Hydrographie – Hydrographische Vermessung, Bathymetrie

Die Hydrographie ist „die Wissenschaft und Praxis der Messung und Darstellung der Parameter, die notwendig sind, um die Beschaffenheit und Gestalt des Bodens der Gewässer, ihre Beziehung zum festen Land und den Zustand und die Dynamik der Gewässer zu beschreiben.“ (Definition nach United Nations Economic and Social Council, 1978)¹

Mit Hilfe von Tiefenmessungen (Bathymetrie) wird die Morphologie der Gewässerböden erfasst, ausgewertet und in Seekarten, digitalen Geländemodellen, Profilen oder Punktrastern abgebildet. Aufgrund des großen technischen und materiellen Aufwandes waren hydroakustische Systeme in der Vergangenheit vorwiegend der Seevermessung und der Vermessung großer, schiffbarer Wasserstraßen, Häfen etc. vorbehalten. Heute kommen solche Messverfahren zunehmend auch für die Vermessung kleinerer Gewässer zum Einsatz. Aufgrund der erheblich höheren Dichte an Messwerten und der größeren Zuverlässigkeit der gewonnenen Daten sind diese Messungen den klassischen Verfahren in den meisten Fällen deutlich überlegen.

Unser Leistungsspektrum der Hydrographie umfasst dabei unter anderem:

  • Profilmessung in stehenden und fließenden Gewässern
  • Unterwasserarchäologie, Hindernis- und Wracksuche, Dükerortung
  • Fahrrinnenvertiefung und Hafenausbau
  • Mengenermittlung in Nasstagebauen, Abbaggerungs- und Verklappungsgebieten
  • Positionierung von Nassbaggereinheiten und Erstellung von Baggermodellen
  • Beweissicherungsmessungen an Brücken, Kajen und sonstigen Wasserbauwerken
  • berührungslose Tiefenmessung an sensiblen Gewässergründen und im Naturschutz
  • Schlickdickenermittlung u.v.m.

Neben der klassischen Methode der terrestrischen Gewässeraufnahme mit Stangenpeilung kommen heute verschiedenste neue Verfahren  der Hydrographie zum Einsatz.

Mehrstellenmesssystem Hydrographie

Einzelstrahl-Echolotsystem -Singlebeam-

… wird ein Schallimpuls von einem Echolotschwinger ausgesendet, am Gewässerboden reflektiert und wieder empfangen.

Hydrographie – Einzelstrahl-Echolotsystem (Singlebeam)

Bei diesem, bereits 1912 von Alexander Behm entwickelten Verfahren, wird ein Schallimpuls von einem Echolotschwinger ausgesendet, am Gewässerboden reflektiert und wieder empfangen. Aus der Laufzeit des Signals wird die Tiefe unter dem Schwinger abgeleitet. Entsprechend der Aufgabenstellung werden dabei verschiedene Messfrequenzen verwendet. Hohe Frequenzen bilden dabei die Oberfläche des Gewässergrundes ab. Der sogenannte „erste Anschlag“. Dieses oft schlammige, dickflüssige Material liegt auf der eigentlichen Gewässersohle auf. Tiefere Frequenzen dringen in diesen Untergrund ein und ermöglichen neben der Erfassung von Schlammdicken und Schlick die Darstellung des festen Gewässerbodens. Das SingleBeam-Verfahren wird in erster Linie für Querprofilmessungen eingesetzt.

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Hydrographie - Einzelstrahl-Echolotsystem Singlebeam

Mehrstellenmesssystem

Durch die Anordnung mehrerer Einzelstrahl-Echolote quer zur Fahrtrichtung des Messschiffes …

Hydrographie – Mehrstellenmesssystem

Das Mehrstellenmesssystem ist eine Fortentwicklung des SingleBeam-Verfahrens. Durch die Anordnung mehrerer Einzelstrahl-Echolote quer zur Fahrtrichtung des Messschiffes kann damit innerhalb einer Profilfahrt ein breiterer Messtreifen mit einer wesentlich höheren Punktdichte erfasst werden. Die „multi channel echosounder systems“ werden wegen ihrer Sensorkonfiguration gelegentlich, aber sehr treffend, mit einer „Harke“ verglichen.

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Hydrographie - Mehrstellenmesssystem

Fächerecholotung – MultiBeam-

Fächerecholote sind heute überall dort im Einsatz, wo Gewässerböden flächenhaft …

Hydrographie – Fächerecholotung (MultiBeam)

Fächerecholote sind heute überall dort im Einsatz, wo Gewässerböden flächenhaft und mit sehr großen Punktdichten aufgenommen werden sollen. Dabei werden quer zur Schiffsachse mehrere hundert Messstrahlen gleichzeitig, fächerförmig ausgesendet und der Gewässerboden förmlich abgetastet.

