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Marine dumped munition – Example from Lübeck Bay where test clearance will start in 2024

Substantial amounts of munition have been dumped in coastal areas of the German Baltic Sea. Hydroacoustic methods common for UXO surveys and advanced methodologies including AUV-based optical investigations have been used to support studies that investigate the impact of toxic explosive substances on the marine environment. Multibeam and side-scan sonar, and ROV- and AUV-based optical data sets give a good impression of the occurrence and type of munition in Lübeck Bay. Here, the two munition dump sites Pelzerhaken and Haffkrug were mapped and several thousand munition-like features were identified. Piles of boxes with small calibre munition, isolated torpedoes, scattered cluster-bomb bomblets, as well as clusters of depth charges and aerial bombs could be identified. The combined approach of standard methods and robotic systems such as AUVs allowed detailed insight and scaling of the problem. Several completed and ongoing research projects and the publicity initiated by these projects pushed the German government to start an »Immediate Programme« to test different clearance technologies for munition dump sites and to develop final disposal options that allow industrial upscaling.

Lübeck Bay | marine munition | photogrammetric and hydroacoustic mapping | AUV

In den Küstengebieten der deutschen Ostsee wurden beträchtliche Mengen an Munition versenkt. Hydroakustische Methoden, die für UXO-Untersuchungen üblich sind, aber auch fortschrittliche Methoden, einschließlich AUV-basierter optischer Untersuchungen, wurden eingesetzt, um Untersuchungen zu Auswirkungen der toxischen Explosivstoffe auf die Meeresumwelt zu unterstützen. Fächerlot, Side-Scan-Sonar, ROV- und AUV-basierte optische Datensätze geben einen guten Eindruck über das Vorkommen und die Art der Munition in der Lübecker Bucht. Hier wurden die beiden Munitionsversenkungsgebiete Pelzerhaken und Haffkrug kartiert und mehrere tausend munitionsähnliche Objekte identifiziert. Kistenstapel mit kleinkalibriger Munition, vereinzelte Torpedos, verstreute Bomblets von Streubomben, aber auch Flächen mit Wasser- oder Fliegerbomben wurden identifiziert. Der kombinierte Ansatz von Standardmethoden und robotischen Systemen wie AUVs ermöglichte einen detaillierten Einblick und Abschätzung des Problems. Vergangene und laufende Forschungsprojekte und die durch diese Projekte ausgelöste Öffentlichkeitsarbeit veranlassten die deutsche Regierung, ein »Sofortprogramm« zu starten, um verschiedene Räumtechnologien erstmals in Munitionsversenkungsgebieten zu testen und Vernichtungsmöglichkeiten zu entwickeln, die eine industrielle Hochskalierung erlauben.

Lübecker Bucht | Munition im Meer | photogrammetrische und hydroakustische Kartierung | AUV

Ausgabe: HN 128, Seite 34–41
DOI: 10.23784/HN128-05
Autor/en: Jens Greinert, Mareike Kampmeier, Valentin Buck, Torsten Frey

Magnetic data optimisation for advanced UXO interpretation

Collaborative industry research was undertaken to provide insight into survey planning, processing and modelling of magnetic data for UXO mitigation. The outcomes should help to increase understanding factors relevant if advanced interpretation is desired, which could then be used to improve accuracy and reduce false positives during target discrimination. Current industry methods are explored to provide practicable insight for developers, UXO consultants and survey companies. The data sets comprised magnetic data from 220 found munitions, a controlled drone test over an inert munition, a vertical gradient test series over a surrogate item and synthetic data. Significant research was undertaken on a variety of topics, however, here we have confined the discussion to just the key results regarding altitude correction, munition response, synthetic items, modelling and acquisition sampling. This document closes with a summary of a potential workflow for advanced interpretation as supported by the research.

