13 Geophysik in Gewässern - OFD Hannover
13 Geophysik in Gewässern - OFD Hannover
13 Geophysik in Gewässern - OFD Hannover
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<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Dr. He<strong>in</strong>rich Krummel<br />
Dr. Roland Atzler<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Veranlassung:<br />
Kampfmittelverdacht/-funde <strong>in</strong> sensiblen Gewässern<br />
wie Badeseen, Biotopen, Wasserstraßen etc.<br />
Wasserstraßenbaumaßnahmen wie<br />
- Vertiefungen, Änderungen des Kanalprofils<br />
- Anlage von Neubauten wie Schleusen etc.<br />
Massenrohstoffgew<strong>in</strong>nung wie Kies und Sand<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 2
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Unterschiede Wasser - Land:<br />
Ke<strong>in</strong>e,<br />
aber<br />
denn die physikalischen Grundlagen der<br />
Messmethodiken zur Kampfmittelortung<br />
(Magnetik, TDEM) ändern sich im Wasser<br />
nicht.<br />
erhöhter technischer und logistischer Aufwand<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 3
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Unterschiede Wasser - Land:<br />
Folgende Randbed<strong>in</strong>gungen müssen Berücksichtigung<br />
f<strong>in</strong>den:<br />
- Wetter (vorhersagbar)<br />
- Schiffsverkehr (planbar)<br />
- Strömungen (schwer e<strong>in</strong>zuschätzen)<br />
- (Unterwasser-) H<strong>in</strong>dernisse (meist unbekannt)<br />
- Morphologie der Gewässersohle (meist unbekannt)<br />
- Geologischer Aufbau der Gewässersohle (meist unbekannt)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 4
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Schlüssel für e<strong>in</strong>e erfolgreiche Ortung:<br />
- Sensortyp<br />
- Auflösung des Sensors (Signal zu Rauschverhältnis)<br />
- Sensoranordnung<br />
- Sensorabstand<br />
- Genauigkeit <strong>in</strong> der Ortsangabe<br />
- Abstand des Sensors vom gesuchten Objekt<br />
- L<strong>in</strong>ienabstand und Sampl<strong>in</strong>g Rate<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 5
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Anforderungen an e<strong>in</strong>e qualifizierte Kampfmittelsuche<br />
- Die Suche muss alle potentiellen Kampfmittelkörper<br />
erfassen. Dazu ist e<strong>in</strong>e systematische flächenhafte Absuche der<br />
gesamten Fläche notwendig.<br />
- Die Genauigkeit der Ortsangabe von Störkörpern geht direkt <strong>in</strong> die<br />
Bergungskosten von Störkörpern e<strong>in</strong>. Diese s<strong>in</strong>d erheblich höher als<br />
an Land.<br />
- Die verwendete Sensor-Technologie muss auf den vorgegebenen<br />
Kriterien zur Kampfmittelortung abgestimmt se<strong>in</strong> wie<br />
max. Erkundungstiefe, Kampfmitteltyp etc.<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 6
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Fallbeispiel „Kupfergraben/Spreekanal Berl<strong>in</strong>-Mitte„<br />
Besondere<br />
Schwierigkeiten:<br />
- Innerstädtischer<br />
Bereich<br />
- Zahlreiche Brücken<br />
- Spundwände<br />
- Elektromagnetische<br />
Störungen durch<br />
U-Bahn-Verkehr<br />
Grafik: Böth<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 7<br />
Grafik: Guhrke
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
E<strong>in</strong>gesetzte<br />
Messverfahren<br />
Messverfahren Zielgröße Ergebnis<br />
Die Zielgröße der Fächerlotaufnahme<br />
Fächerlotsystem<br />
ist e<strong>in</strong>e lückenlose, hochauflösende<br />
Darstellung der<br />
Gewässergrundtopographie <strong>in</strong> Form<br />
e<strong>in</strong>es digitalen Höhenmodells.<br />
Sidescansonar<br />
Die Zielgröße der Sidescanaufnahme ist<br />
e<strong>in</strong>e georeferenzierte Darstellung der<br />
Reflektivität des Gewässergrundes<br />
durch grauwertkodierte Rückstreuwerte.<br />
