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Untergrunderkundung

  • Rammkernsondierungen und Bohrnkernanalyse
    Um Informationen über den Aufbau eines Untergrundes - z.B. eines Hanges - zu erhalten, können Bohrungen vorgenommen werden. Dabei gibt es verschiedene Techniken; eine davon ist die Rammkernsondierung (engl. Percussion Drilling), bei der mittels eines Gewichtes ein hohles Stahlrohr in den Untergrund getrieben wird. Die Entnahme von Bohrkernen, also Bodenproben, ermöglicht die Analyse verschiedenster Parameter wie z.B. der Korngrößenverteilung. In einem solchen Bohrloch können darüber hinaus verschiedene Sensoren angebracht werden (z.B. Genske, 2014)
  • Rammsondierung
    Bei einer Rammsondierung wird ebenfalls ein Metallgestänge mittels Gewicht nach und nach in den Boden getrieben. Hier werden allerdings keine Proben entnommen, sondern erfasst, wie viele Schläge pro bestimmter Eindringtiefe benötigt werden, z.B. pro 10cm Tiefe. Damit erstellt man zum einen ein Festigkeitsprofil für die Tiefe (Rückschlüsse auf Lagerungsdichte, Konsistenz u.a.), erhält aber auch Informationen über die maximale Eindringtiefe (Festgesteinsgrenze). Je nach Fallgewicht werden diese Sondierungen anders beurteilt; bei einer schweren Rammsondierung (engl. Dynamic Probing Heavy DPH) z.B. beträgt das Gewicht 50kg. (z.B. Genske, 2014) 
  • Inklinometer
    Mit einem Inklinometer werden Verformungen des Untergrundes gemessen. Dies geschieht durch die Messung der Veränderung von Neigung und Verschiebung quer zu einer Bohrlochachse über die Zeit (Genske, 2014). Im Besonderen werden damit Hänge untersucht, die rutschungsgefährdet sind. (z.B. Stark & Choi, 2008)
  • Piezometer
    Piezometer geben Aufschluss über die Tiefe und Variabilität eines Grundwasserspiegels am Hang. Entsprechende Sensoren werden an einzelnen Standorten verbaut und messen punktuell die Höhe einer Wassersäule über einem Sensor (hydrostatische Druckhöhe). Über Zeitreihenanalysen können Zusammenhänge zwischen dem Grundwasserspiegel, dem Niederschlag und möglicher (Hang-) Bewegungen untersucht werden. (z.B. Genske, 2014)

  • TDR Sonden
    TDR Sonden (engl. Time Domain Reflectometry; zu Deutsch: Zeitbereichsreflektometrie) werden verwendet, um Aussagen über die Bodenfeuchte zu treffen. Die, meist punktuell an einem Standort in verschiedenen Tiefen angebrachten Sensoren bestimmen diese über die  Laufzeitmessung eines elektrischen Signals (Aussagen über die dielektrische Leitfähigkeit eines Materials - wie z.B. einer bestimmten Bodenschicht). (z.B. Wicki et al., 2020)
  • Geoelektrik
    Als "Geoelektrik" (engl. Electrical Resistivity Tomography ERT) bezeichnet man in den Geowissenschaften ein Verfahren zur indirekten Untergrunderkundung. Dabei handelt es sich um eine geophysikalisches Messverfahren: sogenannten Elektroden, die entlang eines Profils an der Bodenoberfläche ausgebracht werden, wird Strom zugeführt. Der Stromkreis wird durch den mehr oder weniger gut leitenden Untergrund geschlossen, wobei sich ein Potentialfeld ausbildet. Damit kann, in Abhängigkeit der Elektrodenanordnung und der Form der Erdoberfläche, die Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes im Untergrund bestimmt werden. Dies wiederum kann - in Verbindung mit direkten Methoden wie z.B.  Bohrkernbeprobungen - Aufschluss über den Aufbau eines Untergrundes geben. Dauerhafte Installationen, die mehrmals am Tag Messungen aufzeichnen, können darüber hinaus Informationen über die Art und Weise liefern, wie zum Beispiel Niederschlagswasser in den Untergrund eindringt. (z.B. Whiteley et al., 2019/ Gance et al., 2016) 

 

Oberflächenerkundung

  • Meteorologische Station
    Eine meteorplogische Station bzw. verschiedenste, dort verbaute Sensoren dienen dazu, in regelmäßigen Intervallen Messwerte über die gegenwärtige Witterung aufzuzeichnen. Dazu werden zum Beispiel Temperatur, Regenmenge, Schneehöhe, Luftdruck oder solare Strahlung gemessen. Vor allem die Aufzeichnung der Regenmenge ist einer der wichtigsten Kennwerte für die Beobachtung gravitativer Massenbewegungen, da heftige Niederschlagsereignisse in (Nieder-) Österreich als eine der Hauptauslöser für Rutschungen und Muren angenommen werden. (siehe z.B. Schweigl & Hervas, 2009)

  • GNSS
    GNNS ist die Abkürzung von engl. Global Navigation Satellite System, zu deutsch globales Navigationssatellitensystem. Es kann z.B. verwendet werden, um regelmäßige Positions-Messungen (Punkte/ Linien) bestimmter Formen - zum Beispiel Anrisskanten einer Rutschung - zu messen. Multi-temporal Daten ermöglichen auch hier, Aussagen über Dynamiken einer (Hang- ) Bewegung zu treffen. (z.B. Genske, 2014). GNSS ist dabei ein Sammelbegriff für die Verwendung bestehender (und künftiger) globaler Satellitensysteme zur Positionsbestimmung (z.B. GPS, GLONASS, Galileo).
  • UAV (eng. Unmanned Aerial Vehicle) – Unbemanntes Luftfahrzeug
    UAV als solches ist keine Methode, sondern ein Gerät zur luftgestützten Aufnahme von Oberflächeninformationen (RGB- oder Infrarotbilder, Laser Scans, u.a.), wie zum Beispiel eine Drohne. Über Luftbilder und die Verarbeitungstechnik SFM (engl. Structure from Motion) können – ähnlich dem TLS (siehe nächster Punkt) – hochaufgelöste digitale Geländemodelle erstellt und diese zu weiteren Analysezwecken verwendet werden. Ein großer Vorteil dieser Methode ist die großflächige und gleichmäßige Abdeckung eines Gebietes von oben, ein Nachteil der große Bearbeitungsaufwand und mögliche Lageungenauigkeiten bei Zeitreihenanalysen. (z.B. Giordan et al., 2018/ Cook, 2017)