UXO | magnetic data | advanced processing and modelling | synthetic data | industry research

In Zusammenarbeit mit der Industrie wurden Forschungsarbeiten durchgeführt, um einen Einblick in die Planung, Verarbeitung und Modellierung von magnetischen Daten zur Entschärfung von Blindgängern zu gewinnen. Die Ergebnisse sollten zu einem besseren Verständnis der Faktoren beitragen, die relevant sind, wenn eine erweiterte Interpretation erwünscht ist, die dann zur Verbesserung der Genauigkeit und zur Verringerung falsch positiver Ergebnisse bei der Zielunterscheidung genutzt werden könnte. Die aktuellen Methoden der Industrie werden untersucht, um Entwicklern, UXO-Beratern und Vermessungsunternehmen einen praktikablen Einblick zu geben. Die Datensätze umfassten magnetische Daten von 220 Munitionsfunden, einen kontrollierten Drohnentest über einer inerten Munition, eine vertikale Gradiententestserie über einem Ersatzobjekt und synthetische Daten. Es wurden umfangreiche Forschungsarbeiten zu einer Vielzahl von Themen durchgeführt, doch beschränken wir uns hier auf die wichtigsten Ergebnisse in Bezug auf die Höhenkorrektur, die Reaktion der Munition, die synthetischen Elemente, die Modellierung und die Erfassungsproben. Dieses Dokument schließt mit einer Zusammenfassung eines potenziellen Arbeitsablaufs für eine erweiterte Interpretation, wie sie durch die Forschung unterstützt wird.

UXO | Magnetikdaten | fortgeschrittene Verarbeitung und Modellierung | synthetische Daten | Industrieforschung

Ausgabe: HN 128, Seite 24–33
DOI: 10.23784/HN128-04
Autor/en: Sara Lise Underhay, Jack Brighouse, Dorthe Reng Hansen, Annelies Vanstraelen, Oliver Thomas, David Sinclair, Joep Grooten, Mirco Czerwonka, Benoit de Cabissole, Tiziana Bellomo

»Alle Erfolge für Deutschland haben ihre Wurzeln in der internationalen Zusammenarbeit«

Im Jahr 2011 ist der erste Bericht zur »Munitionsbelastung der deutschen Meeresgewässer – Bestandsaufnahme und Empfehlungen« erschienen, der bis heute grundlegend ist und zitiert wird. Einer der Autoren war Claus Böttcher, der sich seit 2008 intensiv mit der Thematik auseinandersetzt. Im MELUND, dem Ministerium in Kiel, hat Claus Böttcher bis 2022 in der Sonderstelle »Munition im Meer« gearbeitet. Seither ist er bei der Bundesanstalt Technisches Hilfswerk (THW) als Referent Einsatz beschäftigt.

In 2011, the first report on »Munitions in German Marine Waters – Stocktaking and Recommendations« was published, which is still fundamental and cited today. One of the authors was Claus Böttcher, who has been working intensively on the topic since 2008. Claus Böttcher worked at the MELUND, the ministry in Kiel, in the special unit »Munitions in the Sea« until 2022. Since then, he has worked as deputy head of unit at the German Federal Agency for Technical Relief (THW).

Ausgabe: HN 128, Seite 18–23
DOI: 10.23784/HN128-03
Autor/en: Claus Böttcher, Lars Schiller

Water column optical properties influence in satellite-derived bathymetry – Study case in Chrissi Island, Greece

Satellite-derived bathymetry (SDB) has become increasingly recognised for its effectiveness in acquiring bathymetric data in recent decades. This method heavily relies on water properties to estimate depths accurately, assuming minimal backscatter from the water column and focusing mainly on seabed backscatter. In this study, we explore the potential benefits of incorporating water column properties information by calculating the absorption and scattering coefficients of remote sensing reflectance. By doing so, we aim to differentiate between the direct backscatter of the water column and that of the seabed. Our investigation focuses on Chrissi Island in Greece, known for its clear waters and distinctive geological and environmental features. Using SDB, we analyse changes in seabed morphology throughout the year 2022, revealing seasonal variations that influence water properties.

