Das konkrete Risiko von Hangrutschungen

Die Intensität und Häufigkeit natürlicher Gefahren nimmt offenbar und sichtlich zu. Andererseits sind auch die Schutzziele, also unsere gebauten Umgebungen, verletzlicher und die Instandsetzung kostspieliger. Jede größere Unwetterwarnung ruft die Zivilschutzmaßnahmen auf den Plan, weckt bei den betroffenen Bürgerinnen und Bürgern aber auch ein berechtigtes Schutzbedürfnis. Wenn die Niederschlagsmengen drastisch zunehmen und sich in der Folge die Frage stellt, was mit dem Hang passiert, auf dem das eigene Haus gründet, wird die Frage nach dem konkreten Risiko laut.

Die Risikobewertung natürlicher Gefahren erfolgt einerseits über die Gefahrenzonenpläne. Im Rahmen der Gefahrenzonenpläne bedingen die verschiedenen Risiko-Niveaus entweder individuelle bauliche Auflagen oder die Realisierung von Schutzinfrastruktur, welche das Risiko-Niveau kollektiv senkt.

In einer Dissertation an der Bundeswehr-Universität München entwickelt Friederike Meyer unter der Betreuung von Conrad Boley ein Entscheidungs-System zur lokalmaßstäblichen Gefahrenbeurteilung potentieller Hangrutschungen.

Grundsätzlich ist die Rolle des Wassers bei Hangrutschungen zentral. Der Niederschlag ist je nach Art, Intensität und Dauer die zentrale Ursache für eventuelle Hanginstabilitäten. Grundsätzlich muss das Lockergestein dazu in bindige und nicht-bindige Böden unterteilt werden. Bei bindigen Böden mit der geringsten Korngröße, dazu zählen Tone und Schluff sowie Lehm als Ton-Schluff-Gemisch, ist die Oberflächenspannung – und nicht die Reibung und Gewichtskraft – die zentrale Größe, die den Boden in Form bringt, weshalb das Wasser diese Anziehungskraft aufhebt und den Boden verflüssigt. Doch auch bei nichtbindigen Böden mit einer höheren Korngröße verursacht das eintretende Wasser einen hydrostatischen Druck sowie einen Strömungsdruck, sodass die Hangstabilität unter Umständen gefährdet ist.

„Ungleiche Sedimentations- und Erosionsprozesse führen zu heterogenen geologischen Bedingungen, die Boden zu einem komplexen System mit kleinräumig variierenden Parametern machen, die niemals – selbst bei sehr dichtem Erkundungsraster – zur Gänze erfasst werden können. Besonders in glazigen überprägten Bereichen, wie im hier betrachteten Alpenraum, kann es u.a. durch Schichtverdopplungen, -verschuppungen und partielle Überkonsolidierung
zu kleinräumigen Heterogenitäten kommen, die mit einem wirtschaftlich vertretbaren Erkundungskonzept nicht erfassbar sind“ [1].

Die Faktoren, die die Hangstabilität bedingen, sind daraus folgend: Neigung, Höhe, Exposition, Morphologie, geologische und geotechnische Gegebenheiten sowie die Vegetation.

Hinzu kommen externe Ursachen wie Erdbeben, Temperatur- und Frostverwitterung sowie Auflasten.

An und für sich stellt die geotechnische Berechnung eines Hanges und der begrenzenden Mechanismen – insofern die Bodenparameter sowie die hydrologischen Gegebenheiten bekannt sind – keine größere Schwierigkeit dar. Das Problem besteht in dem Umstand, dass die geotechnischen und hydrologischen Gegebenheiten meistens nicht bekannt sind und es opportun wäre, schnelle Analysen unter optischen Gesichtspunkten durchzuführen. Friederike Meyer wertet Hangrutschungen in Bezug auf die entscheidenden Faktoren aus und definiert folglich Wahrscheinlichkeiten.

Faktor Hangneigung:

Primärer Gefährdungsbereich: 29,8 bis 40,8 °

Sekundärer Gefährdungsbereich: 24,3 bis 29,8° und 40,8 bis 46,3°

Der Faktor Hangneigung variiert dabei je nach Höhenlage.

Faktor Geologie:

Flachgründige Hangmuranrisse ereignen sich häufig in quartären Deckschichten sowie am Übergang von Deckschicht zu Festgestein.

Geotechnische Parameter:

Grundsätzlich droht Hanginstabilität, insofern die Hangneigung den inneren Reibungswinkel, der einen Bodenparameter darstellt, übersteigt. Allerdings kommt zum Reibungswinkel die Kohäsion sowie die Vegetation stabilisierend hinzu. Die scheinbare Kohäsion hebt sich auf, insofern die Porenräume vollkommen mit Waser gesättigt sind, sodass eine Instabilität auch bei Hangwinkeln, die geringer sind als der innere Reibungswinkel, auftreten.

Bei sehr steilen Hängen ist der Oberflächenabfluss stärker als bei weniger steilen Hängen. Folglich ist bei letzteren der Strömungsdruck, der auf das Korngerüst wirkt, größer, weil der Oberflächenabfluss geringer ist.

Ein durchlässiger Boden baut weniger Porenwasserdruck auf als ein undurchlässiger Boden. Feinkörniger oder bindiger Boden ist undurchlässig. Bedeutender Faktor ist dabei der feinteilige Ton-Schluff-Anteil im Boden.

Einfluss der Vegetation:

Die Vegetation beeinflusst die Hangrutschungen in Bezug auf die Hydrologie, die Mechanik durch die armierende Wirkung der Wurzeln, sowie durch den Waldzustand. Mit der Durchwurzelung steigt die Kohäsion des Bodens. Statistisch gesehen sind Rutschungen in Wald bei 37,2° und im Freiland bei 34,8° Hangneigung einzuordnen. Allerdings kann die Bewaldung größere Hangrutschungen entstehen lassen, weil die Durchwurzelung das Porenvolumen vergrößert, das durch Niederschlagswasser gefüllt werden kann.

