Forschungs- und Entwicklungsprojekt der Bundesanstalt für Gewässerkunde im Rahmen der Ressortforschung des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins

Teil 3: Rheinnebenflüsse als Sedimentlieferanten

BfG Bundesanstalt für Gewässerkunde IWW Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen University KHR Internationale Kommission für die Hydrologie des Rheingebietes

BfG-1812

Bericht

Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins

Rheinnebenflüsse als Sedimentlieferanten

BfG-SAP-Nr. : M39610304039 Seitenzahl : 48 Bearbeitung : Nicole Gehres Birgit Astor Dr. Gudrun Hillebrand

Koblenz, 17. September 2014

Der Bericht darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung oder eine Veröffentlichungen bedürfen der schriftlichen Genehmigung der Bundesanstalt für Gewässerkunde.

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Inhaltsverzeichnis Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten ...... 8

1. Hintergrund ...... 9

2. Geographie, Hydrologie und Sedimentologie der Rheinnebenflüsse ...... 10

2.1 Neckar ...... 10 2.2 Main ...... 12 2.3 Mosel ...... 14 2.4 Kleine Nebenflüsse ...... 16

3 Einfluss auf die Sedimentdurchgängigkeit ...... 19

3.1 Wehre ...... 19 3.2 Flussbauliche Maßnahmen und Sedimentmanagement ...... 22 3.2.1 Neckar ...... 22 3.2.2 Main ...... 24 3.2.3 Mosel ...... 25

4. Datengrundlage für die Bestimmung der Sedimentfrachten ...... 28

4.1 Schwebstoffdauermessnetz der WSV ...... 28 4.2 Ländermessstellen ...... 29 4.3 ADCP-Messungen und Korngrößenbestimmung ...... 30

5. Morphologie und Sedimenttransport ...... 32

5.1 Methodik ...... 32 5.1.1 Schwebstoffdauermessstationen ...... 32 5.1.2 Transport-Abfluss-Beziehung an den Ländermessstellen ...... 32 5.1.3 Korngrößenverteilungen der Schwebstoffe ...... 33 5.1.4 Übertragbarkeit auf kleinere Nebenflüsse ...... 33 5.2 Ergebnisse: Feinschwebstoffe und suspendierter Sand ...... 34 5.2.1 Neckar ...... 34 5.2.2 Main ...... 35 5.2.3 Mosel ...... 36 5.2.4 Lahn ...... 38 5.2.5 Kleinere Nebenflüsse ...... 39 5.3 Geschiebetransport ...... 40 5.3.1 Neckar ...... 41 5.3.2 Main ...... 42 5.3.3 Mosel ...... 42 5.3.4 Herkunft des Rheingeschiebes ...... 43 5.4 Diskussion ...... 45

6. Zusammenfassung und Ausblick ...... 46

Literatur ...... 47

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Abbildungsverzeichnis Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten Abbildung 1: Übersicht über die Wasserstraße Neckar (WSA Heidelberg, 2011)...... 10 Abbildung 2: Abflusslängsschnitt des Neckars, Abflüsse 1951-1990 (WSD-SW, 2007)...... 11 Abbildung 3: Entwicklung des d50 zwischen der Staustufe Deizisau und Hofen (links) sowie Hofen und der Neckarmündung (rechts)...... 12 Abbildung 4: Abflusslängsschnitt des Mains (Quelle: Flys)...... 13 Abbildung 5: Überblick über die Bundeswasserstraßen Main, Main-Donau-Kanal und Donau (verändert nach GDWS Außenstelle Süd, 2013)...... 13 Abbildung 6: Unterlauf des Mains (WSA Aschaffenburg, 2009)...... 13 Abbildung 7: Korngrößenzusammensetzung der Sohlsedimente im Main (Mayer et al., 1988)...... 14 Abbildung 8: Abflusslängsschnitt der Mosel von Perl bis zur Mündung...... 15 Abbildung 9: Maßgebender Korndurchmesser je Beprobungsquerschnitt (schwarz). Die roten Punkte repräsentieren den mittleren Korndurchmesser je Stauhaltung (Datengrundlage: Umweltverträglichkeitsuntersuchungen zur Fahrrinnenvertiefung der Mosel)...... 16 Abbildung 10: Sohlproben aus der Staustufe Wintrich bei Mosel-km 142 aus dem Jahr 1987 (Bertsch et al., 1988)...... 16 Abbildung 11: Überblick über einige ausgewählte direkte Rheinnebenflüsse in Deutschland...... 17 Abbildung 12: Querschnitt durch ein Sektorwehr (WSD-SW, 2007)...... 19 Abbildung 13: Links Walzenwehr bei Koblenz, die mittlere Walze wird überströmt (BAW, 1997). Rechts Querschnitt durch das Walzenwehr bei Koblenz gezeichnet (WSD-SW, 2007)...... 20 Abbildung 14: Stauzielregelung an der Staustufe Lehmen (VV-WSD Südwest 22-5, 2011)...... 21 Abbildung 15: Höchster schiffbarer Wasserstand im Längsverlauf der Mosel und der dazugehöriger Abfluss (Quelle: Flys)...... 21 Abbildung 16: MQ und MHQ am Neckar (Flys) sowie die Wehrsteuerung an den letzten drei Neckarwehren vor der Mündung des Neckars in den Rhein bei höheren Abflüssen (WSA Heidelberg)...... 22 Abbildung 17: Durchgeführte Nassbaggerarbeiten im WSA Heidelberg seit 1999 (Englert, 2013)...... 23 Abbildung 18: Schifffahrtskanal und Altneckar bei Ladenburg. Von links nach rechts: Schleuse, Kraftwerk, Wehr...... 24 Abbildung 19: Mündung des Elzbach in die Mosel bei Mosel-km 34,3 am linken Ufer...... 25 Abbildung 20: Baggermengen (m3) in der Mosel im Zeitraum von 1992-2010 (Quelle: BauMags, WSA Koblenz/Trier)...... 26 Abbildung 21: Talweg aus der Peilung von 1998 (Datengrundlage: Flys)...... 27 Abbildung 22: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen am Neckar...... 35 Abbildung 23: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen am Main...... 35 Abbildung 24: Berechnete Jahresfrachten an den WSV-Dauermessstationen Wincheringen bei Mosel-km 221,9 (A); Detzem bei Mosel-km 166,8 (B); Cochem bei Mosel-km 50,2 (C); Brodenbach bei Mosel-km 27,2 (D) für den Zeitraum von 1991-2010...... 36

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Abbildung 25: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen

Rheinnebenflüsse der Mosel (links) und der Saar (rechts)...... 37 als Sediment- Abbildung 26: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen lieferanten der Lahn...... 38 Abbildung 27: Geschiebeablagerung vor dem Kraftwerkseinlauf bei Neckarsteinach nach dem Hochwasser im Februar 1935 (Quelle: WSA Heidelberg)...... 41 Abbildung 28: Die Aufnahmen stammen aus dem Jahr 1961. (A) Der Endertbach floss bei Mosel-km 51,2 in die Mosel und brachte im Frühjahr Geschiebe mit. (B) Am linken Ufer (Blick stromauf) mündet der Ellerbach bei Mosel-km 74. Durch ein Hochwasser ist Geschiebe in die Mosel geleitet worden. (C) Bei Mosel-km 11,7 (Blick vom rechten Ufer stromauf) mündet der Kanderbach und lagert seine Geschiebefracht ab. (Quelle: Bildarchiv der BAW)...... 43 Abbildung 29: Petrographisches Längsprofil der Fraktion 16-31,5 mm von Rhein-km 178,0-525,0...... 44

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Tabellenverzeichnis Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten Tabelle 1: Kennzeichnende Abflüsse in m³/s bei Lauffen am Neckar für die Abflussreihe der Jahre 1949 bis 2010 und bei Rockenau für die Jahre 1951 bis 2010 (Quelle: undine.de) ...... 11 Tabelle 2: Kennzeichnende Abflüsse in m³/s an den Main-Pegeln (Datenquelle: undine) ...... 12 Tabelle 3: Nebenflüsse mit Einzugsgebietsgrößen der Pegel (AE0), mittlere Abflüsse (MQ) und mittlere Hochwasserabflüsse (MHQ)...... 17 Tabelle 4: Umlagerungsmengen von der Mosel in den Rhein im Zeitraum 1991 bis 2010 (Datengrundlage: BauMags)...... 27 Tabelle 5: Überblick über die Datengrundlagen an Neckar, Main, Lahn und Mosel aus dem Schwebstoffdauermessnetz im Projektzeitraum von 1991 bis 2010...... 29 Tabelle 6: Anzahl der Schwebstoffmessungen an den Ländermessstellen...... 30 Tabelle 7: Bestimmung der Korngrößenverteilung einiger ausgewählter Schwebstoffproben an den Nebenflüssen Mosel, Saar, Main und Neckar (Astor et al., 2014)...... 31 b Tabelle 8: Schwebstoffkonzentrations-Abfluss-Beziehungen der Form qc=aQ für ausgewählte Messstellen der Rheinnebenflüsse...... 33 Tabelle 9: Kategorisierte Einzugsgebietsgrößen der Nebenflüsse und repräsentative Flüsse dieser Kategorie...... 34 Tabelle 10: Vollprofilmessungen vom 25.04.2013 im Bereich der Moselmündung...... 38 Tabelle 11: Übersicht über die Einzugsgebietskategorien der jeweiligen Rheinnebenflüsse. Aufgelistet sind neben hydrologischen Randwerten auch die abgeschätzten Schwebstoffeinträge in den Rhein...... 39 Tabelle 12: Ergebnisse der Sedimentfrachten aus den untersuchten Rheinnebenflüssen...... 46

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 1. Hintergrund Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) initiierte im Rahmen ihres Ressortforschungsprogramms das Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins“. Ziel dieses Projekts ist die Aufstellung einer Sedimentbilanz für den gesamten Rheinlauf von der Quelle in den Schweizer Alpen bis zur Mündung in die Nordsee. Dazu werden die einzelnen Sedimentfrachten getrennt für einzelne Sedimentfraktionen sowie deren Quellen und Senken ermittelt. Das Projekt wird zusammen vom Referat für Grundwasser, Geologie und Gewässermorphologie (M3) der BfG und dem Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (IWW) der RWTH Aachen University bearbeitet sowie durch die Internationale Kommission für die Hydrologie des Rheingebietes (KHR) unterstützt.

Bei der Aufstellung einer Sedimentbilanz müssen die Nebenflüsse als Sedimentlieferanten (Sedimentquellen) berücksichtigt werden. Dafür ist es wichtig, die Menge der Sedimentfrachten aus den Nebenflüssen zu quantifizieren. Grundsätzlich sind Nebenflüsse die größten Sedimentquellen und Sedimentlieferanten für den Hauptstrom. Ob auch die Nebenflüsse des Rheins bedeutende Sedimentlieferanten sind, soll mit dem vorliegenden Bericht geklärt werden. Die großen Nebenflüsse des Rheins, Aare, Neckar, Main und Mosel sind staugeregelte Flüsse mit Querbauwerken, aber auch die kleineren Nebenflüsse sind flussbaulich verändert. Dass der größte Teil der Schwebstofffrachten über diese Querbauwerke der Nebenflüsse transportiert wird und den Rhein erreicht, ist anzunehmen. Dies bestätigen Messungen der Schwebstofffrachten im Längsverlauf des Rheins, die meist einen sprunghaften Anstieg im Bereich der Mündungen von Nebenflüssen aufweisen. Der Anteil des suspendierten Sandes an dieser Schwebstofffracht ist noch weitestgehend unbekannt, aber von großer Bedeutung, da er an morphologischen Prozessen, vor allem an der Sohle, beteiligt ist. Darüber hinaus gibt es nur wenige Hinweise und keine Daten zum Geschiebetransport (Sand- und Kiesfraktion) in staugeregelten Nebenflüssen. Fragen wie „ist der Geschiebetransport durchgängig“ oder „ist der Geschiebeeintrag aus den staugeregelten Nebenflüssen vernachlässigbar“ müssen diskutiert werden. Die Aare ist der größte Nebenfluss des Rheins, wird in diesem Bericht jedoch nicht betrachtet, da als Nebenflüsse die deutschen und direkten Rheinzuflüsse, Neckar, Main und Mosel, im Vordergrund stehen. Ergänzend wird eine Auswahl kleinerer Nebenflüsse des Rheins betrachtet. Die Analysen in diesem Bericht beschränken sich auf den Bilanzzeitraum zwischen den Jahren 1991 und 2010.

In Kapitel 2 werden zunächst die Nebenflüsse und ihrer naturräumlichen Gegebenheiten kurz beschrieben. In Kapitel 3 schließt sich die Beschreibung einzelner Einflussfaktoren auf die Sedimentdurchgängigkeit in Nebenflüsse an. Mit Hilfe einiger Beispiele wird versucht, Unterhaltung und Sedimentmanagement an den Nebenflüssen zu verdeutlichen. Die Datengrundlagen der Auswertungen zum Sedimenttransport werden in Kapitel 4 beschrieben, bevor in Kapitel 5 die Ergebnisse präsentiert werden.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 2. Geographie, Hydrologie und Sedimentologie der Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten Rheinnebenflüsse

Der Betrachtung des Sedimenttranssportes wird zunächst die geographische, hydrologische und sedimentologische Einordnung der Rheinnebenflüsse vorangestellt. Diese Faktoren sind wichtig für das Grundverständnis und gleichzeitig mitverantwortlich für den Sedimenttransport im Gewässer.