  • (Terrestrisches) Laser Scanning (eng. Terrestrial Laser Scanning TLS)
    Laser Scanning ist eine Technik zur präzisen, flächenhaften Entfernungsmessung über die Laufzeiterfassung emitttierter und reflektierter Laserstrahlen. Terrestrisch bedeutet, dass sich der Laser Scanner auf dem Boden befindet. Es gibt auch luftgestützte Systeme (engl. Airborne Laser Scanning ALS). Der "Scanner" tastet dabei eine Oberfläche mittels vieler Einzelmessungen in vertikaler und horizontaler Richtung ab. Daraus resultiert eine sogenannte Punktwolke, die für jeden einzelnen reflektierten Punkt exakte Lagekoordinaten aufweist (x,y,z). Diese Punktwolke ist so dicht, dass damit hochgenaue Modelle einer Geländeoberfläche generiert werden können (Digitale Geländemodelle DGM). Der große Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sie im Gegensatz zu rein punktuellen Oberflächenmessungen - wie z.B. GNSS - flächenhaft Informationen über eine Oberfläche liefert und dabei sogar teils Vegetation durchdringen kann. (z.B. Heritage & Large, 2009/ Höfle & Rutzinger, 2011)
  • Sensor(knoten)netzwerk
    Ein Sensornetzwerk (engl. Wireless Sensor Network WSN) ist ein Messverfahren, bei dem - z.B. an einem Hang oder einer Felswand - mehrere Sensoren installiert werden, die in der Lage sind, Beschleunigungen in alle Richtungen zu messen. Sie sind kabellos und eine günstige und hochgenaue Messmethode. Über die, in sehr hoher zeitlicher Auflösung gemessene Beschleunigungen kann auf Änderungen der Oberflächeninklination geschlossen werden, z.B. bei Erschütterungen durch einen Sturz- oder Rutschprozess. Kurzfristig auftretende Veränderungen können zeitnah detektiert werden - dies ist besonders für Frühwarnsysteme von Bedeutung. (z.B. Fernandez-Steeger et al., 2014)

 

Projektdetails

Standorte


Literatur

Aber, J. S., I. Marzolff, J. B. Ries & S. E. W. Aber. 2019. Small-Format Aerial Photography and UAS Imagery (Second Edition). Elsevier Academic Press
Cook, K. L. 2017. An evaluation of the effectiveness of low-cost UAVs and structure from motion for geomorphic change detection. Geomorphology, 278, 195-208. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2016.11.009
Fernandez-Steeger, T.M. et al., 2015. Wireless Sensor Networks and Sensor Fusion for Early Warning in Engineering Geology. In G. Lollino et al., eds. Engineering Geology for Society and Territory - Volume 2. Cham: Springer International Publishing, pp. 1421–1424.
Gance, J., J. P. Malet, R. Supper, P. Sailhac, D. Ottowitz & B. Jochum. 2016. Permanent electrical resistivity measurements for monitoring water circulation in clayey landslides. Journal of Applied Geophysics, 126, 98-115. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2016.01.011
Giordan, D., Y. Hayakawa, F. Nex, F. Remondino & P. Tarolli. 2018. Review article: the use of remotely piloted aircraft systems (RPASs) for natural hazards monitoring and management. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 18, 1079-1096. 10.5194/nhess-18-1079-2018
Genske, D.D., 2014. Ingenieurgeologie: Grundlagen und Anwendung, Berlin, Heidelberg: Springer Spektrum.
Heritage, G. L. & A. R. G. Large. 2009. Laser Scanning for the Environmental Sciences. Wiley-Blackwell.
Höfle, B. & Rutzinger, M., 2011. Topographic airborne LiDAR in geomorphology: A technological perspective. Zeitschrift für Geomorphologie, Supplementary Issues, 55(2), pp.1–29.
Jaboyedoff, M., T. Oppikofer, A. Abellán, M.-H. Derron, A. Loye, R. Metzger & A. Pedrazzini (2012) Use of LIDAR in landslide investigations: a review. Natural Hazards, 61, 5-28. 10.1007/s11069-010-9634-2
Schweigl, J. & J. Hervás. 2009. Landslide Mapping in Austria. In EUR - Scientific and Technical Research Reports, 61. Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities European Commission OPOCE.
Stark, T. D. & H. Choi. 2008. Slope inclinometers for landslides. Landslides, 5, 339. 10.1007/s10346-008-0126-3
Whiteley, J. S., J. E. Chambers, S. Uhlemann, P. B. Wilkinson & J. M. Kendall. 2019. Geophysical Monitoring of Moisture-Induced Landslides: A Review. Reviews of Geophysics, 57, 106-145. 10.1029/2018rg000603
Wicki, A., P. Lehmann, C. Hauck, S. I. Seneviratne, P. Waldner & M. Stähli. 2020. Assessing the potential of soil moisture measurements for regional landslide early warning. Landslides, 17, 1881-1896. 10.1007/s10346-020-01400-y

 

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