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Merkmale
Die Elbe ist als Tidegewässer geprägt von Ebbe und Flut, d.h. von dem (bei Sturmfluten besonders starken) Wechsel der Wasserstände und dem Wechsel der Fließrichtungen.

Sedimenttransport

Sedimente sind ein natürlicher Gewässerbestandteil. Sie bestehen aus feinen Sanden und Tonen sowie aus den groben Sanden des Meeresgrundes. Sedimentablagerungen bilden Lebensgrundlagen für eine Reihe von  Gewässerorganismen.

Tidegewässer weisen Zeiten und Zonen auf, in denen sich die Fließgeschwindigkeit des Flusses stark vermindert: wenn die Tide kentert, in den reibungsstarken Flachwasser- und Uferbereichen und in den Hafenbecken. Bei verminderter Fließgeschwindigkeit sinken die im Fluss transportierten Minerale zu Boden, sie „sedimentieren“. Tidegewässer bilden sehr dynamische Systeme, in denen Erosionen und Sedimentationen zu ständigen Veränderungen des Gewässerbettes führen.

Aufgrund der Erosion und Sedimentation verändern sich die Verläufe von Flussrinne und Uferlinien. Charakteristisch sind Stromspaltungen, Umlagerungen, wechselnde Gewässerbreiten, Kolke und Auflandungen in Form von Watten, Sänden und Inseln, Bildung von Nebenarmen und Uferabbrüchen. Vor der Zeit des Deichbaus bildeten sich in den unbesiedelten Vorländern ständig neue Rinnen und Priele, die auch als Pionierstandorte für Flora und Fauna dienten. Durch die periodischen Überflutungen entstanden verschiedene Süß- und Brackwasserzonen mit Anbindung an die Elbe. Unter natürlichen Bedingungen wachsen diese Marschen in Küstennähe oder an Flüssen am höchsten auf, da hier die meisten Schwemmstoffe abgelagert werden.



Im Hamburger Hafen wird die Elbe tiefer und ihre Fließgeschwindigkeit sinkt stark ab. Hier ist daher auch die stärkste Sedimentation zu beobachten.

Salzwasser, Brackwasser, Süßwasser

Ein tidebeeinflusstes Flusssystem wie die Elbe weist drei verschiedene Gewässerbereiche auf:
  • erstens das sich unter anderem aus dem Niederschlag im Einzugsbereich bildende sogenannte Süßwasser,
  • zweitens das Meereswasser/Salzwasser, das aufgrund seiner höheren Dichte in den Unterlauf drängt,
  • drittens das Brackwasser, das beim Aufeinandertreffen und Verwirbeln von Salz- und Süßwasser entsteht.
Jeder dieser Gewässerbereiche hat Gewässerabschnitte, in denen er dominiert. Die Lage dieser Zonen verändert sich innerhalb gewisser Bandbreiten durch die Gezeiten und die Menge des stromabwärts fließenden Niederschlagswassers.



Der ansteigende Meeresspiegel schafft tieferes Gewässer und vermehrt den Anteil des Salzwassers im Verhältnis zum „süßen“ Oberwasser. Damit schiebt sich die Tidegrenze – der Punkt, an dem Ebb- und Flutströmungen des Gezeitenmeeres im Fluss noch spürbar sind – langfristig landeinwärts. Gleichzeitig bewegen sich auch die Bandbreiten der Salz-(Meeres-)Wasserzone, der Brackwasserzone und der Süßwasserzone langfristig stromaufwärts.

Der Salzgehalt des Wassers hat eine erhebliche Bedeutung für die natürlichen Prozesse im Fluss selbst. Hier ist natürlich in erster Linie an die Flora und Fauna des Gewässers zu denken. Aber auch auf rein physikalische Prozesse hat der Salzgehalt Einfluss.