2.1 Neckar

Der Neckar entspringt im Schwarzwald bei Schwenningen auf 700 m über dem Meeresspiegel und mündet nach 367 km bei Mannheim (Rhein-km 428,2) in den Rhein. Von Plochingen bis Mannheim ist der Neckar durch 27 Staustufen schiffbar gemacht (Abbildung 1), wobei eine Mindesttiefe von 2,80 m unter Normalstau vorgehalten wird. Mit Ausnahme der Aufweitungen bei Esslingen, Stuttgart und Heilbronn sowie am Unterlauf beim Eintritt in die oberrheinische Tiefebene, fließt der Neckar in einem engen Tal. Das Einzugsgebiet umfasst mit rund 14.000 km² den östlichen Schwarzwald, die nördliche Schwäbische Alb und den Odenwald. Der Höhenunterschied zwischen der Mündung des Neckars in den Rhein bei Mannheim und dem Ende der Neckarwasserstraße bei Plochingen beträgt 160,7 m. Das Gefälle nimmt von 170 cm/km bei Stuttgart/Plochingen auf 80 cm/km bei Mannheim/Heidelberg ab (WSD-SW, 2007). Die Kilometrierung des Neckars nimmt in Richtung Neckar-Mündung (Neckar-km 0) ab.

Abbildung 1: Übersicht über die Wasserstraße Neckar (WSA Heidelberg, 2011).

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Der Abflusslängsschnitt des Neckars zeigt den Anstieg der Wassermengen durch die des Rheins

Einmündung der Neckarnebenflüsse. Die Nebenflüsse Jagst und Kocher sind dabei die Rheinnebenflüsse als Sediment- wasserreichsten, daher ist der Neckar unterstrom von Heilbronn (km 113,6) wesentlich lieferanten wasserreicher als oberstrom (WSD-SW, 2007) (Abbildung 2).

Abbildung 2: Abflusslängsschnitt des Neckars, Abflüsse 1951-1990 (WSD-SW, 2007).

Der Neckar hat als Mittelgebirgsfluss ohne größere Speicheranlagen im Einzugsgebiet einen ungleichmäßigen Wasserabfluss und weist große Abflussschwankungen auf. Die abflussreiche Zeit setzt meist Ende Oktober ein. Sie kann sich hinauszögern, wenn bei frühzeitig einsetzendem Frost die frühwinterlichen Niederschläge als Schnee fallen. Hochwasser, meist nach der Schneeschmelze, treten plötzlich mit jähem Ansteigen, kurzem Scheitel und raschen Abfällen auf (WSD-SW, 2007). Die Abflussschwankungen am unteren Neckar liegen zwischen rund 30 m³/s und 3.000 m³/s. Die kurzen Stauhaltungen mit entsprechend kleinen Stauräumen und der Schleusenbetrieb (Entnahme bzw. Einleitungsmenge bis 70 m³/s) führen zu kurzfristigen Abflussschwankungen, die sich sogleich über mehrere Stauhaltungen fortsetzen können (WSD-SW, 2007). In Tabelle 1 sind die kennzeichnenden Abflüsse an den Messstellen Lauffen am Neckar und Rockenau tabellarisch dargestellt.

Tabelle 1: Kennzeichnende Abflüsse in m³/s bei Lauffen am Neckar für die Abflussreihe der Jahre 1949 bis 2010 und bei Rockenau für die Jahre 1951 bis 2010 (Quelle: undine.de) Pegel Lauffen am Neckar Rockenau km 125,4 km 60,7 NQ 9 (30.09.1949) 18,4 (04.07.1976)

MNQ 25,3 38

MQ 86,4 137

MHQ 629 1060

HQ 1520 (24.05.1978) 2140 (21.12.1993)

Im Kompendium der WSD-SW (2007) ist die Sohle des Neckars für verschiedene Flussabschnitte beschrieben. Zwischen Plochingen (km 202,6) und Heilbronn (km 113,6) besteht die Sohle durchgängig aus Jura-, Muschelkalk- und Keupersedimenten. Diese stehen teilweise direkt an der Sohle an oder werden als Geschiebe transportiert. Zwischen Heilbronn

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins (km 113,6) und Eberbach (km 58) ist die Sohle stabil und besteht aus wenig beweglichem

Rheinnebenflüsse Geröll und fest gelagertem Steinschutt. Von Heidelberg (km 24) bis zur Mündung besteht die als Sediment- Sohle aus groben und feinen Sedimenten. lieferanten

Der d50 von Sohlproben des Neckars aus den Jahren 1983 bis 1986 ist in Abbildung 3 getrennt für den oberen (links) und unteren Flussabschnitt (rechts) aufgetragen (Müller und

Tippner, 1993). Oberstrom von Neckar-km 175 liegt der d50 meist im feinkiesigen Korngrößenbereich und unterstrom von Neckar-km 175 im feinsandigen Bereich.

Abbildung 3: Entwicklung des d50 zwischen der Staustufe Deizisau und Hofen (links) sowie Hofen und der Neckarmündung (rechts).

2.2 Main

Bei Kulmbach vereinigen sich die beiden Quellflüsse des Mains (Weißer und Roter Main) und fließen als Main in Ost-West-Richtung bis zu seiner Mündung in den Rhein (Rhein-km 496,6). Der Main ist 527 km lang und hat ein Einzugsgebiet von rund 27.300 km2. Die Kilometrierung des Mains nimmt in Richtung Mainmündung (Main-km 0) ab.

Der Main weist die Abflusscharakteristik eines zentraleuropäischen Mittelgebirgsflusses mit hohen Abflüssen im Winter (Maximum im Februar) und geringen Abflüssen im Spätsommer auf (Mayer et al., 1988). Der mittlere Abfluss am Pegel Raunheim (Main-km 12,2) liegt bei 224 m3/s (Tabelle 2). Der Abflusslängsschnitt des Mains zeigt den Anstieg der Wassermengen bei verschiedenen Abflüssen durch die Einmündung der Zuflüsse (Abbildung 4).

Tabelle 2: Kennzeichnende Abflüsse in m³/s an den Main-Pegeln (Datenquelle: undine)

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Der Main fließt durch die Süddeutsche Schichtstufenlandschaft durch die mesozoischen des Rheins

Ablagerungen von Jura, Keuper, Muschelkalk und Buntsandstein, bevor er die quartären Rheinnebenflüsse als Sediment- Ablagerungen im Rhein-Main-Gebiet erreicht. Der Untermain wird von Taunus und lieferanten Vogelsberg im Norden, Spessart im Osten und Odenwald im Süden umgeben. Der Main ist ein staugeregelter Fluss mit 34 Stauhaltungen zwischen Viereth und der Main-Mündung. Bei Bamberg beginnt außerdem der Main-Donau-Kanal, welcher den Main mit der Donau verbindet (Abbildung 6, Abbildung 6).

Abbildung 4: Abflusslängsschnitt des Mains (Quelle: Flys).

Abbildung 5: Überblick über die Bundeswasserstraßen Main, Main-Donau-Kanal und Donau (verändert nach GDWS Außenstelle Süd, 2013).

Abbildung 6: Unterlauf des Mains (WSA Aschaffenburg, 2009).

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Im Jahr 1987 wurde die Sohlzusammensetzung des Untermain zwischen Main-km 0 und

Rheinnebenflüsse Main-km 86,9 untersucht (Tittizer et al., 1987). Im Untermain sind die Sedimente der als Sediment- Mainsohle im Durchschnitt aus 45 % Blöcken, 13 % Geröllen, 6 % Kies, 22 % Sand und lieferanten 14 % Schluff zusammengesetzt. Im vom Stau unbeeinflussten Abschnitten des Mains (meist direkt unterhalb der Wehre) treten meist sandige und kiesige Sedimente mit geringen Ton- und Schluffanteilen und Steinbeimengungen auf (Mayer et al., 1988) (Abbildung 7). In der Umgebung der Staustufen und in den Schifffahrtskanälen sedimentieren dagegen die feineren Partikel der Ton- und Schlufffraktion aufgrund lokaler Querschnittsaufweitungen (Mayer et al., 1988). Die Stauhaltungen Kleinostheim, Krotzenburg und Mühlheim wiesen grundsätzlich etwas gröbere Sohlsedimente auf als die Stauhaltungen Griesheim, Eddersheim und Kostheim mit deutlich höheren Schluff- und Sandanteilen. Die Korngrößenzusammensetzung der Sohlsedimente am Main wird innerhalb einer Stauhaltung, aber auch in Fließrichtung, feiner (Abbildung 7).

Abbildung 7: Korngrößenzusammensetzung der Sohlsedimente im Main (Mayer et al., 1988).

2.3 Mosel

Die Mosel ist der zweitgrößte Nebenfluss des Rheins. Sie entspringt am Westhang der Südvogesen und mündet bei Koblenz nach 544 km in den Rhein (Rhein-km 592,3). Die Mosel ist eine staugeregelte Großschifffahrtsstraße, die von Apach bis Koblenz zu den Bundeswasserstraßen zählt. Die Fahrrinnenbreite beträgt 40 m und die Fahrwassertiefe zwischen Koblenz-Rauental und Apach 3 m. Die Mosel ist bis Neuves-Maisons schiffbar und besitzt 28 Stauhaltungen, 10 davon in Deutschland.

Die Mosel hat einen mittleren Abfluss von 315 m3/s bei Cochem und ist ein typischer Mittelgebirgsfluss mit hohen Abflüssen im Winter in Verbindung mit der Schneeschmelze und langen Niedrigwasserphasen im Sommer und Herbst (WSD-SW, 2007). Das Einzugsgebiet der Mosel umfasst Teile von Frankreich, Luxemburg, Belgien und Deutschland und hat insgesamt eine Größe von 28.146 km2. Die Kilometrierung der Mosel nimmt Richtung Moselmündung (Mosel-km 0) ab.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz In Abbildung 8 ist der Abflusslängsschnitt der deutschen Mosel für verschiedene des Rheins kennzeichnende Abflüsse am Pegel Cochem dargestellt. Es ist ersichtlich, dass zwischen Rheinnebenflüsse als Sediment- Trier und Koblenz die Abflussmengen nur gering zunehmen, da aus Hunsrück und Eifel nur lieferanten kleinere Bäche und Flüsse entwässern. Die größten Moselzuflüsse in Deutschland sind Sauer und Saar.

Abbildung 8: Abflusslängsschnitt der Mosel von Perl bis zur Mündung.

Im Rahmen der technisch ökologischen Untersuchungen der jüngsten Fahrrinnenvertiefung wurden Sohluntersuchungen in der Mosel durchgeführt. Die Dokumentation dieser Probennahmen und die Korngrößenverteilungen sind im Wesentlichen in BfG-Berichten niedergeschrieben (Tittizer und Schleuter, 1990, Tittizer und Schleuter, 1991a, Tittizer und Schleuter, 1991b, Tittizer und Schleuter, 1992, Schleuter, 1994, Schleuter, 1996, BfG und WSA Koblenz, 1998, Schleuter et al., 1998). In den untersuchten Abschnitten wurde vorwiegend grobkörniges Lockermaterial der Kiesfraktion und Geröll angetroffen. Diese weisen nur geringe Sand- und Schluffanteile auf.

In Abbildung 9 sind die maßgebenden Korndurchmesser dieser Schürfproben dargestellt. Die Verteilungen der Korndurchmesser unterscheiden sich dabei nicht signifikant. Mit Ausnahme von drei Schürfproben in der Stauhaltung Zeltigen liegen die maßgebenden Korndurchmessern zwischen 20 und 50 mm im Bereich der Grobkiesfraktion. In jeder Stauhaltung wurden auch einige Schürfproben mit wesentlich geringeren maßgebenden Korndurchmessern unter 20 mm in der Fein- bis Mittelkiesfraktion beprobt. Die dazugehörigen Schürfproben stammen möglicherweise aus Randbereichen oder aus schwach durchströmten Flussabschnitten. Mit Hilfe der Berichte kann dies nicht mehr eindeutig nachvollzogen werden. Die roten Punkte geben jeweils den Mittelwert des maßgebenden Korndurchmessers je Stauhaltung an. Aus den Stauhaltungen Koblenz, St. Aldegund, Winrich und Trier liegen keine Korngrößenangaben vor.

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Abbildung 9: Maßgebender Korndurchmesser je Beprobungsquerschnitt (schwarz). Die roten Punkte repräsentieren den mittleren Korndurchmesser je Stauhaltung (Datengrundlage: Umweltverträglichkeitsuntersuchungen zur Fahrrinnenvertiefung der Mosel).

Die Mosel fließt in Deutschland hauptsächlich durch das Rheinische Schiefergebirge. Daher stammt auch ein Großteil der in der Mosel transportierten Sedimente aus den Gesteinen des Schiefergebirges. Die zurückgelegten Transportstrecken sind meist gering, dies spiegelt sich vor allem an den flachen (plattigen) bis länglichen Kornformen und den kantengerundeten Sedimenten wider (EN ISO 1488). Nicht zuletzt liegt die plattige Kornform aber auch an der hervorragenden Spaltbarkeit entlang der Schichtflächen der anstehenden Schiefergesteine. Quarzitgesteine haben im Vergleich dazu einen massigen Charakter. Die Oberfläche der Sedimente ist häufig glatt. In Abbildung 10 sind Fotografien von 3 Sohlproben bei Mosel- km 142 abgebildet. Die Proben geben einen Überblick über das Aussehen der Moselsedimente, sind aber nicht für die gesamte Moselstrecke repräsentativ.

Abbildung 10: Sohlproben aus der Staustufe Wintrich bei Mosel-km 142 aus dem Jahr 1987 (Bertsch et al., 1988).

2.4 Kleine Nebenflüsse

Neben den großen Rheinzuflüssen Neckar, Main und Mosel gibt es in Deutschland noch zahlreiche weitere kleinere Rheinzuflüsse (Abbildung 11). Von 43 Zuflüsse existieren im Projektzeitraum Abflussdaten im Deutschen Gewässerkundlichen Jahrbuch (DGJ) (Tabelle 3). Nicht alle 43 Zuflüsse können hier einheitlich geographisch, hydrologisch und sedimentologisch eingeordnet werden, dafür unterscheiden sich Einzugsgebiete, Gefälle, Geologie Wasserführung etc. zu stark. Die räumliche Verteilung der Nebenflüsse kann Abbildung 11 entnommen werden.

