ALBERT

Description: Geometric 3D models are a very efficient tool to visualize geological units and structural features that have been presented before just in two dimensions on maps or cross-sections. Most of the information of 3D models is presented as 3D views, virtual wells or horizontal or vertical cross-sections. However, are there further options to transfer as much as possible of the complex information of a 3D model in an adequate way to the user? Is it useful and promising to analyse 3D objects like surfaces or volumes in GIS software? In our investigation we performed a GIS based analysis of an existing geotechnical-geological 3D model of periglacial sediments. The two steps were multiple raster calculations to create geotechnical maps and a digital analysis of surface parameters based on geomorphological techniques and statistics. The investigation area is located in southern Lower Saxony and covers the city of Goettingen and surrounding regions within the valley of the river Leine. The valley is filled by unconsolidated, periglacial sediments of Quaternary age with a variable thickness ranging from 1 to 70 m. The analysed 3D model was constructed with GoCAD in a former project (Nix et al. 2009). The model is based on a heterogenous dataset comprising well data, thematic maps, and outcrop descriptions. Finally, the surfaces and volumes of the following units were modelled, with a special focus on their different geotechnical properties: (1) anthropogenic material, (2) floodplain and slope deposits, (3) freshwater limestone, peat and organic clay, (4) loess, displaced loess, and loess loam, (5) fluvial gravel, (6) outwash fan material, (7) solifluction material, (8) mixed, hetereougenous fillings of subrosion sinks and (9) the surface of the underlying hardrocks. Each top and bottom surface of the Gocad volumes was exported as raster file with additional information stored in an associated attribute table. In ArcGIS various geoprocessing tools were used to calculate and analyse these rasters and to develope thematic geotechnical and geological maps. The geomorphological analysis was subdivided in several steps. Firstly, the surfaces were described visually, concerning their outline, shape and distribution, as well as superficial structures like distinct edges, holes, channels. Secondarily, descriptive statistic parameters of thickness, area and elevation of each surface were calculated. Thirdly, geoprocessing tools of the Spatial Analyst were performed on each surface. Finally, several surfaces were combined to analyse them together, calculating ratios and overlay combinations. Seven thematical geoengineering and geological maps were created, each of them presenting one portion of the three-dimensional dataset: Map of the stratigraphy and depth of the Quaternary base, Map of the thickness of the Quaternary sediments, Distribution map of model units 1 m below ground level, Distribution map of model units 2 m below ground level, Maps of types of different foundation soils, Distribution map of sediments with low loading capacity and Map of distribution and quality of the wells. While the map creation focused on the geotechnical aspects of the model, the applied geomorphological analysis revealed various parameters and values that are related to the geological formation of the model units. Despite the complex dataset represented by the analysed 3D model, thematical information could be transfered into 2D as thematic maps. Some geological characteristics and parameters of the model units were extracted by the descriptive and GIS-based analysis. References Nix, T., Wagner, B., Lange, T. , Fritz, J., Sauter, M. (2009): 3D-Baugrundmodell der quartären Sedimente des Leinetals bei Göttingen. – 17. Tagung für Ingenieurgeologie, S. 223-227, Zittau

