Vergleich zweier Echolote für die Hydrografie

Autor: Alexander Buchhart
Titel: Vergleich zweier Echolote für die Hydrografie
Art: Diplomarbeit
Jahr, Nr.: 2007, #398
Betreuer: Dipl.-Ing. Peter Wasmeier (TU München, LfG), Bernhard Meier (E.ON Wasserkraft)

Zusammenfassung
Die Einleitung befasst sich mit den Informationen, die mittels Lotungen gewonnen werden können und mit den eigenen Erfahrungen im Zusammenhang mit der Hydrografie. Im Kapitel 2 werden die Begriffe „Hydrografie“ und „Echolot“ erklärt. Auf die „Geschichte der Lotung“ wird im 3. Kapitel eingegangen. Den beschriebenen Anfängen im alten Ägypten (ca. 2400 v. Chr.) folgen Beispiele bis hin zur Neuzeit. Auf die Handlotung und die Lotmaschine wird in einem Exkurs hingewiesen. Der Höhepunkt der Lotungsgeschichte ist ohne Zweifel die Erfindung des Echolotes im Jahre 1913 durch Alexander Behm. Die „Funktionsweise eines Echolotes“ wird in Kapitel 4 beschrieben. Über den Schwinger, in dem eine Sende- und Empfangseinheit integriert ist, werden Schallwellen ins Wasser gesendet. An der Flusssohle reflektiert, gelangen diese zur Empfangseinheit zurück. Dort erfolgt eine Umwandlung in Tiefeninformation. Die Tiefen können anhand der Laufzeit der Schallwellen berechnet werden. Schallwellen breiten sich von der Schallquelle in eine Richtung aus (Longitudinalwellen). Die Schallgeschwindigkeit im Wasser variiert mit der Wassertemperatur und dem Salzgehalt. Um einen Überblick über die Echolotvarietäten zu gewinnen, werden diese näher vorgestellt. Sonare sind quasi horizontalmessende Lote. Der Unterschied zum Echolot liegt darin, dass nicht die Tiefe gemessen wird, sondern die Entfernung zu Gegenständen. Side-Scan-Sonare bilden den Gewässergrund fotografieähnlich ab. Fächerecholote bestehen sozusagen aus vielen Einzelecholoten und erfassen einen breiten Gewässerbodenstreifen. Diese Geräte werden in einer anschließenden Tabelle verglichen (Vorteile, Nachteile, Einsatzmöglichkeiten). Am Schluss dieses Kapitels wird das Echogramm erläutert, in dem alles, was das Echo erfasst, aufgezeichnet wird. Dazu gehören u. a. Fische, Unterwasserpflanzen, Schwebstoffe, Sedimentschichten und hartes Gestein.

Im 5. Kapitel werden die zwei verwendeten Echolote (CEESTAR™ und EA400) tabellarisch gegenübergestellt und die Merkmale jedes einzelnen aufgezeigt. Das 6. Kapitel beschäftigt sich mit der Flusssohleaufnahme bei der E.ON Wasserkraft GmbH. Nach dem Bau von Wasserkraftanlagen wurde die Veränderung der Flusssohle für die Betreiber der Anlagen und für das Wasserwirtschaftsamt interessant. Deshalb wurden Profile angelegt, an denen entlang die Sohle aufgenommen werden kann. Hierbei kommt neben der Stangenlotung die Echolotung zum Einsatz. In Kombination mit RTKGPS hat sich eine moderne und wirtschaftliche Methode entwickelt, um die Flusssohle sehr genau abzutasten. Zur Koordinierung der Messungen bedarf es einer vielseitigen Software, wie sie Profil2000 zur Verfügung stellt. Diese Software besitzt unter anderem die Fähigkeit, DGPS-Messungen zu korrigieren bzw. zu unterbinden. Aus einer integrierten Tabelle können die Fakten zur Stangenlotung und zum Lotungsverfahren mit Echo und GPS abgelesen werden.

Im 7. Kapitel wird das Messgebiet und die dort vorherrschende Geologie vorgestellt. Wie schon Profil2000 ist auch WinProfil® eine Software zur Durchführung hydrografischer Vermessungen. In diesem vom Geodäsielehrstuhl der TU München erworbenen Programm sind alle zur Messung benötigten Einstellungen implementiert. Dazu gehören Sensoren-, Schnittstellen-, Offset-, Logparameter-, Koordinatensystem-, Speicher- und Profileinstellungen. Das Messfahrtfenster ist in fünf Unterfenster aufgeteilt: Rechts-Links-Anzeige, Echogrammdarstellung, Trackplotbereich, Datenanzeige und Profilauswahl. Außerdem ist im 8. Kapitel die Messdurchführung und -anordnung erläutert. Die GPS-Antenne ist in der gedachten Verlängerung des Schwingers am Kajütendach befestigt. Echolot und GPS werden mit einem Notebook verkabelt. Tabellarisch ist abschließend das verwendete Equipment aufgeführt.

Fazit
Wenn man allein die Messergebnisse betrachtet und die Einflüsse auf die Messungen berücksichtigt, kann festgestellt werden, dass das vom Lehrstuhl für Geodäsie der Technischen Universität München erworbene Echolot CEESTAR™ durchaus den Anforderungen entspricht. Die errechneten Höhendifferenzen an den identischen Stationen sind erklärbar und somit auch plausibel. Im Vergleich zeigen minimale Koordinatendifferenzen (< 0.1 m), dass die Höhendifferenzen ebenfalls minimal sind. Die Lotungspunkte, die diese minimalen Abstände aufweisen, sind allesamt in ebenen Flusssohlebereichen anzutreffen. In der Ebene ist somit ein nahezu idealer Vergleichsrahmen gefunden.

Die verbleibenden Höhendifferenzen sind vermutlich auf die Unterwassergeologie bzw. momentane Gewässergrundsituation zurückzuführen. Aufgrund der im ebenen Bereich minimalen Höhendifferenzen wird ersichtlich, dass CEESTAR™ dem bei der E.ON Wasserkraft GmbH etablierten Echolot EA400 nicht nachsteht und präzise Lotungen durchführt. Mit dem Erwerb von CEESTAR™ in Kombination mit der Software WinProfil® steht dem Lehrstuhl für Geodäsie der Technischen Universität München ein qualitativ hochwertiges Vermessungsecholot zur Verfügung, das für die alljährlich im Sommersemester durchzuführenden hydrografischen Vermessungen auf dem Münchener Olympiasee bestens geeignet ist.