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Abbildung 11: Überblick über einige ausgewählte direkte Rheinnebenflüsse in Deutschland.

Auch die kleineren Nebenflüsse sind meist mit Querbauwerken, Stauwehren, Schleusen, Stauseen, Talsperren und/oder Hochwasserrückhaltebecken verbaut und entsprechen keineswegs mehr ihrem natürlichen Zustand.

Tabelle 3: Nebenflüsse mit Einzugsgebietsgrößen der Pegel (AE0), mittlere Abflüsse (MQ) und mittlere Hochwasserabflüsse (MHQ). Fluss Pegel AEo Lage MQ MHQ DGJ in m2 in km in m3/s in m3/s Wiese Zell 206 29,4 7,83 82,7 2009 Elz Riegel 1102 12,3 21,6 182 2009 Wilde Gutach Simonswald 126 3,8 4,4 53,6 2009 Dreisam Ebnet 257 24,3 5,54 58,8 2009 Schiltach Hinterlehengericht 106 4,8 2,14 30,4 2009 Kinzig Schwaibach 954 32,2 22,7 303 2009 Schutter Lahr 130 35,8 1,4 28,3 2009 Rench Ramsbach 108 38,1 3,69 64,5 2009 Bühlot Altschweier 30,2 23,2 0,743 13,9 2009 Murg Bad Rotenfels 466 17 15,5 266 2009 Wieslauter Bobenthal 345 15,6 3,33 10,8 2009 Alb Ettlingen 150 23,5 2,37 28,5 2009 Dierbach Minfeld 24,1 2,8 0,079 2,14 2009 Erlenbach Rheinzabern 96,8 5,6 0,659 4,45 2009 Klingbach Herxheim 102 11,6 0,607 4,29 2009 Pfinz Berghausen 231 38 1,86 30,9 2009 Queich Siebeldingen 196 28,9 1,75 10,5 2009 Speyerbach Neustadt/Wstr. 312 25,6 2,22 7,89 2009 Kraichbach Ulstadt 161 33,4 1,1 8,18 2009 Leimbach Wiesloch 114 25,1 0,806 9,81 2009 Isenach Bad Dürkheim 68 27 0,272 5,42 2009 Eckbach Großkarlbach 63,2 19,2 0,148 1,58 2009 Pfrimm Monsheim 198 15 0,884 19,4 2009

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Weschnitz Lorsch 383 16 3,23 24,4 2009 Lauter Bensheim 26,8 1,1 0,286 3,75 2009 Rheinnebenflüsse Modau Eberstadt 90,6 15 0,784 10,1 2009 als Sediment- Schwarzbach Nauheim 135 13,8 0,6 2,23 2009 lieferanten Selz Oberingelheim 365 4,9 0,706 4,64 2007 Nahe Grolsheim 4004 7,4 30,6 427 2007 Wisper Pfaffental 170 4,5 1,04 14,1 2007 Lahn Kalkhofen 5304 106,4 46,8 379 2007 Saynbach Isenburg 155 9,1 1,65 16,8 2007 Nette Nettegut 368 2,8 2,35 19,4 2007 Wied Friedrichsthal 680 11 8,37 93,8 2007 Ahr Altenahr 748 31,7 7,05 87,8 2007 Sieg Menden 2825 8,6 53,1 558 2007 Wupper Opladen 606 5,33 14,9 122 2007 Itter Hilden 1 30,82 5,64 0,853 11,1 2007 Erft Neubrück 1595,43 9,75 16,3 31 2007 Düssel Erkrath 72,67 18,01 1,34 13 2007 Anger Ratingen 63,23 12,98 0,976 8,24 2007 Ruhr Hattingen 4118 56 71,3 560 2007 Lippe Schermbeck 1 4783 22,4 44,3 244 2007

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 3 Einfluss auf die Sedimentdurchgängigkeit Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Der Rhein und seine Nebenflüsse befinden sich, aufgrund der flussbaulichen Maßnahmen, auf weiten Strecken nicht in einem dynamischen Gleichgewicht. Unterstrom von Iffezheim und am Niederrhein zum Beispiel fehlt dem Rhein Sediment. Um dort einer fortschreitenden Sohlenerosion entgegenzuwirken, werden regelmäßig Sedimentzugaben durchgeführt. Aber auch die Rheinnebenflüsse sind von flussbaulichen Maßnahmen geprägt. Einerseits beeinflussen Bauwerken (Stauwehre, Schleusen etc.) die Sedimentdurchgängigkeit und andererseits finden regelmäßige Unterhaltungen statt.

3.1 Wehre

Der Einfluss der Bauwerke auf den Sedimenttransport und die Sedimentdurchgängigkeit ist von vielen Faktoren abhängig. Er ist abhängig vom Gewässer, der Art und der Steuerung des Querbauwerks und somit der Stauregulierung an sich. Aber auch sedimentologische (z.B. Kornzusammensetzung der Sohle) und hydrologische (z.B. Strömungsgeschwindigkeiten) Bedingungen spielen eine große Rolle. Grundsätzlich schränken anthropogene Eingriffe in den Feststoffhaushalt den natürlichen Feststofftransport ein (Habersack et al., 2013). An staugeregelten Gewässern ist das natürliche dynamische Transportgleichgewicht in den meisten Fällen gestört: Bei geringen bis mittleren Abflüssen findet Sedimentation statt, während bei Hochwasser abgelagerte Sedimente teilweise erodiert oder ausgespült werden (DVWK, 1993, Gebhardt et al., 2013).

An Neckar, Main und Mosel kommen in Mündungsnähe zwei Wehrtypen vor, Walzenwehre und Sektorwehre. Bei Sektorwehren kann zur Freigabe für den Hochwasserabfluss der Verschluss (Sektor) in die Sektorkammer im Wehrkörper abgesenkt werden (Abbildung 12). Bei einer Wasserführung der Mosel von zum Beispiel 165 m3/s oberstrom von Trier und 380 m3/s unterstrom von Trier fließt kein Wasser über die Wehre, da die Wassermenge komplett durch die Kraftwerke geleitet wird. Das bedeutet, dass die Wehre unterstrom von Trier an circa 275 Tagen nicht überströmt werden. Bei Hochwasser werden die Wehre völlig abgesenkt. Damit wird der gesamte Abflussquerschnitt freigegeben (WSD-SW, 2007).

Abbildung 12: Querschnitt durch ein Sektorwehr (WSD-SW, 2007).

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Walzenwehre bestehen zwischen den Wehrpfeilern aus zylindrischen Hohlwalzen, die mittels

Rheinnebenflüsse Kettenantrieb höhenverstellbar und drehbar gelagert sind. Bei Hochwasser werden die als Sediment- Walzen komplett in Höchstlage gezogen oder in Tiefstlage abgesenkt, um einen besseren lieferanten Hochwasserabfluss zu gewähren (Abbildung 13). Diese stählernen Verschlüsse können nach ihrer ein- oder zweiteiligen Konstruktion als Schützen-, Klappen-, Segment- oder Walzenverschlüsse überströmt und/oder unterströmt werden und dienen der Abfuhr von Hochwasser, Eis und Treibgut (WSA Aschaffenburg, 2013).

Abbildung 13: Links Walzenwehr bei Koblenz, die mittlere Walze wird überströmt (BAW, 1997). Rechts Querschnitt durch das Walzenwehr bei Koblenz gezeichnet (WSD-SW, 2007).

Ist das Wehr bei normalen Wasserständen nicht vollständig gelegt oder gezogen, gelangen hauptsächlich Schwebstoffe über die Wehre. Grundsätzlich kommt es oberstrom eines Wehres zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeiten und der Sohlschubspannungen und dadurch vor dem Wehr häufig zu Sedimentablagerungen. Da diese den Betrieb und die Sicherheit der Stauhaltung beeinflussen können, müssen sie durch Baggerungen oder Verspülungen entfernt werden. Bei Hochwasser, wenn die Wehre gelegt sind, können neben der Abfuhr von Eis und Treibgut auch vermehrt gröbere Sedimente über die Wehre abtransportiert werden. An den Nebenflüssen gibt es bislang jedoch keine Untersuchungen zur Durchgängigkeit von Sediment und zur Menge des transportierten Sedimentes über Wehre. Untersuchungen und Berechnungen mit numerischen Modellen der BAW haben ergeben, dass der Einflussbereich, unabhängig vom Verschlusstyp, im Verhältnis zur Stauhaltungslänge äußerst klein ist und nur Sedimente durch die Wehranlage transportiert werden, die auch bis in den Nahbereich der Wehranlagen gelangen könnten (Gebhardt et al., 2013). Maßgeblich ist nicht die Gestaltung der Wehranlage, sondern die Stauregulierung an sich (Gebhardt et al., 2013). Darüber hinaus wird angenommen, dass die Sedimentdurchgängigkeit auch von der Gestalt der Sedimentkörner und der Menge der zur Verfügung stehenden Sedimenten abhängig ist. Plattige Körner (z. B. aus der Mosel) lassen sich vermutlich weniger gut transportieren als gut gerundete Körner.

An der Mosel gibt es Abfluss- und Stauzielregelungen, in denen festgelegt und geregelt ist, bei welchen Wasserständen die Wehre wie geregelt werden müssen. Nach Überschreiten des „höchsten schiffbaren Wasserstandes (HSW)“ sind die Wehrverschlüsse in Tiefstlage bzw. Höchstlage zu fahren (VV-WSD Südwest 22-5, 2011). Ab diesem Zeitpunkt muss auch mit einer verstärkten Geschiebebewegung über das Wehr gerechnet werden. In Abbildung 14 ist stellvertretend für die Mosel die Stauzielregelung der Staustufe Lehmen dargestellt. Für

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Abflüsse kleiner 400 m3/s gilt Stauziel I, der gesamte Abfluss fließt durch das Kraftwerk. Bei des Rheins 3 3 Abflüssen bis 1200 m /s tritt Stauziel II in Kraft. Ab einem Abfluss von 1586 m /s bei Rheinnebenflüsse als Sediment- Lehmen werden die Wehrverschlüsse in Tiefstlage gefahren (Abbildung 15). lieferanten

Abbildung 14: Stauzielregelung an der Staustufe Lehmen (VV-WSD Südwest 22-5, 2011).

Abbildung 15: Höchster schiffbarer Wasserstand im Längsverlauf der Mosel und der dazugehöriger Abfluss (Quelle: Flys).

Am unteren Neckar werden die Wehre bis zur maximalen Schluckfähigkeit der Kraftwerke von den Kraftwerksbetreibern (Neckar AG) gesteuert. Danach übernimmt die WSV die Stauregelung der Wehre, welche nach Wehrfahrplänen in Abhängigkeit der Wasserstände erfolgt (Abbildung 16). Abhängig von der Wehranlage und deren Leistungsfähigkeit erfolgt bei Hochwasser Stauaufhebung, d.h. die Verschlusskörper am Wehr werden aus dem Abflussquerschnitt gefahren und der Abfluss erfolgt vollkommen frei (Abbildung 16). Eine automatische Stauzielregelung gibt es am unteren Neckar derzeit nicht (E-Mail WSA Heidelberg, 25.02.2013). Am Main wird an der letzten Staustufe Kostheim die Wehrführung aktuell von der Leitzentrale Kostheim durchgeführt. Bei der Steuerung spielt auch der Wasserstand im Rhein eine Rolle. Bei den nächsten beiden Staustufen stromauf, Eddersheim und Griesheim, mit bundeseigenen Kraftwerken erfolgt die Stauziel- und Abflussregelung durch das Kraftwerk Griesheim (E-Mail WSA Aschaffenburg, 22.03.2013).

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins

Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Abbildung 16: MQ und MHQ am Neckar (Flys) sowie die Wehrsteuerung an den letzten drei Neckarwehren vor der Mündung des Neckars in den Rhein bei höheren Abflüssen (WSA Heidelberg).

Die Querbauwerke haben jedoch auch eine Wirkung auf die Transportsortierung der Sedimente. In Mayer und Tippner (1987) ist beschrieben, dass die Korngrößenzusammensetzung in einer Stauhaltung in der Regel von oberstrom nach unterstrom immer feiner wird. Dies lässt sich dadurch begründen, dass die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und die Sohlschubspannung aufgrund des größer werdenden Fließquerschnittes durch den Aufstau abnimmt. Die Transportkapazität wird verringert und nur die feineren Sedimente können noch transportiert werden. Insgesamt spiegelt sich dies in der Regel auch über die gesamte Stauhaltungskette wider, die gröberen Kornanteile werden zunehmend zurückgehalten und bevorzugt die feineren Kornanteile werden durch die Stauhaltungen hindurch transportiert (Mayer und Tippner, 1987 S. 11). Gut beobachtet werden kann dieses Phänomen am Main (vgl. Abbildung 7). Im Neckar werden die Sohlsedimente in Richtung Mündung ebenfalls feiner (vgl. Abbildung 3), jedoch ist die vorhandene Datengrundlage nicht ausreichend um eine deutliche Verfeinerung erkennen zu können.

3.2 Flussbauliche Maßnahmen und Sedimentmanagement

Flussbauliche Maßnahmen und Sedimentmanagement hängen untrennbar zusammen. Die meisten Gewässer sind durch die jahrzehntelange und die bis heute andauernden flussbaulichen Maßnahmen stark verändert. Der Rhein zählt laut WRRL zu den „erheblich veränderten Wasserkörpern“ (IKSR, 2009). Durch regulierende Maßnahmen wie Buhnenbau, den Bau von Längswerken und Querbauwerken sowie die Befestigung der Ufer entstehen defizitäre Flusstrecken mit einem Geschiebemangel, aber es gibt auch Strecken in denen Anlandungen und Sedimentationsbereiche dominieren.

