Hydrographie

Alexander Dalrymple

Das Wort „Hydrographie“ kommt aus dem Altgriechischen und setzt sich aus den Wörtern ὕδωρ („hýdor“), „Wasser“ und γράφω („graphō“), „schreiben“ zusammen.

Die Ursprünge der Hydrographie liegen in der Erstellung von Karten zur Unterstützung der Navigation durch neue Gewässer. Diese waren normalerweise Privateigentum, sogar streng gehütete Geheimnisse von Einzelpersonen, die sie zum kommerziellen oder als militärischen Vorteil nutzten. Als der transozeanische Handel und die Erkundung der Meere zunahmen, begannen hydrographische Untersuchungen. Die Beauftragung von Untersuchungen wurde zunehmend von Regierungen und speziellen hydrographischen Ämtern durchgeführt. Nationale Organisationen, insbesondere die Marine, erkannten, dass die Sammlung, Systematisierung und Verbreitung dieses Wissens große organisatorische und militärische Vorteile verschaffte. So wurden engagierte nationale hydrografische Organisationen für die Sammlung, Organisation, Veröffentlichung und Verbreitung von Hydrographien, die in Karten und Segelanweisungen integriert sind, gegründet.

Vor der Gründung des Hydrografischen Amtes des Vereinigten Königreichs waren die Kapitäne der Royal Navy für die Bereitstellung der Karten verantwortlich. In der Praxis führte dies dazu, dass Schiffe oft mit unzureichenden Informationen fuhren und dass bei der Vermessung neuer Gebiete die Daten selten alle Personen erreichten, die diese benötigten. Die Britische Admiralität ernannte Alexander Dalrymple 1795 zum „Hydrographen der Marine“ mit der Aufgabe, Karten zu sammeln und an Schiffe zu verteilen. Innerhalb eines Jahres wurden Karten aus den vorangegangenen zwei Jahrhunderten zusammengestellt und der erste Katalog veröffentlicht.[2] Die erste Karte, die unter der Leitung der British Admiralty erstellt wurde, war eine Karte der Bucht von Quiberon in der Bretagne und erschien 1800.

Unter Kapitän Thomas Hurd erschienen die ersten professionellen Richtlinien. Diese wurden der Öffentlichkeit und auch anderen Nationen zugänglich gemacht. Im Jahr 1829 entwickelte Konteradmiral Francis Beaufort als Hydrograph die Beaufort-Skala und veröffentlichte 1834 die erste offizielle Gezeitenrechnung. Das Hydrographische Amt erfuhr während des gesamten 19. Jahrhunderts eine stetige Expansion; 1855 listete der Kartenkatalog 1.981 Karten auf, die die ganze Welt kartografierten, und produzierte jährlich über 130.000 Karten, von denen etwa die Hälfte verkauft wurde.[3]

Die erste deutsche Seekarte, die erschien, war 1642 eine Karte der Eider. Sie war privat gedruckt, was die Regel war. Der erste Seeatlas wurde 1749 im Auftrag der Preussischen Akademie der Wissenschaften herausgegeben, welcher aber nicht zur Navigation geeignet war. Erst im Laufe des 19. Jh. wurden Seekarten mit genauen Vermessungen aus der öffentlichen Hand publiziert, bis 1861 ein Hydrographisches Bureau eingerichtet wurde. Dieses Hydrographische Bureau hatte unter anderem zur Aufgabe, „Küsten, Häfen und Flussmündungen zu vermessen, Seekarten herzustellen, zu berichtigen, zu beschaffen und aufzubewahren, Steuermannsinventar und nautische Instrumente für Marineschiffe auszuwählen und zu beschaffen und Nachrichten für Seefahrer zu sammeln, um Karten und Bücher berichtigen zu können.“[4]

Vermessung des strategischen Hafens von Milford Haven, erstellt von Lewis Morris im Jahr 1748

HMS Waterwitch, ein hydrografisches Vermessungsschiff

Die hydrographische Vermessung von großen Gebieten wird normalerweise von nationalen oder internationalen Organisationen durchgeführt, die die Datenerfassung durch präzise Vermessungen fördern und Karten und beschreibendes Material für Navigationszwecke veröffentlichen. Die Erforschung von Meeresressourcen ist eine bedeutende Einsatzmöglichkeit der Hydrographie, sie konzentriert sich hauptsächlich auf die Suche nach Kohlenwasserstoffen.

Hydrografische Messungen umfassen die Gezeiten-, Meeresströmungs- und Welleninformationen der physikalischen Ozeanografie. Sie umfassen Boden-Messungen, mit besonderem Schwerpunkt auf jene geografische Merkmale die eine Gefahr für die Schifffahrt darstellen würden, wie Felsen, Untiefen oder Riffe. Bodenmessungen umfassen auch die Erfassung der Beschaffenheit des Bodens in Bezug auf eine effektive Verankerung. Im Gegensatz zur Ozeanographie umfasst die Hydrographie natürliche und künstliche Küstenmerkmale, die bei der Navigation helfen. Daher kann eine hydrographische Vermessung die genauen Position und Darstellung von Hügel, Bergen und sogar Leuchttürmen enthalten, die bei der Feststellung der Position eines Schiffes helfen.[5]

Die Hydrographie hat, hauptsächlich aus Sicherheitsgründen, eine Reihe von Konventionen aufgenommen, die sich auf die Darstellung der Daten auf Seekarten ausgewirkt haben. Hydrografische Karten sind so aufgebaut, dass sie sichere Wege darstellen, und neigen daher normalerweise dazu, die geringsten Tiefen beizubehalten und gelegentlich die tatsächliche U-Boot-Topographie zu betonen, die auf bathymetrischen Karten dargestellt würde. Erstere sind die Werkzeuge des Seemanns, um Unfälle zu vermeiden. Letztere sind die besten Darstellungen des tatsächlichen Meeresbodens, wie in einer topografischen Karte, für wissenschaftliche und andere Zwecke. Trends in der hydrographischen Praxis seit 2003 haben zu einer Verringerung dieses Unterschieds geführt, da viel mehr hydrografische Ämter Datenbanken führen und dann nach Bedarf sichere Karten herstellen. Damit verbunden ist eine Präferenz für Multi-Use Surveys, so dass die gleichen Daten, die für Seekartenzwecke erhoben werden, auch für bathymetrische Darstellungen verwendet werden können.

Obwohl an manchen Stellen hydrografische Vermessungsdaten in ausreichendem Detail gesammelt werden können, um die Bodentopografie in einigen Gebieten darzustellen, zeigen hydrografische Karten nur Tiefeninformationen, die für eine sichere Durchfahrt relevant sind und sollten nicht als ein Produkt betrachtet werden, das die tatsächliche Form des Bodens darstellt. Wenn es beispielsweise einen tieferen Bereich gibt, der nicht vermessen werden kann, weil er von seichtem Wasser umgeben ist, wird dieser Bereich möglicherweise nicht dargestellt. Die farbgefüllten Bereiche, die unterschiedliche Flachwasserbereiche zeigen, sind nicht das Äquivalent von Konturen auf einer topografischen Karte, da sie oft seewärts der tatsächlich flachsten dargestellten Tiefe gezeichnet werden. Ein weiteres Problem ist der Mangel an detaillierten Tiefendaten von hochauflösenden Sonarsystemen. In abgelegeneren Gebieten wurden die einzigen verfügbaren Tiefeninformationen mit Leinen gesammelt. Diese Methode lässt in Abständen eine Leine mit Gewichten auf den Grund fallen und zeichnet die Tiefe auf, oft von einem Ruder- oder Segelboot aus. Oft entspricht der Kurs des sammelnden Bootes nicht den heutigen GPS-Navigationsgenauigkeiten. Eine hydrografische Karte verwendet die besten verfügbaren Daten und weist in einem Warnhinweis oder in der Legende auf ihre mögliche Ungenauigkeit hin.

Die Hydrographie von Bächen enthält Informationen über das Bachbett, Ströme, Wasserqualität und des umgebenden Landes.

Die Hydrographie von Flüssen und Bächen ist ein integraler Bestandteil der Wasserwirtschaft. Die meisten Stauseen in den Vereinigten Staaten verwenden spezielle Strommess- und Bewertungslisten, um die Zuflüsse in die Stauseen und die Abflüsse zu Bewässerungsbezirken, Wassergemeinden und anderen Nutzern von aufgefangenem Wasser zu bestimmen. Fluss-/Bach-Hydrographen verwenden tragbare und am Ufer montierte Geräte, um eine Abschnittsdurchflussrate von sich bewegendem Wasser durch einen Abschnitt und eine Strömung zu erfassen.

3-D-Darstellung eines Wracks

71 % der Erde ist mit Wasser bedeckt. Die Wissenschaft hat die Oberfläche des Planeten Mars besser kartiert als den Boden unter der Wasseroberfläche. Die wesentlichen Aufgabenbereiche der Hydrographie sind die Erfassung der Beschaffenheit und der Gestalt des Bodens unter Wasser

• zur Sicherstellung der Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs
• für Planungen und Überwachungsmessungen für den Küstenschutz
• für die Überwachung der Gewässer (Sedimentierung, Zustand)
• für (Bau-)Ingenieuranwendungen (Pipeline, Windkraftanlagen, Brückenbau)
• für Explorationszwecke (Ressourcen aus dem Meer …)
• für die (Unterwasser-)Archäologie (Wracksuche, Siedlungsreste unter Wasser)
• für Forschungszwecke (Meereskunde, Polarforschung)

(siehe auch Manual on Hydrography der International Hydrographic Organization (IHO) unter Weblinks).

Etwa 80 % der Transporte in der Weltwirtschaft werden über den Seeweg durchgeführt. Die Schifffahrtsstraßen müssen regelmäßig überwacht werden, um Havarien zu vermeiden. Es gibt immer noch unzulänglich kartierte Bereiche, deren Befahrung eine Gefahr für die Natur (inkl. Mensch) darstellt. Eine Befahrung von Gebieten mit nicht aktualisierten Seekarten ist nicht erlaubt.

Eine hydrografische Übersicht unterscheidet sich von einer bathymetrischen Übersicht in einigen wichtigen Aspekten, besonders in einer Tendenz zu den geringsten Tiefen aufgrund der Sicherheitserfordernisse des ersteren und der geomorphologischen Beschreibungserfordernisse des letzteren. Historisch gesehen könnte dies beinhalten, dass Echolote unter Einstellungen durchgeführt werden, die auf die geringsten Tiefen ausgerichtet sind, aber in der modernen Praxis versuchen hydrografische Vermessungen typischerweise, die beobachteten Tiefen am besten zu messen, wobei die Anpassungen für die Navigationssicherheit nachträglich angewendet werden.

Eine bathymetrische Karte zeigt die Meerestopologie genauer als eine hydrographische.

Die internationale Koordination der hydrografischen Leistungen liegt bei der International Hydrographic Organization.

In Deutschland ist das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie zuständig.

Das Hydrographische Amt des Vereinigten Königreichs ist eines der ältesten und liefert eine breite Palette von Karten an verbündete Militärorganisationen und die Öffentlichkeit.[6][7]

In den Vereinigten Staaten wurde die hydrografische Kartierfunktion seit 1807 vom „Office of Coast Survey“ der National Oceanic and Atmospheric Administration innerhalb des Handelsministeriums übernommen.[8]

Hydrographisches Vermessungsboot Level-A der HCU in Wedel (Foto: Böder)

Off-Shore-Vermessungsschiff SV FUGRO Helmert bei der Schiffstaufe in Berne (2013)

Hydrographische Vermessungen unter Wasser werden von akustischen Methoden (Echolote, Sonare) in Verbindung mit satellitengestützter Positionierung des Messortes dominiert.

Wichtig bei Echolotverfahren ist die sogenannte Wasserschallgeschwindigkeit, die von der Temperatur, dem Salzgehalt und der Dichte des Wassers abhängt. Ebenso können Fische, Quallen und Luftblasen das Signal stören.[9]

Beispielhafte Messmethoden sind:

• Zentimetergenaue Positionsbestimmung des Schiffes über GNSS (GPS, GLONASS …)
• Lagewinkelbestimmung (Kurs, Rollen, Stampfen) des Schiffes über GNSS oder inertiale Sensoren
• Tiefenmessungen mit Einzelstrahl- und Fächerecholoten
• Bestimmung von Sedimentmächtigkeiten mit Sedimentecholoten
• Bildhafte Darstellung von Morphologie und Objekten mit SideScan Sonaren
• Detektion von magnetischen Metallteilen (Wracks, Anker) mit Magnetometern
• Bestimmung von Fließgeschwindigkeiten und -richtungen mit Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmessern (ADCP)

Mit modernen Messverfahren können mehrere tausend Punkte pro Sekunde vermessen werden. Dabei können mit einigen Sensoren auch Aussagen über die Beschaffenheit des Meeresbodens getätigt werden.

Historisch erfolgte Tiefenmessung zuerst durch rein mechanisch wirkende Lotung durch eine Stange oder ein Senklot an einer Leine oder einem Draht; später auch durch Druckluftlot per nachgezogenem Schlauch und andere Methoden, die den Wasserdruck messen.

Mehr über die Messmethoden kann im frei verfügbaren Manual on Hydrography der IHO nachgeschlagen werden (siehe Weblinks).

Die Tätigkeitsfelder von Hydrographen reichen vom Programmierer im Büro bis hin zum messenden Anwender auf dem Schiff.

Hydrographie kann man in Hamburg oder Kiel studieren, als Lehre bietet sich die Seevermessungstechnik am Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie an.[10]

• Bathymetrie
• Küstenforschung
• Challenger-Expedition
• Hydrologie
• Hydrometrie

Commons: Hydrographie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Website des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie
• Publikationen der IHO, C-13: Manual on Hydrography (englisch)

1. Importance of Hydrography. In: International Hydrographic Organization. 5. Mai 2021, abgerufen am 22. Januar 2022.
2. Timeline of the United Kingdom Hydrographic Office (Memento vom 21. Juli 2011 im Internet Archive)
3. Charting the World For Over 200 Years (Memento vom 12. Februar 2009 im Internet Archive)
4. Günther Heise: Geschichte der deutschen Hydrographie. In: Deutsche hydrographische Zeitschrift. Band 39, Nr. 6, 1986, S. 281–285.
5. Was ist Hydrographie? Deutsche Hydrographische Gesellschaft e. V., abgerufen am 22. September 2022.
6. UK Hydrographic Office Archive Catalogue. Abgerufen am 1. April 2024.
7. Our Role in Government. Abgerufen am 1. April 2024.
8. About Coast Survey. Abgerufen am 22. Januar 2022.
9. Lisa-Maria Mic: Gegenüberstellung hydrographischer Messmethoden zur Gewässeruntergrundmessung von Fließgewässern und Seen. unpubl. Diplomarbeit, Wien Juni 2013.
10. Hydrographieausbildung. Abgerufen am 1. April 2024.