Description: poster

Description: In urbanen Räumen werden zahlreiche geologische, hydrogeologische und ingenieurgeologische Punkt- und Flächendaten unabhängig voneinander erhoben und in verschiedenen Archivierungssystemen dezentral abgelegt. In der Regel unterbleibt es, diese Daten integriert auszuwerten oder auch nur allgemein verfügbar zu machen. Eine räumliche geologische Darstellung des städtischen Untergrundes enthält und verknüpft unterschiedlichste Punkt- sowie Flächendaten (Bohrungen, Kartierungen, Profilschnitte etc.) und kann als Datenbasis dienen, aus der sich ingenieurgeologische und hydrogeologische Modelle sowie virtuelle Bohrungen und Profile entwickeln lassen. Das Spektrum der Themen für deren Bearbeitung solche umfassenden geowissenschaftlichen Planungsunterlagen benötigt werden, erweitert sich kontinuierlich. Die klassischen Themen der Baugrunderschließung und Grundwasser- sowie Altlastenerkundung werden flankiert von neuen Fragestellungen wie Regenwasserversickerung, Hochwasserschutz und flacher Geothermie. In einem Kooperationsprojekt zwischen dem Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen (GZG) und dem Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) – mit Unterstützung des Fachdienstes Umwelt der Stadt Göttingen sowie der städtischen Eigenbetriebe Stadtentwässerung, Stadtwerke und Stadtreinigung – werden neue Methoden zum Aufbau geologischer/ingenieurgeologischer Raummodelle entwickelt. Das exemplarisch gewählte Arbeitsgebiet liegt in Südniedersachsen und umfasst einen Großteil des Göttinger Stadtgebietes. Modelliert wird die Verbreitung der quartären Lockergesteine des mitteltiefen Untergrundes. Die bisher entwickelten Konzepte umfassen das einheitliche DV-gerechte Aufbereiten von Punkt- und Flächendaten sowie die Definition geologischer/ingenieurgeologischer Modellierungseinheiten. Aufbereitete Daten und 2D-Schnittdarstellungen dieser Modellierungseinheiten wurden in einem Pilotgebiet mit der Software Gocad in das eigentliche geologische Raummodell und modelltechnisch beschreibbare Basisflächen der Modellierungseinheiten überführt. Soll das 3D-Modell als umfassende geowissenschaftliche Planungsunterlage nutzbar sein, müssen Modellierungseinheiten mit bodenphysikalischen und bodenmechanischen Kennwerten, Angaben zu Baugrundeigenschaften etc. attributiert werden. Im Rahmen des Projektes wird eine Vorgehensweise erarbeitet, die auf der Basis der verfügbaren bodenphysikalischen und bodenmechanischen Daten eine Attributierung bzw. Klassifizierung der Lockergesteinskörper nach dem System der Ingenieurgeologischen Karte 1:50.000 (IGK 50) von Niedersachsen ermöglicht. Jede Modellierungseinheit wird stratigraphisch, petrographisch sowie genetisch beschrieben und Bodengruppen nach DIN 18196 sowie Bodenklassen nach DIN 18300 zugeordnet. Modellierungseinheiten sind somit hinsichtlich der charakteristischen bautechnischen Eigenschaften (z.B. Verdichtungsfähigkeit, Frostempfindlichkeit, Wasserdurchlässigkeit) und der Gewinnbarkeit/Lösbarkeit eindeutig bewertbar.

Description: conference

Description: Dieser Beitrag erweitert die, in Fritz, J. (2007) vorgestellten Arbeiten im Rahmen eines Kooperationsprojektes zwischen dem Niedersächsischen Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie sowie der Abteilung Angewandte Geologie der Universität Göttingen. Ziel ist die Erstellung eines ingenieurgeologischen 3D-Modells der Stadt Göttingen auf Grundlage einer großen Anzahl von Bohrungen, zahlreicher, ingenieurgeologischer Kartierungen und anderer, relevanter Geodaten. Mit dem, im Rahmen des Projektes mit dem Modellsystem GoCAD erstellten, geologischen 3D-Modell wurde die Basis für die Parametrisierung der modellierten Einheiten geschaffen. Die Abgrenzung der Einheiten beruht dabei auf einem stratigrafisch-faziell begründeten, geologischen Modell und unterscheidet damit bereits indirekt Regionen mit zu erwartenden, ähnlichen, ingenieurgeologischen Eigenschaften. Um die Varianz innerhalb der einzelnen Modelleinheiten zu berücksichtigen und der Herausforderung durch die Heterogenität in Qualität und Quantität der zugrunde liegenden, ingeniergeologisch relevanten Daten zu begegnen, sind geostatistische Methoden heranzuziehen. Mit ihnen lassen sich sowohl kontinuierliche (z.B. Konsistengrenzen) als auch kategoriale (z.B. Bodentypen) Daten behandeln. Aufgrund der ungleichen und sporadischen Verteilung von Stützpunkten mit gemessenen ingenieurgeologischen Parametern wurde in einem ersten Schritt ein Clustermodell auf Basis der petrographischen Bohrbeschreibungen (SEP3-Format) unter Verwendung der bautechnischen Bodenklassifizierung nach DIN 18196 entwickelt. So steht C1 für grobkörnige Böden, während organischen Böden C5 zugeordnet sind. C1-2 steht zwischen C1 und C2. Das resultierende, räumliche Verteilungsmuster der Cluster stellt somit (1) eine erste ingenieurgeologische Charakterisierung des Untergrundes dar sowie (2) einen Ansatz zur Modellierung der räumlichen Verteilung tatsächlich gemessener, ingenieurgeologischer Parameter. Der Clusterdatensatz basiert auf äquidistanter Abfrage (0.5 m) der petrografischen Beschreibung jeder Bohrung.