3.2.1 Neckar Neben zahlreichen Schleusenbauten, -erweiterungen und Grundinstandsetzungen wurde die Fahrrinne des Neckars zwischen Mannheim und Heilbronn zwischen den Jahren 1970 und 1984 von 2,50 auf 2,80 m unter Normalstau vertieft. 1987 wird dann auch die Fahrrinnentiefe zwischen Heilbronn und Plochingen auf 2,60 m erhöht. Gleichzeitig wird die Vertiefung auf

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz 2,80 m begonnen. Im Jahr 2000 wird die Fahrrinnentiefe von 2,80 m bis zum Endhafen des Rheins

Plochingen freigegeben. Auch die Vertiefungsarbeit am Neckar liegen in Projektzeitraum von Rheinnebenflüsse als Sediment- 1991 bis 2010. Da jedoch hauptsächlich die weiter oberstrom liegenden Bereiche betroffen lieferanten waren, hatte dies für den Rhein kaum eine Auswirkung.

Das Unterhaltungskonzept des WSA Heidelberg für den Neckar zwischen Mannheim (Neckar-km 4,6) und Heilbronn (Neckar-km 116,44) aus 2013 fasst die Baggermengen für die Jahre 1999 bis 2011 zusammen (Abbildung 17). Jährlich wurden im Amtsbereich des WSA Heidelberg 1.200 bis 42.000 m3 bindiges und nicht bindiges Sediment gebaggert (Englert, 2013). Das meiste Baggergut fällt, durch Hochwasser hervorgerufen, im Oberwasser und Unterwasser der Schleusenanlagen an (Englert, 2013). Von den 16 wiederkehrenden Baggerfeldern im Amtsbereich des WSA Heidelbergs liegen acht im Unterwasser der Schleusen, vier im Oberwasser der Schleusen und vier auf der freien Neckarstrecke. Nach dem Hochwasser im Dezember 2010 und im Januar 2011 wurden in den Außenbezirken Heidelberg, Eberbach und Bad Friedrichshall zum Beispiel 20 Baggerfelder lokalisiert, in denen bereichsweise die Fahrrinnentiefe von 2,80 m nicht mehr gegeben war. Insgesamt lagerten sich an Engstellen rund 20.000 t Sedimenten ab (Pressemitteilung WSA Heidelberg, 2011). Das gebaggerte Feinmaterial wird meist an Land deponiert. Während die gröberen Sedimente (Sand, Kies und Geröll) früher als Baustoff oder zur Herstellung von Betonerzeugnissen weiterverwendet wurden, ist es seit 2011 meist günstiger, das Baggergut in regionalen Bauschuttdeponien unterzubringen. Eine Verklappung oder Unterbringung im Neckar oder Rhein ist angesichts fehlender Einbaustellen seit 2004 nicht mehr vorgesehen. Anlandungen vor Wehranlagen, werden bei Hochwasser bis zu einem gewissen Grad wieder mobilisiert (E-Mail WSA Heidelberg, 25.02.2013).

Abbildung 17: Durchgeführte Nassbaggerarbeiten im WSA Heidelberg seit 1999 (Englert, 2013).

Eine Besonderheit am Neckar stellen die Seitenkanäle dar, welche es in fünf Stauhaltungen am Neckar gibt. Der Seitenkanal ist Fahrrinne und das darin gestaute Wasser wird zum Kraftwerk zur Energiegewinnung und zur Schleuse geleitet. Das Hochwasser wird über das alte Flussbett abgeleitet (WSD-SW, 2007). Am Neckar bestehen Seitenkanäle bei Pleidelsheim (4,7 km), Horkheim (3,0 km), Neckarsulm/Kochendorf (5,1 km), Wieblingen

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins (5,1 km) und Ladenburg (7,5 km). Besonders der Altneckar bei Ladenburg spielt

Rheinnebenflüsse möglicherweise eine Rolle als Puffer- oder Ausgleichszone (Abbildung 18). Der Altneckar ist als Sediment- mit vielen Inseln und Prall- und Gleithängen naturnah gestaltet. lieferanten

Abbildung 18: Schifffahrtskanal und Altneckar bei Ladenburg. Von links nach rechts: Schleuse, Kraftwerk, Wehr.

Eine Ausnahme bilden im Zusammenhang mit den Altneckararmen kleinere Baggerungen, die in Eigenregie durch das WSA Heidelberg durchgeführt werden (Abbildung 17, blau). Kiesig und sandiges Baggergut kann dann in kleinen Mengen im Unterwasser der Wehre der Altneckararme z.B. bei Ladenburg, wieder zugegeben (mündl. WSA Heidelberg). Aus ökologischer Sicht ist dies sehr wertvoll. Teilweise entstehen kleinere Kiesinseln, die jedoch beim nächsten Hochwasser wieder abgetragen werden.

3.2.2 Main Der Main muss ebenfalls regelmäßig unterhalten werden. In einem Bericht aus dem Jahre 1988 (Mayer et al., 1988) waren im Mainabschnitt zwischen Main-km 90 und der Mündung 17 Dauerbaggerstellen ausgezeichnet. Die Schwerpunkte bildeten dabei die Mündungsstrecke, die Stauhaltung Kostheim und die Stauhaltung Mühlheim. Diese Dauerbaggerstellen existieren in diesem Umfang im Projektzeitraum nicht mehr. Dennoch wird im Main vor allem nach Hochwasserereignissen regelmäßig gebaggert. Baggerungen finden im Unterwasser der Wehre statt. Im Oberwasser der Wehre muss nur selten gebaggert werden, da nach Hochwasserereignissen das Wehr kurze Zeit ein Stück geöffnet bleibt, um den Stauraum zu spülen. Gebaggerte Sedimente werden laut WSA Aschaffenburg/WSA Schweinfurt nicht umgelagert, sondern an Land verbracht und dem Main dauerhaft entzogen. Auch die Fahrrinne des Mains wurde bzw. wird vertieft. Die Maßnahmen zum Fahrrinnenausbau oberstrom von Würzburg sind noch in der Umsetzung, während der Streckenabschnitt von der Mainmündung bis nach Würzburg bereits fertiggestellt wurde.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz 3.2.3 Mosel des Rheins

An der Mosel befinden sich Baggerschwerpunkte kiesiger Sedimente vor allem im Rheinnebenflüsse als Sediment- Unterwasser der Stauwehre. Im Unterwasser der Staustufe Lehmen muss durchschnittlich alle lieferanten 2 Jahre eine Menge von 20.000 m3 bis 40.000 m3 gebaggert werden (mündl. Herr Franke, Abz Brodenbach). Dies entspricht einer Menge von 15.000 m3, die sich dort im Mittel jedes Jahr ablagert. Regelmäßig gebaggert werden auch die Mündungsbereiche der kleineren Nebenflüsse der Mosel (Abbildung 19), da diese Geröll und Steine an ihren Mündungen ablagern und diese die Schifffahrt gefährden können.

Mosel

Kiesbank

Mündung Elzbach

Abbildung 19: Mündung des Elzbach in die Mosel bei Mosel-km 34,3 am linken Ufer.

Weitere kleinere Sedimentationsbereiche bilden sich im Lee von Inseln und Halbinseln, die dem Ufer vorgelagert sind, zum Beispiel in der Mosel an der Winninger Ferieninsel Lange und an der Campinginsel Sonnenwerth bei Hatzenport. Um diese Inseln herum sind häufig ökologisch wertvolle Flachwasserbereiche durch Sedimentation von Sand entstanden. Häufig treten auch Anlandungen in den Gleithängen der Flusskrümmungen auf, als Beispiel sei hier Dieblich bei Mosel-km 15 genannt. Baggerschwerpunkte für Feinsedimente sind die Bereiche vor den Schleusenanlagen und Hafenanlagen. Im Winninger Hafen (Mosel-km 12,2) lagern sich vor allem Sedimente der Sand- und Schluffkorngröße ab. Anlandungen von Feinsedimenten vor Wehranlagen können bei Hochwasser bis zu einem gewissen Grad wieder mobilisiert werden.

In Abbildung 20 sind die Baggermengen der Mosel im Zeitraum von 1992 bis 2010 dargestellt. Als Datengrundlage dienen Angaben der Wasser- und Schifffahrtsämter Koblenz und Trier (grün) sowie die Datenbank BauMags (blau).

Übertiefen liegen zum Beispiel bei Alken (Mosel-km 24) in Flussmitte, bei Kattenes (Mosel- km 23,2) im Prallhang und bei Lay (Mosel-km 9) vor (mündl. Herr Franke, Abz Brodenbach). Gebaggerte Sedimentmengen werden nach Möglichkeit in diesen Untiefen verbracht. In Gesprächen mit den örtlichen Stellen der WSV hat sich gezeigt, dass die gebaggerten Sedimente in den meisten Fällen nach oberstrom verbracht werden (mündl. Herr Bauer, Abz Brodenbach). Sind die gebaggerten Sedimentmengen sehr groß, werden diese in Abstimmung mit dem WSA Bingen im Rhein verbracht. Im Rahmen der Fahrrinnenvertiefung (1992-2000) war dies zum Beispiel der Fall (Tabelle 7). Sedimente, die

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins im Unterwasser der letzten Staustufe bei Koblenz gebaggert werden, werden fast immer im

Rheinnebenflüsse Rhein verbracht. als Sediment- lieferanten

Abbildung 20: Baggermengen (m3) in der Mosel im Zeitraum von 1992-2010 (Quelle: BauMags, WSA Koblenz/Trier).

Zusätzlich führte ein Strukturwandel in der Binnenschifffahrt zu größeren Schiffseinheiten in der Mosel und damit zu einer Vertiefung der Fahrrinne zwischen 1992 und 1999 von 2,70 m auf 3,0 m unter Ausbauwasserstand (Weitzel 1999). Durch die Stauregelung war bereits auf längeren Strecken jeweils oberhalb der Stauwehre ausreichende Wassertiefe vorhanden. Untiefen gab es meist unterhalb der Staustufen (30 cm plus 20 cm Tiefenreserve) und diese mussten im Rahmen der Fahrrinnenvertiefung beseitigt werden (Weitzel 1999) (Abbildung 21). Insgesamt wurden im Zuge der Fahrrinnenvertiefung in der Mosel auf deutscher Seite rund 900.000 m3 Sediment gebaggert. In den rheinnahen Stauhaltungen bis Enkirch (Mosel- km 102,97) erwies es sich als wirtschaftlich, das Baggergut für den Kolkverbau und als Sedimentzugabe im Rhein zu verwenden (Weitzel 1999). Das Baggergut der Stauhaltungen ab Zeltingen nach oberstrom wurde zur Rekultivierung von Kiesgruben und, sofern es geeignet war, im Straßenbau verwendet.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins

Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Weitzel, 1999

Abbildung 21: Talweg aus der Peilung von 1998 (Datengrundlage: Flys).

Tabelle 4 enthält Baggermengen aus den Stauhaltungen der Mosel und ihre Umlagerungsorte im Rhein. Die Moselsedimente wurden bei Koblenz an der Königsbacher Brauerei (km 586-587), bei Andernach (km 612,6-613,6) und oberstrom von Remagen (km 631-633) verbracht. Insgesamt wurden zwischen 1992 und 2000 357.000 m3 aus der Mosel in den Rhein umgelagert (Tabelle 4). Es ist zu beachten, dass Tabelle 4 einige Unstimmigkeiten gegenüber den Aussagen von Weitzel (1999) enthält. Das Baggergut aus der Stauhaltung Zeltingen wurde ebenfalls im Rhein verbracht.

Tabelle 4: Umlagerungsmengen von der Mosel in den Rhein im Zeitraum 1991 bis 2010 (Datengrundlage: BauMags).

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 4. Datengrundlage für die Bestimmung der Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten Sedimentfrachten

Für die Auswertungen in diesem Bericht stehen neben verschiedenen Literaturquellen auch verschiedene Datengrundlagen zur Verfügung. Die Datengrundlagen werden in diesem Kapitel näher erläutert.

4.1 Schwebstoffdauermessnetz der WSV

Der Transport von Schwebstoffen (Feinschwebstoffe, suspendierter Sand) in der Wassersäule wird an Neckar, Main und Mosel sowie an der Lahn langjährig an Dauermessstationen erfasst. An den Dauermessstationen wird werktäglich eine Schöpfprobe an der Wasseroberfläche des Gewässers (Einpunktmessungen) durch die örtlichen Stellen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung entnommen. An einem vordefinierten Punkt des Gewässerquerschnittes findet eine Entnahme mit einem 5 l Schöpfgefäß statt. Jede Schöpfprobe wird direkt an der Messstelle mit einem zuvor an der BfG registrierten und gewogenen Papierfilter mit Hilfe eines Keramiktrichters filtriert. Die Filtertüten werden getrocknet und zusammen mit dem Messprotokoll monatlich an das Feststofflabor der BfG zurückgesandt. Im Klimaraum des Feststofflabors der BfG werden die Filtertüten klimatisiert. Nach Erreichen der Gewichtskonstanz wird durch Bestimmung der Gewichtsdifferenz zwischen „vollem“ und „leerem“ Filter unter Berücksichtigung des Probenvolumens die Schwebstoffkonzentration in g/m3 bestimmt (gravimetrische Filtration). Die Messdaten werden als Tagesmittelwert der Schwebstoffkonzentration in der Schwebstoffdatenbank (SchwebDB, Datenbank der BfG des Schwebstoffmonitorings Binnen) abgelegt (Hillebrand et al., 2014). In Tabelle 5 sind die entsprechenden Messstationen an Neckar, Main, Lahn und Mosel aufgelistet. Die Berechnung des Schwebstofftransportes der Nebenflüsse basiert im Wesentlichen auf dieser Datengrundlage. Schwebstoffvielpunktmessungen und Geschiebemessungen an einzelnen Querprofilen werden an den Nebenflüssen nicht durchgeführt. Es ist davon auszugehen, dass der Schwebstofftransport aufgrund der oberflächennahen Probennahme und der nicht kontinuierlich durchgeführten Messungen im Verlauf eines Jahres unterschätzt wird. Neue Schwebstoffmessungen mit Sonden haben gezeigt, dass die Unterschätzung der Schwebstofffrachten in abflussreichen Jahren deutlich höher ist als in abflussarmen Jahren.

