Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten

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1 R. Marschallinger, W. Wanker, F. Zobl: Beiträge zur COGeo doi: /cogeo Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten ERICH NIESNER Peer-reviewed COGeo 2010 contribution doi: /cogeo Zusammenfassung Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur geophysikalischen Untersuchung von potentiellen Hangrutschungsgebieten ergaben geoelektrische Wiederholungsmessungen, die an ausgewählten Profilen mit einem Zeitintervall von 1 bzw. 2 Jahren durchgeführt wurden, signifikante Veränderungen des spezifischen elektrischen Widerstandes im Untergrund. In einigen Bereichen konnten Widerstandserniedrigungen, deren Ursache wahrscheinlich in einer Zunahme der Wassersättigung liegt, festgestellt werden. Um diese Widerstandsänderungen genauer zu untersuchen und um genaue Informationen über die Einflussparameter und den zeitlichen Verlauf der Prozesse im Untergrund zu gewinnen, wurde mit der Entwicklung einer kontinuierlich arbeitenden geoelektrischen Monitoringanlage begonnen. Die Anlage sollte über einen längeren Zeitraum autark arbeiten können, da in den interessanten Messgebieten meist kein Zugang zu einer Stromversorgung vorhanden ist. Die Stromversorgung wurde daher über ein automatisch startfähiges Stromaggregat realisiert, das computergesteuert die Versorgungsakkus wieder aufladen konnte. Als Messgerät wurde eine kommerziell erhältliche Apparatur (Sting Fa.AGI) verwendet, wobei allerdings die Steuersoftware komplett neu entwickelt wurde, damit das Gesamtmesssystem möglichst optimal für das Monitoring angepasst werden konnte. Dies reichte von der Ansteuerung des Gerätes, den Einbau von Kontrollroutinen, einer übersichtlichen graphischen Darstellung der laufenden Messungen in Echtzeit, über die sichere Erkennung von Fehlmessungen und deren automatische Wiederholung bis zur Datenspeicherung. Ein entsprechendes Messsystem wurde aufgebaut und auf Langzeitstabilität getestet. Das gesamte System inklusive Stromversorung wurde in einen fahrbaren Anhänger eingebaut. Die ersten Messungen wurden im Herbst 2007 im Gschliefgrabengebiet durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Messungen werden hier vorgestellt. Zusätzlich standen die Daten einer nahe gelegenen meteorologischen Station zur Verfügung, sodass auch Korrelationen mit diesen Daten analysiert werden konnten. Ziel war die Erkennung von systematischen Widerstandsänderungen im Untergrund und deren Einsatzmöglichkeiten im Rahmen von Frühwarnsystemen. Noch im Jahr der letzten Messungen begann im Untersuchungsgebiet eine große Hangrutschung (Gschliefgraben), die erst nach mehr als einem Jahr wieder zum Stillstand kam. Da sich bereits im Vorfeld dieser Großrutschung Änderungen im Untergrund angezeigt hatten, noch bevor Bewegungen an der Erdoberfläche festgestellt werden konnten, hat diese Methodik großes Potential für den Einsatz in Frühwarnsystemen. 1

2 Erich Niesner 1 Einführung und Problemstellung Geoelektrische Wiederholungsmessungen an ausgewählten Profilen mit einem Zeitintervall von 1 bzw. 2 Jahren, die im Rahmen eines Forschungsprojektes (Millahn, et.al. 2008, Weber & Niesner 2008, Weidinger 2003) zur geophysikalischen Untersuchung von potentiellen Hangrutschungsgebieten durchgeführt wurden, ergaben signifikante Veränderungen des spezifischen elektrischen Widerstandes im Untergrund (Niesner & Weidinger 2008a, 2008b, Weidinger 2009, Weidinger et.al. 2006, 2007). Es wurden in einigen Bereichen Widerstandserniedrigungen festgestellt, deren Ursache mit hoher Wahrscheinlichkeit in einer Zunahme der Wassersättigung liegt. Um diese Widerstandsänderungen im zeitlichen Verlauf und deren Einflussparameter genauer zu untersuchen, wurde eine kontinuierlich arbeitende geoelektrische Monitoringanlage entwickelt, die im Jahr 2007 erstmals eingesetzt werden konnte. Die Kriterien, die bei der Entwicklung der Hard- und Software des Systems zugrunde gelegt wurden und Ergebnisse der Messungen werden hier vorgestellt. 2 Anforderungen an das Messsystem und Aufbau Da die Anlage über einen längeren Zeitpunkt selbständig arbeiten sollte und im geplanten Messgebiet keine Stromversorgung vorhanden war, musste eine autarke Stromversorgung entwickelt werden. Als Messgerät wurde eine kommerziell erhältliche Apparatur (Sting Fa.AGI) verwendet, wobei allerdings die Steuersoftware komplett neu entwickelt wurde, damit das Gesamtmesssystem möglichst optimal für das Monitoring angepasst werden konnte. Ein entsprechendes Messsystem wurde aufgebaut und auf Langzeitstabilität getestet. Das gesamte System inklusive Stromversorung wurde in einen fahrbaren Anhänger eingebaut. Ein Bild des fertigen Messsystems zeigt die Abbildung 1. Die Details bezüglich der Steuersoftware und der Funktionsweise werden im Folgenden ausgeführt. 2

