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A-3 Phase B

A-3.1 Geophysik

A-3.1.1 Einleitung

1 Einführung

Die Ortung von Kampfmitteln ist auch heute noch eine unverzichtbare Maßnahme zur Gefahrenabwehr u.a. bei der Durchführung von Bauvorhaben und der Erschließung von Grundstücken. Geophysikalische Verfahren werden hierfür seit langem mit Erfolg eingesetzt. Dabei wird zwischen sogenannten passiven und aktiven Verfahren unterschieden.

Passive Verfahren beruhen auf der Messung von Verzerrungen des Erdmagnetfeldes, die durch magnetisch wirksame Störkörper (Blindgänger, Eisenteile etc.) im Untergrund hervorgerufen werden.

Bei den aktiven Verfahren wird ein elektromagnetisches Feld mittels eines Senders erzeugt, dessen Antwort aus dem Untergrund durch leitfähige Strukturen wie z.B. Metallkörper verändert wird. Diese Änderungen werden mit einem Empfänger aufgenommen und ausgewertet.

Aktive Verfahren kommen in der Kampfmittelerkundung seit dem 2. Weltkrieg routinemäßig bei der Suche nach Landminen zum Einsatz. Bis heute erfolgt eine stetige Weiterentwicklung dieser Technik, die seit den 1990er Jahren auch für die Detektion von größeren Objekten im tieferen Untergrund eingesetzt wird. Es ist absehbar, dass die aktiven Verfahren auch in der Zukunft eine bedeutende Rolle spielen werden.

Als weitere Technik wird in jüngerer Zeit das Georadar (GPR, Ground Penetrating Radar) auch für die Zwecke der Kampfmittelsuche eingesetzt. Die hauptsächlichen Einsatzgebiete sind derzeit noch die militärische Kampfmittelsuche und die humanitäre Entminung. Die Arbeitsweise des GPR basiert auf der Aussendung sowie dem Empfang reflektierter elektromagnetischer Wellen, typischerweise in einem Frequenzbereich zwischen 200 MHz und einigen GHz.

 

2 Grundlagenermittlung

Vor dem Einsatz geophysikalischer Verfahren zur Lokalisierung von Kampfmitteln müssen zur richtigen Auswahl einige grundsätzliche Fragestellungen geklärt werden:


2.1 Kampfmittel

Grundsätzlich lassen sich Kampfmittel nach Herkunft, Art und Lage charakterisieren.


2.1.1 Herkunft und Art der Kampfmittel

Die Herkunft der Kampfmittel lässt sich den fünf Verursachungsszenarien (s. Anhang A-2.1.4) zuordnen. In der Regel wird hierdurch auch ihre Art bestimmt.


2.1.2 Tiefenlage der Kampfmittel

Bombenblindgänger liegen je nach Größe, Gewicht und Beschaffenheit des Untergrundes bis zu 10 Meter tief unter der Geländeoberkante bzw. der Sohle von Gewässern, selten tiefer. Dabei durchdringen Bombenblindgänger den Untergrund häufig auf einer kreisartigen Bahn und befinden sich daher nicht unmittelbar unterhalb des Einschlagsortes. Teile wie z. B. das Leitwerk werden oftmals beim Eindringvorgang abgerissen und befinden sich im Verlauf dieser Bahn.

Ebenfalls in größerer Tiefe können die im Rahmen von Bodenkämpfen in Stellungen, Trichtern, Gruben und natürlichen Hohlformen zurückgelassenen oder verschütteten Kampfmittel liegen. Auch aus dem militärischen Regelbetrieb und aus der Munitionsvernichtung können Kampfmittel in solche Hohlformen eingebracht worden sein. Gerade zur Beseitigung von Fundmunition wurden aber häufig auch Wasserflächen aller Art wie Kanäle, Flüsse, Seen, Teiche oder Becken genutzt, insbesondere an damals verkehrsgünstigen/zugangsgünstigen Stellen.