Die Schwebstofffrachten am Neckar werden durch vier Dauermessstationen Deizisau, Poppenweiler, Lauffen am Neckar und Rockenau erfasst. Die Fehlwerte bei Poppenweiler, Lauffen am Neckar und Rockenau sind relativ gering (Tabelle 5). An der Messstation Deizisau wurde der Messbetrieb im Jahr 2003 eingestellt. Am Main werden die Messstellen Viereth, Marktbreit, Steinbach, Kleinheubach und Eddersheim für die Auswertungen verwendet. Die Fehlwerte liegen mit Ausnahme der Messstelle Viereth unter 5 %. An den restlichen Messstellen Garstadt, Erlabrunn und Eichel wurde der Messbetrieb eingestellt bzw. mit andere Messstationen zusammengelegt. Wetzlar und Kalkofen sind die beiden

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Messstellen an der Lahn mit 27,9 % und 18,8 % Fehlwerten im Zeitraum 1991-2010. Trotz des Rheins der großen Anzahl an Fehlwerten werden diese beiden Messstellen für die Bestimmung der Rheinnebenflüsse als Sediment- Schwebstofffrachten aus der Lahn, herangezogen. In der Mosel liegen die Fehlwerte an der lieferanten Messstelle Wincheringen bei 1,8 %, bei Detzem bei 43,8 %, bei Cochem bei 4,2 % und bei Brodenbach bei 18,3 %. Bei Detzem wurde 2002 und bei Brodenbach 2009 der Messbetrieb eingestellt, dies erklärt dort die hohe Anzahl an Fehlwerten (Tabelle 5).

Tabelle 5: Überblick über die Datengrundlagen an Neckar, Main, Lahn und Mosel aus dem Schwebstoffdauermessnetz im Projektzeitraum von 1991 bis 2010.

4.2 Ländermessstellen

An den kleineren, direkten Rheinnebenflüssen werden die Schwebstoffkonzentrationen teilweise durch die Bundesländer Rheinland-Pfalz (Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht in RLP) und Nordrhein-Westfalen (Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, NRW) erhoben. Die Erhebungen der Messungen erfolgen als Stichprobe meist ein- bis zweimal pro Monat. An acht Messstellen liegt eine ausreichende Anzahl an Messwerten vor, um Konzentrations-Abfluss-Beziehungen aufstellen zu können (Tabelle 6, blau). An weiteren fünf Messstellen liegen nur sporadische Messungen vor (Tabelle 6, weiß), diese können für eine grobe Abschätzung der Sedimentfrachten benutzt werden. Die Schwebstoffkonzentrationen an den Ländermessstellen werden meist mit mobilen oder stationären Durchflusszentrifugen bestimmt (QHF, 1999). Für die weitere Auswertung muss beachtet werden, dass sich die Messmethode der Ländermessstellen von den Bundesmessstellen unterscheidet.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Tabelle 6: Anzahl der Schwebstoffmessungen an den Ländermessstellen.

Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

4.3 ADCP-Messungen und Korngrößenbestimmung

Ergänzend zu den Dauermessnetzen der WSV und der Bundesländer liegen vereinzelt ergänzende Messungen vor. An Neckar- und Moselmündung wurde zum Beispiel im Jahr 2013 eine ADCP-Messung mit Erfassung des Schwebstofftransportes durchgeführt. Dafür wurden im Nebenfluss, oberstrom der Mündung im Rhein und unterstrom der Mündung im Rhein ADCP-Vollprofilmessungen gefahren und bei jeder Vollprofilmessung an je drei Messlotrechten jeweils drei Kalibrierproben in festgelegten Tiefenstufen zur Bestimmung der Schwebstoffkonzentration entnommen. Die Kalibrierprobenentnahme erfolgte mit einer Ruttnerflasche. Die Kalibrierproben wurden im Feststofflabor der BfG mit einer Unterdruckfiltrationsanlage gefiltert und die Schwebstoffkonzentration gravimetrisch ermittelt. Anschließend erfolgte eine Bestimmung der Kornzusammensetzung je Querschnitt und je Tiefenstufe mit einem Laser Analyser LS 13320. Die Proben mussten teilweise je Querschnitt für die Tiefenstufen zusammengefasst werden, um genügend Probenmaterial für die Korngrößenanalyse zur Verfügung zu haben. Mit Hilfe der im Labor gewonnenen Daten können Konzentrations- und Korngrößenverteilungen, bezogen auf die einzelnen ADCP- Vollprofile, erstellt und die Schwebstofffracht für jedes einzelne Vollprofil berechnet werden. Die Auswertung der ADCP-Vollprofilmessungen erfolgt mit der Software ViSea. Die errechneten Schwebstofffrachten der einzelnen Vollprofile werden anschließend verglichen sowie der Frachtanteil des Nebenflusses bestimmt. Weitere Details zur Messdurchführung und Auswertung können dem internen Arbeitsbericht „Test der ADCP-Vollprofilmessungen mit Kalibrierprobenahme mit Ruttnerflasche auf dem MB „Nemo“ im Moselmündungsbereich“ und Astor et al. (2014) entnommen werden.

An WSV-Dauermessstationen, die auf den Einsatz von Sonden umgerüstet wurden (Hillebrand et al., 2014), wurden im Zuge des Projektes „Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins“ weitere Korngrößenanalysen durchgeführt, um die Feinschwebstoffanteile von den suspendierten Sandanteilen abgrenzen zu können. An den Messstellen Cochem (Mosel), Funktonne (Mosel), Marktbreit (Main) und Güdingen (Saar, kein direkter Rheinzufluss) liegen einzelne Korngrößenanalysen vor (Tabelle 7). Die Vorgehensweise der Bestimmung der Korngrößenverteilungen sind im Bericht (Astor et al., 2014) nachzulesen.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Tabelle 7: Bestimmung der Korngrößenverteilung einiger ausgewählter Schwebstoffproben an des Rheins den Nebenflüssen Mosel, Saar, Main und Neckar (Astor et al., 2014). Rheinnebenflüsse Konzentration dm Ton Schluff Sand Ton Schluff Sand Abfluss als Sediment- 3 lieferanten Datum Fluss Name mg/l µm mg/l % m /s 27.12.2010 Mosel Dauermessstation Cochem 65 11 13 47 4 20 73 7 974 28.12.2010 Mosel Dauermessstation Cochem 51 13 10 36 4 20 72 8 796 04.03.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 79 16 5 68 5 7 87 6 221 25.02.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 78 21 6 64 8 8 82 10 203 07.07.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 8 12.07.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 7 21 1 6 1 8 83 10 60 13.07.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 7 29.08.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 6 38 0 5 5 6 72 23 81 02.09.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 7 01.04.2011 Mosel Dauermessstation Cochem 29 15 5 21 2 17 75 9 126 21.04.2011 Mosel Funktonne Mosel 34 41 1 25 8 3 73 25 115 06.06.2011 Mosel Funktonne Mosel 25 27.06.2011 Mosel Funktonne Mosel 9 37 1 11 3 8 72 21 65 15.06.2011 Mosel Funktonne Mosel 11 25.04.2013 Mosel Vollprofilmessung Mosel (Tiefe: 1,5 m) 15 16 1 13 1 9 84 7 189 25.04.2013 Mosel Vollprofilmessung Mosel (Tiefe: 3 m) 9 15 1 8 0 9 87 4 189 25.04.2013 Mosel Vollprofilmessung Mosel (Tiefe: 4,5 m) 8 14 1 7 0 10 88 3 189 26.12.2011 Saar Dauermessstation Güdingen 19 32 1 14 4 6 74 20 34 08.12.2011 Saar Dauermessstation Güdingen 83 21 9 64 10 11 77 12 58 08.12.2011 Saar Dauermessstation Güdingen 84 20 10 64 10 12 76 12 58 19.12.2011 Saar Dauermessstation Güdingen 74 22 12 51 11 16 69 14 91 19.12.2011 Saar Dauermessstation Güdingen 76 21 9 57 10 12 75 13 91 16.08.2011 Main Dauermessstation Markbreit 8 33 1 5 1 12 69 19 75 08.06.2011 Main Dauermessstation Markbreit 17 19 3 12 2 17 71 12 110 19.12.2011 Main Dauermessstation Markbreit 88 10 16 70 2 18 80 2 181 20.12.2011 Main Dauermessstation Markbreit 82 9 17 64 1 21 78 2 176 21.12.2011 Main Dauermessstation Markbreit 70 11 11 57 2 16 82 2 205 22.12.2011 Main Dauermessstation Markbreit 71 10 12 59 0 17 83 0 205 23.12.2011 Main Dauermessstation Markbreit 93 9 17 76 0 19 82 0 215 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 1,5 m) 19 21 1 16 2 8 81 11 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 2,5 m) 20 16 2 18 1 8 88 4 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 3,5 m) 20 19 1 17 2 8 84 8 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 1,5 m) 21 16 1 19 0 7 93 0 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 3,0 m) 21 19 2 17 2 8 84 8 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 4,5 m) 19 14 2 18 0 9 91 0 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 1,5 m) 18 12 2 16 0 9 91 0 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 2,5 m) 17 13 1 15 0 9 91 0 186 18.09.2013 Neckar Vollprofilmessung Mannheim (Tiefe: 4,0 m) 17 12 2 15 0 11 89 0 186

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 5. Morphologie und Sedimenttransport Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Für den Transport von Geschiebe und Schwebstoffen sind eine Reihe von Faktoren wie das Liefer- und Einzugsgebiet, das Relief bzw. die Geometrie des Gerinnes sowie der Ausbaugrad und im Gewässerbett vorhandene Bauwerke von Bedeutung (Dröge, 1996). Die morphodynamischen Prozesse selbst werden meist wesentlich durch Strömung und Schifffahrt beeinflusst. Für die Betrachtung des Schwebstofftransportes in den Nebenflüssen Neckar, Main, Lahn und Mosel in den kleineren Nebenflüssen werden im folgenden Kapitel die vorhandenen Schwebstoffdaten für den Zeitraum 1991 bis 2010 ausgewertet, wie sie in Kapitel 4 beschrieben wurden. Für den Geschiebetransport gibt es jedoch lediglich einige Angaben aus der Literatur. Zunächst wird auf das methodische Vorgehen bei der Auswertung eingegangen.

5.1 Methodik

5.1.1 Schwebstoffdauermessstationen Alle Dauermessstationen weisen im Untersuchungszeitraum von 1991 bis 2010 mehr oder weniger große Datenlücken auf. Aufeinanderfolgende Fehlwerte der Schwebstoffkonzentrationen werden mit Formel 1 korrigiert, sofern die fehlende Zeitspanne weniger als 30 Tage umfassten.

QTag Formel 1 = ⋅ CTag gesucht CmJahr QmJahr

mit 3 CTag gesucht [g/m ] fehlende Schwebstofftageskonzentration 3 CmJahr [g/m ] mittlere Schwebstoffkonzentration des Jahres mit dem Fehlwert 3 QTag [m /s] Tagesabfluss am Tag des Fehlwertes 3 QmJahr [m /s] mittlerer Abfluss des Jahres mit dem Fehlwert

Die korrigierten Datenreihen der mittleren Tagesschwebstoffkonzentrationen werden mit dem Tagesabfluss des zugehörigen Pegels multipliziert, um die Schwebstofftransporte in kg/s zu berechnen. Aus dem Schwebstofftransport werden anschließend die mittleren Tagesfrachten berechnet. Aus den Zeitreihen von 1991 bis 2010 kann dann eine mittlere Jahresfracht berechnet werden.

5.1.2 Transport-Abfluss-Beziehung an den Ländermessstellen Für die kleineren Nebenflüsse liegen keine kontinuierlichen Tagesschwebstoffkonzentrationen vor. Daher wurde an acht Messstellen auf die Aufstellung von Konzentrations-Abfluss-Beziehungen zurückgegriffen. Dafür wurden die Abflüsse zum Zeitpunkt der Messung der Schwebstoffkonzentrationen gegen diese in einem Diagramm aufgetragen und mittels Potenzfunktion (Formel 2) gefittet.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz b des Rheins Formel 2 qc = a ⋅Q Rheinnebenflüsse mit als Sediment- 3 lieferanten qc [g/m ] Schwebstoffkonzentration a [--] Koeffizient aus Konzentrations-Abfluss-Beziehung b [--] Exponent aus Konzentrations-Abfluss-Beziehung Q [m3/s] Tagesmittel des Abflusses am zugehörigen Pegel

Die ermittelte Potenzfunktion (Tabelle 8) wird dann mit den Tagesabflussreihen multipliziert, um die Schwebstofftransporte in kg/s zu erhalten. Aus dem Schwebstofftransport werden anschließend die mittleren Tagesfrachten berechnet. Aus den Zeitreihen von 1991 bis 2010 kann dann eine mittlere Jahresfracht berechnet werden.

b Tabelle 8: Schwebstoffkonzentrations-Abfluss-Beziehungen der Form qc=aQ für ausgewählte Messstellen der Rheinnebenflüsse. Q Fluss Messstelle a b max MHQ Pegel m3/s m3/s Nahe Gerolstein 2,7510 0,5424 563 427 Dietersheim Lahn Mündung 2,9426 0,3807 244 379 Kalkofen Wupper Opladen 1,3172 0,6433 157 122 Opladen Lippe Schermebeck 1,4626 0,5487 274 244 Schermbeck Erft Neubrück 0,1570 1,9690 23 31 Neubrück Sieg Menden 1,2837 0,4515 613 558 Menden Selz Oberingelheim 63,3190 0,2616 4 4,64 Oberingelheim Ruhr Mündung 3,8266 0,1637 561

Ruhr Kahlenberg 1,2244 0,3634 63 71,3 Hattingen

Die vorhandenen Daten an den Nebenflüssen Isenach, Pfrimm, Nette, Wied und Ahr reichen nicht für die Aufstellung einer Konzentrations-Abfluss-Beziehung aus. Für eine vorsichtige Schätzung werden aus den vorhandenen Schwebstoffkonzentrationen Mittelwerte gebildet, welche mit dem mittleren Jahresabfluss multipliziert einen Transport ergeben. Es muss beachtet werden, dass die Unsicherheit dieser Schätzung sehr groß ist, da neben der Berechnung auch die Häufigkeit und Art der Messung nur eine grobe Frachtabschätzung zulassen (QHF, 1999).

