Umwelt- und Sicherheitsmonitoring in Bergbauregionen mit Copernicus

Transkript

1 Umwelt- und Sicherheitsmonitoring in Bergbauregionen mit Copernicus Dr. Andreas Müterthies Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2018 Berlin, Folie 1

2 1. Einführung Bergbau Bergbau(regionen) in Deutschland Folie 2

3 1. Einführung Bergbau Bergbauregion Steinkohlenreviere in NRW und im Saarland GVST Folie 3

4 1. Einführung Bergbau Bergbauregion Ruhrgebiet 4 Folie 4

5 1. Einführung Bergbau Der Bergbau im Ruhrgebiet Schematischer Schnitt durch die Lagerstätte Bergschäden im Einwirkungsbereich des Steinkohlentiefbaus CH4 Ausgasungen Tiefbau Ruhr Oberflächennaher Bergbau Nicht dauerstandsicher verfüllter Schacht Tagesnaher Bergbau Tagesbruch Pinge Tonnlägiger Schacht Tagesbruch Erbstollen Quartär Deckgebirge Verfüllter Schacht Gebirgsauflockerung Gebirgsauflockerung Schacht der Zentralen Wasserhaltung Damm Karbon Folie 5

6 1. Einführung Bergbau Das Ruhrgebiet in 3D Folie 6

7 1. Einführung Bergbau Lebenszyklus Bergbau Exploration Gewinnung Nachbergbau kurz lang sehr lang Planung Nachbergbau Folie 7

8 2. Aufgaben Satellitengestütztes Monitoring in Bergbauregionen Sensoren/Messbare Parameter Sentinel 1 (Radar)/ Bodenbewegung Bodenfeuchtigkeit Sentinel 2 (optisch)/ Landbedeckung Vegetationsvitalität Umwelt- und Sicherheitsmonitoring mit Copernicus in Bergbauregionen Bergbauelement/Ereignisse Schacht/ Tagesbruch Abbaufläche/ Vegetationsschaden Wasserlösestollen/ Wasserausbruch Schlammteiche/ Dammbruch Folie 8

9 3. Monitoringkonzept Sentinel-1 Stufe 1: Auswahl Sensoren Beobachtungsgebiet: groß Datenkosten: niedrig, da zyklische Beschaffung notwendig und großes Gebiet Zeitliche Auflösung: ausreichend hoch für Monitoring Räumliche Auflösung: ausreichend niedrig für Detektion Sentinel-2 Landsat Detektion Ereignis Stufe 1: Auswahl Sensoren Monitoring Detektion Ereignis Stufe 2 Folie 9

10 3. Monitoringkonzept Stufe 2: Auswahl Sensoren/Methoden Beobachtungsgebiet: klein Datenkosten: höhere Kosten möglich, da kein Monitoring und kleines Gebiet Zeitliche Auflösung: geeignet für Ereignis-Messung, kein Monitoring Räumliche Auflösung: hoch genug für Messung des Ereignisses TerraSAR-X Worldview-2 Hyspex SWIR Stufe 2: Auswahl Sensoren Fernerkundung Terrestrisch Untersuchungen Verifikation/Messung des Ereignisses Gas- Detektion Nivellement Gravimetrie Folie 10

11 4. Workflow Bodenbewegungsmonitoring Folie 11

12 5. Beispiel PSI-Bodenbewegungsmonitoring 109 Sentinel-1 images Pixel size: 4m (Range) x 14m (Azimuth) Taken: (3 year) Ascending orbit VV polarized Folie 12

13 5. Beispiel PSI-Bodenbewegungsmonitoring -20 mm/year +20 mm/year Folie 13

14 6. Beispiel SBAS-Bodenbewegungsmonitoring 21 Sentinel-1 images Pixel size: 15m (Range) x 15m (Azimuth) Taken: (1 year) Ascending orbit VV polarized Folie 14

15 6. Beispiel SBAS-Bodenbewegungsmonitoring -30 mm/year +30 mm/year Folie 15

16 7. Beispiel Monitoring Schlammteiche Element: Schlammteiche Ereignis: Dammbruch Sentinel 1 (Radar)/ Bodenbewegung Bodenfeuchigkeit Bentho Rodrigues Dammbruch ( ) 17 Tote, Fluss und Mündung kontaminiert Ort Bento Rodrigues überflutet 7 Miliarden Entschädigung (Quelle: Wikipedia) ( Google Earth ( ) Folie 16

17 8. Bsp. Poldermonitoring Sentinel 2 (optisch)/ Landbedeckung Vegetationsvitalität Sentinel 1 (Radar)/ Bodenbewegung Bodenfeuchtigkeit Folie 17

18 8. Bsp. Poldermonitoring Bergbauelement: Abbaufläche Ereignis: Vegetationsschaden Grundwasserspiegel Folie 18

19 8. Bsp. Poldermonitoring Anwendungsszenario 1 Sentinel 2-Spektralbänder Transekt (0 m) 325 m Wasserfläche 0-25 m Übergangsbereich m Abgestorbene Bäume m Geschädigte Bäume m Übergangsbereich m 0 m Aisa Sentinel Eagle 2 (1m, (10 m, hyperspektral) multispektral) Testgebiet Kirchheller Heide Gesunde Bäume m Transekt (325 m) Folie 19

20 8. Bsp. Poldermonitoring Anwendungsszenario 1 Folie 20

21 8. Bsp. Poldermonitoring Folie 21

22 8. Bsp. Poldermonitoring Folie 22

23 8. Bsp. Poldermonitoring Flooding event Folie 23

24 8. Bsp. Poldermonitoring Flooding event Folie 24

25 Monitoringverfahren 5. Ausblick Sensoren/Messbare Parameter Sentinel 1 (Radar)/ Bodenbewegung Bodenfeuchtigkeit Sentinel 2 (optisch)/ Landbedeckung Vegetationsvitalität Sentinel 1 (Radar) Sentinel 2 (optisch) A1 A2 Quelle: Goerke-Mallet et al 2017 (modifiziert) Bergbauelement/Ereignisse Quelle: Goerke-Mallet et al 2017 (modifiziert).. Schacht/ Tagesbruch Abbaufläche/ Vegetationsschaden Wasserlösestollen/ Wasserausbruch Schlammteiche/ Dammbruch Folie 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Andreas Müterthies EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH Oststr Münster Tel.: Folie 26