Gegen Kriegsende oder auch danach im Zuge der Munitionsvernichtung durch Sprengen weggeschleuderte Kampfmittel (angesprengte Munition) befinden sich meistens in der oberen Boden- bzw. Sedimentschicht auf den seinerzeitigen Sprengplätzen, manchmal auch bis 1.000 Meter davon entfernt. Im Bereich der bei der Vernichtung entstandenen Sprengtrichter dringen Kampfmittel jedoch auch bis zu 2 Meter weit in die Trichtersohle oder –wand ein. Im Zusammenhang mit einer starken Nutzung der Sprengtrichter wurden Kampfmittel dadurch bis in Tiefen von 20 m unter Ursprungsgeländeoberkante nachgewiesen.

Während des Krieges oder im Übungsbetrieb verschossene, aber nicht explodierte Munition (Blindgänger) liegt ebenso wie Minen in der Regel auf der Gelände- bzw. Sedimentoberkante oder in Tiefen bis max. 2 m darunter.


2.2 Fundumgebung

Neben der Art und Lage der Fundmunition spielt die Fundumgebung eine weitere wichtige Rolle für den Erfolg/Misserfolg bei der Kampfmittelsuche. Im Folgenden sind einige typische Situationen für Fundumgebungen mit den dazugehörigen Konsequenzen dargestellt.


2.2.1 Aufschüttungen

Häufig gelangen Kampfmittel durch Bodenumlagerungen in aufgeschüttetes Material. Die stoffliche Zusammensetzung der Aufschüttung hat starken Einfluss auf die Qualität der geophysikalischen Messungen. Durch metallische Einlagerungen (Schrott, Bauschutt mit Stahlbewehrungen etc.) werden magnetische und elektromagnetische Messverfahren stark gestört, so dass eine Identifizierung bzw. Unterscheidung von Kampfmitteln und anderweitigen Metallteilen nur schwer oder nicht mehr möglich ist. Hier können Verfahrenskombinationen in Verbindung mit Datenbearbeitungsverfahren eine Verbesserung der Detektionswahrscheinlichkeit erzielen.

Die maximal zu erreichende Erkundungstiefe wird durch die Mächtigkeit der Aufschüttung begrenzt.

Eine Übersichtskartierung, z.B. mit Hilfe einer magnetischen Vermessung, liefert ein Bild über die Verteilung von mit Metallkörpern unbelasteten, belasteten oder stark belasteten Bereichen der Untersuchungsfläche.

Die Auswertung gemessener magnetischer Anomalien hinsichtlich der Tiefe der Störkörper gibt Auskunft über die Mächtigkeit der Aufschüttung unter der Annahme, dass im gesamten Aufschüttungsvolumen Störkörper enthalten sind. Ist diese Annahme unsicher, kann durch ergänzende Untersuchungen (z.B. Rammkernsondierungen, 2D-Geoelektrik oder Refraktionsseismik) die Mächtigkeit der Aufschüttung profil-/flächenhaft ermittelt werden.

Die Voruntersuchungen liefern fundierte Planungsgrundlagen für die Entscheidung, ob eine flächenhafte geophysikalische Kampfmittelsuche auf der gesamten Fläche, nur auf Teilbereichen oder gar nicht zum Einsatz kommen kann. Aus der Mächtigkeitsbestimmung lässt sich die maximal zu erreichende Erkundungstiefe bestimmen, welche die Wahl des geophysikalischen Verfahrens bestimmt. Weiterhin kann das zu untersuchende Bodenvolumen abgeschätzt werden.


2.2.2 Leitungen, Kabel, Störkörper

Befinden sich Kampfmittel in Gebieten mit entwickelter Infrastruktur (Stadt-/Industriegebiete), können unterirdische Leitungen und Kabel die Ergebnisse einer Sondierung beeinträchtigen. Mithilfe von Leitungsplänen lassen sich im Voraus mögliche Fehlinterpretationen von gemessenen Anomalien vermeiden. Allerdings sind diese Pläne häufig recht ungenau.

Ebenso muss im Gelände sorgfältig Protokoll über sichtbare Störkörper (Tanks, Zäune, Kanaldeckel, Masten etc.) geführt und diese in Lagepläne eingetragen und mit den Anomalienkarten abgeglichen werden.

Die geophysikalischen Messnetze sollten, soweit das Gelände dies zulässt, Leitungen und Kabel senkrecht queren. Dadurch erhöht sich die Ortungsgenauigkeit dieser Lineamente.


2.2.3 Geologische Struktur der Untersuchungsfläche

Zur geophysikalischen Methodenwahl ist die Kenntnis der geologischen Struktur im Bereich der Verdachtsfläche von großem Vorteil. So tritt als “natürliche” Tiefengrenze für Bombenblindgänger z.B. eine Festgesteinsoberkante unter einer Lockergesteinsbedeckung auf. Liegt diese Grenze höher als die erfahrungsgemäß mögliche maximale Tiefe von Blindgängern (ca. 8 – 10 m), kann das zu untersuchende Bodenvolumen erheblich reduziert werden. Zur Kartierung der Festgesteinsoberfläche im Untergrund können je nach Bodenbeschaffenheit Rammkernsondierungen, Refraktionsseismik, 2D-Geoelektrik oder das Georadar eingesetzt werden.

Bei lockeren bzw. „weichen“ Bodenverhältnissen (z.B. Marschenböden, anmoorige Böden, Moore, locker gelagerte Sande) liegen Bombenblindgänger zum Teil noch in Tiefen bis zu 10 m. Hier müssen zur Ortung Sondierungsbohrungen herangezogen werden.

Die oben aufgeführten Überlegungen beziehen sich nur auf natürliche Bodenverhältnisse. Durch Bodenumlagerungen/Aufschüttungen können die Bombenblindgänger auch tiefer liegen als sie natürlicherweise zu erwarten sind.

 

3 Anforderungen an die geophysikalische Untersuchungsmethodik

Für die Ortung von Einzelobjekten (Einzelanomalien) bis in größere Tiefen ist die Nutzung von Sensoren mit großer Tiefenerfassung von der Geländeoberkante bzw. Sedimentoberkante erforderlich.

Für eine Modellierung des Störkörpers (Bombe) inkl. einer Tiefenbestimmung ist die flächenhafte Erfassung des durch die Bombe hervorgerufenen Anomalienfeldes notwendig.

Bei größeren Objekten ist ein Profilabstand von 0,25 m für die Messungen ausreichend.

Bei Objekttiefen, die nicht durch Messungen von der Geländeoberkante bzw. Sedimentoberkante aus erfasst werden können, muss eine Ortung durch Einbringen von Messbohrungen erfolgen.

Sind die Einschlagsorte von möglichen Blindgängern (z.B. aus der Luftbildauswertung) bekannt, muss bei der Ortung trotzdem auch das Umfeld abgesucht werden. Neben der Lageungenauigkeit des Blindgängerverdachtspunktes aus der Luftbildauswertung (s. Anhang A-2.3.4) ist zu berücksichtigen, dass sich Bombenblindgänger nicht immer direkt unter dem Einschlagsort befinden. Der seitliche Abstand kann 6 – 10 m vom Einschlagspunkt betragen, die Tiefe bis zu 10 m erreichen. Die Abweichung ist abhängig von der Bodenbeschaffenheit. Bei weichen oder lockeren Böden muss der Suchradius daher größer als bei festen Böden angesetzt werden. Richtwerte sind Suchflächen mit 10 m x 10 m für feste und 25 m x 25 m für weiche/lockere Böden mit dem Einschlagsort im Mittelpunkt.

Bei Verdachtsflächen in Gewässern ist dagegen eine Einzelfallbetrachtung erforderlich (Strömungsrichtung, Sedimentumlagerungen u. ä.).

Vergrabene, verschüttete oder versenkte Kampfmittel kommen sowohl als kleinere Einzelobjekte als auch als Ansammlung im Boden vor. Aufgrund der kleinen Abmessungen der Kampfmittel ist die Nutzung von hochauflösenden Sensoren und die Einhaltung eines Spurabstandes von < 0,25 m notwendig.

Objektansammlungen können mit den vorhandenen Messverfahren zum Teil nicht mehr einzeln aufgelöst werden und rufen daher eine zusammenhängende „Einzelanomalie“ hervor, die ein größeres Einzelobjekt vortäuschen kann. Oder es ergibt sich ein unruhiges Anomalienbild, dessen Einzelanomalien nicht mehr objektbezogen ausgewertet werden können.

Verschossene oder versprengte Munition liegt meist oberflächennah. Aufgrund der häufig geringen Größe der Einzelobjekte sind empfindliche Sensoren mit einer an die erforderliche Suchtiefe angepassten Tiefeneindringung notwendig. Die Einhaltung eines Spurabstandes der Sensoren < 0,25 m ist notwendig.

Die Datenaufzeichnung hat flächenhaft zu erfolgen, da meist keine Vorab-Informationen über mögliche Fundstellen vorhanden sind.

Grundsätzlich ist bei Verdachtspunkten oder -flächen im Wasser eine geeignete Unterwassersensorik einzusetzen. Die Sondentechnik ist dabei im gleichmäßigen Abstand ohne Verkippung dicht über der Gewässersohle zu führen.

 

4 Verfahrensoptimierung

Die Praxis zeigt, dass jeder Fundplatz seine eigenen spezifischen Gegebenheiten aufweist. Aus diesem Grunde ist insbesondere bei größeren Flächen eine sorgfältige Vorerkundung notwendig, die neben einer geologischen Beschreibung auch geophysikalische Testmessungen zur optimalen Methodenwahl beinhaltet.

Die Testmessungen sollten wie folgt angelegt sein:

Als Ergebnis der geophysikalischen Testmessungen erhält man:

 

5 Dokumentation

Alle durchgeführten Arbeiten müssen in Form von Feldprotokollen und in zusammengefasster Form im Ergebnisprotokoll dokumentiert werden. Hierzu gehören (siehe auch Knödel et al. 1997):

Jede Anlage muss über eine Legende verfügen, die alle notwendigen Angaben zur Lesbarkeit der Anlage enthält, wie Titel, Auftraggeber, Auftragnehmer, Bearbeiter, Maßstab, Datum der Erstellung, Anlagennummer.

Bei der Darstellung von Messergebnissen mit Isolinienplänen in Verbindung mit flächenhaften Farbdarstellungen muss die Farbcodierung als Legende erklärt sein. Ebenso muss deutlich vermerkt sein, in welcher Maßeinheit die Messwerte dargestellt sind (z.B. nT, nT/m, mV etc.).

X1, Y1, Messwert1, Messwert2, ...
X2, Y2, Messwert1, Messwert2, ...

X und Y sind dabei die zu den Messwerten gehörenden Ortskoordinaten.


Exakte und klare Angaben über das verwendete Koordinatensystem und die Zuordnung der Messdaten zu den Koordinaten. Bei der Verwendung von lokalen Koordinatensystemen ist in einer Skizze die Lage des Nullpunktes im Gelände darzulegen. Zum Wiederauffinden eines lokalen Messnetzes sind Vermarkungspunkte an den Eckpunkten der Messflächen im Gelände einzubringen.

 

6 Qualitätssicherung

Die Qualitätssicherung ist ein wichtiger Bestandteil geophysikalischer Messungen. Sie ist vom Auftragnehmer zu gewährleisten und muss entsprechend dokumentiert werden.

Die nachfolgenden Punkte zur Qualitätssicherung geophysikalischer Messungen werden hier übersichtsweise aufgeführt. Sie bilden auch die Grundlage für die Qualitätskontrolle durch den Auftraggeber. Detaillierte Angaben erfolgen in den Anhängen 3.1.2 bis 3.1.4.


6.1 Magnetik


6.2 Elektromagnetik


6.3 Georadar


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