5.1.3 Korngrößenverteilungen der Schwebstoffe Die Bestimmung der Korngrößenverteilungen der Schwebstoffe ist in Astor et al. (2014) nachzulesen. Die Mittelung aller Korngrößenanalysen am Rhein und seinen Nebenflüssen hat einen Sandgehalt von rund 9,2 % ergeben. Dieser Mittelwert wird direkt für die Berechnung des suspendierten Sandes aus den Nebenflüssen übernommen. Wie ebenfalls in Astor et al. (2014) beschrieben steht, ist der Sandgehalt von 9,2 % mit einige Unsicherheiten behaftet. Es konnten zum Beispiel keine lückenlosen Auswertungen für das gesamte Abflussspektrum und für den gesamten Rheinlauf gemacht werden.

5.1.4 Übertragbarkeit auf kleinere Nebenflüsse Die 43 Nebenflüsse, an denen Abflussdaten vorhanden sind, werden mit Hilfe der Einzugsgebietsgröße am letzten Pegel vor der Mündung in sieben Einzugsgebietskategorien

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins eingeteilt. In jeder Kategorie existiert mindestens ein Nebenfluss, an dem

Rheinnebenflüsse Schwebstoffkonzentrationen und Schwebstofffrachten ermittelt werden konnten (Tabelle 9). als Sediment- Es wurde nun vereinfacht angenommen, dass alle Flüsse einer Kategorie die gleichen lieferanten Schwebstofffrachten aufweisen, unabhängig von weiteren Faktoren wie Gefälle, Liefergebiet, Wasserführung etc. Die Kategorie mit einer Einzugsgebietsgröße > 10000 km2 wird von den Nebenflüssen Neckar, Main und Mosel repräsentiert. Die Schwebstofffrachten dieser Nebenflüsse werden gemäß Kapitel 5.1.1 berechnet.

Tabelle 9: Kategorisierte Einzugsgebietsgrößen der Nebenflüsse und repräsentative Flüsse dieser Kategorie. Einzugsgebietsgröße (km2) repräsentativer Fluss < 100 Isenbach 100-200 Pfrimm 200-500 Selz 500-1000 Wupper, Wied und Ahr 1000-2000 Erft 2000-5000 Sieg, Nahe, Ruhr, Lippe und Lahn > 10000 Neckar, Main und Mosel

5.2 Ergebnisse: Feinschwebstoffe und suspendierter Sand

5.2.1 Neckar Zwischen 1991 bis 2010 liegen die mittleren gemessenen Schwebstoffkonzentrationen im Neckar bei 21 bis 28 g/m3. Die maximal gemessene Schwebstoffkonzentration wurde mit über 2.000 g/m3 am Neckar bei Rockenau gemessen. An der Messstelle Deizisau wird eine mittlere Schwebstofffracht von 77.000 t/a ermittelt, bei Poppenweiler von 87.000 t/a und bei Lauffen am Neckar von 120.000 t/a. Bis Rockenau nehmen die Schwebstofffrachten schließlich bis auf 261.000 t/a zu (Abbildung 22). Der Anstieg der Schwebstofffrachten zwischen Lauffen am Neckar und Rockenau lässt sich durch die wasserreichen Neckarzuflüsse Kocher und Jagst erklären. Der Anteil des suspendierten Sandes an der Schwebstofffracht wird auf 9,2 % geschätzt (Astor et al., 2014), da am Neckar keine Korngrößenanalysen zur Korngrößenzusammensetzung der Schwebstoffe existieren. Für den Neckar wurde an der Messstelle Rockenau eine suspendierte Sandfracht von circa 24.000 t/a berechnet. Es wird angenommen, dass diese Menge auch in den Rhein transportiert wird.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins

Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Abbildung 22: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen am Neckar.

5.2.2 Main Für die Auswertungen in diesem Bericht werden fünf Messstationen der insgesamt acht Mainmessstationen genauer betrachtet. Die mittleren Schwebstoffkonzentrationen am Main bewegen sich in Abhängigkeit der Messstelle zwischen 21 und 27 g/m3. Die maximal gemessenen Schwebstoffkonzentrationen wurden bei Kleinheubach mit 712 g/m3 erfasst. Am Main nehmen die Schwebstofffrachten von Viereth von rund 74.000 t/a zunächst auf 98.000 t/a bei Marktbreit, 111.000 t/a bei Steinbach, 201.000 t/a bei Kleinheubach zu, bevor sie kurz vor der Mainmündung bei Eddersheim bis auf beinahe 260.000 t/a ansteigen (Abbildung 23). Der Anteil des suspendierten Sandes an der gesamten Schwebstofffracht wird auf 9,2 % (Astor et al., 2014) geschätzt. Daraus ergibt sich eine suspendierte Sandfracht von 23.600 t/a für den Main in Mündungsnähe.

Abbildung 23: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen am Main.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 5.2.3 Mosel

Rheinnebenflüsse Für den Zeitraum von 1991 bis 2010 liegen die mittleren gemessenen als Sediment- 3 lieferanten Schwebstoffkonzentrationen in der Mosel bei 27 bis 31 g/m . Die maximal gemessene Schwebstoffkonzentration wurde bei Cochem mit 669 g/m3 gemessen, dieser Wert trat im abfallenden Ast einer Hochwasserwelle auf. In Abbildung 24 sind die Frachten für die Jahre 1991-2010 der vier Moseldauermessstationen dargestellt.

A B

C D

Abbildung 24: Berechnete Jahresfrachten an den WSV-Dauermessstationen Wincheringen bei Mosel-km 221,9 (A); Detzem bei Mosel-km 166,8 (B); Cochem bei Mosel-km 50,2 (C); Brodenbach bei Mosel-km 27,2 (D) für den Zeitraum von 1991-2010.

Die mittleren Jahresfrachten an der Mosel sind in Abbildung 25 (links) für den Zeitraum von 1991 bis 2010 dargestellt. Der Eintrag der Schwebstofffracht aus der Saar in die Mosel wird mit 100.000 t/a berechnet (Abbildung 25, rechts). An der Mosel nehmen die Frachten von Wincheringen über Detzem und Cochem nach Brodenbach zu. Dies ist grundsätzlich plausibel. Der größte Frachtanstieg ist zwischen Wincheringen und Detzem zu verzeichnen, dort steigt die Schwebstofffracht fast auf das Doppelte an, da bei Mosel-km 205,87 und 200,81 die beiden größten Nebenflüsse der Mosel, Sauer und Saar, münden. Die Sauer muss folglich eine ähnlich hohe Schwebstofffracht aufweisen wie die Saar, um den Frachtanstieg zwischen den beiden Messstellen Wincheringen und Detzem erklären zu können (Abbildung 25).

An der Messstelle Cochem und bei Koblenz wurden 2012 und 2013 11 Schwebstoffproben auf ihre Korngrößenverteilung untersucht. Für diese Proben wurde ein mittlerer Korndurchmesser von 22 µm bestimmt (Tabelle 7). Die Schwebstoffproben bestanden am Rhein und seinen Nebenflüssen durchschnittlich aus 9,2 % Sand (Astor et al., 2014). Wird dieser prozentuale Wert auf die berechneten Schwebstofffrachten an der Dauermessstation Brodenbach übertragen, ergibt sich eine Sandfracht von rund 56.000 t/a. Es wird angenommen, dass diese Sandfracht auch in den Rhein transportiert wird. Die

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Feinschwebstofffracht (Ton und Schluff), die in den Rhein gelangt, wurde mit 556.000 t/a des Rheins berechnet. Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Abbildung 25: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen der Mosel (links) und der Saar (rechts).

Ergänzende ADCP-Messungen liegen an der Mosel in ihrem Mündungsbereich vor. Die Ergebnisse dieser Messung sind in Tabelle 10 beschrieben. Aus der Mosel werden bei Abflüssen von 189 m3/s rund 1,9 kg/s an Schwebstofffracht in den Rhein transportiert. Oberstrom der Moselmündung wurden im Rhein bei Abflüssen von 2492 m3/s 71 kg/s gemessen bzw. unterstrom der Mündung bei einem Abfluss von 2640 m3/s 76 kg/s. Bedingt durch den Zufluss der Mosel steigen die Schwebstofffrachten im Rhein an. Der Anstieg von 5 kg/s (entspricht einem Anstieg der Schwebstofffrachten um 6,6 %) zwischen den beiden Rheinquerschnitten oberstrom und unterstrom der Moselmündung lässt sich nicht exakt aus den Messwerten der Schwebstofffracht der Mosel erklären. Die gemessene Fracht aus der Mosel liegt jedoch in der Größenordnung der Frachtdifferenz im Rhein. Es muss beachtet werden, dass zum Zeitpunkt der Messung in der Mosel geringe Abflüsse vorlagen und die gemessenen Schwebstoffkonzentrationen folglich ebenfalls relativ niedrig waren. Diese Messung ist für die Schwebstofffracht aus der Mosel nicht repräsentativ, da die Abflussbedingungen mit 189 m3/s im Vergleich zum Jahresabflussgeschehen extrem gering waren. Auch zeitliche Variationen der Schwebstofffracht in Mosel und Rhein lassen sich während der Messungen nicht ausschließen, obwohl die gesamten Messungen in nur drei Stunden abgeschlossen wurden. Zu gegebener Zeit sollten diese Messungen bei höheren Abflüssen aus der Mosel wiederholt werden.

Für die Sedimentfrachten der Mosel sind auch in der Literatur einige Angaben vorhanden. Dröge (1996) untersuchte im Zeitraum von 1982 bis 1993 mittleren Schwebstoffkonzentrationen an der Mosel, die auf Messdaten des gleichen Messnetzes basieren. Die Schwebstoffkonzentrationen liegen bei Dröge (1996) zwischen 30 und 35 g/m3, maximal beschreibt er Schwebstoffkonzentrationen von bis zu 1000 g/m3 bei Hochwasserereignissen. Es muss beachtet werden, dass die Messdaten die Dröge (1996) betrachtet, fast vollständig vor der Moselvertiefung erfasst wurden. Dröge (1996) beschreibt eine Schwebstofffrachtzunahme von Apach/Perl von 320.000 t/a auf 800.000 t/a an der Moselmündung. Er geht von einem diffusen Eintrag von 1.000 t pro Jahr und Kilometer aus, Sauer und Saar sind jedoch Hauptlieferanten der Schwebstoffe. Darüber hinaus beschreibt Dröge (1996), dass die Schwebstoffe in der Mosel hauptsächlich aus mineralischen

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Bestandteilen der Schluffkorngröße und nur zu circa 5 bis 10 % aus organischen

Rheinnebenflüsse Beimengungen und etwas Sand bestehen. Diese Auswertungen decken sich weitestgehend als Sediment- mit den Auswertungen in diesem Bericht. lieferanten

Tabelle 10: Vollprofilmessungen vom 25.04.2013 im Bereich der Moselmündung Abstand (m) Tiefe (m) Konzentration dm Ton Schluff Sand Ton Schluff Sand Abfluss Schwebstofftransport 3 Me sste lle Fluss-km zum li. Ufer unter WOF mg/l µm mg/l % m /s kg/s Mosel, Koblenz 0,4 27 1,5 28,7 Mosel, Koblenz 0,4 53 1,5 6,1 16 1,4 12,5 1,0 9,4 83,7 6,7 189 Mosel, Koblenz 0,4 80 1,5 10,1 Mosel, Koblenz 0,4 27 3 9,9 Mosel, Koblenz 0,4 53 3 7,5 15,1 0,8 7,6 0,4 9,1 86,5 4,4 189 1,905 Mosel, Koblenz 0,4 80 3 8,8 Mosel, Koblenz 0,4 27 4,5 7,1 Mosel, Koblenz 0,4 53 4,5 8,8 14,1 0,8 7,4 0,2 9,5 87,8 2,7 189 Mosel, Koblenz 0,4 80 4,5 9,3 Rhein, Koblenz 590,3 77 1,5 26,6 Rhein, Koblenz 590,3 154 1,5 25,5 21 2,8 21,8 2,5 10,3 80,5 9,2 2492 Rhein, Koblenz 590,3 231 1,5 29,0 Rhein, Koblenz 590,3 77 3 26,7 Rhein, Koblenz 590,3 154 3 32,4 17,5 3,2 25,5 0,7 10,9 86,6 2,5 2492 70,76 Rhein, Koblenz 590,3 231 3 29,1 Rhein, Koblenz 590,3 77 4,5 33,2 Rhein, Koblenz 590,3 154 4,5 28,8 13,7 3,7 27,5 0,0 11,8 88,2 0,0 2492 Rhein, Koblenz 590,3 231 4 31,7 Rhein, Neuendorf 593 72 1,5 28,5 Rhein, Neuendorf 593 143 1,5 28,7 15,6 2,5 25,8 0,1 8,7 90,9 0,4 2640 Rhein, Neuendorf 593 215 1,5 27,8 Rhein, Neuendorf 593 72 3 26,5 Rhein, Neuendorf 593 143 3,5 85,4 13,1 4,1 42,8 0,5 8,6 90,3 1,1 2640 75,855 Rhein, Neuendorf 593 215 3 30,4 Rhein, Neuendorf 593 72 4,5 26,1 Rhein, Neuendorf 593 143 5,5 - 16,3 2,6 26,0 0,0 9,1 90,9 0,0 2640 Rhein, Neuendorf 593 215 4,5 31,0

5.2.4 Lahn Die Lahn führt im Durchschnitt Schwebstoffe mit einer Konzentration von 20 bis 21 g/m3. Die maximal gemessenen Schwebstoffkonzentration beträgt bei Kalkofen 935 g/m3. Für die Schwebstofffrachten wurden 26.300 t/a bei Wetzlar und 58.000 g/m3 bei Kalkofen berechnet (Abbildung 26). Von Wetzlar bis Kalkofen steigen die Schwebstofffrachten um mehr als das Doppelte an. Daraus ergibt sich bei einem Sandanteil von 9,2 %, ein Sandeintrag von 5.300 t/a und ein Feinschwebstoffeintrag von 52.600 t/a in den Rhein.

