Satellitenüberwachung der Verformungen von Staumauern und Staudämmen

Seit 2014 beobachtet der Satellit Sentinel-1A des ESA-Erdbeobachtungsprogramms Copernicus die Erdoberfläche. Die mit Hilfe der Persistent-Scatterer-Interferometrie erhobenen Daten werden durch den BodenBewegungsdienst Deutschland zur Verfügung gestellt. An Staumauern und Staudämmen können so mögliche Bewegungen überwacht werden. Im Vergleich mit trigonometrischen Messungen und Lotmessungen an der Möhnestaumauer zeigt sich, dass die Genauigkeit der Satellitendaten für die Überwachung einer Staumauer noch nicht ausreicht. Für Staudämme bieten sie jedoch die erforderliche Präzision.


1 Erdbeobachtung mit den Sentinel-Satelliten

Am 3. April 2014 startete der Satellit Sentinel-1A in die Erdumlaufbahn, als erster Satellit des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus. Der baugleiche Satellit Sentinel-1B startete am 25. April 2016. Die Radarinstrumente dieser beiden Sentinel-Satelliten (Sentinel deutsch: Wächter) ermöglichen die Überwachung der Erdoberfläche, unabhängig von Tageslicht und Wolkenbedeckung. Die Satelliten umkreisen die Erde in 700 km Höhe und tasten einen Streifen von bis zu 400 km Breite ab, in dem sie Objekte ab 5 m Größe erkennen können.

Das wichtigste Instrument beider Satelliten ist ein Radar vom Typ SAR (Synthetic Aperture Radar), dessen Strahlen durch die Vegetation bis zum Erdboden dringen können.

Wesentliche Beobachtungsziele sind Eisbeobachtungen in den Polarregionen, vulkanische Aktivitäten, Erdbeben, Erdrutsche, Überschwemmungen, das Aufspüren von Bodensenkungen und -hebungen sowie das Beobachten von Meeresoberflächen. Beide Satelliten zusammen können jeden Punkt der Erde alle sechs Tage kartieren. Falls benötigt, können die Daten anschließend innerhalb von einer Stunde zur Verfügung gestellt werden.

Die Missionsdauer von Sentinel-1A und -1B ist jeweils auf sieben Jahre ausgelegt. Der mitgeführte Treibstoff würde jedoch Verlängerungen um bis zu fünf Jahre ermöglichen [3].

2 Auswertungen des BodenBewegungsdienst Deutschland

Seit November 2019 stellt nun die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) den BodenBewegungsdienst Deutschland (BBD) zur Verfügung, der mit dem Ziel entwickelt wurde, Deformationen der Erdoberfläche darzustellen und Ursachen und Prozesse zu erkunden. Die Informationen sind öffentlich zugänglich. Das BBD-Portal enthält Persistent-Scatterer-Interferometrie-Daten (PSI deutsch etwa: ständige Rückstreumessung mit Wellenüberlagerung) der gesamten Fläche der Bundesrepublik Deutschland. Die PSI-Technologie ermöglicht präzise Messungen von Deformationen der Erdoberfläche im Bereich von Millimetern [4].

Die Rückstreuung erfolgt nicht an diskreten Messpunkten. Stattdessen werden die Rückstreuungen bestehender Strukturen, zum Beispiel von Hausdächern oder Gesteinsoberflächen genutzt. Aus diesem Grund sind auch die Daten im Wesentlichen in städtischen Gebieten oder an großen Bauwerken von guter Qualität, während beispielsweise in Waldgebieten kaum Daten erhoben werden können. Die Auswertung erfolgt über die Mittelung mehrerer Messungen, aus denen eine Zeitreihe berechnet wird. Als Ergebnis steht eine Bewegungsgeschwindigkeit zur Verfügung, die in Millimeter/Jahr angegeben wird.

Der BBD nutzt die Daten von Sentinel-1. Der Satellit sendet mittels seiner SAR-Antenne (Synthetic Aperture Radar) ein Radarsignal. Dieses Signal wird von der entsprechenden Fläche an der Erdoberfläche reflektiert, wobei eine Streuung entsteht. Die zurückerhaltene Signalstärke sowie eine mögliche Phasenverschiebung werden gemessen und ausgewertet. Die räumliche Auflösung an der Erdoberfläche beträgt im Mittel 5 m x 20 m.

