Non-invasive geophysical and remote sensing methods to map and characterize relevant structures and processes
Final Report Abstract
In der experimentellen Hydrologie, die sich mit der Beobachtung von Wasserflüssen im typischerweise heterogenen Untergrund beschäftigt, besteht ein klares Defizit in den zur Verfügung stehenden Beobachtungsmethoden. So stehen zur Beobachtung von Feuchtevariationen im Untergrund typischerweise entweder punktbasierte Messmethoden (z.B. in Bohrungen installierte Feuchtesonden), die Daten mit einer hohen zeitlichen Auflösung liefern können, oder räumlich stark mittelnde Methoden (z.B. Methoden der Fernerkundung), die in ihrem zeitlichen Auflösungsvermögen meist limitiert sind, zur Verfügung. Da jedoch eine zeitlich und räumlich hochauflösende Datengrundlage zur Entwicklung eines detaillierten hydrologischen Prozessverständnisses unabdingbar ist, wurde sich in diesem Projekt auf methodische Entwicklungen im Bereich der geophysikalischen Messverfahren fokussiert. Diese Verfahren und insbesondere das hier im Mittelpunkt stehende GPR-Verfahren, haben theoretisch das Potential, eine zerstörungsfreie Beobachtung der interessierenden hydrologischen Prozesse zu ermöglichen. Um die Fragestellung der räumlich-zeitlichen Abbildung und Quantifizierung hydrologischer Prozesse im Feld zu adressieren, haben wir verschiedene Feldexperimente durchgeführt und Methoden zur deren besserer Auswertung entwickelt. Dabei hat sich gezeigt, dass eine schnelle, qualitativ hochwertige und damit wiederholbare Datengrundlage unabdingbar ist, um die interessierenden Änderungen im Untergrund zu detektieren. Auch bei der Datenbearbeitung und Analyse haben mussten wir Neuland betreten, um zum Beispiel mit neu entwickelten korrelationsbasierten Datenattributen die zeitlichen Änderungen in den GPR- Datensätzen zu isolieren und verlässlich interpretieren zu können. Die Ergebnisse unserer Feldexperimente, die größtenteils gemeinsam mit Hydrologen und Fernerkundlern der FOR 1598 durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass das GPR-Verfahren auch unter typischen Feldbedingungen in der Lage ist, hydrologische Prozesse mit einem räumlich-zeitlichen Auflösungsvermögen abzubilden, was mit klassischen hydrologischen Feldmethoden und auch anderen geophysikalischen Verfahren (wie zum Beispiel der in der Hydrologie häufig eingesetzten Geoelektrik) nicht möglich ist. Damit ergeben sich neue Möglichkeiten der Prozessbeobachtung in der experimentellen Hydrologie, die sicherlich zu einem verbesserten Prozessverständnis beitragen können.
Publications
- 4D ground-penetrating radar during a plot scale dye tracer experiment. Journal of Applied Geophysics, vol. 118, pp. 139–144, 2015
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Allroggen, N., Tronicke, J.
(See online at https://doi.org/10.1190/GEO2015-0171.1) - Form and function in hillslope hydrology: in situ imaging and characterization of flowrelevant structures. Hydrological Earth System Science, vol. 21, pp. 3749-3775, 2017
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Allroggen, N., Jackisch, C., Tronicke, J.
(See online at https://doi.org/10.1109/IWAGPR.2017.7996067) - In situ investigation of rapid subsurface flow: Temporal dynamics and catchment-scale implication. Hydrological Earth System Science, vol. 21, pp. 3727-3748, 2017
Angermann, L., Jackisch, C., Allroggen, N., Sprenger, M., Zehe, E., Tronicke, J., Weiler, M., Blume, T.
(See online at https://doi.org/10.5194/hess-21-3727-2017) - Picturing and modeling catchments by representative hillslopes. Hydrological Earth System Science, vol. 21, pp. 1225–1249, 2017
Loritz, R., Hassler S., Jackisch, C., Allroggen, N., Schaik, L., Wienhöfer J., Zehe E.
(See online at https://doi.org/10.5194/hess-21-1225-2017)