Abbildung 26: Mittlere Jahresschwebstofffracht an den WSV-Dauermessstationen der Lahn.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz 5.2.5 Kleinere Nebenflüsse des Rheins

Die Frachten der kleineren Nebenflüsse wurden, wie in Kapitel 5.1.2 beschrieben, berechnet. Rheinnebenflüsse als Sediment- Die Ergebnisse der Frachtabschätzung und die Übertragung der Ergebnisse auf weitere lieferanten Nebenflüsse sind in Tabelle 11 aufgelistet. Werden die Frachten aus den kleineren Rheinnebenflüssen (ohne Neckar, Main, Lahn und Mosel) aufsummiert, ergibt sich ein jährlicher Schwebstoffeintrag von rund 74.000 t/a in den Rhein. Dieser Schwebstoffeintrag entspricht rund 1/16 des Schwebstoffeintrags aus den großen Nebenflüssen Neckar, Main, Lahn und Mosel mit rund 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr.

Tabelle 11: Übersicht über die Einzugsgebietskategorien der jeweiligen Rheinnebenflüsse. Aufgelistet sind neben hydrologischen Randwerten auch die abgeschätzten Schwebstoffeinträge in den Rhein. Mündung Abfluss Fracht

Kla sse n Fluss Pegel AE0 Rhein MQ MHQ (* geschätzt) [km²] [km²] [km] [m³/s] [m³/s] [t] <100 Bühlot/Sandbach Altschweier 30 336,1 0,74 13,90 50* Itter Hilden 1 30,82 721,1 0,853 11,1 50* Eckbach Großkarlbach 63 440,2 0,15 1,58 50* Anger Ratingen 63 770,9 0,98 8,24 50* Isenach Bad Dürkheim 68 438,4 0,27 5,42 56 Düssel Erkrath 73 730,8 1,34 13,00 50* Modau Eberstadt 91 473,5 0,78 10,10 50* 100 - 200 Klingbach Herxheim 102 380,2 0,61 4,29 500* Rench Ramsbach 108 314,6 3,69 64,50 500* Leimbach Wiesloch 114 409,8 0,81 9,81 500* Schwarzbach Nauheim 135 492,9 0,60 2,23 500* Alb Ettlingen 150 367,6 2,37 28,50 500* Saynbach Isenburg 155 599,8 1,65 16,80 500* Kraichbach Ulstadt 161 409,0 1,10 8,18 500* Wisper Pfaffental 170 540,1 1,04 14,10 500* Queich Siebeldingen 196 384,7 1,75 10,50 500* Pfrimm Monsheim 198 446,7 0,88 19,40 542 200-500 Wiese Zell 206 169,0 7,83 82,70 1000* Pfinz Berghausen 231 383,2 1,86 30,90 1000* Dreisam Ebnet 257 253,5 5,54 58,80 1000* Speyerbach Neustadt/Wstr. 312 400,2 2,22 7,89 1000* Wieslauter/Lauter Bobenthal 345 355,5 3,33 10,80 1000* Selz Oberingelheim 365 518,7 0,71 4,64 997 Nette Nettegut 368 608,7 2,35 19,40 1000* Weschnitz Lorsch 383 454,5 3,23 24,40 1000* Murg Bad Rotenfels 466 344,5 15,50 266,00 1000* 500-1000 Wupper Opladen 606 703,3 14,90 122,00 5425 Wied Friedrichsthal 680 610,2 8,37 93,80 3031 Ahr Altenahr 748 629,4 7,05 87,80 1420 Kinzig Schwaibach 954 298,2 22,70 303,00 5000* 1000-2000 Elz Riegel 1102 253,5 21,60 182,00 6000* Erft Neubrück 1595 735,5 16,30 31,00 5590 2000-5000 Sieg Menden 2825 659,4 53 558 17036 Nahe Grolsheim 4004 529,1 31 427 17507 Ruhr Hattingen 4118 780,1 71 560 19263 Lippe Schermbeck 1 4783 814,5 44 244 20260 Lahn Kalkhofen 5304 585,7 47 379 57963 >10000 Neckar Rockenau SKA 12710 428,2 136 1210 260518 Main Frankfurt-Osthafen 24764 496,6 193 989 256804 Mose l Cochem 27088 592,3 315 2110 612337

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 5.3 Geschiebetransport

Rheinnebenflüsse als Sediment- Abschätzungen zum Geschiebetransport in den Nebenflüssen sind schwierig. An den lieferanten Nebenflüsse werden keine Geschiebemessungen durchgeführt. Der Geschiebetransport ist abhängig von der Transportkapazität und der Geschiebeverfügbarkeit des Gewässers. Auf die Transportkapazität haben Faktoren wie die Rauigkeit der Sohle und die Mobilität des Sohlsediments einen erheblichen Einfluss (BAFU, 2013). Bislang wurde angenommen, dass der Geschiebetransport aus staugeregelten Nebenflüssen in den Rhein vernachlässigbar ist, da die Sedimentdurchgängigkeit aufgrund der Querbauwerke stark gehemmt wird. Es gibt verschiedene Anhaltspunkte, die auf Geschiebetransport in den staugeregelten Nebenflüssen schließen lassen oder mit denen Geschiebetransport ausgeschlossen werden kann: • Mündungsbereich von Nebenflüssen: Kiesbänke oder/und Schwemmfächer im Mündungsbereich des Nebenflusses können ein Hinweis auf Geschiebetransport aus dem Nebenfluss sein. Aufgrund des Wasserrückstaus vor der Mündung und der Aufweitung können sich aufgrund reduzierter Sohlschubspannungen Sedimente ablagern. Im umgekehrten Fall kann am Mündungsbereich eines Nebenflusses oder im Hauptstrom kurz unterstrom der Mündung Erosion auftreten. Aufgrund erhöhter Wassermenge kann mehr Sediment transportiert werden als möglicherweise im Hauptstrom vorhanden ist. Das Geschiebedefizit wird dann durch Sohlerosion ausgeglichen. Dieser Fall wird seit Jahren an der Moselmündung beobachtet. Unterstrom der Moselmündung im Rhein werden daher regelmäßige Geschiebezugaben durchgeführt. • Kolke: Ein Kolk entsteht durch Erosion an der Flusssohle. Werden Kolke in einer Stauhaltung größer, kann dies ein Hinweis auf (lokalen) Geschiebetransport sein. • Sedimentationsbereiche: Sedimentationsbereiche entstehen überall dort, wo zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeiten und das Gefälle abnehmen oder sich der Querschnitt vergrößert. Muss in staugeregelten Flüssen regelmäßig gebaggert werden, ist dies häufig ein Anzeichnen eines zumindest lokalen Geschiebetransportes. Verlandung von Nebenarmen und Buhnenfeldern kann ebenfalls ein Hinweis auf Geschiebetransport sein, jedoch können in Stillwasserbereichen und strömungsberuhigten Arealen auch Feinsedimente, die in Schwebe transportiert wurden, sedimentieren. • Wehre: Regelmäßige Baggerungen im Oberwasser des Wehres deuten auf eine geringe Sedimentdurchgängigkeit hin. Bedingt durch die Ablagerungen im Oberwasser entstehen im Unterwasser der Wehre häufig Kolke. Das Sediment, welches im Oberwasser sedimentiert, fehlt dem Fluss im Unterwasser und der Fluss muss sein Frachtdefizit durch Sohlerosion wieder ausgleichen. In einer bestimmten Entfernung zum Wehr nehmen die Sohlschubspannungen allmählich wieder ab und gröbere Sedimente lagern sich in Form von Sand- oder Kiesbänken wieder ab. Bei höheren Abflüssen kann aber auch ein Geschiebetransport über das Wehr ursächlich für die Entstehung einer Kiesbank im Unterwasser sein. Am IWW der RWTH Aachen University wurde jüngst in einer Bachelorarbeit eine Umfrage gestartet, bei der Wehrbetreiber entlang des Rheins und seinen Nebenflüssen zur

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz Sedimentdurchgängigkeit über Wehre befragt wurden. Wie sich aus der Umfrage abzeichnet, des Rheins ist der Großteil der Wehr für Sedimente, zumindest bei bestimmten Abflusssituationen, Rheinnebenflüsse als Sediment- durchgängig. Details der Umfrage können bei Bittner (2014) nachgelesen werden. lieferanten

5.3.1 Neckar Die Abschätzung des Geschiebetransportes am Neckar ist schwierig. Grundsätzlich muss am Neckar verstärkt nach Hochwasser gebaggert werden. Dies bestätigen zum einen historische Aufnahmen der BAW (Abbildung 27) und zum anderen Angaben des WSA Heidelberg (Kapitel 3.2.3). Das WSA Heidelberg bestätigt grundsätzlich einen Geschiebetransport in den Stauhaltungen des Neckars und bei höheren Abflüssen auch über die Wehre hinweg. Höhere Abflüsse am Neckar werden mit Abflüssen über MHQ gleichgesetzt. Der MHQ am Pegel Rockenau am Neckar wird im Zeitraum von 1991 bis 2010 gerade mal an 18 Tagen, also ungefähr an einem Tag pro Jahr, überschritten. In Abbildung 27 ist ein Bild aus dem Jahre 1935 nach einem Hochwasserereignis dargestellt, welches sandige Geschiebeablagerungen vor dem Kraftwerk im Oberwasser Neckarsteinach aufweist.

Abbildung 27: Geschiebeablagerung vor dem Kraftwerkseinlauf bei Neckarsteinach nach dem Hochwasser im Februar 1935 (Quelle: WSA Heidelberg).

Am Neckar stellen die Seitenkanäle und die zugehörigen alten Flussläufe eine Besonderheit dar. Seitenkanäle gibt es bei Pleidelsheim, Horkheim, Neckarsulm/Kochendorf, Wieblingen und Ladenburg. Sie leiten das vom Wehr gestaute Wasser mit geringem Gefälle zum Kraftwerk und zur Schleuse und sind zugleich Fahrrinne. Hochwasser werden über das alte Flussbett abgeführt (WSD-SW, 2007). Sind die Wehre bei Hochwasser gelegt, werden auch die Sedimente vermehrt in die alten Neckararme eingetragen. Auch bei kleineren Baggerungen, die direkt vom WSA Heidelberg in Eigenregie durchgeführt werden, werden sandige und kiesige Sedimente in diese alten Neckararme umgelagert, da die Sedimente aus ökologischer Sicht dort sehr bedeutend sind. Die alten Neckararme weisen ausgeprägt Prall- und Gleithänge auf sowie kiesige und sandige Inseln, die häufig bewachsen sind. Es ist denkbar, dass die alten Neckararme den Sedimenttransport puffern. Es gibt jedoch keinerlei Untersuchungen dazu, die Annahmen bleiben also weiterhin eine Hypothese. Eine Untersuchung des Sedimenttransportes in diesen Neckararmen wäre in Zukunft wünschenswert.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Die Kenntnislage zum Geschiebetransport aus dem Neckar in den Rhein lässt keine

Rheinnebenflüsse Abschätzung zu. Die Gespräche mit dem WSA Mannheim und dem WSA Heidelberg lassen als Sediment- jedoch vermuten, dass der Geschiebetransport in einer vernachlässigbaren Größenordnung lieferanten liegt.

5.3.2 Main In Mayer et al. (1988) ist beschrieben, dass Angaben zum Geschiebetransport im Main nicht verlässlich sind. Bei der Recherche für diesen Bericht wurden ebenfalls keinerlei Angaben zum Geschiebetransport im Main gefunden. Auch das WSA Aschaffenburg bestätigt, dass im staugeregelten Main kein Geschiebetransport zu beobachten ist. Aufgrund der Korngrößenzusammensetzung der Sohlsedimente im Main ist grundsätzlich von zumindest zeitweisem Geschiebetransport auszugehen. In der letzten Stauhaltung Kostheim gehören bereits 70 % der Sohlsedimente zur Schluff- und Sandkorngröße. Auch am Main werden bei höheren Abflüssen die Wehre gelegt oder gehoben, so dass eine Durchgängigkeit des Geschiebes grundsätzlich möglich ist. Mündlich wurde vom WSA Aschaffenburg/Schweinfurt mitgeteilt, dass nach Hochwasser erhebliche Sedimentmengen im Unterwasser der Wehre gebaggert werden müssen. Nach einem Hochwasser bzw. Abflussereignis bleibt das Wehr noch kurze Zeit geöffnet, um den Stauraum zu spülen. Dies spricht für einen Geschiebetransport über das Wehr hinweg. Da die gebaggerten Sedimente nicht im Main verbleiben, wird auch die Sedimentmenge, die bei einem Hochwasserereignis über die letzte Staustufe bei Kostheim transportiert wird, nicht zwingend im Rhein ankommen. Grundsätzlich treten mittlere Hochwasserabflüsse (MHQ) im Main am Pegel Raunheim zwischen 1991 und 2010 an 55 Tagen auf. Dies entspricht ungefähr 2,8 Tagen im Jahr. Wenn Sedimente aus dem Main in den Rhein gelangen, werden diese vermutlich aufgrund ihrer Korngröße im Rhein in Schwebe transportiert.