3 Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten. Abbildung 1: Geoelektrisches Monitoring Messsystem, links Anhänger mit Messsystem im Betriebszustand, rechts Blick in den inneren Aufbau des Messsystems 2.1 Aufbau des Multielektrodengeoelektrik-Messsystems und Elektrodenauslage Das eingesetzte geoelektrische Messsystem (STING/SWIFT der Firma AGI, Austin, USA) ist ein Multielektrodenmesssystem mit intelligenten, automatisch schaltbaren Elektroden. Den generellen Aufbau des Messsystems zeigt die Abbildung 2. Eine Messlinie besteht im Allgemeinen aus einer größeren Zahl von in gleichem Abstand platzierten Elektroden. Dies sind Stahlspieße, die in den Boden eingeschlagen werden. Für die vorliegenden Messungen standen 84 Elektroden zur Verfügung. Der optimale Abstand zwischen den Elektroden wird durch die aktuelle Messaufgabe bestimmt. Bei der eingesetzten Apparatur ist ein maximaler Elektrodenabstand von 12 Metern möglich. Für die vorgestellten Messungen wurde ein Elektrodenabstand von 10 m verwendet. Damit ergibt sich bei 84 eingesetzten Elektroden eine Profillänge von 830 m. Für Detailuntersuchungen muss mit entsprechend geringerem Elektrodenabstand gearbeitet werden. Die Stahlelektroden sind über intelligente Elektronikeinheiten mit dem Messsystem verbunden. Jede dieser Elektronikeinheiten hat eine fixe Hardwareadresse über die die jeweilige Elektrode angesteuert werden kann. Über Relais wird dann die elektrische Verbindung zur Stahlelektrode hergestellt. Jede Elektrode kann damit sowohl als Strom- als auch als Messelektrode eingesetzt werden. Für eine Einzelmessung sind jeweils 4 Elektroden der Elektrodenkette notwendig und aktiv. Über zwei Elektroden (A und B) wird der Strom in den Untergrund eingeleitet und zwischen zwei weiteren Messelektroden (M und N) die elektrische Spannung gemessen. Aus der 3

4 Erich Niesner Stromstärke, der gemessenen Spannung und den jeweiligen Elektrodenabständen lässt sich der scheinbare spezifische elektrische Widerstand ermitteln und daraus können die wahren spezifischen elektrischen Widerstände des Untergrundes über eine Inversionsrechnung bestimmt werden. Eine Steuereinheit SWIFT box übernimmt die Kommunikation mit den Elektronikeinheiten an den Elektroden. Diese Steuereinheit ist sowohl mit dem Messgerät STING R1 als auch mit einem Notebook, auf dem die Steuersoftware läuft, verbunden. Über die Steuersoftware können die verschiedenen notwendigen Elektrodenkombinationen elektronisch aktiviert, die Messung gestartet und die Messwerte gespeichert werden. Bei entsprechender Wahl der Elektrodenkombinationen kann damit ein geoelektrischer WiderstandsTiefenschnitt entlang des Profils gemessen werden. Da das Messsystem damit vollständig automatisch gesteuert werden kann, lassen sich auch gezielt Wiederholungsmessungen durchführen und es können die zeitlichen Änderungen der elektrischen Widerstände im Untergrund gemessen werden. Es ist damit ein automatisches kontinuierliches geoelektrisches Monitoring möglich. Abbildung 2: Genereller Aufbau des Multielektroden-Messsystems, pro Einzelmessung sind jeweils nur 4 Elektroden aktiv 2 Stromelektroden A u. B und 2 Messelektroden N u. N. In der Abbildung ist die Potentialverteilung bei einer Einzelmessung (über homogenen Untergrund) dargestellt. 2.2 Akquisitions- und Steuersoftware Benutzeroberfläche und allgemeiner Aufbau Um das Messsystem möglichst optimal an die gestellte Messaufgabe anpassen zu können, und da auch keine geeignete Monitoring Software zur Verfügung stand, war es notwendig eine eigene Mess- und Steuersoftware zu entwickeln. Zur Programmierung dieser Steuer- und Aquisitionssoftware wurde die Programmiersprache LabView (National Instruments ni.com) verwendet. Ein Bild der Benutzeroberfläche der Monitoring-Software zeigt die Abbildung 3. Diese Benutzeroberfläche ist so gestaltet, dass eine gute Kontrolle der laufenden Messung möglich ist. Im oberen Bereich werden die aktuellen Widerstandsmesswerte digital und graphisch in einer Pseu4

