Geofernerkundung: Grundlagen und Anwendungen

168 Pages·1995·15.16 MB·German

by  Dr. Friedrich Kühn

BGR
......
...-
Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe
Handbuch zur Erkundung
des Untergrundes
von Deponien und Altlasten
Band 1
Dieses Methodenhandbuch "Deponieuntergrund" ist im Rahmen
des vom Bundesministerium fur Bildung, Wissenschaft, Forschung
und Technologie (BMBF) geforderten Forschungsverbundvor
habens "Methoden zur Erkundung und Beschreibung des Unter
grundes von Deponien und Altlasten" (Projekttragerschaft ,,Abfall
wirtschaft und Altlastensanieung" beim Umweltbundesamt;
Forderkennzeichen 1460605/A ) entstanden.
Die Verantwortung fur den Inhalt der jeweiligen Beitrage liegt bei
den Autoren.
Springer-V erlag Berlin Heidelberg GmbH
Friedrich Kuhn Bernhard Horig
Geofernerkundung
--Grundlagen und Anwendungen -
Mit Beitragenvon
DietmatSchmidt, HeinzRosemann, Benjamin Bartsch,
Bjorn Glowinski, UlfGorgas, Jan IrrekundChristian Schulz
, Springer
DR. FRIEDRICH KUHN
DIPL.-GEOPHYS. BERNHARD HORIG
Bundesanstalt rur Geowissenschaften
und Rohstoffe
AuBenstelle Berlin
InvalidenstraBe 44
10115 Berlin
ISBN 978-3-642-63369-0 ISBN 978-3-642-57829-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-57829-8
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gen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York in 1995
Softcover reprint ofthe hardcover Ist edition 1995
Einbandgestaltung: Erich Kirchner, HeideIberg
Satz: Reproduktionsfertige Vorlage vom Autor
SPIN 10467660 30/3136-5 4 3 2 1 O- Gedruckt auf săurefreiem Papier
Vorwort
Die Erhaltung einer gesunden Umwelt als Lebensgrundlage auch fUr kom
mende Generationen ist eine gemeinsame Aufgabe des Staates, aller gesell
schaftlichen Gruppen, der Untemehmen und aller Btirger. Eine hohe
Umweltqualitat ist nur zu erreichen durch Minimierung von Emissionen, vor
beugende MaBnahmen zur Erhaltung der Umwelt sowie durch die Sanierung
bereits entstandener Umweltschaden. Umwelterhaltung setzt Umweltfor
schung voraus. Nur so konnen die oft komplizierten Zusammenhange,
Kreislaufe und Systeme unseres nattirlichen Lebensraumes erkannt und ver
standen werden. Technologien fUr vOfsorgenden Umweltschutz bei der
NutzungderRessourcen Wasser,Boden undLuftsowiefUr die Sicherungund
Sanierung von Altlasten sind zu entwickeln und zu erproben. Wahrend in den
alten Bundeslandem bereits hohe Umweltstandards verwirklicht sind, wurden
und werden in den neuen Bundeslandem erhebliche Anstrengungen unter
nommen, urn die UmweltzerstOrung vieler Jahre auszugleichen. Durch diese
Aktivitaten haben deutsche Firmen auf dem Gebiet Umwelttechnik eine Vor
reiterrolle erlangt. Einen maBgeblichen Beitrag zu dieser Entwicklung leistet
die ForschungsfOrderung des Bundesministeriums fUr Bildung, Wissenschaft,
Forschung und Technologie (BMBF) in der Umsetzung des Programrns
"Umweltforschung und Umwelttechnologie". 1m Rahmen dieses Programms,
das u.a. die Bereiche Abfallwirtschaftund Altlastensanierung umfaBt, hat das
BMBF das Verbundvorhaben "Methoden zur Erkundung und Beschreibung
des Untergrundes von Deponien und Altlasten" (Kurztitel "Deponieunter
grund") gefOrdert. Mit dem nunmehr als ein Ergebnis des Verbundvorhabens
vorliegenden Methodenhandbuch "Deponieuntergrund" soll allen, die in
Behorden und Firmen oder in der Wissenschaft an den Problemen des
Umweltschutzes arbeiten, ein umfassendes Werk tiber die Methoden zur
Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten zur Verftigung
gestellt werden. Damit leistet das Methodenhandbuch "Deponieuntergrund"
einen wesentlichen Beitrag dazu, Erkundungsarbeiten fUr neue Deponie
standorte sowie Sicherung oder Sanierung von Altlasten okologisch wirksam
und okonomischeffizientdurchzuftihren.