5.3.3 Mosel Die Mosel und ihre größeren Nebenflüsse sind staureguliert und verbaut. Laut Dröge (1996) findet in der Mosel kein natürlicher Geschiebetransport mehr statt. Historische Aufnahmen der BAW beweisen jedoch, dass zumindest die Nebenflüsse der Mosel bei Hochwasser früher Geschiebe in die Mosel transportierten (Abbildung 28). Auch heute sind den kleineren Nebenflüsse Schwemmfächer vorgelagert. Diese lassen keine Rückschlüsse auf den Geschiebetransport der Mosel zu. In den einzelnen Stauhaltungen der Mosel gibt es Lockermaterial, welches lokal innerhalb der Stauhaltungen umgelagert werden kann. Dies wird an den lokalen Fehlstellen deutlich, denn hier muss zum Erhalt der Sicherheit der Schifffahrt häufig gebaggert werden.

In den technisch ökologischen Untersuchungen zur Fahrrinnenvertiefung wurden Abschätzungen zum Geschiebetransport durchgeführt. Überschlägige Berechnungen haben ergeben, dass die Flusssohle der Mosel weitestgehend stabil ist und Geschiebe je nach Stauhaltung und Sohlzusammensetzung erst bei Geschwindigkeiten zwischen 1,5 und 2 m/s bzw. bei kritischen Abflüssen zwischen 1.200 und 2.000 m3/s in Bewegung kommt (Dröge, 1996). Diese Angaben sind ungenau, da die Sedimente ein breites Korngrößenspektrum aufweisen, die Form der Sedimentkörner vernachlässigt wird und „Hiding-Exposure“-Effekte nicht berücksichtigt werden. Nimmt man dennoch an, dass Geschiebetransport an der Mosel

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz bei Abflüssen über 1.200 m3/s oder über 2.000 m3/s möglich ist (Dröge, 1996), wäre dies im des Rheins

Zeitraum von 1991 bis 2010 an nur 3,4 % bzw. 0,8 % der Tage möglich. Im Durchschnitt an Rheinnebenflüsse als Sediment- 12 bzw. 3 Tagen pro Jahr. lieferanten

Abbildung 28: Die Aufnahmen stammen aus dem Jahr 1961. (A) Der Endertbach floss bei Mosel-km 51,2 in die Mosel und brachte im Frühjahr Geschiebe mit. (B) Am linken Ufer (Blick stromauf) mündet der Ellerbach bei Mosel-km 74. Durch ein Hochwasser ist Geschiebe in die Mosel geleitet worden. (C) Bei Mosel-km 11,7 (Blick vom rechten Ufer stromauf) mündet der Kanderbach und lagert seine Geschiebefracht ab. (Quelle: Bildarchiv der BAW).

Gespräche mit dem WSA Koblenz und dem WSA Trier sowie eigene Beobachtungen haben ergeben, dass Geschiebetransport in der Mosel, auch über die Wehre hinweg, wahrscheinlich ist. In der Mosel wird Geschiebe nicht entnommen, daher ist davon auszugehen, dass das Geschiebe der Mosel in Gänze auch den Rhein erreicht. Der Geschiebetransport erfolgt zeitlich gesehen sehr langsam, da die hydrologischen Rahmenbedingungen für Geschiebetransport nur an wenigen Tagen pro Jahr gegeben sind. Zusätzlich verzögern die Querbauwerke den Geschiebetransport. Ein weiteres Kriterium, welches für einen geringen Geschiebetransport aus der Mosel spricht, ist der Mündungsbereich der Mosel in den Rhein. Dort wird Sohlerosion beobachtet. Um dieser Erosion entgegenzutreten, werden seit dem Jahr 2005 jährlich circa 21.000 m3 Geschiebe zugegeben. Die Geschiebefracht aus der Mosel in den Rhein wird im Projekt „Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins“ weiterhin als vernachlässigbar angenommen.

5.3.4 Herkunft des Rheingeschiebes Im BfG-Bericht „Herkunft des Rheingeschiebes – Ein geologisch-petrographischer Beitrag zum Geschiebeproblem“ aus dem Jahr 1980 (Gölz, 1980) wird die petrographische Zusammensetzung des Rheingeschiebes beschrieben. Durch die Mündung eines Nebenflusses in den Rhein kann in Abhängigkeit der petrographischen Zusammensetzung der Geschiebefracht dieses Nebenflusses ein sprunghafter Anstieg einer Gesteinsart im petrographischen Längsprofil des Rheins entstehen. Häufig erfolgt dieser Anstieg jedoch nicht in allen untersuchten Fraktionen parallel. Im Folgenden sind einige Beispiel aus Gölz (1980) genannt:

Neckar (Mündung bei Rhein-km 428,2) Aus der Veränderung der Geschiebezusammensetzung im Bereich des alten Neckarschwemmfächers (reicht bis zum heutigen Rheinlauf, bis circa 20 km oberstrom der heutigen Mündung) kann auf Kalkstein- (Muschelkalk), Buntsandstein-., Hornstein-,

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Kristallin- (in der Feinkiesfraktion) und auf Quarzkomponenten im Neckargeschiebe

Rheinnebenflüsse geschlossen werden. als Sediment- lieferanten Main (Mündung bei Rhein-km 496,6) Das Maingeschiebe ist in den groben Fraktionen durch einen hohen Buntsandsteinanteil gekennzeichnet. An der Main-Mündung ist daher ein deutlich Anstieg der Buntsandsteinanteile im Rheingeschiebe zu erkennen (Abbildung 29). Der Quarzgehalt ist meist höher als am Oberrhein, während die Karbonatführung sehr gering ist.

Mosel (Mündung bei Rhein-km 592,3) Das Geschiebe der Untermosel wird von Schiefergebirgsmaterial geprägt. Der Klastitanteil ist dementsprechend hoch und die Quarzkonzentration im Vergleich zum Mittelrhein gering. Komponenten mit längeren Transportstrecken gewinnen erst in der Sandfraktion an Bedeutung.

Abbildung 29: Petrographisches Längsprofil der Fraktion 16-31,5 mm von Rhein-km 178,0- 525,0.

Gölz (1980) beschreibt zum Beispiel, dass die westlichen Zuflüsse aus dem Haardt Quarz aus dem Pfälzer Buntsandstein liefern und dass die Pfrimm an ihrer Mündung bei Rhein-km 446,7 einen Anstieg von Quarzit aus dem Rotliegend der Saar-Nahe-Senke und einen Anstieg des Vulkanit-Anteils aus dem Donnersbergmassiv verursacht. Interessant erscheint auch die Tatsache, dass im Oberrheingeschiebe nur geringe Gesteinsanteile aus Schwarzwald und Vogesen (z.B. Granite) beobachtet werden. Kiesgruben in der Nähe des Rheins zeigen jedoch deutlich höhere Gesteinsanteile Schwarzwälder Ursprungs. Gölz (1980) schließt daraus, dass grobe Gesteinskomponenten bei der Anlieferung durch Gebirgsbäche beim Eintritt in die Oberrheinebene direkt in Form von Schwemmkegeln abgelagert wurden.

Alle diese Beobachtungen von Gölz (1980) geben Hinweise auf Geschiebetransport aus den Nebenflüssen, dieses Geschiebe muss jedoch nicht im Projektzeitraum von den Nebenflüssen angeliefert worden sein. Vielmehr wird es sich in den meisten Fällen um historisches Geschiebematerial handeln, welches dort im Laufe der Flussgeschichte abgelagert wurde. Diese Angaben von Gölz (1980) lassen auch keine quantitativen Abschätzung zu, stellen jedoch interessante Hintergrundinformationen für das allgemeine Verständnis dar.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 5.4 Diskussion Rheinnebenflüsse Die Betrachtung der geographischen, hydrologischen und sedimentologischen als Sediment- lieferanten Rahmenbedingungen der Rheinnebenflüsse zeigt, dass sich diese deutlich voneinander unterscheiden. Obwohl zum Beispiel Main und Mosel vergleichbare Einzugsgebietsgrößen und Fließlängen aufweisen, unterscheiden sie sich deutlich in ihrer Wasserführung. Neckar und Main durchfließen dagegen ähnliche geologische Einzugsgebiete, nämlich die triassische Schichtfolge, während die deutsche Mosel hauptsächlich devonische Ablagerungen durchfließt. Die Mosel ist wasserreicher als Neckar und Main und weist auch die höchsten Feinschwebstofffrachten mit 0,56 Mt/a auf. Neckar und Main haben vergleichbare mittlere Feinschwebstofffrachten von 0,24 und 0,23 Mt/a, obwohl der Neckar ein deutlich kleineres Einzugsgebiet entwässert und einen geringeren mittleren Jahresabfluss aufweist als der Main. Für die Lahn wurden Feinschwebstofffrachten von 0,053 Mt/a und für alle anderen kleineren Nebenflüsse zusammen 0,067 Mt/a bestimmt. Die Werte an Neckar, Main, Lahn und Mosel sind untereinander vergleichbar, da sie mit derselben Messmethode erhoben und auf die gleiche Art ausgewertet wurden. Jedoch werden die Schwebstofffrachten pro Jahr vermutlich unterschätzt. Die Probennahme erfolgte in oberflächennähe und nicht kontinuierlich (Kapitel 4.1). Vergleiche mit Schwebstofffrachten aus Sondenmessungen haben gezeigt, dass die Schwebstofffrachten mit Papierfiltern gegenüber den Sondenmessungen in abflussreichen Jahren deutlich unterschätzt werden. Für abflussärmere Jahre sind die Abweichungen wesentlich geringer.

Korngrößenanalysen von Schwebstoffproben am Rhein und seinen Nebenflüssen haben ergeben, dass im Mittel 9,2 % Sand in den Schwebstoffproben enthalten sind. Lokale Unterschiede des Sandgehaltes in den einzelnen Nebenflüssen sind wahrscheinlich, aber die Korngrößenanalysen der Schwebstoffproben aus den Nebenflüssen waren bisher nicht in ausreichender Anzahl vorhanden, um für jeden einzelnen Nebenfluss einen eigenen Wert bestimmen zu können. Als Annäherung wurde daher zunächst ein einziger konstanter Wert für den Sandgehalt aller Rheinnebenflüsse und für den Rhein selbst angenommen. Dies bestimmten Sandfrachten liegen in der gleichen Größenordnung wie die bislang nur abgeschätzten Sandfrachten aus den Nebenflüssen und bestätigen diese damit (Frings et al., 2013).

Die Durchgängigkeit der Nebenflüsse Neckar, Main und Mosel in Bezug auf die Feinschwebstoffe hängt weniger vom Wehrtyp oder der Art der Stauhaltung ab, vielmehr scheinen Hydrologie, Geologie und Topographie des Einzugsgebietes sowie die Gewässermorphologie weitaus größeren Einfluss zu haben. In Bezug auf gröbere Sedimente (Geschiebe) ist die Durchgängigkeit der Nebenflüsse meist bei Hochwasser gewährleistet und zwar ebenfalls unabhängig vom Wehrtyp. Denn die Wehre sind bei Hochwasser vollständig gelegt oder gezogen. Im Projektzeitraum von 1991 bis 2010 wurde das MHQ am Neckar an 18 Tage, am Main an 55 Tagen und in der Mosel an 53 Tagen überschritten. Diese scheinbar geringe Anzahl an Tagen darf jedoch nicht vernachlässigt werden, da gerade an abflussreichen Tagen der Großteil des Sedimenttransportes stattfindet. Bei Worms (Rhein-km 444, 4) zum Beispiel werden an den 53 abflussreichsten Tagen im Projektzeitraum (1991- 2010) 9 % des Geschiebetransportes abgeführt.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins 6. Zusammenfassung und Ausblick Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

Für die deutschen Rheinnebenflüsse lässt sich zusammenfassen, dass sie zunächst Sedimentlieferanten von Feinschwebstoffen und suspendiertem Sand sind. Grundsätzlich sind sie auch Sedimentlieferanten von Geschiebe, jedoch, aller Anzeichen nach, in einem weit geringeren Umfang und nur bei bestimmten hydrologischen Ereignissen.

Für die Aufstellung der Sedimentbilanz des Rheins wird die Geschiebefracht aus Nebenflüssen als Sedimentquelle vernachlässigt. Die Feinschwebstofffracht und die Sandfrachten fließen, wie in Tabelle 12 aufgelistet, als Sedimentquellen in die Sedimentbilanz ein.

Tabelle 12: Ergebnisse der Sedimentfrachten aus den untersuchten Rheinnebenflüssen. Einheit Neckar Main Mose l Lahn kl. Nebenflüsse 2 Einzugsgebiet km 14.000 27.300 28.146 5.925 < 100 - 5.000 Länge km 367 527 544 246 -- 3 MQ m /s 137 224 315 47 -- Staustufen Anzahl 27 34 28 24 --

Fracht Feinschweb Mt/a 0,24 0,23 0,56 0,053 0,067

Fracht Sand Mt/a 0,02 0,02 0,06 0,005 0,007 Fracht Geschiebe Mt/a ------

Um in Zukunft verlässliche Angaben zum Geschiebetransport in und aus Nebenflüssen machen zu können, sollte über die Durchführung einzelner Geschiebemessungen in Nebenflüssen nachgedacht werden. Alternativ zur Standardmethode könnte aber auch eine Tracertechnik o.ä. für Geschiebemessungen zum Einsatz kommen.

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Von der Quelle zur Mündung, eine Sedimentbilanz des Rheins Literatur Rheinnebenflüsse als Sediment- lieferanten

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