5 Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten. dosektion angezeigt und in Echtzeit aktualisiert. Zusätzlich werden auch die gerade verwendeten Elektrodenummern (aufsteigende Nummerierung entlang der Elektrodenkette), die zugehörigen Hardwareadressen, der Messstrom und weitere Werte angezeigt. Die Kommunikation mit dem Messsystem erfolgt über eine serielle RS232 Schnittstelle. Die Steuercodes wurden in ein Treibermodul implementiert, das den direkten Zugriff auf das Messsystem über die Software erlaubt. Da bei einem Langzeitmonitoring kein Messtechniker permanent vor Ort ist, müssen hohe Anforderungen an die Stabilität der Software gestellt werden. Kleine Fehler dürfen nicht zum Abbruch einer Messerie führen. Außerdem müssen fehlerhafte Messwerte erkannt und automatisch wiederholt werden können. Einige Details zur Funktionsweise der Software werden nachfolgend beschrieben Überprüfung der Messdatenqualität und automatische Wiederholungsmessungen Als Kriterium für die Qualität der Messdaten wird der Stapelfehler herangezogen. Jeder einzelne Widerstandwert wird aus mehreren Einzelmessungen (typisch 2-8) ermittelt. Damit kann für jeden Widerstandswert ein Stapelfehler berechnet werden, der die Wiederholgenauigkeit und damit die Qualität der Messwerte zeigt. Dieser Stapelfehler wird ebenfalls digital und in einer Pseudosektion dargestellt. Programmintern wird dieser Stapelfehler verwendet um bei Messwerten mit großem Fehler automatisch entsprechende Wiederholungsmessungen zu starten. Der maximal zulässige Fehler kann vorab als Parameter eingegeben werden. Übersteigt der Stapelfehler einer Einzelmessung diesen Wert so wird diese Elektrodenanordnung zwischengespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt automatisch wiederholt. Um zu verhindern, dass die Messserie durch eine nicht genauer mögliche Messung aufgehalten oder stark verzögert wird, kann die Anzahl der Wiederholungsversuche ebenfalls eingegrenzt werden. Wird die geforderte Genauigkeit bei einem Messwert trotz Wiederholungsmessungen nicht erreicht, setzt das Messsystem die Messung beim nächsten Wert fort Graphische Kontrolle der Messserie Um auch in der dargestellten Pseudosektion aufeinanderfolgende Messungen graphisch darzustellen, werden pro Pseudopunkt vier Werte gleichzeitig durch Unterteilung angezeigt. Diese vier Teil-Rechtecke werden analog zu einem Shift Register so verwendet, dass der aktuellste Wert jeweils links oben dargestellt wird und die bereits gemessenen Werte im Uhrzeigersinn weitergeschoben werden. Damit können pro Pseudopunkt jeweils die vier aktuellsten Messwerte gleichzeitig dargestellt werden. Optisch ist daher durch Farbunterschiede innerhalb eines Pseudopunkt Rechteckes sofort erkennbar, ob aktuell Widerstandsänderungen auftreten. 5