Dr. KlausSchroeter
Referat Umwelttechnologien
BundesministeriumfUr Bildung, Wissenschaft,ForschungundTechnologie
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 PhysikalischeGrundlagenderGeofernerkundung
im Uberblick 5
3 GewinnungvonFernerkundungsdaten
im Uberblick 11
3.1 SatellitengesttitzteAufnahmeverfahren 11
3.2 FlugzeuggesttitzteAufnahmeverfahren 14
3.2.1 Luftbilder 14
3.2.2 NichtphotographischeAufnahmeverfahren 25
3.2.2.1 Einftihrung 25
3.2.2.2 Optisch-mechanischeScanner 26
3.2.2.3 Optisch-elektronischeScanner 33
3.2.2.4 Radarverfahren 38
4 ZurAnwendungderGeofernerkundungbeider
UntersuchungvonDeponien 41
4.1 UntersuchungszieleundAuswertekriterien 41
4.2 Bildbeispiele 48
4.2.1 ErkundungdesDeponiekorpers 48
4.2.2 ErkundungdesDeponieumfeldes 53
4.2.3 ErkundungdesUntergrundesbestehenderDeponien 66
4.2.4 Standortsuche , 69
5 BegleitendeGeUindeuntersuchungen 71
5.1 GeHindekontrollen 71
5.2 Spektrometeruntersuchungen 72
VIII Inhaltsverzeichnis
6 AnwendungsbeispieleundFallstudien 83
6.1 Einftihrung 83
6.2 DeponieArnstadtlEulenberg.. 84
6.2.1 Einleitungund Aufgabenstellung 84
6.2.2 GeophysikalischeUntersuchungen 86
6.2.3 Luftbildauswertung 88
6.2.4 Zusammenfassung 94
6.3 Deponie Schoneiche 95
6.3.1 Einleitungund Aufgabenstellung 95
6.3.2 FallstudienzurAuswertungvonLuftbildern
und Scannerdaten.. 98
6.3.2.1 Untersuchungdes Deponiekorpers 98
6.3.2.2 UntersuchungdesDeponieuntergrundes 106
6.3.2.3 Untersuchungdes Deponieumfeldes 113
6.3.2.3.1 EigenschaftenderGeHmdeoberflache 113
6.3.2.3.2 Vitalitatskartierungan Einzelbaumen 120
6.3.3 ZusammenfassendeBewertung 124
6.4 DeponieHermsdorf 127
6.4.1 EinfiihrungzurmultitemporalenLuftbild- und
Kartenauswertung 127
6.4.2 MultitemporaleLuftbild- und Kartenauswertungam
BeispielderDeponieHermsdorf.. 132
6.4.2.1 ZumDeponiestandortHermsdorf 132
6.4.2.2 Kartierungs- undBewertungskriterien 133
6.4.2.3 Bearbeitungsschemaund Datengrundlage 135
6.4.2.4 Untersuchungsergebnisse 136
6.4.2.4.1 GeschichtederDeponieentwicklung 136
6.4.2.4.2 PotentiellesStoffinventar 144
6.4.3 Zusammenfassung 149
Dank 151
Quellen fUr Karten und Bilder 153
Literatur 155
Verzeichnis haufigverwendeterAbkiirzungen 161
Sachregister 163
Autorenverzeichnis
Dr.Friedrich Kiihn Dipl.-Geophys. BernhardHorig
BundesanstaltfUrGeowissenschaften BundesanstaltfUr Geowissenschaften
und Rohstoffe undRohstoffe
Au8enstelleBerlin AuBenstelleBerlin
InvalidenstraBe44 InvalidenstraBe44
10115 Berlin 10115Berlin
Dipl.-Geophys. HeinzRosemann Dipl.-Geogr. DietmarSchmidt
uveGmbH uveGmbH
KantstraBe33 KantstraBe33
10625Berlin 10625Berlin
Dipl.-Geol. BenjaminBartsch BjornGlowinski
WIB IngenieurgesellschaftGmbH WIB IngenieurgesellschaftGmbH
LassenstraBe 11-15 Lassenstra8e 11-15
14193Berlin 14193Berlin
UlfGorgas Jan Irrek
WIB IngenieurgesellschaftGmbH WIB IngenieurgesellschaftGmbH
LassenstraBe 11-15 LassenstraBe 11-15
14193Berlin 14193Berlin
ChristianSchulz
WIB IngenieurgesellschaftGmbH
Lassenstra8e 11-15
14193Berlin
1 Einleitung
1m Rahmen des yom Bundesministerium fUr Bildung, Wissenschaft, For
schung und Technologie (BMBF) geforderten Forschungsverbundvorhabens
"Methoden zur Erkundung und Beschreibung des Untergrundes von Deponien
und Altlasten", abgektirzt "Deponieuntergrund", fUhrte die Bundesanstalt fUr
Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Projekttragerschaft des Umwelt
bundesamtes (UBA) sowie in Zusammenarbeit mit Partnem an Universitaten,
Forschungsinstituten und Firmen methodische Untersuchungen zur geowis
senschaftlichen Beurteilungvon Deponiestandortendurch.
Die Untersuchungen erfolgten mit der Zielstellung, durch eine moglichst
komplexe Anwendung verschiedener geologisch-geophysikalischer Untersu
chungsverfahren ein HochstmaB an Informationen tiber den Untergrund von
Deponiestandorten zu erhalten. Dabei standen Fragen nach den Machtigkeiten
und dem Zustand abdichtender Sediment- oder Gesteinsschichten an der De
poniebasis sowie der Existenz moglicher Migrationswege fUr kontaminierte
Wasserausdem Deponiekorperindas unmittelbare Umfeld im Vordergrund.