„Am wirksamsten ist ein guter Waldzustand mit hoher Biodiversität und einer Kombination aus heterogenen Wurzeltiefen, wie sie bei stufigen Mischwaldbeständen vorzufinden sind (…) Großflächig angelegte, flachwurzelnde Monokulturen von Fichten bzw. Kiefern“ [1] sind in diesem Sinne gefährdet.

Kahlschlag und Windwurf führen hingegen durch die Entstehung von Hohlräumen und Poren zur Gefährdung durch Infiltration mit Oberflächenwasser.

Einfluss der Morphologie:

Die Morphologie bezeichnet das Längs- und Querprofil eines Hanges. Unterschieden wird zwischen konvexem, konkavem und planarem Hang. Untersucht man Längs- und Querprofil, bestehen folglich 9 Kombinationsmöglichkeiten. Anrisse treten dabei vorwiegend entlang planarer Längs- und Querprofile sowie entlang planarer Längsprofile mit konkaven Querprofilen und entlang von Terrasenkanten auf. Konkave Längsprofile sind seltener von Hangbewegungen betroffen.

„Ein nach außen gewölbtes Querprofil wirkt sich bei planarem Längsprofil stark anrisshemmend aus. Das zu Tal strömende Hangwasser hat eine divergierende Grundtendenz. Es verteilt sich auf deutlich größerer Fläche und erzeugt den gegenteiligen Effekt“ [1].

Im Rahmen des oben Dargelegten gilt in Bezug auf die Hangneigung: „Das Auftreten von hydrostatischen Porenwasserüberdrucken in Lockergesteinsschichten kann an schwach geneigten Unterhängen konkaver Hangformen zu Instabilitäten führen, obgleich die dort angetroffene Hangneigung für sich genommen nach obiger Definition ungefährlich ist“ [1].

Einfluss des Niederschlags:

In den Alpen tritt in Herbst und Winter oberhalb von 1400 m üNN Schnee auf, wähernd darunter starke Niederschlagsereignisse auftreten. Hinzu kommt der Einfluss der Schneeschmelze. Die größte Gefährdung für Anrisse treten zwischen 1200 und 1400 m üNN auf.

„Selbst bei Annahme höhenunabhängiger Niederschlagsverhältnisse ist von einer Zunahme des Hangwasserandrangs in den Hangmitten durch zu Tal strömendes Wasser aus dem Oberhang auszugehen. Diskontinuitäten in der Durchlässigkeit der Schuttböden führen auf langen Hangstrecken bei lang anhaltenden Starkniederschlägen zu punktuellen Staueffekten, so dass Wasser in Vernässungszonen und an Quellhorizonten aus dem Lockergestein
austritt“ [1].

Einfluss der Exposition:

In Bezug auf die Exposition sind häufige Anrisse in Richtung Süd- und Süd-Osten festzustellen und folglich dominieren die Sonnenseiten gegenüber den Schattenseiten.

„Frost-Tau-Wechsel treten zweifelsfrei am häufigsten in unbewaldeten Süd-exponierten Hanglagen mit Jahreszeitenfrost auf und führen dort zu intensiver, plötzlich einsetzender Schneeschmelze und damit einhergehend zu einer alternierenden Bodenfeuchte. Schmelzwasser begünstigt mit Eintritt ins Schicht- und Trennflächengefüge des Festgesteins unter Frostbedingungen eine fortschreitende, tiefgründige Verwitterung“ [1].

Faktor anthropogene Nutzung:

Verdichtungen, die durch die anthropogene Nutzung entstehen, wirken sich auf erhöhte Oberflächenentwässerung und folglich höhere Erosion als auch auf erhöhte Porenwasserdrücke und folglich Hangexplosionen aus.

Auswirkungen haben ebenso Bauwerke im Hang. „Straßen und Wege in alpinem Gelände gefährden die Hangstabilität. Große Auf- und Abböschungen ober- und unterhalb von Güter- und Feldwegen stellen bei Starkregenereignissen ergiebige Geschiebeherde dar“ [1].

Schlussfolgerungen:

Letztlich kommt es darauf an, die Faktoren, die Hangrutschungen begünstigen, in ein Gefährdungspotential einzuordnen. Wesentlich ist die Häufigkeit in einem bestimmten Gebiet als auch in der Folge das gesellschaftliche und wirtschaftliche Risiko.

Grundsätzlich muss die qualitative Abschätzung allerdings über Bodenaufschlüsse erfolgen, wobei das Erkundungsraster qualitativ entscheidend ist. Die Bodenaufschlüsse betreffen die bodenmechanischen Parameter (Reibungswinkel, Kohäsion, Feuchtraumgewicht, Wassergehalt) als auch die Erkundung von Gleitflächen (auf Felsschichten) durch Widerstandsmessungen.

Die geotechnischen Standsicherheitsberechnungen bestimmen letztlich das rechnerische Risiko für eine Hanginstabilität. Dazu sind – und das ist die Herausforderung – die zu erwartenden Niederschlagsmengen zu ermitteln. In der wirklichen Welt hängen die zu erwartenden Wassermengen von zahlreichen Faktoren ab – und letztlich vom Versagen einer Entwässerungsvorrichtung.

Literatur:

[1] Friederike Meyer: „Entwicklung eines Decision-Support-Systems zur Generierung einer zuverlässigen, lokalmaßstäblichen Gefahrenbeurteilung potentieller Hangmurbereiche“, Universität der Bundeswehr München, München 2010