Dieses Verfahren erfordert ein sehr präzises Zusammenspiel mehrerer Messkomponenten. Während bei der Singlebeam-Technik senkrecht zum Gewässerboden gemessen wird und die Bewegung des Peilschiffes nur eine untergeordnete Rolle spielt, müssen diese Bewegungen (roll, pitch, heading) bei der Fächerecholotung sehr genau erfasst und zur Korrektur an die gemessenen Tiefenwerte angebracht werden.

Allen Verfahren gemeinsam ist, dass den Messungen eine exakte Ermittlung der Wasserschallgeschwindigkeit vorangehen muss. Diese kann abhängig von Temperatur, Salzgehalt und Druck zwischen 1400 m/s und 1600 m/s schwanken und stellt somit eine wichtige Korrekturgröße für die Tiefenermittlung dar.

Dazu werden, neben einem sehr präzisen GPS-Kompass (heading system) verschiedene Bewegungssensoren eingesetzt.

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Hydrographie - Fächerecholotung (MultiBeam)

Wasserschallmessung

Allen Verfahren gemeinsam ist, dass den Messungen eine exakte Ermittlung der Wasserschall- geschwindigkeit vorangehen muss.

Hydrographie – Wasserschallmessung

Allen Verfahren gemeinsam ist, dass den Messungen eine exakte Ermittlung der Wasserschallgeschwindigkeit vorangehen muss. Diese kann abhängig von Temperatur, Salzgehalt und Druck zwischen 1400m/s und 1600m/s schwanken und stellt somit eine wichtige Korrekturgröße für die Tiefenermittlung dar. Für die Erfassung der Wasserschallgeschwindigkeit wird mit Hilfe einer Sonde ein senkrechtes Profil bis zum Gewässerboden gemessen. Das Ergebnis wird in das Gesamtsystem eingelesen und bei allen Messungen berücksichtigt.

Hydrographie - Wasserschallsonde

Seitensichtsonar „Side-Scan Sonar“

Das Seitensichtsonar wird zur Ortung verschiedenster Strukturen im Wasser oder am Gewässerboden eingesetzt.

Hydrographie – Seitensichtsonar „Side-Scan Sonar“

Das Seitensichtsonar wird zur Ortung verschiedenster Strukturen im Wasser oder am Gewässerboden eingesetzt. Dabei werden gleichzeitig zwei fächerförmige Schallimpulse quer zur Fahrtrichtung des Schiffes ausgesendet. Die Reflektionen der ausgesendeten Schallwellen erzeugen hochauflösende nahezu fotographisch anmutende  Abbildungen des Gewässerbodens.

Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Suche versunkener Gegenstände über den Nachweis der Hindernisfreiheit unter Wasser bis hin zur gezielten Erkundung von Objekten, zum Beispiel in der Unterwasser-Archäologie. Das Side-Scan-Sonar kann dazu je nach Anwendungsfall hinter dem Schiff geschleppt werden oder auch fest montiert sein.

Hydrographie Gabionenreihe
Hydrographie - Sidescansonar

Parametrische Echolote (Subbottom Profiling)

Sedimentecholote, sogenannte Sub-Bottom-Profiler, nutzen den „parametrischen Effekt“ aus.

Hydrographie – Parametrische Echolote (Subbottom Profiling)

Sedimentecholote, sogenannte Sub-Bottom-Profiler, nutzen den „parametrischen Effekt“ aus. Zwei Schallwellen unterschiedlicher Frequenz werden dabei mit hohem Schalldruck zum Gewässerboden ausgestrahlt. Aus der Differenz dieser beiden Primärfrequenzen entsteht eine sehr niedrige Sekundärfrequenz, die tief in den Gewässerboden eindringt und eine hochauflösende Abbildung der oberen Sedimentschichten liefert. Damit sind differenzierte Aufnahmen des geologischen Untergrundes möglich. Schlammmächtigkeiten und verschiedene Sedimenthorizonte können erfasst und ausgewertet werden, die wiederum Rückschlüsse auf die Stabilität von Unterwasserböschungen, Rutschungen oder Setzungen zulassen. Darüber hinaus ermöglichen die parametrischen Echolote die Ortung von im Untergrund eingebetteten Objekten, wie Dükern und Pipelines oder kommen für Nachweispeilungen im Nassbaggerbereich zum Einsatz.

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Hydrographie - Sedimentecholotung