Verbundprojekt SIMULTAN: Subrosion und Erdfall-Instabilität: integrierte multi-skalige Überwachung und Analyse

Schlussbericht zum BMBF-Verbundvorhaben - Förderkennzeichen FKZ 03G0843 (A bis J)

verfasst von: Charlotte Krawczyk, Thorsten Dahm, Gerald Gabriel, Ulrich Polom, Dirk Becker, Steffen Schön, Tobias Kersten, Ludger Timmen, Adelheid Weise, Ulrike Werban, Georg Kaufmann, Frank Börner, Franziska Mai, Douchkov Romanov, Andreas Schuck
Abstract: Das Verbundprojekt SIMULTAN erforscht die Früherkennung für Instabilität, Unruhe und Kollaps von Erdfällen. Der neuartige Forschungsansatz kombiniert strukturelle, geophysikalische, petrophysikalische und hydrologische Kartierungsmethoden, die von Sensorentwicklung und mulit-skaliger Überwachung flankiert werden, und umfasst eine Informationsplattform. Kollapsprozesse an Erdfällen finden generell in den obersten wenigen 100 Metern der Erdkruste statt. Individuelle Prozesskomponenten können einfach sein und verstanden werden. Aber es wechselwirken auch Prä-Kollapsprozesse und Vorläufer auf unterschiedlichen raum-zeitlichen Skalen und mit kleinen Variationen miteinander. Dies erfordert innovative, multi-skalige Beobachtungen, Analysen und integrierte Früherkennungskonzepte, besonders für urbane Bereiche, die bisher noch nicht vollständig entwickelt verfügbar sind und auch noch nicht als automatische operationelle Systeme arbeiten. Zur Identifizierung und Quantifizierung von Subrosionsbereichen zeigten sich bohrlochseismische Verfahren mit kombinierten P- und S-Wellen als zielführend. Als besonderer Indikator, der sich auch für Langzeitmonitoring eignet, hat sich dabei das ungewöhnliche Konversionsverhalten der Wellen in Subrosionszonen gezeigt. Neue Prozessingverfahren zur Detektion kleiner seismischer Ereignisse und für emergente Einsätze unterstützen den Ansatz von angepassten Arraymessungen. Geodätisch-gravimetrische Überwachungsnetze sind auch unter urbanen Bedingungen geeignet, durch Subrosion verursachte Oberflächendeformationen und Massenverlagerungen räumlich-zeitlich zu erfassen und zu überwachen. Nivellements liefern bezüglich der Oberflächendeformation höchste Genauigkeiten; zugleich sind sie vergleichsweise kostengünstig zu realisieren. Die Integration von GNSS hat in Verbindung mit dem Nivellement die räumliche Auflösung im Untersuchungsgebiet zusätzlich gestützt und hat das Potenzial, diese großräumig zu kontrollieren. Gravimetrische Messungen sind mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Die Kombination oberflächengeophysikalischer Verfahren mit einer vertikal hochaufgelösten direct push-basierten Erkundung im Raum mit einem maßgeschneiderten hydrogeologischen Monitoring bietet eine zuverlässige Grundlage für numerische Prozessmodellierungen und ermöglichen es, erdfallrelevante Prozesse abzubilden und zu erfassen. Karstaquifer- und geomechanische Modellierungen konnten die Prozesse in den Fokusgebieten erfolgreich abbilden, sobald diese mit realistischen Werten unterlegt wurden. Es zeigt sich somit insgesamt, dass sowohl flächenhafte Messungen und zeitlich wiederholte Kampagnen sehr vorteilhaft sind, da sie es erlauben, Fehler zu verringern und beanspruchte Bereiche einzugrenzen. Erst dieses integrierte Vorgehen ermöglicht es, potenzielle Wegsamkeiten im Untergrund hochauflösender als bisher abzubilden und zu bewerten. Als solches stellt es ein Instrumentarium zur Charakterisierung und angepassten Überwachung von Untergrundbereichen im Allgemeinen zur Verfügung. Diese Ergebnisse und Szenarien stehen der Öffentlichkeit auf einer Informationsplattform zur Verfügung (http://simultan.gfz-potsdam.de).
Organisationseinheit(en): Institut für Geologie
Institut für Erdmessung
Externe Organisation(en): Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum
Universität Hamburg
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Freie Universität Berlin (FU Berlin)
Technische Universität Berlin
Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG)
GGL Geophysik und Geotechnik Leipzig GmbH
Typ: Projektbericht/Forschungsbericht
Anzahl der Seiten: 159
Publikationsdatum: 30.06.2019
Publikationsstatus: Veröffentlicht
Elektronische Version(en): https://doi.org/10.15488/5153 (Zugang: Offen)
: Details im Forschungsportal „Research@Leibniz University“