Sedimentecholot<br />
Sedimentecholotaufnahmen s<strong>in</strong>d<br />
l<strong>in</strong>ienhafte oder flächenhafte<br />
Aufnahmen des Gewässergrundes mit<br />
niedriger Frequenz, die<br />
Impedanzsprünge im Gewässergrund<br />
messen und quasi Dichteänderungen<br />
aufzeigen.<br />
<strong>Geophysik</strong>alische<br />
Messungen<br />
Boomer-Seismik<br />
Magnetik<br />
TDEM<br />
Die geophysikalischen Messungen<br />
dienen zur Detektion von metallischen<br />
Objekten im Gewässergrund sowie zur<br />
Erkennung von größeren Störkörpern.<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 8
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
E<strong>in</strong>gesetzte<br />
Geräte<br />
Messverfahren Geräte Bilder<br />
Fächerlotsystem<br />
Sidescansonar<br />
SeatBat 8101 der<br />
Fa. Reson<br />
101 Messstrahlen im<br />
Abstand von 1,5°<br />
30 Messungen/s<br />
DF1000<br />
der Fa. EdgeTech<br />
Messfrequenz:<br />
100 kHz / 500 KHz<br />
Sedimentecholot<br />
SES2000 der<br />
Fa. Innomar<br />
Messfrequenz:<br />
100 kHz / 10 kHz<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 9
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
E<strong>in</strong>gesetzte<br />
Geräte<br />
Messverfahren Geräte Bilder<br />
Boomer-Seismik<br />
Schallsender-<br />
Empfänger<br />
Magnetik<br />
Gradiometer-<br />
Anordnung:<br />
Abstand: 1 m<br />
CSP300 der Fa.<br />
Applied Acoustic<br />
Engenieer<strong>in</strong>g<br />
P<strong>in</strong>grate: 6 P<strong>in</strong>gs/s<br />
Energie: 100 Joules<br />
Cs- Dampfmagn.<br />
G-858 der Fa.<br />
Geometrics<br />
Auflösung: 0,05 nT bei<br />
10 Messungen/s<br />
Messbereich:<br />
17.000 nT – 100.000 nT<br />
TDEM<br />
Zeitbereichs-<br />
Elektromagnetik<br />
EM61 S der<br />
Fa. Geonics<br />
Spulengröße:<br />
0,50 m x 1,00 m<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 4 Zeitkanäle<br />
10
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Sidescan Sonar (EdgeTech DF1000, 500 kHz Kanal)<br />
Auflösung 7 cm x 7 cm<br />
Beispiel:<br />
Zentral im Kanal<br />
verlaufende Messspur<br />
Zu sehen:<br />
Verlauf der Spundwände<br />
an den Seiten des Kanals<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 11
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Sidescan Sonar (EdgeTech DF1000, 500 kHz Kanal)<br />
Beispiel:<br />
Zentral im Kanal<br />
verlaufende Messspur<br />
Zu sehen:<br />
Schuttkörper mit zum<br />
Teil über 1 m großen<br />
Blöcken<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 12
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Sidescan Sonar (EdgeTech DF1000, 500 kHz Kanal)<br />
Beispiel:<br />
Zentral im Kanal<br />
verlaufende Messspur<br />
Zu sehen:<br />
Schuttkörper<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 <strong>13</strong>
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Sidescan Sonar (EdgeTech DF1000, 500 kHz Kanal)<br />
Beispiel:<br />
Zentral im Kanal<br />
verlaufende Messspur<br />
Zu sehen:<br />
Verschiedene<br />
E<strong>in</strong>zelobjekte:<br />
(2 Balken, großer Ste<strong>in</strong>)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 14
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Sidescan Sonar (EdgeTech DF1000, 500 kHz Kanal)<br />
Beispiel:<br />
Zentral im Kanal<br />
verlaufende Messspur<br />
Krater mit e<strong>in</strong>em<br />
Durchmesser von ca. 3 m<br />
ca. 4 m langer Balken<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 15
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Sidescan Sonar (EdgeTech DF1000, 500 kHz Kanal)<br />
Ergebnis:<br />
Ausweisung von<br />
Schuttkörpern im<br />
Kanal<br />
sowie<br />
auffällige<br />
E<strong>in</strong>zelobjekte<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 16
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Ergebnis:<br />
Detaillierte<br />
topographische<br />