optical properties | satellite-derived bathymetry – SDB | change detection

Die satellitengestützte Bathymetrie (SDB) wurde in den letzten Jahrzehnten zunehmend für ihre Effektivität bei der Erfassung von bathymetrischen Daten anerkannt. Diese Methode stützt sich stark auf die Wassereigenschaften, um die Tiefe genau zu schätzen, wobei sie von einer minimalen Rückstreuung aus der Wassersäule ausgeht und sich hauptsächlich auf die Rückstreuung des Meeresbodens konzentriert. In dieser Studie untersuchen wir die potenziellen Vorteile der Einbeziehung von Informationen über die Eigenschaften der Wassersäule durch Berechnung der Absorptions- und Streukoeffizienten der Fernerkundungsreflexion. Auf diese Weise wollen wir zwischen der direkten Rückstreuung der Wassersäule und derjenigen des Meeresbodens unterscheiden. Unsere Untersuchung konzentriert sich auf die Insel Chrissi in Griechenland, die für ihr klares Wasser und ihre besonderen geologischen und ökologischen Merkmale bekannt ist. Mit Hilfe von SDB analysieren wir die Veränderungen der Morphologie des Meeresbodens im Laufe des Jahres 2022 und zeigen so die jahreszeitlichen Schwankungen auf, die die Wassereigenschaften beeinflussen.

optische Eigenschaften | satellitengestützte Bathymetrie – SDB | Änderungserkennung

Ausgabe: HN 128, Seite 12–16
DOI: 10.23784/HN128-02
Autor/en: Ioannis Tsimpouxis, Fickrie Muhammad, Harald Sternberg

Global lakes and reservoirs – An investigation to which extent dynamic water body shapes have an impact on the estimates of the total water storage derived from GRACE

The satellite mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) measures gravity field variations caused by mass redistributions across the atmosphere, the continents and the oceans. Since the redistributions over the continents are linked to changes in the total water storage (TWS), expressed as equivalent water heights (EWH), the observations can be used to quantitatively assess global freshwater variations, which is of great social importance in times of increasingly scarce water resources. If the focus of interest refers to groundwater related variations explicitly, all other storage compartments (here: surface waters) have to be reduced from the GRACE observations. Therefore, the retrieved signal has to be decomposed into its individual components. To achieve this, the water volume can be estimated by forward modelling satellite altimetry and remote sensing data, considering both static and dynamic surface expansions. It will be discussed, that using a dynamic instead of a static surface area extent (1) will change the equivalent water height values in a magnitude between 0.006 cm and 0.243 cm, (2) causes the largest deviation for the Lake Mead and (3) that the question whether a dynamic or a static water body shape should be considered is driven by the interaction of various parameters.

surface water bodies | GRACE | dynamic surface area extent | forward modelling | freshwater resources

Die Satellitenmission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) misst Schwerefeldschwankungen, die durch Massenumverteilungen in der Atmosphäre, auf den Kontinenten und in den Ozeanen entstehen. Da die Umverteilung auf den Kontinenten auf Änderungen des Gesamtwasserspeichers (TWS), ausgedrückt als äquivalente Wasserhöhen (EWH), zurückzuführen sind, können die Beobachtungen für die quantitative Bestimmung globaler Süßwasservariationen, welche in Zeiten von knapper werdenden Wasserressourcen eine hohe gesellschaftliche Bedeutung hat, verwendet werden. Liegt der Fokus explizit auf grundwasserbezogenen Veränderungen, dann müssen alle anderen Speicherkomponenten (hier: Oberflächengewässer) aus den GRACE Beobachtungen herausgerechnet werden. Hierfür muss das empfangene Signal in seine einzelnen Komponenten zerlegt werden. Um dies zu erreichen, kann unter Berücksichtigung von sowohl statischen als auch dynamischen Oberflächenausdehnungen eine Schätzung des Wasservolumens durch die Vorwärtsmodellierung von Satellitenaltimetrie- und Fernerkundungsdaten vorgenommen werden. Es wird diskutiert, dass die Verwendung einer dynamischen anstelle von einer statischen Oberflächenausdehnung (1) die äquivalenten Wasserhöhenwerte in einer Größenordnung zwischen 0,006 cm und 0,243 cm verändert, (2) die größte Abweichung für den See Mead verursacht und (3) die Frage, ob eine dynamische oder eine statische Oberflächenausdehnung in Betracht gezogen werden sollte, von der Interaktion verschiedener Parameter bestimmt wird.

Oberflächengewässer | GRACE | dynamische Oberflächenausdehnung | Vorwärtsmodellierung | Süßwasserressourcen

Ausgabe: HN 128, Seite 6–10
DOI: 10.23784/HN128-01
Autor/en: Annika L. Walter

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