6 Erich Niesner Abbildung 3: Benutzeroberfläche der Monitoring-Software Polarisationsladungen und Reihenfolge der Messungen Die Reihenfolge der Messungen sollte zur Verhinderung von systematischen Fehlern innerhalb der Pseudosektion möglichst zufällig verteilt durchgeführt werden. Da die Messdauer für eine vollständige Pseudosektion je nach Elektrodenanzahl mehreren Stunden dauern kann, besteht bei sequentieller Messung die Gefahr, dass systematische Änderungen der Umgebungsparameter Trends in den Messungen verursachen die schlecht erkennbar sind und zu Fehlinterpretationen führen könnten. Weiters muss beachtet werden, dass besonders bei höherohmigem Untergrund die Messwerte durch noch nicht abgebaute Polarisationsladungen an den Elektroden beeinflusst werden können. Wird eine Elektrode kurz nach der Verwendung als Stromelektrode für eine der nächsten Messungen als Messelektrode benützt, so bleibt zum Abbau der Ladungen zu wenig Zeit und die neue Messung wird durch die noch verbliebene Restladung verfälscht. Um den Stromelektroden während der laufenden Messung möglichst genügend Zeit zum Abbau von Polarisationsladungen zu geben, wird über die Software erfasst, welche Zeitspanne bei jeder Elektrode seit der letzten Verwendung als Stromelektrode vergangen ist. Für die nächste Mes- 6

7 Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten. sung wird dann die Elektrodenkombination ausgewählt, die jeweils am längsten nicht als Stromelektroden benutzt wurden. Die Abbildung 4 zeigt eine Momentaufnahme dieser Elektroden - Benutzungsstatistik, die für die geeignete Auswahl der Messelektroden verwendet wird. Durch diese Ermittlung der optimalen Reihenfolge der Messungen ergibt sich zusätzlich automatisch eine statistisch gleichmäßige Verteilung der Messungen in der Pseudosektion. Eventuelle systematische Fehler verteilen sich damit gleichmäßig auf die gesamte Pseudosektion und können nicht lokal zu Verfälschungen des Ergebnisses führen. Zusätzlich wird bei jeder Messung für die nachfolgende Datenbearbeitung auch der genaue Messzeitpunkt mit aufgezeichnet. Abbildung 4: Dynamisches Diagramm mit der Darstellung der Verwendungshäufigkeit der einzelnen Elektroden - je niedriger die Werte desto länger wurde eine Elektrode nicht für eine Messung benutzt. Dargestellt ist eine Momentaufnahme bei einer Messung mit 84 Elektroden Datenspeicherung und direkte Datenüberprüfung vor Ort Sämtliche Messwerte werden in einer Datenbank und pro gemessener vollständiger Pseudosektion in Excel-Arbeitsblättern gespeichert. Zusätzlich wird aus den Messdaten unter Verwendung der besten Werte ein 4d Datenblock erstellt um Orts- und Zeitabhängigkeiten bereits während der Messungen darstellen und beobachten zu können. Sowohl Orts-, Tiefen- und Zeitschnitte durch den Datenblock können in Echtzeit betrachtet werden, sodass eine sofortige Kontrolle der Messergebnisse möglich ist. Die Abbildung 5 zeigt dieses Darstellungsfenster. Die untere Graphik in Abbildung 5 zeigt einen horizontalen Schnitt bei einer bestimmten Tiefedurch den Messdatenblock, wobei auf der x Achse mit der Nummer der Messung die Zeitachse und die y Achse die Position am Profil darstellt ist. 7

8 Erich Niesner Abbildung 5: Darstellung von Orts-, Tiefen- und Zeitschnitten der 4d-Messergebnisse in Echtzeit, das untere Fenster zeigt einen Zeitschnitt durch die gemessenen Daten bei der Tiefenposition Erste Messergebnisse mit dem geoelektrischen Monitoringssystem 3.1 Messprofil im Gschliefgraben (OÖ) Die ersten Messungen mit dem geoelektrischen Monitoringsystem wurden im Juni 2007 im Gschliefgrabengebiet durchgeführt. Die Abbildung 6 zeigt den Profilverlauf des Messprofils. Die 830 m lange Messlinie mit 84 Elektroden im Abstand von 10 m wurde im oberen Gschliefgraben aufgebaut. Der Profilverlauf war etwa Nord-Süd. Das Profil querte sowohl den Lidringgraben als auch den Gschliefgraben, den zwischen diesen Gräben liegenden Gaisrücken und endete unterhalb der Traunstein Nordwand. Zwischen Gaisrücken und dem Gschliefgraben lag der Profilverlauf direkt in einer lokal begrenzten aktiven Rutschzone (Bewegungsraten unter einem Meter pro Monat). Rückschreitende Erosion lieferte das Material für diese lokale Rutschung. Auch an der Stelle an der das Profil den Lidringgraben kreuzte, trat bereits oberflächlich sichtbar eine hohe Wassersättigung der Tone und Mergel auf. Die gewählte Profillage wurde auf Grund der vorangegangen Profilmessungen gewählt. Die Ergebnisse dieser Messungen ließen erwarten, dass im gewählten Bereich die größten Änderungen im Untergrund auftreten werden. Das Profil quert den Gschliefgraben am Zusammenfluss mehrerer kleinerer Erdströme aus dem oberen Gschliefgraben. Kurz unterhalb dieses Kreuzungspunktes waren keine offensichtlichen Massen8

