Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überwachungssystem warnt vor rutschenden Hängen

06.04.2011
Technik der TUM-Forscher ermöglicht permanente Beobachtung gefährdeter Gebirgsareale
Als Folge des Klimawandels drohen in den Alpen und anderen Hochgebirgen immer mehr Hänge abzurutschen – mit fatalen Folgen für Mensch und Infrastruktur. Eine dauerhafte Überwachung aller gefährdeten Areale scheiterte bislang an zu hohen Kosten und zu großem Aufwand. Münchener Geoforscher haben nun ein preisgünstiges System entwickelt, das Hanglagen mithilfe mehrerer Technologien permanent beobachtet, Veränderungen auswertet und die betroffenen Kommunen frühzeitig vor drohenden Erdrutschen warnt. Die Wissenschaftler selbst erhoffen sich durch die langfristigen Messungen ein besseres Verständnis dieser Naturphänomene.

Doren im Bregenzerwald, Februar 2007: Auf einer Länge von 650 Metern bricht ein Hang weg, gewaltige Erdmassen rutschen in die Tiefe. Die nächstgelegenen Wohnhäuser stehen nur unweit der 70 Meter hohen Abbruchkante. Die Beinahe-Katastrophe ist kein Einzelfall. Geologen haben in den vergangenen Jahren in den Alpen und anderen Hochgebirgen zunehmend labile Bodenmassen beobachtet, die an Hanglagen ins Rutschen geraten und auf einem stabilen Untergrund unaufhaltsam Richtung Tal gleiten. Als Ursache sehen die Wissenschaftler vor allem stärkere Regenfälle und Schneeschmelzen aufgrund des Klimawandels, die den Untergrund aufweichen und gleichzeitig schwerer machen.

Potenziell gefährliche Bergflanken zu identifizieren, ist nicht allzu schwierig. Viele sind schon seit Jahrhunderten instabil, Überlieferungen zeugen von früheren Unglücken. In den Alpenländern stehen zudem geologische Aufnahmen zur Verfügung, die Risikokandidaten verraten. Eine permanente Überwachung aller unruhigen Massen aber war bislang unmöglich. Um Bewegungen aufzuspüren, mussten Experten Sonden in Bohrlöcher einlassen und an der Oberfläche aufgestellte Markierungspunkte vermessen. Diese Geräte dauerhaft zu installieren, ist jedoch in der Regelschlichtweg zu teuer. So können die Kontrolleure nur in Abständen prüfen und gewinnen nur punktuelle Erkenntnisse über das Innenleben der Hänge.

Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der Universität der Bundeswehr München haben nun Geosensoren entscheidend weiterentwickelt und mit einer Kontrollsoftware zu einem ebenso flexibel einsetzbaren wie kostengünstigen Frühwarnsystem verknüpft. Auch sie bohren an mehreren Stellen in den Untergrund. „Die Bohrlöcher bestücken wir aber mit ganz simplen Koaxialkabeln, wie man sie beispielsweise von Antennenkabeln kennt“, sagt Prof. Kurosch Thuro vom TUM-Lehrstuhl für Ingenieurgeologie. Die Wissenschaftler nutzen einen einfachen, aber effektiven Mechanismus: Gerät die obere Erdschicht ins Rutschen, wird das Kabel am Übergang zur unbeweglichen Schicht gequetscht. Ein kleines Übertragungsgerät an der Oberfläche registriert dies und leitet die Information weiter. Daneben verteilen die Ingenieurgeodäten der Bundeswehruniversität (Prof. Otto Heunecke) Sensoren über den Hang, deren Position mittels GPS bestimmt werden kann. Auch hier lag die Herausforderung darin, mit preiswerten Bauteilen „von der Stange“ eine Messgenauigkeit im Millimeterbereich zu erreichen, um schon kleinste Verschiebungen zu registrieren.

