Morphodynamik der Weser.

Klöpper: Frau Dr. Zorndt, Sie waren Ende September auf dem internationalen Workshop Morphodynamics 2015 an der TU Hamburg-Harburg. Was versteht man unter Morphodynamik?

Zorndt: Der Begriff Morphologie bedeutet allgemein die Lehre der Gestalt. Die Morphodynamik beschreibt die Änderung der Morphologie im Laufe der Zeit. Im Wasserbau oder Küsteningenieurwesen ist überwiegend die Geomorphologie gemeint. In Tideflüssen besteht das Gewässerbett überwiegend aus sandigem Material, manchmal auch aus feinkörnigeren Schluffen. Veränderungen des Gewässerbettes durch Erosion oder Sedimentation werden durch Tideströmungen und Seegang induziert. Über lange Zeiträume kann man in der Natur die Verlagerung von Prielen und Rinnen beobachten – ein Resultat des Sedimenttransports.

Klöpper: Sie verstehen sich als Küsteningenieurin. Der Workshop, auf dem Sie waren, wurde aber vom Institut für Geotechnik und Baubetrieb der TUHH organisiert. Sind das nicht ganz unterschiedliche Disziplinen?

Zorndt: Im Küsteningenieurwesen kommt überwiegend die prozessbasierte morphodynamische Modellierung zum Einsatz. Im Workshop ging es darum, welche Erkenntnisse oder Methoden aus dem Bereich der Geotechnik gewonnen werden können, um die Konzepte oder Parametrisierungen des Sedimenttransports in morphdynamischen Modellen zu verbessern.

Klöpper: Was ist prozessbasierte morphodynamische Modellierung?

Zorndt: Es ist eine Methode, morphodynamische Prozesse zu simulieren. Mit Hilfe eines mathematischen Verfahrens werden Hydrodynamik und Transportprozesse (z.B. von Sedimenten) berechnet. Daraus ergibt sich die morphologische Änderung im Untersuchungsgebiet. Wir betrachten hierbei jedoch nicht einzelne Sandkörner, sondern ein vereinfachtes Ersatzsystem, nämlich einen Bodenkörper, der aus bestimmten Sedimentfraktionen zusammengesetzt ist. Unsere Sedimenttransportformeln werden dann für jede dieser Fraktionen gelöst. Hierbei parametrisieren wir den Beginn der Sedimentbewegung mit Hilfe der Bodenschubspannung. Erst beim Überschreiten einer kritischen Schubspannung beginnt die Bewegung der Sedimente. Für unsere großen Untersuchungsräume (100e von Quadratkilometern) und oft langen Simulationsdauern (Wochen bis Monate) ist das ein geeigneter Modellansatz. Es ist jedoch eine starke Vereinfachung der natürlichen Prozesse, bei der die Bewegung des einzelnen Sandkorns nur parametrisiert wird. Die Wahl des Modellaufbaus und der einzelnen Komponenten ist dabei immer von der Fragestellung abhängig, denn ein Modellsetup, das für alle Raum- und Zeitskalen geeignet ist, gibt es nicht.

Klöpper: Wo kann ich dann nachlesen, was dem aktuellen Stand der Technik oder Wissenschaft in der morphodynamischen Modellierung entspricht?

Zorndt: Das ist eine Frage, die auch auf dem Workshop thematisiert wurde. Denn ein Merkblatt oder eine Richtlinie, wie es sie in anderen Bereichen gibt, haben wir nicht. Die Entwicklung eines solchen Dokuments wurde auf dem Workshop diskutiert.

Klöpper: Verwenden die Geotechniker auch die prozessbasierte morphodynamische Modellierung?

Zorndt: In der Geotechnik werden zurzeit Methoden weiter entwickelt und angewendet, die tatsächlich die Bewegung von einzelnen Partikeln beschreiben, wie zum Beispiel Smoothed Particle Hydrodynamics, die Discrete Element Method oder die Material Point Method. Die Physik der Sedimentbewegung kann mit Hilfe dieser Methoden komplexer abgebildet und höher aufgelöst betrachtet werden. Damit werden Prozesse betrachtet, die wir in unseren Modellen nicht abbilden können. Allerding können mit solchen Modellansätzen nur sehr kleine Raum- und Zeitskalen betrachtet werden.

Klöpper: Das bedeutet, man müsste einen Weg finden die verschiedenen Modellansätze miteinander zu verbinden?

Zorndt: Viele Prozesse, nehmen wir nur mal den Porenüberdruck im Boden, der zu Sedimentbewegung führt, können wir mit Hilfe der heutigen Sedimenttransportformeln nicht berücksichtigen. Für die Morphodynamik können diese Prozesse aber durchaus wichtig sein. Das sehen wir z.B. beim schiffserzeugten Sedimenttransport oder dem Einfluss von Seegang auf Wattflächen. Ein Ziel des Workshops war es daher zu diskutieren, wie man die oben genannten Methoden der Geotechnik nutzen kann, um diese Prozesse in unseren Modellen zu beschreiben oder parametrisieren.

Klöpper: Und was haben Sie aus dem Workshop mitgenommen?

Zorndt: Im Workshop konnten wir die Zusammenführung der Methoden nur oberflächlich andiskutieren. Aber dieser interdisziplinäre Austausch ist wichtig. Bei der BAW wird dieser Austausch hausintern schon länger gepflegt, da hier beide Fachdisziplinen (Geotechnik und Wasserbau) unter einem Dach sitzen und eng zusammen arbeiten. Das Thema ist auch nicht neu, die BAW unterhält bereits Forschungs- und Entwicklungskooperationen mit Geotechnikinstituten der Universitäten. Bis zur ersten Umsetzung wird es aber sicherlich noch einiges an Forschungs- und Entwicklungsarbeit benötigen.