9 Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten. bewegungen mehr erkennbar und es hatte sich durch die aus dem oberen Gschliefgraben zuströmenden Massen ein Akkumulationsbereich ausgebildet. Des Weiteren kam der Massenstrom des Rutschereignisses vom Frühjahr 2006 knapp oberhalb des Profils zum Stillstand. Innerhalb weniger Tage kam es hier zu einer zusätzlichen Massenauflagerung von über m3. Das Profil querte auch die bei früheren Messungen detektierte ca. 100 m mächtige Hangschuttschicht am Fuße des Traunsteins. Diese Schicht ist mit ziemlicher Sicherheit für Wasser gut permeabel. Das Profilende lag bereits nahe dem Festgestein der Traunstein Nordwand. Dieser Kalk ist verkarstet und weist damit auch eine gute Wasserwegigkeit auf durch die Wasser in den Bereich des Gschliefgrabens eindringen kann. Das Profil erfasste damit die meisten instabilen Zonen und Bereiche mit unterschiedlicher Wasserwegigkeit. Innerhalb des Messzeitraumes konnten deutliche Widerstandsänderungen im Untergrund festgestellt werden. Einige der Ergebnisse werden nachfolgend gezeigt. Abbildung 6: Lage des Monitoringprofils im oberen Gschliefgraben Zusätzlich standen die Daten einer nahegelegenen meteorologischen Station, der Messstation Gmunden, die von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) betrieben wird, zur Verfügung, sodass auch Korrelation mit diesen Daten analysiert werden konnten. 9

10 Erich Niesner 3.2 Messergebnisse Typische Ergebnisse aus der aufgezeichneten Messserie sind in den Abbildungen 7, 8 und 10 dargestellt. An diesen Widerstandstiefensektionen ist erkennbar, dass im Messzeitraum bereits deutliche Widerstandsänderungen aufgetreten sind. Dargestellt sind die Messungen am Anfang (Abbildung 7) und am Ende der Messerie (Abbildung 10) und ein Tiefenschnitt der ca. 1 ½ Tage nach Messbeginn erhalten wurde (Abbildung 8). Bereits 1 ½ Tage nach dem Messbeginn ist eine deutliche Widerstandserniedrigungen in den tieferliegenden Teilen des Profils erkennbar, während nahe der Oberfläche keine gravierenden Widerstandsänderungen auftreten. Beide Messserien wurden mit derselben Elektrodenauslage gemessen. Obwohl einige Elektroden direkt in lokalen Rutschzonen platziert worden sind, kann davon ausgegangen werden, dass sich die Lage der einzelnen Elektroden innerhalb von 1 ½ Tagen nicht wesentlich verändert hat. Positionsbedingte Widerstandsänderungen können damit ausgeschlossen werden. Da beide Messungen am selben Profil durchgeführt worden sind, können auch keine lithologischen Änderungen im Untergrund die Ursache von Widerstandsänderungen sein. Einflüsse des Tagesgangs der Temperatur sind bei den Messergebnissen erkennbar, diese betreffen aber nur die oberen Schichten bis in eine Tiefe von maximal etwa 20 m. In tieferliegenden Schichten sind die Temperaturen relativ konstant, sodass die Widerstandsänderungen durch Temperaturänderungen vernachlässigbar sind. Der plausibelste verbleibende Parameter als Ursache für die Widerstandsänderungen ist die sich verändernde Wassersättigung der Sedimente. Die größten Widerstandsunterschiede können nahe der Traunsteinwand, an südlichen Ende des Profils, beobachtet werden. In dieser Zone wird, entsprechend den obigen Ausführungen und auf Grund der lokalen Geologie (Weidinger, 2003, 2006) eine hohe Wasserwegigkeit durch hohe Permeabilitäten in Hangschutt und Karstsystemen angenommen. Da die Matrixleitfähigkeit von Kalk sehr gering ist, wird der Widerstand im Wesentlichen von der Leitfähigkeit des Formationswassers und dessen Menge im Porenraum d.h. der Wassersättigung bestimmt. Trockene kompakte und klüftige Kalke bzw. auch trockener Hangschutt zeigen sehr hohe Widerstände. Bei Zunahme der Wassersättigung sinken diese Widerstände. Je höher die Permeabilität desto rascher können diese Widerstandsänderungen ablaufen. Derartige schnelle Widerstandsänderungen treten im Südteil des Profils auf. Aus den Messergebnissen kann daher abgeleitet werden, dass es zwischen diesen beiden Messungen zu einem stärkeren Wasserzutritt vom Traunsteinmassiv gekommen ist. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit das Wasser aus dem oberen Gschliefgraben zugetreten ist, da die niederohmige Zone sehr breit ausgebildet ist. Auch im Nordteil des Profils kann eine Widerstandserniedrigung, und damit vermutlich eine Erhöhung der Wassersättigung in den tieferliegenden Schichten erkannt werden. Änderungen der Wassersättigumg im Untergrund hängen ursächlich mit den meteorologischen Bedingungen zusammen. Nachfolgend wird diese Korrelation mit den meteorologischen Daten analysiert. 10

