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Schnell erledigt, trotzdem genau: Digitales Geländemodell des Niederrheins (03.12.2010)

Ein digitales Geländemodell des Gewässerbetts mit hoher Genauigkeit in kurzer Zeit zu erstellen – dies war das Ziel des Pilotprojekts "DGM-S Niederrhein". Dazu wurde der 229 km lange Flussabschnitt zwischen Bonn und Emmerich per Fächerlot-Messschiff vermessen. Mit dieser Technik wird die Sohle lückenlos in hoher Punktdichte aufgenommen. Das Ergebnis ist ein flächendeckendes Digitales Geländemodell mit hoher Genauigkeit, das es in dieser Form bisher nicht gab. Anwendungsmöglichkeiten dafür gibt es in der gewässermorphologischen Forschung, aber auch bei der praktischen Arbeit der WSV wie z. B. der dynamischen Stabilisierung der Gewässersohle durch Baggerungen oder Geschiebezugaben.

ProjektübersichtsplanUntersuchungsgebiet mit Einteilung nach Losen

Die WSV führt die Vermessung der Gewässersohle meist nur punktuell oder in bestimmten Flussabschnitten durch, z. B. um die Fahrwassertiefe zur Verkehrssicherung zu bestimmen. Diese so entstandenen Peilungen beziehen sich meist nur auf die eigentliche, für die Schifffahrt wichtige Fahrrinne; Vermessungen der flachen Randbereiche und des angrenzenden Geländes gibt es dagegen kaum. Und doch werden diese Daten benötigt, wie z. B. für Bauwerkskataster und -planungen, Querprofile, Orthofotos, digitale Bundeswasserstraßenkarten sowie Modellierungen aller Art.

Die BfG hat jetzt den Niederrhein zwischen Stromkilometer 638 und 867 flächendeckend vermessen – und zwar den gesamten wasserführenden Bereich der Fahrrinne und der Wasserwechselzone.

Ziel der Gewässerbetterfassung war es, eine flächenhafte Momentaufnahme zu schaffen. Die 229 km lange Strecke wurde dazu in 5 Abschnitte unterteilt, in denen die Messschiffe mit Fächerlot-Systemen zeitgleich arbeiteten. So dauerte die Vermessung der Fahrrinne nur 20 Tage. Vorteil dieser kurzen Messzeit: Veränderungen des Gewässers durch Geschiebebewegung wirken sich kaum auf die Ergebnisse aus. Dies macht die Messungen für die Gewässermorphologie besonders aussagekräftig, wenn es z. B. um längerfristige Trends der Sohlentwicklung geht. Durch die hohe Genauigkeit lassen sich jetzt auch kleinräumige Muster, wie die Riffelbildung durch Sedimenttransport in Buhnenfeldern, erkennen. Und bei der routinemäßigen Wasserstraßen-Unterhaltung können diese Daten helfen, Baggerungen oder Geschiebezugaben zur Sohlstabilisierung besser zu planen.

Während das WSA Duisburg-Rhein das Gesamtvorhaben leitete, hat die BfG die Gewässervermessung fachtechnisch realisiert (Referat Geodäsie). Die eigentlichen Vermessungsarbeiten führten nach europaweiter Ausschreibung drei Firmen durch. Die BfG wird mit den Ergebnissen dieses Modellprojekts Standards für die Vergabe weiterer derartiger Aufträge erarbeiten. Sie war auch für die Qualitätssicherung der ca. sechs Milliarden Messwerte zuständig, hat die entsprechende Methodik dafür entwickelt und an die örtlichen Gegebenheiten des Projekts angepasst. Das WSA unterstützte die Qualitätssicherung durch umfangreiche Kontrollmessungen.

Voraussetzung für die Fächerlotmessungen ist ein geeigneter Wasserstand. Ist dieser hoch, arbeiten die Fächerlot-Messsysteme wirtschaftlicher. Gleichzeitig treten aber vermehrt Sohländerungen infolge des höheren Geschiebetransports ein, so dass hier ein Kompromiss gefunden werden musste. Deshalb erfolgten die Messungen im Fahrwasser im Bereich AMW -0,5 bis +1,0 m (AMW = Ausbaumittelwasserstand), die Messungen in der Wasserwechselzone zwischen AMW +2,0 m und Hochwassermarke II.

Das Ergebnis ist eine flächenhafte großräumige Momentaufnahme des Fahrwassers in bisher nicht dagewesener Qualität (z.B. Auflösung des DGM-S 0,5 m).

3D-Darstellung einer Buhne (Modellauflösung 0,5m)3D-Darstellung einer Buhne (Modellauflösung 0,5m). Im Vordergrund ein Kolk.

Die Messung in den ca. 58 km langen Abschnitten dauerte 16 bis 20 Tage, was einer Leistung von ca. 2,9 bis 3,6 Stromkilometern pro Tag entspricht. Die Messung der Wasserwechselzonen war wasserstandsbedingt zunächst nur an 7 Tagen möglich, in denen ca. 75% erfasst werden konnten. Nachdem im November 2010 der erforderliche Wasserstand erreicht wurde, konnten die restlichen 25% innerhalb weniger Tage gemessen werden. Das erlaubt es, die Einzelmodelle zu einem homogenen Gesamtmodell zusammenzufügen. Nach Prüfung durch die BfG steht fest, dass die geforderte Unsicherheit der Modellhöhen von ca. 4 cm bei einer Sicherheitswahrscheinlichkeit von 95% für jedes Messgebiet erreicht bzw. deutlich unterschritten wird.

Buhnenfeld mit RiffelbildungSchummerungsdarstellung der Wasserwechselzone. Auch feinere Strukturen, wie die Riffelbildung im Buhnenbereich, werden sichtbar.

Ansprechpartner: Harry Wirth (wirth@bafg.de), Thomas Brüggemann (brueggemann@bafg.de)

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