BibTeX

@book{6719046c213a426496af46fbb65759f7,
title = "Verbundprojekt SIMULTAN: Subrosion und Erdfall-Instabilit{\"a}t: integrierte multi-skalige {\"U}berwachung und Analyse: Schlussbericht zum BMBF-Verbundvorhaben - F{\"o}rderkennzeichen FKZ 03G0843 (A bis J)",
abstract = "Das Verbundprojekt SIMULTAN erforscht die Fr{\"u}herkennung f{\"u}r Instabilit{\"a}t, Unruhe und Kollaps von Erdf{\"a}llen. Der neuartige Forschungsansatz kombiniert strukturelle, geophysikalische, petrophysikalische und hydrologische Kartierungsmethoden, die von Sensorentwicklung und mulit-skaliger {\"U}berwachung flankiert werden, und umfasst eine Informationsplattform. Kollapsprozesse an Erdf{\"a}llen finden generell in den obersten wenigen 100 Metern der Erdkruste statt. Individuelle Prozesskomponenten k{\"o}nnen einfach sein und verstanden werden. Aber es wechselwirken auch Pr{\"a}-Kollapsprozesse und Vorl{\"a}ufer auf unterschiedlichen raum-zeitlichen Skalen und mit kleinen Variationen miteinander. Dies erfordert innovative, multi-skalige Beobachtungen, Analysen und integrierte Fr{\"u}herkennungskonzepte, besonders f{\"u}r urbane Bereiche, die bisher noch nicht vollst{\"a}ndig entwickelt verf{\"u}gbar sind und auch noch nicht als automatische operationelle Systeme arbeiten. Zur Identifizierung und Quantifizierung von Subrosionsbereichen zeigten sich bohrlochseismische Verfahren mit kombinierten P- und S-Wellen als zielf{\"u}hrend. Als besonderer Indikator, der sich auch f{\"u}r Langzeitmonitoring eignet, hat sich dabei das ungew{\"o}hnliche Konversionsverhalten der Wellen in Subrosionszonen gezeigt. Neue Prozessingverfahren zur Detektion kleiner seismischer Ereignisse und f{\"u}r emergente Eins{\"a}tze unterst{\"u}tzen den Ansatz von angepassten Arraymessungen. Geod{\"a}tisch-gravimetrische {\"U}berwachungsnetze sind auch unter urbanen Bedingungen geeignet, durch Subrosion verursachte Oberfl{\"a}chendeformationen und Massenverlagerungen r{\"a}umlich-zeitlich zu erfassen und zu {\"u}berwachen. Nivellements liefern bez{\"u}glich der Oberfl{\"a}chendeformation h{\"o}chste Genauigkeiten; zugleich sind sie vergleichsweise kosteng{\"u}nstig zu realisieren. Die Integration von GNSS hat in Verbindung mit dem Nivellement die r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung im Untersuchungsgebiet zus{\"a}tzlich gest{\"u}tzt und hat das Potenzial, diese gro{\ss}r{\"a}umig zu kontrollieren. Gravimetrische Messungen sind mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Die Kombination oberfl{\"a}chengeophysikalischer Verfahren mit einer vertikal hochaufgel{\"o}sten direct push-basierten Erkundung im Raum mit einem ma{\ss}geschneiderten hydrogeologischen Monitoring bietet eine zuverl{\"a}ssige Grundlage f{\"u}r numerische Prozessmodellierungen und erm{\"o}glichen es, erdfallrelevante Prozesse abzubilden und zu erfassen. Karstaquifer- und geomechanische Modellierungen konnten die Prozesse in den Fokusgebieten erfolgreich abbilden, sobald diese mit realistischen Werten unterlegt wurden. Es zeigt sich somit insgesamt, dass sowohl fl{\"a}chenhafte Messungen und zeitlich wiederholte Kampagnen sehr vorteilhaft sind, da sie es erlauben, Fehler zu verringern und beanspruchte Bereiche einzugrenzen. Erst dieses integrierte Vorgehen erm{\"o}glicht es, potenzielle Wegsamkeiten im Untergrund hochaufl{\"o}sender als bisher abzubilden und zu bewerten. Als solches stellt es ein Instrumentarium zur Charakterisierung und angepassten {\"U}berwachung von Untergrundbereichen im Allgemeinen zur Verf{\"u}gung. Diese Ergebnisse und Szenarien stehen der {\"O}ffentlichkeit auf einer Informationsplattform zur Verf{\"u}gung (http://simultan.gfz-potsdam.de).",
author = "Charlotte Krawczyk and Thorsten Dahm and Gerald Gabriel and Ulrich Polom and Dirk Becker and Steffen Sch{\"o}n and Tobias Kersten and Ludger Timmen and Adelheid Weise and Ulrike Werban and Georg Kaufmann and Frank B{\"o}rner and Franziska Mai and Douchkov Romanov and Andreas Schuck",
year = "2019",
month = jun,
day = "30",
doi = "10.15488/5153",
language = "Deutsch",
publisher = "TIB Leibniz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften Universit{\"a}tsbibliothek",
}