Salzwasser ist dichter und damit schwerer als Süßwasser. In der Brackwasserzone, wo das von Ebbe und Flut bewegte Salzwasser und das Süßwasser vom Oberlauf aufeinandertreffen, würde das Süßwasser eigentlich danach streben, auf das schwerere Salzwasser aufzuschwimmen. Dies verhindern die Gezeiten, die für eine intensive Durchmischung von Salz- und Süßwasser sorgen. Aber zumindest in Sohlnähe herrscht salzhaltiges Wasser vor und wandert bei Flut stromaufwärts. Dabei trägt es Minerale des Meeresgrundes den Flusslauf hinauf. Dieser Effekt funktioniert umso stärker, je tiefer das Wasser ist.

Sturmfluten

Es gibt Fluten, deren Wasserstand weit über das jeweilige vor Ort  „normale“ Tidehochwasser hinausragt. Weil diese besonders hohen Fluten vor allem durch besondere Windverhältnisse verursacht werden, heißen sie „Sturmfluten“. Am häufigsten treten sie während der Wintermonate auf, wenn sich über dem Nordatlantik Orkantiefs bilden.

Einflussfaktoren

Eine Sturmflut wird von der Windgeschwindigkeit, der Dauer der Windeinwirkung und dem Wirkweg (Fetch) des Windes beeinflusst. Der Wirkweg ist die Strecke, auf der der Wind auf die Wasseroberfläche einwirken kann. Der Wind macht aus kleinen Wellen große Wellen und vergrößert dadurch die Oberfläche und Rauhigkeit des Wassers, wodurch wiederum mehr Schubkraft vom Wind in das Wasser eingetragen wird („Windstau“). An jedem Küstenabschnitt gehört zu jeder Richtung ein Wirkweg. An der deutschen Nordseeküste ist der Wirkweg des Nordwestwindes viel länger als der des Westwindes.

Wenn ein kräftiges Tiefdruckgebiet  vom Nordatlantik zur Nordsee zieht, entsteht eine starke Luftströmung. Je nach Lage dieses „Sturmtiefs“ zu den benachbarten Hochdruckgebieten und deren Luftdruckverhältnissen, nach der Lage von Warm- und Kaltfronten und nach der Wanderrichtung und -geschwindigkeit des Tiefs, kann es zu einem Sturm (Windstärke 9 nach der Beaufort-Skala), einem schweren Sturm (Windstärke 10) oder sogar einem Orkan (Windstärke 12) kommen. Es gibt mehrere Zugbahnen von Tiefdruckgebieten, die erfahrungsgemäß zu Stürmen aus West- und Nordwestrichtung über der Nordsee führen, die bei ausreichend langer Dauer schwere oder sehr schwere Sturmfluten an der deutschen Nordseeküste hervorrufen. Modellrechnungen der Bundesanstalt für Wasserbau haben ergeben, dass maximaler Windstau auf der Elbe die Sturmflutscheitel bis zu 75 cm erhöhen kann.

Zugbahnen der Tiefdruckgebiete bei Sturmflutereignissen

Jede Sturmflut ist anders. Es gibt keine normale oder typische Sturmflut, und es gibt keinen Standardverlauf. Für die Elbe entsteht Sturmflutgefahr durch Tiefdruckgebiete, deren Zentren nördlich Dänemarks durchziehen. Ist dabei der Durchzug südöstlich ausgerichtet, fällt der Wirkweg über See am längsten aus (Sturmflut 1962).



Sturmfluten führten in der Vergangenheit immer wieder zu großen Landverlusten. Einige Sturmfluten führten zu katastrophenartigen Einbrüchen in besiedeltes Marschland und prägen die Topographie des Wattenmeeres und Küstengebietes bis heute.

Schutz vor Sturmfluten schuf sich der Mensch durch den Deichbau. Maßstab für den Deichbau sind heute die Auswertungen historischer Sturmfluten sowie die theoretische  sog. Bemessungssturmflut, die für alle wichtigen Wirkfaktoren besonders ungünstige Fälle unterlegt.