Durch den Vergleich von zwei Phasen, die an unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, kann die Änderung der Entfernung zur Satellitenposition bestimmt werden. Hierbei müssen Störungen, wie atmosphärische Bedingungen usw. berücksichtigt werden. Mit einer statistischen Auswertung einer Zeitreihe mit einer Vielzahl von Messungen können Entfernungsänderungen oder deren zeitliche Variabilität mit guter Genauigkeit ermittelt werden.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 09 (September 2020)
Seiten: 4
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Prof. Dr.-Ing. Volker Bettzieche

Artikel weiterleiten In den Warenkorb legen Artikel kommentieren


Diese Fachartikel könnten Sie auch interessieren:

Zur Gesundheitsgefährdung teergetauchter Graugussleitungen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (10/2023)
Es ist seit der Jahrhundertwende bekannt, dass ältere Wasserleitungen mit Teer ausgekleidet wurden, um Rost zu verhindern. Diese Leitungen sind auch als tauchgeteerte Rohre bekannt. Das gleiche gilt auch für die Außenoberflächen mancher Leitungen. Teer enthält polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK; Bild 1), die als krebserregend gelten [1]. Im Englischen werden PAK als polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) bezeichnet.

Anforderungen an mobile Hochwasserschutz-Systeme
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2023)
Um wirtschaftlich und ästhetisch bauen zu können, ist es sinnvoll, nicht jedes Bauwerk auf die maximal denkbare Belastung auszulegen (Bild 1). Stattdessen werden sinnvolle maximale Belastungen festgelegt und baulich oder durch Beschilderung sichergestellt, dass z. B. kein LKW auf eine Fußgängerbrücke gelangt.

Ad-hoc-Simulation der Hochwasserwelle beim Bruch des Kachowka-Staudamms am 06. Juni 2023
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2023)
Am 06. Juni 2023 wurde gegen 02:50 Uhr Ortszeit der Kachowka- Staudamm ca. 85 km nordöstlich von Cherson (Ukraine), am Fluss Dnepr gelegen, mutmaßlich durch eine Sprengstoffexplosion zerstört. Das Absperrbauwerk (Baujahr 1955) ist eine Kombination aus einem Damm und einer Schwergewichtsmauer mit einer Gesamtkronenlänge von ca. 3,6 km. Die Schwergewichtsmauer selbst hat eine Kronenlänge von ca. 430 m.

Datengetriebene Bauwerksanalyse am Baldeneysee
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (1/2023)
Für das Absperrbauwerk am Baldeneysee des Ruhrverbands wird eine datengetriebene Bauwerksanalyse durchgeführt, um mögliche Gründe für unerwartete Grundwasseranstiege zu identifizieren. Die hier gezeigte Studie zeigt einen Weg auf, verschiedene hydrologische Einflussgrößen und Prozessgeschwindigkeiten über einen KI- basierten Ansatz zur Bauwerksanalyse einzusetzen. Zudem konnte die Vermutung aufgestellt werden, dass sich verändernde Niederschlagscharakteristika im Zuge des Klimawandels eine mögliche Quelle dieser Anstiege einzelner Messstellen seien.

Die interaktive Karte des Stauanlagenverzeichnisses für Deutschland 2022
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (1/2022)
Während für die großen Stauanlagen landesweite Verzeichnisse existieren, ist es schwierig, einen Überblick über die mittleren und kleinen Anlagen in Deutschland zu erhalten. Mit dem vorgestellten Stauanlagenverzeichnis soll versucht werden, diese Lücke nach und nach zu schließen und auch mittlere und kleine Talsperren, Rückhaltebecken, Staustufen, Pumpspeicher- und Sedimentationsbecken in einem zentralen Register mit den wichtigsten technischen Angaben zu erfassen.

Name:

Passwort:

 Angemeldet bleiben

Passwort vergessen?

Der ASK Wissenspool
 
Mit Klick auf die jüngste Ausgabe des Content -Partners zeigt sich das gesamte Angebot des Partners
 

Selbst Partner werden?
 
Dann interessiert Sie sicher das ASK win - win Prinzip:
 
ASK stellt kostenlos die Abwicklungs- und Marketingplattform - die Partner stellen den Content.
 
Umsätze werden im Verhältnis 30 zu 70 (70% für den Content Partner) geteilt.
 

Neu in ASK? Dann gleich registrieren und Vorteile nutzen...