Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

D-INSAR-Forschung in China: Monitoring und
Analyse von Absenkungen und Hangrutschungen
Y. Xia und H. Kaufmann
Leveling and GPS surveying are the traditional methods to monitor and calculate surface subsidence and landslides.
However, just a limited number of discrete points can be exactly measured and the distribution and areal extent of the
affected regions are still unknown. Furthermore, a continuous frequent monitoring of large areas with the help of leveling
and GPS is rather expensive. Alternatively, the application of differential SAR Interferometry (D-InSAR) is a very
useful technique and thus, an important new method for the synoptic detection and monitoring of accurate subsidence
rates over extensive areas. We tested this new technology and our INSAR processing system for the monitoring of
subsidence in the region of Tianjin and the observation of landslides in the Three Gorges area in China.
Einleitung
Bodenabsenkungen, die durch massive Grundwasserentnahme
entstehen, stellen ein akutes Umweltproblem in
China dar. Sie bedrohen die städtische Infrastruktur, Straßen
und Brücken, Bahnhöfe und Flughäfen sowie auch
unterirdische Anlagen, beispielsweise die Kanalisation. In
China haben sich bereits drei große Absenkungszentren
gebildet – Shanghai im Yangtze-Flussdelta, die Su-Xi-
Chang-Region in der Provinz Jiangsu und die Hang-Jia-
Hu-Ebene in der Provinz Zhejiang. Der Absenkungsbereich
im Yangtze-Delta entspricht mit ca. 30.000 km 2 zwar
nur 0,3 % der Fläche Chinas, jedoch werden an dieser Stelle
15,3 % des Bruttosozialproduktes erwirtschaftet. In
Shanghai werden die Absenkungen bereits seit 1921 beobachtet.
Im Zeitraum von 1921 bis 1965 sank die Stadt um
1,76 m sowie deren Umgebung um fast 2 m relativ zum
Hochwasserniveau des Huangpu-Flusses. Zu dieser Zeit
wurde durch starken Regen oder Springfluten der halbe
städtische Bezirk überschwemmt. Personenschäden, Betriebsschließungen
und Verkehrsstillstand waren die Folge.
Der neue und immer stärker auszubauende Deich entlang
der Flüsse Suzhou und Huangpu gilt als dauerhaftes
Mahnsymbol für durch Oberflächenabsenkungen verursachte
Schäden und Gefahren.
Im Bereich von Nordchina, besonders in der Region der
drittgrößten Stadt Chinas, Tianjin, nehmen die Absenkungen
bereits katastrophale Ausmaße an. So wurde am
1. September 1992 in Folge einer Sturmflut von 5,93 m
über dem Gezeitenniveau der Hafen von Tangku überflutet,
mit einem Schaden von ungefähr 300 Million Yuan
(ca. 30 Million Euro). Nahe Tianjin wurde im Jahre 1965
das Ölfeld Dagang angelegt und seitdem industriell betrieben.
Durch massive Entnahme von juvenilem Grundwasser
für die Landwirtschaft kam es zu massiven Senkungen
von bis zu 80 m im Untergrund. Die beobachteten
Senkungsraten an der Erdoberfläche betragen 0,8 bis
1,7 m und bedrohen somit auch akut die Ölförderung.
Abwässer in Folge von Starkregenereignissen stellen ein
weiteres Problem für die städtischen Bezirke dar. Das fehlende
Gefälle der Abwasserleitungen verhindert ein schnelles
Abfließen und führt zur Versumpfung im Bereich der
Flussgebiete. Meerwasser fließt ins Landesinnere und verschlechtert
dadurch zusätzlich die Trinkwasserqualität in
den betroffenen Gebieten.
Hangrutschungen, besonders im Gebiet der Drei Schluchten
entlang des Yangtze-Flusses, repräsentieren ein weiteres
akutes Umweltproblem in China. Das größte Stauseeprojekt
Chinas, das Drei-Schluchten-Projekt, wurde realisiert,
um den aufkommenden Bedarf an Energie im Norden
des Landes sicherzustellen. Mit einer Gesamtlänge
von über 600 km und einer durchschnittlichen Breite von
1,1 km erreicht die Aufnahmekapazität des Yangtze-Stausees
39,3 Milliarden Kubikmeter Wasser. Die Länge des
Stauseeufers, die Speicherkapazität, die Anzahl der Umsiedlungen
und die ökologischen Veränderungen sind bisher
mit keinem anderen Projekt vergleichbar. Dadurch
ergeben sich jedoch auch erhebliche potentielle Gefahren.
Im Vordergrund stehen viele rezente Erdrutschungen und
Felsstürze, die entlang der Ufer des Flusses verstärkt auftreten.
Mehr als zweitausend großskalige Rutschungsmassen
sind bisher entdeckt worden. Seit 1982 traten mehr
als 70 Erdrutsche, Einstürze und Schlammströme auf, die
eine direkte Bedrohung für die zahlreichen in diesem
Raum lebenden Menschen und das Staudammprojekt darstellen.
Man schätzt, dass die Aufstauung des Flusses auf
geplante 175 m die Instabilität entlang der Uferzonen und
seiner Zuflüsse noch steigern wird. Die Gefahrenüberwachung
und -vorbeugung in der Drei-Schluchten-Region ist
deshalb ein wichtiges Anliegen während der Aufstauungsphase
und der späteren Bewirtschaftung. Gemeinsam
mit chinesischen Partnern soll deshalb ein Konzept zur
Gefahrenüberwachung und deren Vorhersage erarbeitet
und installiert werden, um dieses einzigartige Ökosystem
besser schützen zu können.
Traditionelle Überwachungs- und Messmethoden für Oberflächenabsenkungen
und Hangrutschungen sind geodätische
Verfahren wie Nivellement, Tachymetrie und GPS.
Dabei kann aber nur eine begrenzte Anzahl an diskreten
Punkten hochgenau vermessen werden. Dies hat zur Folge,
dass die eigentliche Verteilung und das Ausmaß der Absenkung
für das gesamte Gebiet weitgehend unbekannt sind und
interpoliert werden müssen. Außerdem scheitert eine konti-
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