Berücksichtigung des Auftretens von Flüssigschlick in Ästuaren in der numerischen Modellierung

Es entspricht dem Stand der Technik, im Bereich der Ästuare mit dreidimensionalen Strömungsmodellen die dortigen komplexen Strömungsverhältnisse zu berechnen, sofern es beispielsweise um Fragen der Wasserwirtschaft oder der Hafen- und Fahrwasserunterhaltung geht. Hierbei rückt in einzelnen Ästuaren zunehmend das Phänomen des Flüssigschlicks in den Vordergrund. Eine an der Forschungsstelle Küste im Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) betriebene Modellentwicklung eröffnet neue Einblicke in das grundsätzliche Systemverständnis.

Die Hydrodynamik im Bereich der Ästuare kann charakterisiert werden durch die instationäre Gezeitenströmung, die überlagert ist mit der Einmischung des salzarmen Flusswassers in die offene See. Diese kann als Folge der salzgehaltsbedingten Dichteunterschiede innerhalb des Wasserkörpers eine die Gezeitenbewegung überlagernde großräumige Zirkulation zur Folge haben, die sich durch die Ausbildung einer Trübungszone insbesondere auf die Schwebstoffe auswirkt. Die Trübungszone weist hierbei signifikant höhere Schwebstoffkonzentrationen auf als die Bereiche seewärts und landeinwärts davon. Da die als Schwebstoff in Suspension transportierten Sedimente vorrangig schluffiger Natur sind, findet innerhalb der Trübungszone eine komplexe Interaktion zwischen den suspendierten Feinstoffen und der Hydrodynamik statt. Insbesondere das Absetz- und Aufwirbelungsverhalten der Sedimente ist hierbei durch Prozesse wie Flocken- und Aggregatbildung sowie behindertes Absinken beeinflusst.

Sofern suspendiertes Sediment in hierzu ausreichender Menge im Ästuar vorhanden oder verfügbar ist, stellt sich der energieärmste Systemzustand durch die Ausbildung stabil geschichteter Verhältnisse ein: Während die Gezeitenströmung im Wesentlichen auf die obere Wassersäule begrenzt ist, bilden sich sohlnah, abgegrenzt durch eine sog. Lutokline, eine oder mehrere Schichten Flüssigschlick. Diese sind einerseits aufgrund ihrer relativ höheren Dichte, andererseits vor allem aufgrund ihres nicht-Newtonschen, rheologisch komplexen Fließverhaltens von der Gezeitenbewegung weitgehend entkoppelt.

Das Auftreten von Flüssigschlick hat wesentlichen Einfluss auf die Ökologie von Flüssen, der bis zu vollständig sauerstofffreien Verhältnissen in einem Großteil der Wassersäule und den resultierenden Auswirkungen auf Flora und Fauna reicht. Die Existenz ausgeprägter Flüssigschlickvorkommen ist dokumentiert für verschiedene Ästuare weltweit, wie z.B. das Ems Ästuar [13], Gironde Ästuar [1], Jiao Jiang Ästuar [6] oder die Mississippi-Mündung. Der Übergang von Ästuaren mit hohen Schwebstoffkonzentrationen zu solchen, in denen ausgeprägte Flüssigschlickschichtungen existieren, ist fließend, so dass lokal begrenzte, ggf. temporäre Vorkommen in einer Vielzahl weiterer Ästuare zu erwarten sind. Beispielsweise ist für das Weser Ästuar das zeitweise Auftreten von Flüssigschlick dokumentiert, auch in der Elbe finden derzeit Untersuchungen zu diesem Themenkomplex statt.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasser und Abfall 04 (April 2020)
Seiten: 7
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Dennis Oberrechts
Dr. Andreas Wurpts

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