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Deichbrüche vorhersagen oder verhindern

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Als Folge des Hochwassers brachen in den letzten Wochen vielerorts Deiche, Wassermassen überfluteten ganze Orte. Geowissenschaftler entwickeln neue Deichbaumethoden und Strategien, um den Zustand der Deiche besser kontrollieren zu können. Lässt sich ein Bruch so besser vorhersagen oder gar verhindern?

Bundeswehr und freiwillige Helfer stabilisieren im Frühjahr 2013 einen Deich in Lostau bei Magdeburg. (Quelle: vorsprach, Wikimedia Commons)Trotz der jahrhundertelangen Optimierung des Deichbaus lässt sich ein Deichversagen noch immer nicht gänzlich ausschließen. Denn ein Bruch hat meist mehrere Ursachen. Und selbst der beste Deich hält nicht mehr stand, wenn das Wasser die Höhe überschreitet, für die er ausgelegt ist – was bei den letzten großen Hochwassern hierzulande 2002 und 2013 der Fall war. An diesem Ansteigen der Pegel trägt auch der Mensch seine Schuld. Sein Vordringen in natürliche Überflutungsgebiete und Flussbegradigungen fordern ihren Tribut. Das Eindeichen von Flüssen schützt zwar die Oberläufe vor den Fluten, führt aber notgedrungen dazu, dass das Wasser flussabwärts in immer größeren Massen über die Ufer tritt. Ließe man den Gewässern mehr Raum und verlagerte man Deiche weiter ins Landesinnere, könnte man die Hochwassergefahr merklich senken. Doch zu solchen Maßnahmen sind Bevölkerung und Behörden oft nicht bereit. Allenfalls dort, wo genug Platz ist, werden mehrere Deichlinien hinter dem Hauptdeich gezogen. Meist setzt man aber eher auf die Stabilisierung der bestehenden Deiche.

Bau eines Schutzdammes in Linz-Urfahr nach einem Hochwasser im Jahr 2002. (Bild: Wikimedia Commons)Forscher arbeiten darum an der Verbesserung von Deichbaukonzepten. Die Form der Deiche hat sich in den letzten Jahrzehnten hin zu einem stetig höheren und an beiden Seiten flach auslaufenden Sandkerndeich weiterentwickelt. Als Grundlage dieses am weitesten verbreiteten Deichs gelten heute drei Materialien: Kies, Sand und Ton. Die unterste Schicht des Sandkerndeichs bildet eine durchlässige Kiesschicht, die anfallendes Sickerwasser am Deichfuß austreten lässt, damit es keine Schäden im Deichinneren anrichtet. Darüber folgt der breite und hohe Sandkern, der den Deich mit seinem Gewicht stabilisiert. Darauf liegt eine wenig wasserdurchlässige Tonschicht, die das Durchweichen des Sandes verhindern soll. Die äußerste Schicht besteht aus Erde und wird mit Gras bepflanzt, denn die Grasnarben bieten Schutz vor der Erosion durch Wind und Wasser. Zusätzlich werden oft Schafe auf den Deichen gehalten, da sie das Gras kurz halten und die Narben festtreten. Zur weiteren Verstärkung werden am Fuß von stark beanspruchten Deichen noch Beton- oder Asphaltschichten aufgetragen.

Eine Entwicklung der letzten Jahre, Deiche besser zu stabilisieren, ist der Einsatz von Geokunststoffen. So betonte etwa Richard Herrmann, Professor für Geotechnik an der Universität Siegen, bereits 2006 gegenüber dem Deutschlandfunk, dass die neuen Materialien der Geokunststoffe eine ganz andere Art des Bauens erlauben würden: Da die Kunststoffmatten dem Boden zu neuer Zugfestigkeit und Druckfestigkeit verhelfen, könne man die Dämme steiler bauen, ohne sie zugleich – wie sonst zur Stabilisierung nötig – auch zu verbreitern, führte der Siegener Professor aus. Damit würde selbst in Gebieten mit wenig Platz für einen Deichausbau die Erhöhung möglich und der Schutz der dahinter liegenden Ländereien und Wohngebiete verbessert.

Mobiler Schutz

Zur Sicherung der Innenstädte vor Überflutungen durch Flüsse haben sich zudem Schutzmauern aus Stein oder Beton bewährt. Gute Erfahrungen machte man in den letzten Jahrzehnten auch mit einer neuen Bauform: dem mobilen Deich. Dabei gilt es zwei Typen zu unterscheiden. Erstens punktuell und kurzzeitig einsetzbare Barrieren wie mehrere Kubikmeter Wasser fassende Plastiksäcke, die anstelle von Sandsäcken als mobile Schutzmauer dienen. Und zweitens Systeme mit festen Fundamenten – teilmobile Deiche aus fest installierten Betonfundamenten, auf die im Hochwasserfall Leichtmetallpaletten befestigt werden. Erstere haben den Vorteil, dass sie im Notfall innerhalb kurzer Zeit und mit wenig Personalaufwand aufgebaut werden können. Zum Vergleich: Um mit Sandsäcken eine ähnliche Schutzwirkung wie mit Wassertaschen zu erzielen, müssten dutzende Helfer stundenlang hunderte Säcke füllen.