Aufnahme der<br />
Gewässersohle<br />
(<strong>in</strong> NHN)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 17
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Ausschnitt mit<br />
Schuttfächer<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 18
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Ausschnitt:<br />
Draufsicht<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“ Quelle: Dipl.-Ing. Harald Böth Referat Geodäsie,<br />
17./18. November 2005 19<br />
Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Querschnitt<br />
durch<br />
Krater 1<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“ Quelle: Dipl.-Ing. Harald Böth Referat Geodäsie,<br />
17./18. November 2005 20<br />
Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Querschnitt<br />
durch den<br />
Kanal<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“ Quelle: Dipl.-Ing. Harald Böth Referat Geodäsie,<br />
17./18. November 2005 21<br />
Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Längsschnitt<br />
durch den<br />
Kanal<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“ Quelle: Dipl.-Ing. Harald Böth Referat Geodäsie,<br />
17./18. November 2005 22<br />
Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Ausschnitt:<br />
Perspektivische<br />
Darstellung<br />
Modell: GRID<br />
(0,20m x 020m)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“ Quelle: Dipl.-Ing. Harald Böth Referat Geodäsie,<br />
17./18. November 2005 23<br />
Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Multibeam-Messungen (Fächerlot)<br />
Topographie<br />
der<br />
Kanalsohle<br />
Gesamtansicht<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 24
Sedimentecholot<br />
Aufbau der<br />
Kanalsohle<br />
Ergebnis:<br />
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Schuttschicht<br />
ca. 1 m<br />
1 m<br />
Doppelecho<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 25
Sedimentecholot<br />
Aufbau der<br />
Kanalsohle<br />
Ergebnis:<br />
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Schuttschicht<br />
ca. 0, 5 m<br />
1 m<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 26
Sedimentecholot<br />
Ergebnis:<br />
Der Kanalboden<br />
ist flächig mit<br />
e<strong>in</strong>er<br />
Schuttschicht<br />
bedeckt, deren<br />
Mächtigkeit<br />
zwischen 0,40 m<br />
und 1,0 m liegt.<br />
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 27
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Zusammenführung: Multibeam / Sedimentecholot<br />
Topographie der<br />
Gewässersohle<br />
-<br />
Mächtigkeit<br />
der Schuttschicht<br />
=<br />
alte Kanalsohle ?<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 28
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Magnetik<br />
Datenbearbeitung<br />
notwendig:<br />
Orig<strong>in</strong>al<br />
Tiefpass entfernt<br />
elektromagnetische<br />
Störungen<br />
Gradientenfilterung<br />
entfernt E<strong>in</strong>fluss der<br />
Spundwände<br />
Orig<strong>in</strong>al Tiefpass Gradientenfilterung<br />
582<strong>13</strong>80<br />
582<strong>13</strong>80<br />
582<strong>13</strong>75<br />
582<strong>13</strong>75<br />
582<strong>13</strong>70<br />
582<strong>13</strong>70<br />
582<strong>13</strong>65<br />
582<strong>13</strong>65<br />
582<strong>13</strong>60<br />
582<strong>13</strong>60<br />
582<strong>13</strong>55<br />
582<strong>13</strong>55<br />
4595600 4595605 4595610 4595615 4595620 4595600 4595605 4595610 4595615 4595620<br />
-23000 -19000 -15000 -11000 -7000 -3000 1000<br />
Quelle: apl.Prof. Dr. Dr. habil. Kord Ernstson, J. Possekel, Fa. Georadar<br />
582<strong>13</strong>80<br />
582<strong>13</strong>75<br />
582<strong>13</strong>70<br />
582<strong>13</strong>65<br />
582<strong>13</strong>60<br />
582<strong>13</strong>55<br />
45 9560 0 4 5956 05 4595 610 459 5615 45 956 20<br />