Klöpper: Herzlichen Dank Frau Dr. Zorndt für diese Einblicke.

Verfasst von Morten Klöpper

Als wissenschaftlicher Angestellter im Bereich Wasserbau im Küstenbereich untersuche ich die deutschen Ästuare und Küstengewässer und nutze dabei überwiegend hydrodynamisch numerische Modelle.

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Aus Sicht der deutschen Reedereien (77%) werden sich die Größen der Containerschiffe in den nächsten drei bis fünf Jahren unvermindert nach oben entwickeln (Quelle: Statista, siehe Bild unten). Zweifel sind angebracht, legt man die Aussagen einer neuen OECD-Studie[1] zugrunde. Zusammenfassend wird darin prognostiziert, dass die weitere Entwicklung zu immer riesigeren Containerschiffen (>20.000 TEU)[2] sehr stark gebremst werden wird. Andere Faktoren wie eine effizientere Motorenleistung tragen mehr zu Kosteneinsparungen pro Container bei als die pure Ladekapazität des Containerschiffes.

Prognostizierte Entwicklung der Schiffsgrößen nach Schiffstypen für die kommenden drei bis fünf Jahre (Umfrage Frühjahr 2014).

In diesem Spannungsfeld bewegen sich auch die zahlreichen Arbeiten in den Projekten der BAW und deren Unterstützung für die Planungen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung. Zirka 100 Teilnehmer aus den Wasser- und Schifffahrtsämtern, Universitäten und der BAW lauschten beim BAWKolloquium am 18. Juni 2015 den Vorträgen und diskutierten mit.
Bei gelungenen Präsentationen von Autoren der BAW, WSV und Projektpartnern konnte ein klarer Bogen gespannt werden, von den aktuellen Anforderungen an die Seeschifffahrt am Beispiel der Erstellung eines neuen Tidefahrplanes hin zu den Auswirkungen immer größerer Schiffe und den steigenden Schiffsverkehr auf die Stabilität von Strombauwerken (Bsp. Buhnen Juelssand). Die Entwicklung der Größe der Containerschiffe und des Umschlages in den Häfen besitzen enorme Auswirkungen auf die Anpassung der Seehafenzufahrten. So müssen beispielsweise im Rahmen von Untersuchungen zur Weseranpassung insgesamt 42 Gutachten verfasst werden. Ein sich anknüpfender Vortrag veranschaulichte am Beispiel eines sehr aufwendigen, dreijährigen Messprogramms zur Erfassung des Schwebstofftransportes in den Ästuaren Elbe, Weser und Ems, welchen beachtlichen aber notwendigen Aufwand die BAW betreiben muss, um die Ergebnisse der numerischen Modellsimulationen adäquat validieren zu können.
Zu welchen dramatischen Auswirkungen der stete Ausbau eines natürlichen Ästuars und damit eine Anpassung an die Bedürfnisse der Seeschifffahrt führen können, zeigt sich exemplarisch an der Ems. Mögliche Lösungsansätze zur Verminderung des Schwebstoffproblems im Rahmen des Masterplanes Ems 2050 wurden aufgezeigt. Das Kolloquium endete mit einem erfrischenden Vortrag über die Erfahrungen im aktuellen Dialogforum zum Strombau- und Sedimentmanagementkonzept der Tideelbe.

Eine etwas herzhaftere Diskussion zu den vorgestellten Beiträgen wäre wünschenswert gewesen. Die beachtliche Teilnehmerzahl und die Diskussionen in der Kaffeepause zeigen uns allerdings das Interesse an den wissenschaftlichen Arbeiten der BAW im Spannungsfeld Ästuar, Seeschifffahrt, Ausbau der Seehafenzufahrten und Hafenwirtschaft. Dazu zählt auch eine diligente Form der Kommunikation der Ergebnisse der Gutachten und Forschungen. Dr. Maik Bohne (HPA) fasste es in seiner Präsentation in etwa so zusammen: Ein erfolgreicher Kommunikationsprozess zur Umsetzung von Großprojekten wie eine mögliche Elbvertiefung muss maßgeblich auf der Klaviatur der Emotionen gespielt werden.

Die Präsentationen der angesprochenen Vorträge finden sich unter www.baw.de http://www.baw.de/DE/service_wissen/publikationen/tagungsbaende/tagungsbaende.html.

[1] OECD/ITF (2015): ITF Transport Outlook 2015, OECD Publishing, Paris/ITF, Paris.
DOI: http://dx.doi.org/10.1787/9789282107782-en .

[2] Ultra-Large Container Ships (ULCS) ist die derzeit größte Containerschiffsklasse mit bis zu 22.000 TEU (http://www.meta-evolutions.de/pages/artikel-20080720-schiff-klasse-groesse.html). Das größte derzeit verkehrende Containerschiff, die MSC Oscar trägt maximal 19.224 TEU.

Verfasst von Steffen Grünler

Als wissenschaftlicher Angestellter prüfe, analysiere und interpretiere ich mittels komplexen Messtechnologien aufgenommene Daten. Der Fokus der Naturuntersuchungen liegt hierbei auf Strömungs- und Transportprozessen in Tideästuaren.

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