Flexible Hochwasserschutzwand in Dresden beim Elbe-Hochwasser 2013. (Bild: MatthiasDD, Wikimedia Commons)Während Wassertaschen einen Sandkerndeich nicht ersetzen können, stellen teilmobile Kunststoff- oder Leichtmetallwände eine innovative Alternative dar. Am Kölner Rheinufer werden sie seit der ersten Anwendung in den 1980er Jahren eingesetzt und erst kürzlich schützten sie die Gemeinde Hitzacker an der Elbe sicher vor dem großen Junihochwasser. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil der teilmobilen Metallwände ist, dass sie nur bei Bedarf aufgestellt werden und somit das Stadtbild nicht stark verändern. Von der Bevölkerung werden sie eher akzeptiert als den Blick verstellende Betonmauern. Sie können allerdings nur Wasserhöhen von zwei bis drei Metern sicher zurückhalten, werden also am besten innerhalb des Stadtgebiets auf Mauern oder anderen Erhöhungen platziert. Damit ist ihr Einsatzgebiet deutlich kleiner und man wird weiterhin an vielen Flussläufen und in Küstengebieten auf den Sandkerndeich setzen.

Doch auch das Bauwerk aus Sand, Kies und Ton ist verwundbar. Es ist betroffen von Vorschädigungen, die den Deich vor Eintritt einer Flut destabilisieren, und solchen Schäden, die das Hochwasser selbst verursacht. Zu den Vorschädigungen zählen Wühltierbefall im Inneren und Verkehr mit schweren Fahrzeugen auf der Deichkrone, die beide Löcher im Deich verursachen können. Ein Schaden, der sowohl vor als auch während eines Hochwassers auftreten kann, ist das Unterspülen. Dabei sickert bereits bei normalem Wasserstand Grundwasser unter dem Deich hindurch, bildet Risse im Deichfuß und vermindert seine Standsicherheit. Das ist von außen kaum sichtbar und kann praktisch nicht verhindert werden, weshalb es eine große Bedrohung für den Deich darstellt. Doch selbst ein stabiler Deich kann auf diese Weise beschädigt werden – im Fall von Hochwasser, wenn der hohe Wasserdruck ihm stark zusetzt. Häufig bringt das Hochwasser außerdem Treibholz und andere Gegenstände mit sich, die im Fall eines Aufpralls Löcher in den Deich reißen können. Diese Unterspülungen und Löcher werden sehr gefährlich, wenn Hochwasser mit großem Druck hindurch strömt und in wenigen Minuten große Mengen an Deichmaterial erodiert.

Suche nach den Schwachstellen

Potentielle Bruchstellen gibt es also viele. Fast ist man geneigt zu fragen, warum dennoch so viele Deiche standhalten. Die Antwort: Geowissenschaftler arbeiten an Diagnoseverfahren, um den Zustand der Deiche zu kontrollieren. Ein Deichversagen tritt meist als Folge mehrerer Ursachen auf. Auch versteht man die physikalisch-geotechnischen Vorgänge, die zu einem Dammbruch führen, noch nicht umfassend, was Vorhersagen schwierig macht. Um möglichst viele Vorschädigungen und potentielle Schwachstellen aufzuspüren, werden darum mehrere Methoden beim Deichmonitoring kombiniert. Neben der Begehung des Deichs und der Fernerkundung aus der Luft, bei denen nach Aufwölbungen, Löchern und anderen Schäden gesucht wird, gibt es eine Reihe technischer Hilfsmittel. So werden etwa einzelne Erkundungssensoren in den Deich eingesetzt, um Veränderungen und Bewegungen aufzuzeichnen. Eine weitere Methode, die geoelektrische Tomographie, erfasst den Zustand des Deichs mithilfe von Stromstößen und kann selbst kleinste Risse aufspüren. In einem der neueren Ansätze durchziehen Geowissenschaftler den Deich auf seiner gesamten Länge mit Geotextilien und Glasfaser-Fäden. Bewegungen im Deichinneren wirken sich auf das Textil aus, verziehen oder stauchen es. Die Glasfasern spüren diese Veränderungen auf und leiten die Information in Sekundenschnelle an eine Messstation weiter. In einem letzten Schritt erstellen die Forscher auf Basis aller gewonnenen Daten und mit Hilfe von Simulationsmodellen Gefährdungskarten und ein Profil des Deichinneren, wenngleich sie ein Deichversagen bislang kaum vorhersagen können. Erkennen sie die Schwachstellen jedoch frühzeitig, lassen sich im besten Fall noch vor dem nächsten Hochwasser Ertüchtigungsmaßnahmen treffen, um den Deich für kommende Extremwetterereignisse zu wappnen. Je weiter die Forschung zu den physikalisch-geotechnischen Abläufen eines Deichversagens vorankommt, desto genauer wird sie künftig auch im Katastrophenfall gefährdete Gebiete lokalisieren können und gezielte Frühwarnungs- und Schutzmaßnahmen ermöglichen.

Ob optimierte Bauweisen oder innovative Technologien zur Deichüberwachung: All diese Bemühungen zum Schutz vor einem Hochwasser werden aber nur greifen, wenn der Mensch dem Wasser künftig mehr Raum zugesteht, statt weitere Flächen für die Landwirtschaft oder Baugebiete in Beschlag zu nehmen.

ES, iserundschmidt 07/2013


Im Rahmen des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN wurden bereits zahlreiche Verbundprojekte zum Thema Frühwarnsysteme gegen Naturgefahren gefördert, etwa LASTMILE und WeraWarn im Bereich Tsunami-Warnung. Auch von Erkenntnissen, die im laufenden Forschungsschwerpunkt „Tomografie der Erdkruste - Von der Durchschallung zum Echtzeitmonitoring“ gewonnen werden, kann der Deichbau profitieren.