11 Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten. Abbildung 7: Widerstandstiefenfunktion gemessen am Messende 9h27 Abbildung 8: Widerstandstiefenfunktion gemessen am Messende 20h Korrelation mit meteorologischen Daten Abbildung 9 zeigt die meteorologischen Daten der nahe gelegenen Messstation Gmunden der ZAMG. Dargestellt ist die Aufzeichnung der Daten für den Juni Der Zeitraum in dem die Monitoring-Messungen durchgeführt wurden (13.7. bis ) ist in der Abbildung durch eine Schattierung hervorgehoben. Generell ist erkennbar, dass während der Messung kaum Niederschläge aufgetreten sind. Die meiste Zeit war trockenes Wetter und nur gegen Ende der Messungen gab es zwei Niederschlagsereignisse. 11

12 Erich Niesner Abbildung 9: Meteorologische Daten vom Juni 2007 der Messstation Gmunden (ZAMG) Vor Beginn der Messungen gab es allerdings Perioden mit stärkeren Niederschlägen. Neben den Einzelereignissen ist in dem Diagramm auch die Summe der Niederschläge als Kurve dargestellt. Messbeginn war direkt nach stärkeren Niederschlägen. Die Abbildung 7 zeigt diese erste Messung. Im Süden des Profils, auf der Traunsteinseite, zeigen die hohen Widerstände noch trockene Verhältnisse an. Bei der Messung nach 1 ½ Tagen (Abbildung 8)) ist eine massive Widerstandserniedrigung erkennbar. Diese Ergebnissen zeigen, dass es wahrscheinlich einige Zeit dauert bis das Niederschlagswasser in den tieferen Untergrund migriert. Gegen Ende des MonitoringZeitraumes konnte eine kontinuierliche Erhöhung der Widerstände auf dem gesamten Profil beobachtet werden. Da es während des Monitorings kaum Niederschläge gegeben hat, ist eine generelle Austrocknung des Untergrundes anzunehmen. Die Abbildung 10 zeigt das Widerstandstiefenprofil am Ende der Monitoring-Aufzeichnungen bzw. der Trockenperiode. Abbildung 10: Widerstandstiefenfunktion gemessen am Messende 22h50 Das Messkabel war, wegen der zu erwartenden interessanten Messdaten, an einigen Stellen im Profil direkt in lokalen aktiven Rutschungen verlegt worden und obwohl an kritischen Stellen Kabelschleifen ausgelegt wurden, kam es zu einem Riss des Elektrodenkabels, der zum Ausfall führte. Innerhalb des Messzeitraumes konnten aber viele interessante Daten gemessen werden, die das Potential dieser Messmethode erkennen lassen. 12