Description: poster

Description: Qualitativ hochwertige geowissenschaftliche Informationen zum Untergrund erhalten in der geotechnischen und planerischen Praxis zunehmende Bedeutung. Eine nachhaltige Entwicklung und Nutzung des Untergrundes erfordert, dass bereits im Stadium der Planung von Infrastrukturprojekten umfassende Informationen für Kosten-/Nutzen-/Risiko-Analysen bereitgestellt werden. Möglichkeiten zur Datenhaltung, Visualisierung und Parametrisierung werden am Beispiel des 3D-Baugrundmodells des quartären Untergrundes der Stadt Göttingen vorgestellt. Grundlage der dreidimensionalen Darstellung sind mehr als 3000 Bohrungen sowie geologische, bodenkundliche und geomorphologische Kartenwerke. Das entwickelte 3D-Baugrundmodell verdeutlicht den geologisch-komplexen Aufbau des quartären Untergrundes, der durch die quartärzeitlichen Ablagerungsbedingungen, Salztektonik und Subrosionsprozesse geprägt ist. Stratigraphisch, genetisch oder petrographisch unterscheidbare Sedimentkörper werden im 3D-Modell vereinfacht aber widerspruchsfrei in ihrer räumlichen Anordnung abgebildet. Aus Schichtbeschreibungen abgeleitetete Bodenklassen ermöglichen es, den geotechnisch heterogenen Aufbau der dreidimensionalen Sedimentkörper geostatistisch abzuschätzen.

Description: Geoscientific high-quality information on the subsoil is of increasing importance in geotechnical and planning practice. Sustainable development and utilization of the underground requires that already at the stage of planning of infrastructure projects, comprehensive information for cost-/ benefit- / risk-analysis is provided. In practice, geoscientific cartographies are difficult to communicate to decision-makers outside of the subject area. In addition, comprehensive information in 2D maps or databases is only insufficiently provided. 3D subsoil-models offer a way to compensate these shortcomings in the provision of geoscientific information. Three-dimensional visualizations of the underground are easy to impart. Existing data - such as drillings, sections - is integrated in the meaning of a 3D database. The 3D-subsoil-model of the Quaternary underground of the city of Göttingen exemplifies current possibilities for data storage, visualization and parameterization. Basis of the three-dimensional representation are more than 3000 wells plus geological, pedological and geomorphological maps. The 3D-subsoil-model illustrates the complex geological structure of the quaternary underground, shaped by the quaternary deposition conditions, salt tectonics and subrosion processes. Within the 3D-model, stratigraphic, genetic or petrographic distinct sediment bodies are illustrated simplified but consistent in their spatial arrangement. Geotechnical properties were derived by petrographic descriptions so that the three-dimensional geotechnical composition of a sediment body could be predicted geostatistically.

Description: conference

Description: Städtische Räume bieten auf den ersten Blick ungünstige Bedingungen für großräumige geowissenschaftliche Untersuchungen und die räumliche Visualisierung des Untergrundes. Dichte Bebauung, anthropogene und quasinatürliche Auffüllungen sowie versiegelte Flächen verbergen geologische Aufschlüsse. Tatsächlich werden jedoch in urbanen Gebieten zahlreiche geologische, hydrogeologische und ingenieurgeologische Punkt- und Flächendaten erhoben. Diese Informationen werden meist unabhängig voneinander aufgenommen und in verschiedenen Archivierungssystemen dezentral abgelegt, so dass es in der Regel unterbleibt, diese Daten integriert auszuwerten oder auch nur verfügbar zu machen. In einem Kooperationsprojekt mit dem Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen entwickelt das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie eine Methode zum Aufbau geologischer und ingenieurgeologischer 3D-Modelle. Diese dreidimensionale Darstellung des städtischen Untergrundes enthält und verbindet unterschiedlichste Punkt- sowie Flächendaten (Bohrungen, Profilschnitte etc.) und ist Datenbasis sowie Entwicklungsumgebung für weiterführende Planungskonzepte, Baugrundbetrachtungen, Strömungsmodelle etc. Das Arbeitsgebiet umfasst mit einer Fläche von ca. 42 km² einen Großteil des Göttinger Stadtgebietes (Abb. 1) innerhalb des Leinetalgrabens. Der tektonisch komplexe Graben ist durch durch Tektonik und Subrosion geprägt. Ziel der 3D-Modellierung ist ausschließlich die für Planungsfragen bautechnisch relevante, bis zu 60 m mächtige, quartäre Sedimentabfolge, die den mesozoischen Festgesteinen aufliegt. Das 3D-Modell muss wider­spruchs­frei die räumliche und zeitliche Anordnung pleistozäner Sedimentkörper – Fluss­ab­lage­run­gen, Löss, Becken­sedimente, Fließerden, Mudden etc. – und holozäner Sedimentkörper – Auen- und Bachlehm, Abschwemmmassen, Torf, Mudden, Quellkalk etc. – abbilden.

Description: conference