Es ist das Anliegen des Handbuches, Untersuchungsergebnisse in Form
verallgemeinerungsfahiger methodischer Ansatze zur optimalen Anwendung
geologisch-geophysikalischerMethoden fUr die Deponieerkundung vorzustel
len. 1mBand "Geofemerkundung", alserstem von vorerst7geplanten Banden,
werden Moglichkeiten der Nutzung von Flugzeug- und Satellitenverfahren
dargestellt. Dabei wurde versucht, ein moglichst ausgewogenes Verhaltnis
zwischen der Erlauterung methodischer und technischer Grundlagen und der
Vorstellung von Anwendungsbeispieleneinzuhalten.
Die Geofemerkundung hat sich in den letzten Jahren zu einem festen Be
standteil der geowissenschaftlichen Forschung und Erkundung entwickelt.
Das Spektrum moglicher Anwendungen ist breit. Neben der Klarung grundle
gender geowissenschaftlicher Fragestellungen werden Femerkundungsdaten
zunehmend ftir die Untersuchung vielschichtiger Probleme der angewandten
geologischen Forschung und Erkundung herangezogen. AusderPosition eines
Satelliten oderFlugzeuges werden dabei Zusammenhange sichtbar und erklar
bar, die einem bodengebundenen Beobachter im allgemeinen verschlossen
bleiben.
Ein wesentlicher Vorteil bei der Arbeit mit Methoden der Georemerkun
dung ist die Moglichkeit zur schnellen, zeitgleichen und flachenhaften Erfas
sung beliebiger Gelandeabschnitte. Die traditionellen bodengesttitzten Kar
tierungsverfahren sind dazu erfahrungsgemaB nicht in der Lage oder, je nach
Problemstellung, mit Aufwendungen an Zeit, die Monate bis Jahre betragen
2 IEinleitung
konnen. Dabei ware es grundsatzlich falsch, die Geofemerkundung mit dem
Ziel einzusetzen, die traditionellen Kartierungsverfahren zu ersetzen. Dazu ist
sie in den wenigsten Fallen in der Lage. Die Geofemerkundung sollte viel
mehr als eine Methode im Gesamtverband geowissenschaftlicher Untersu
chungsprogramme angesehen werden und im allgemeinen am Anfang gelan
debezogener Aufgaben stehen. Dabei werden in der Regel folgende Zielstel
lungen verfolgt(vgl. auch KRONBERG, 1984):
a) Beurteilungdes Zustandes bzw. typischer MerkmaleeinesGelandes
• im Sinne von Vorerkundungen zur Erfassung und Bewertung der gene
rellen Situation im Untersuchungsgebiet,
• als Voraussetzung fUr den effektiven und kostengiinstigen Einsatz der
im allgemeinen weitaus teureren konventionellen Untersuchungsmetho
den, auf die im Normalfall nicht verzichtet werden kann (geologische
Kartierung,Geophysik,Geochemie, Bohrungen,etc.);
b) Klarung von geowissenschaftlichen Problemstellungen, bei denen die gene
ralisierende Sicht aus der Position eines Flugzeuges oder Satelliten die Er
fassung und Beschreibung des betreffenden Sachverhaltes erleichtert oder
iiberhaupterstermoglicht;
c) Beurteilung von nicht bzw. nur begrenzt zuganglichen Regionen wie un
wegsameGelandeabschnitte, Katastrophengebiete u.a..
Satelliten-Femerkundungssysteme kommen vorwiegend fiir die Klarung re
gionalerZusammenhange in Mal3staben von 1:500000 bis I:100000, in Aus
nahmefallen bis 1:50 000, zur Anwendung. Satellitendaten werden bei
spielsweise fiir die Untersuchung des Zustandes grol3f1achiger Naturraumpo
tentiale (tropische Regenwalder), fiir das Monitoring von landschaftsveran
demden Vorgangen (Desertifizierung, Veranderung von Kiisten, Vereisung
der Polargewasser), die LOsung regionaler geologischer Fragestellungen in
Entwicklungslandemoderauch fUr die Uberwachung bei Umweltkatastrophen
(Tankerunfalle, brennendeOlquellen,F1achenbrande)eingesetzt.
Fiir umweltorientierte geowissenschaftliche Aufgabenstellungen im Inland
sind Satellitenbilder auf Grund ihrer begrenzten Bodenauflosung nur in Ein
zelfallen anwendbar. Gute Ergebnisse wurden zum Beispiel bei der Bewer
tung von Tagebaulandschaften, Truppeniibungsplatzen oder auch bei der Be
urteilung von Kiistengebieten und Oberflachengewassem erzielt. Fur die de
taillierte Untersuchung und Erkundung von Altlasten, Deponien oder sonsti
gen anthropogenen Veranderungen von Landschaften reicht die Bodenauflo
sung der Satellitensensoren vielfach nicht mehr aus. Bei den meisten um
weltorientierten geologischen Aufgabenstellungen im Inland sind Kartierungs
maBstabe von I:10000 und groBer gefragt. Damit werden feine Details eines