13 Entwicklung und Anwendung eines mobilen geoelektrischen Monitoringsystems zur Untersuchung von Grundwasserdynamik und Hanginstabilitäten. 4. Anwendungen und Ausblick Früherkennung von Hangrutschungen ist sehr wichtig für die Sicherheit der Bevölkerung. Auch heute leben noch viele Menschen in potentiell gefährlichen Zonen. Mit verursacht durch die derzeit gemessene globale Erwärmung, die Erhöhung der Niederschlagstätigkeit und den mit der Erwärmung verbundenen Rückgang der Permafrostgrenze erhöht sich diese Gefahr zunehmend. Wichtig ist es daher Methoden zur Früherkennung gefährlicher Situationen zu entwickeln um Menschenleben zu retten. Wie die Untersuchungen gezeigt haben, ist es mit der Methode des geoelektrischen Monitorings möglich, Änderungen in der Wassersättigung und damit der Hangstabilität kontinuierlich zu erfassen. Im Rahmen dieses Artikels wurden einige wichtige Ergebnisse der Gesamtmessung gezeigt. Bei diesen Messungen konnten signifikante Änderungen der spezifischen elektrischen Widerstände im Untergrund festgestellt werden, die ursächlich mit der Wassersättigung zusammenhängen. Speziell in den Tonen und Mergeln der Gschliefgrabensedimente beeinflusst die Wassersättigung im großen Maße die Stabilität der Schichten. Höhere Wassersättigungen führen meist zu einer Verringerung der mechanischen Stabilität. Damit hat diese Methodik großes Potential für den Einsatz in Frühwarnsystemen. Bereits im Vorfeld von Rutschungen können, noch bevor Bewegungen an der Erdoberfläche festgestellt werden, Veränderungen in der Wassersättigung des Untergrundes gemessen werden. Obwohl der genaue Zeitpunkt des Auftretens einer Hangrutschung nicht bestimmt werden kann, ist es doch möglich, die Tendenz der Änderungen festzustellen, d.h. ob sich das System in Richtung eines stabileren oder instabileren Zustandes verändert. Diese Daten können wichtige Eingangsparameter für ein Früherkennungssystem liefern. Mit dem entwickelten geoelektrische Monitoringsyteme können diese Daten für die Behörden bereitgestellt werden 13

14 Erich Niesner Literatur MILLAHN, K., GRASSL, H., HYDEN, W., KERSCHNER, F., MORAWETZ, R., NIESNER, E., SCHMID, CH., WEBER, F., WEIDINGER, J.T.(2008): Ergebnisse geophysikalischer Untersuchungen im Gschliefgraben bei Gmunden (OÖ) in Hinblick auf die Massenbewegungen.- In: Jahrbuch der Geol. BA.148/1, 2008 NIESNER, E., WEIDINGER, J.T. (2008a): Results of a continuous geoelectrical monitoring in the forefront of the large landslide event of 2007/2008 in the Gschliefgraben (Gmunden/Upper Austria), EGU-Geophy.Res.Abstr NIESNER, E., WEIDINGER, J.T.(2008b):Investigation of a historic and recent landslide area in Ultrahelvetic sediments at the northern boundary of the Alps (Austria) by ERT measurements.- In: The Leading Edge, November 2008 (Near Surface). WEBER, F., NIESNER, E. (2008): Ergebnisse geophysikalischer Untersuchungen im Gschliefgraben bei Gmunden/OÖ in Hinblick auf die Massenbewegungen, Jb.d.Geol.B.A.Austria, WEIDINGER, J.T. (2003): Massenbewegungen und Gebirgsgefahren am Fuße der Traunstein-Nord- und Westwände, Gmunden, Oberösterreich, in Beiträge zur Geologie des Salzkammerguts, Gmundner Geo-Studien 2, 2003 WEIDINGER, J.T., NIESNER, E., MILLAHN, K. (2006): Interpreting Engineering Geologic and Geophysical Research in the Gschliefgraben (Gmunden/Upper Austria) for analyzing Shallow Sedimentation and Mass Movement Processes within Earth-, Mud and Debris- Streams, EGU-Geophy.Res.Abstr. 8, WEIDINGER, J.T., NIESNER, E., MILLAHN, K. (2007): Prediction of debris flows with multi-electrode geo-electric method in the Austrian Alps and its possible application in similar mountain regions, EGU-Geophy.Res.Abstr. 9,