-1000-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 29
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Magnetik<br />
Datenbearbeitung<br />
notwendig:<br />
Beispiel:<br />
Störkörper maskiert<br />
durch starkes<br />
Gradientenfeld<br />
Nach der<br />
Gradientenfilterung<br />
ist die Anomalie des<br />
Störkörpers gut zu<br />
erkennen<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
48000 56000 64000 72000 80000 88000 96000<br />
Summenfeld -<br />
"Bombe, maskiert von Spundwand"<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong> Quelle: apl.Prof. Dr. Dr. habil. Kord Ernstson, J. Possekel, Fa. Georadar<br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 30<br />
25°<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300<br />
Feld des gerichtet (25°) berechneten<br />
Horizontalgradienten -<br />
Unterdrückung des Trendfeldes -<br />
Betonung des Gradientenfeldes der "Bombe"
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Magnetik<br />
Profilabstand: 0,50 m<br />
Beispiel für e<strong>in</strong>en Bereich mit wenigen E<strong>in</strong>zelobjekte<br />
Auswertung von<br />
Objekten nach:<br />
Plausibilitätsprüfung<br />
h<strong>in</strong>sichtlich<br />
- Anomaliencharakteristik<br />
und<br />
- Tiefenlage*)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 31<br />
*) Objekte auf der Gewässersohle werden nicht berücksichtigt
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Magnetik<br />
Profilabstand: 0,50 m<br />
Auswertung von<br />
Objekten nach:<br />
Plausibilitätsprüfung<br />
h<strong>in</strong>sichtlich<br />
- Anomaliencharakteristik<br />
und<br />
- Tiefenlage<br />
Beispiel für e<strong>in</strong>en<br />
Bereich mit vielen<br />
E<strong>in</strong>zelobjekte<br />
(Verschrottung)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 32
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
TDEM (Zeitbereichselektromagnetik)<br />
Messspule:<br />
0,50 m x 1,00 m<br />
Abstand zur<br />
Gewässersohle:<br />
ca. 1,50 m<br />
Profilabstand:<br />
2,0 m (1,0 m)<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 33
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Auswertung aller georteten Störkörper<br />
Ausschnitt mit<br />
wenigen<br />
Störkörpern<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 34
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Auswertung aller georteten Störkörper<br />
Ausschnitt mit<br />
vielen<br />
Störkörpern<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 35
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Zusammenfassung<br />
Wo können die Kampfmittel liegen?<br />
Bis zu welcher Tiefe ?<br />
S<strong>in</strong>d die Kampfmittel „überdeckt“ worden (Auffüllung)?<br />
- Fächerlot (Multibeam-Messungen):<br />
Detaillierte Aufnahme der Topographie der Gewässersohle<br />
E<strong>in</strong>grenzung von Verdachtsbereichen<br />
- Sidescan-Sonar, Sedimentecholot / Boomer-Seismik:<br />
Aufbau der Gewässersohle, d.h.<br />
E<strong>in</strong>zelobjekte auf der Gewässersohle (Schuttablagerungen)<br />
Schlammmächtigkeit, Schuttkörper<br />
Geologie<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 36
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Ortung von Störkörpern<br />
- Magnetik<br />
Zusammenfassung<br />
Ortung von magnetisch wirksamen Störkörpern<br />
Modellierung der gemessenen Anomalien (Tiefe, Größe)<br />
- TDEM (Zeitbereichselektromagnetik):<br />
Ortung von metallischen Störkörpern<br />
Grobe Tiefenabschätzung möglich<br />
- Zusammenspiel Magnetik/TDEM: Ausgrenzung von Anomalien,<br />
die z.B. von Ziegeln herrühren<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 37
<strong>Geophysik</strong> <strong>in</strong> Gewässern<br />
Fachtagung der <strong>OFD</strong> <strong>Hannover</strong><br />
„Kampfmittelräumung“<br />
17./18. November 2005 38
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