Schutz vor Hochwasser
Aktivitäten und Kompetenzen der JOANNEUM RESEARCH
In den vergangenen zwei Jahren hat sich JOANNEUM RESEARCH mit dem Querschnittforschungsschwerpunkt „Naturgefahren- und Risikoforschung“ als kompetenter Ansprechpartner in zentralen themenrelevanten Forschungsinhalten positioniert. Wie vorherzusehen war, konzentriert sich der Forschungsbedarf auf die zuständigen öffentlichen Stellen auf Bundes- und Landesebene.
Prozesse wie Lawinen, Bergstürze, Rutschungen, Muren und Überschwemmungen sind Teile von Gebirgslandschaften und prägen deren Erscheinungsbild. Über viele Jahrhunderte hinweg hat der Mensch gelernt, mit diesen Erscheinungsformen der Landschaftsdynamik zu leben.
In der jüngsten Vergangenheit aber sind neue Einflußfaktoren hinzugekommen, wie etwa die neuartigen Waldschäden und Veränderungen der Böden. Die wachsende Bedeutung des Themenbereiches „Naturgefahren- und Risikoforschung“ resultiert aber nicht nur aus der Entwicklung der Gefahrensituation, sondern vor allem auch aus dem zunehmenden Nutzungsdruck insbesondere in Gebirgsregionen.
Unter diesen Gesichtspunkten muß es in Zukunft zu einer vorausschauenden Ausrichtung des Katastrophenschutzes und damit zu verstärkten Forschungstätigkeiten auf diesem Gebiet kommen. Die Frage, inwieweit Naturkatastrophen vorhersehbar und prognostizierbar sind, rückt zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses. Technische Maßnahmen zu deren Beherrschbarkeit und Kontrolle stehen häufig erst in weiterer Folge zur Diskussion. Zentrale Forschungsinhalte sind daher heute die Entwicklung von Methoden zur Beurteilung von Naturgefahrenpotentialen und Maßnahmenplanungen für die Erstellung eines systemaren, technisch-naturwissenschaftlichen und ökologischen Sicherheitsmodelles.
Kompetenzen am Beispiel Hochwasser
Das Institut für Hydrogeologie (IHG) setzt sich in mehreren Projekten mit der Problematik hydrologischer Extremereignisse – Hochwässer und Trockenperioden – auseinander. Beide Problemkreise sind methodisch nicht voneinander zu trennen.
Im nationalen Umfeld werden im Rahmen des InTeRreg -Projektes „CatchRisk“ hydrogeologisch-hydrologische Prozesse in Einzugsgebieten untersucht, die zu Rutschungsphänomenen führen, das Hochwasser- und Murenrisiko bewertet und Überschwemmungszonen definiert. Aus dem Wasserversorgungsplan Steiermark, den das IHG wesentlich mitgestaltet hat, fehlen derzeit noch die Grundlagen für eine großräumige Regionalisierung der Eintrittswahrscheinlichkeit von Hochwasserereignissen. Ziel ist die Erarbeitung einer genauen Abschätzung hydrologischer Extremparameter für jedes Gerinne der Steiermark ermöglicht und somit eine verbesserte Basis für die wasserwirtschaftliche und katastrophenschutzbedingte Planung darstellt. Für die Erfassung der Abflussbedingungen in Teileinzugsgebieten wird ein Modell kalibriert, das in der Lage ist, wesentliche Daten und Strukturen aus einem Geoinformationssystem (GIS) einzubeziehen. Dadurch sollen sowohl die derzeitigen als auch die unter veränderten Bedingungen (Landnutzung, Änderung der Flächenbewirtschaftung, klimatische Faktoren) zu erwartenden Wasserströme räumlich hochaufgelöst vorausgesehen und die Auswirkungen meteorologischer Extremereignisse besser prognostiziert werden.
International läuft gegenwärtig ein COST-Programm, das unter Einbeziehung von zwei Dissertationen die Auswirkungen des Schipistenbaues im Hochgebirge u.a. auch auf das Hochwasserverhalten von hochalpinen Einzugsgebieten zum Inhalt hat. Durch Direktuntersuchungen und Simulation von Starkregenereignissen wird dabei die Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens unter unterschiedlichen Rahmenbedingungen geprüft, um Prognosen für Abschwemmungen und Erosion stellen zu können. Dadurch soll ein generelles Rahmenkonzept für die Errichtung von Pistenflächen im Hochgebirge bzw. Maßnahmen zur Hintanhaltung von Naturgefahren entwickelt werden.
International ist das Institut am EU-Projekt „Ecoman“ beteiligt, das die Auswirkungen der Abholzung des atlantischen Regenwaldes in Mittel- und Südamerika auf das Abflussregime zum Ziel hat und nachdem das IHG in der internationalen Partnerschaft den hydrologischen Part übernommen hat, ist es automatisch mit der Hochwasserproblematik konfrontiert.
Das Institut für Angewandte Geophysik (GPH) beschäftigt sich seit Jahren mit der Untersuchung von natürlichen und geschütteten Dämmen, Böschungen und Moränenwällen. Unter anderem wurden auch internationale Projekte erfolgreich realisiert, wie beispielsweise in Bhutan und Kroatien.
Dämme, Deiche und andere wasserbauliche Anlagen unterliegen besonderen Anforderungen hinsichtlich ihrer langzeitigen Sicherheit. Dabei sind Fragen der Standsicherheit und der Undurchlässigkeit dieser Bauwerke von besonderer Bedeutung. Infolge von Sickerwasserströmungen können sich Fließwege ausbilden, die einerseits die hydraulische Funktion des Bauwerks einschränken und andererseits zu einer Abminderung der geotechnischen Sicherheit führen.
In ähnlicher Weise können auch bei natürlichen Böschungen und Wällen durch Einwirkung des Wassers Stabilitätsverluste eintreten, die bis zum Bruch bzw. zur Rutschung von Gesteinsmassen führen können.
Eine grundlegende Aufgabe bei der langzeitigen Beherrschung derartiger Systeme besteht daher darin, Inhomogenitäten des Dammkörpers bzw. Böschungsbereiches mit zerstörungsfreien Methoden von der Oberfläche nachzuweisen und kritische Bereiche zu erkennen und zu lokalisieren. Bei derartigen Kontrollen und Untersuchungen empfehlen sich geophysikalische Untersuchungsmethoden, die darüber hinaus den Vorteil einer zerstörungsfreien Überprüfung haben.
Zukünftige Entwicklungen konzentrieren sich dabei u.a. auf Verwendung und die Interpretation von Infrarot-Luftbilddaten, mit dem sich das Institut für digitale Bildverarbeitung beschäftigt.
Mit Methoden der Fernerkundung können Informationen über den Zustand von Wassereinzugsgebieten schnell und kostengünstig gewonnen werden. So kann mit Hilfe von hochauflösenden Satellitenbilddaten mit einer geometrischen Auflösung im Bereich von weniger als einem Meter die Verteilung der Landnutzung (Siedlungen, Fruchtarten, etc.) detailliert erfasst werden. Durch Vergleich von Satellitenbilddaten von verschiedenen Aufnahmezeitpunkten können weiters Veränderungen im Wassereinzugsgebiet großflächig kartiert werden. Diese Informationen stellen zum einen eine Basis für die Hochwassermodellierung dar, zum anderen bilden sie eine Planungsgrundlage für das integrative Management von Wassereinzugsgebieten. Mit flugzeuggetragenen Laserscannersystemen können darüber hinaus präzise Höhenmodelle abgeleitet werden, mit Hilfe derer die räumliche Ausdehnung von Hochwasserereignissen simuliert werden kann.