Als Drittes setzen die Wissenschaftler eine neue Generation von Messgeräten ein, sogenannte Videotachymeter, die mit Laserscanner und Kamera arbeiten. Musste man früher noch künstliche Reflektoren aufstellen, um Richtung, Entfernung und Höhe eines Ziels zu messen, erkennen die Geräte heute auchnatürliche Ziele, beispielsweise Steine oder Baumstümpfe. Die Wissenschaftler haben nun den Prototypen eines Herstellers so programmiert, dass er auch Bewegungen beliebig vieler Ziele erkennt. Der Tachymeter zeichnet die Struktur etwa eines Felsens auf, vermisst diese regelmäßig neu und registriert dabei Veränderungen. „Wenn wir keine Reflektoren aufstellen müssen, sparen wir erneut Geld“, sagt Prof. Thomas A. Wunderlich vom TUM-Lehrstuhl für Geodäsie. „Und wir müssen nicht fürchten, dass sie von weidenden Kühen umgerannt werden.“

Mit diesen drei Komponenten knüpfen die Wissenschaftler ein dichtes Netz an Beobachtungspunkten über den Hang. Zusammengeführt werden die Daten in einer zentralen Datenbank. Das Gehirn des Systems wertet die Informationen zusammen mit weiteren Kennziffern aus, vor allem mit Wetterdaten. Dreieinhalb Jahre lang haben die Forscher ihre Entwicklung auf dem Sudelfeld im oberbayerischen Oberaudorf getestet. Dort bewegt sich eine Bergflanke und bedroht mehrere Almen und eine Bundesstraße. „Die Datenreihen zeigen uns eindrucksvoll, was der Hang durchlebt, wie sich Niederschlag und Frost bemerkbar machen, was mechanisch vor sich geht“, sagt Kurosch Thuro. „Wir verstehen jetzt viel mehr von dieser Bewegung.“

Einzelne Ereignisse können die Wissenschaftler deshalb besser beurteilen. Als beispielsweise der Hang im Mai 2010 innerhalb kurzer Zeit um vier Millimeter abrutschte, wussten sie, dass die auf den ersten Blick geringe Distanz für dieses Areal außergewöhnlich und deshalb besorgniserregend war. Mehr noch: Die Auswertung der Daten ermöglicht sogar Frühwarnungen, bevor der Hang sich überhaupt bewegt hat. „Weil wir nun wissen, wie sich dort Regenfälle auswirken, konnten wir einen Grenzwert festlegen“, erklärt Thuro. Überschreitet der Grundwasserdruck einen bestimmten Wert, schlägt das System Alarm. „Dann gibt es noch circa zweieinhalb Tage Zeit zwischen dem Anstieg des Pegels und einer Hangbewegung.“

Betroffene Kommunen können aus dem System einen unmittelbaren Nutzen ziehen, weil es ihnen die Daten ohne Umweg zur Verfügung stellt – übersetzt in verständliche Schaubilder und Erklärungen. Nach einer Frühwarnung können die Verantwortlichen je nach Gefahr Hänge sperren, den Verkehr umleiten oder Häuser evakuieren.

Die Forscher entwickeln nun das vom Bundesforschungsministerium und der DFG geförderte System unter dem Titel „Early Warning System for Alpine Slopes (alpEWAS)“ mit zwei Industriepartnern zur Marktreife. Erste Interessenten haben sich bereits gemeldet, in Doren ist ein Teil des Systems sogar schon im Einsatz. Nicht nur für die Anwender, auch für die Wissenschaft selbst verspricht sich Thuro deutliche Fortschritte: „Je mehr Hänge wir dauerhaft untersuchen, desto mehr verstehen wir größere Zusammenhänge zwischen einzelnen Ereignissen und dem Makroklima in den Gebirgen.“

Mehr Informationen:
www.alpewas.de

Ansprechpartner:
Prof. Kurosch Thuro
Technische Universität München
Lehrstuhl für Ingenieurgeologie
Telefon: +49 89 289 25850
E-Mail: thuro@tum.de

Prof. Thomas A. Wunderlich
Technische Universität München
Lehrstuhl für Geodäsie
Telefon: +49 89 289 22850
E-Mail: th.wunderlich@bv.tum.de

| Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.alpewas.de
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Einblicke unter die Oberfläche des Mars
21.07.2017 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Tauender Permafrost setzt altes Treibhausgas frei
19.07.2017 | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie