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Hochwasserschutz per Stromschlag

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 26.06.2008 10:58

Geophysiker aus Leipzig genießen dank Geoelektrik einen unverbauten Blick ins Deichinnere

New Orleans, Spätsommer 2005. Aufgepeitscht durch den Hurrikan Katrina schieben sich gewaltige Wassermassen durch die Straßen der Küsten-Metropole im US-Bundesstaat Louisiana. Mehrere Deichbrüche hatten den Fluten Tür und Tor geöffnet. Ob die massiven Schutzwälle bereits vor der Katastrophe angeschlagen waren, lässt sich im Nachhinein nicht mehr eindeutig feststellen. Im Vorfeld das Deichinnenleben zu untersuchen, ist allerdings schon heute möglich. So können Geophysiker aus Leipzig die Erdwälle prophylaktisch auf mögliche Schwachstellen hin durchleuchten. Das Werkzeug der Deichdoktoren: elektrischer Strom.

Aufgerissener Deich in New Orleans - freie Bahn für die Wassermassen des Lake Pontchartrain

Aufgerissener Deich in New Orleans - freie Bahn für die Wassermassen des Lake Pontchartrain (c) Jocelyn Augustino/FEMA

Auch wenn das Resultat eines Deichbruchs meistens verheerend ist, die Vorgeschichte einer solchen Katastrophe kann ganz unterschiedlich und scheinbar harmlos sein. Deiche werden ausgehöhlt durch Nager, aufgerissen durch Treibgut, abgetragen, durchwurzelt, aufgeweicht, angehoben und aufgewölbt. Die meisten dieser Horrorszenarien sind für jede Deichwehr mit dem bloßen Auge sichtbar. Für das Orten innerer Verletzungen braucht es hingegen geophysikalische Hightech. "Mit Hilfe der Geoelektrik lassen sich diese Bereiche genauer lokalisieren", so Günter Petzold vom Institut für Geophysik und Geologie (IGG) der Uni Leipzig. Dazu sondieren die Physiker den Untergrund anhand seiner elektrischen Eigenschaften - sie unterziehen den Deich einer so genannten geoelektrischen Tomographie.

Im Mittelpunkt des Diagnoseverfahrens steht dabei der elektrische Widerstand des Deiches bzw. sein Kehrwert, die elektrische Leitfähigkeit - verknüpft mit Parametern wie Porosität, Durchfeuchtung oder Scherfestigkeit. Die beiden gesuchten Messgrößen ergeben sich dabei wie bei jedem Leiter - egal ob Kupferdraht oder tonnenschwerer Erdwall - aus dem Quotienten von Stromstärke und angelegter Spannung. Umgesetzt in die Praxis bedeutet dies für die Wissenschaftler: Injiziere über Edelstahlspieße Strom in den Deichkörper und miss über zusätzliche Elektroden die entstehende Spannung. "Das Verfahren nutzt die Eigenschaft des Bodens, Strom leiten zu können", erläutert Günter Petzold, "ein Computerprogramm errechnet dann mit den scheinbaren spezifischen Widerständen, den Koordinaten der Elektroden und einem Faktor, der die Topographie berücksichtigt, ein mögliches Abbild des Untergrunds." Auffälligkeiten im Deich stellen sich als starke Abweichungen in die eine oder andere Richtung dar, farblich hervorgehoben. Vereinfacht ausgedrückt: Hohlräume und Trockenzonen verursachen hohe Widerstände, feuchte und aufgeweichte Stellen meist niedrigere. "In beiden Fällen können die genannten Gründe zum Verlust der Stabilität und schließlich zum Bruch des Deiches führen."

Deich scheibchenweise

Deich scheibchenweise - die farbigen Flächen zeigen einzelnen Schnitte eines mit Geoelektrik durchleuchtenden Deiches. Rot steht für hohe, schwarz für geringe elektrische Widerstände. Alle Maßangaben in Metern. (c) IGG, Uni Leipzig

Mit einer ganzen Phalanx von bis zu 100 Elektroden - jede so lang wie ein Unterarm - muss der Deich zunächst gespickt werden. Über ein mehrkanaliges Kabel, das die nagelförmigen Sonden untereinander und mit dem computergesteuerten Messgerät, der "Geotom", verbindet, registrieren die Wissenschaftler die Reaktion des Deichkörpers auf die ihm zugefügten Stromstösse. Dabei findet die gesamte Ausrüstung in einem kleinen Transporter Platz. "Wenn das zu vermessende Gelände mit dem Fahrzeug befahrbar ist, ist es sinnvoll, die Geotom mit Laptop im Auto zu lassen und von dort aus die Messung zu starten." Petzold weiter: "Man kann während der Messung die Aufnahme der Daten verfolgen und sich schon einen Überblick über diese verschaffen, gegebenenfalls einzelne Messungen wiederholen." Zum Einlesen von hundert Meter Deich benötigen die Forscher auf diese Weise weniger als eine Stunde.

Dass sie dabei praktisch zerstörungsfrei zu Werke gehen, ist ein weiterer großer Vorteil. Die Methode schone nicht nur den Deich, sondern auch den Geldbeutel. "Es müssen nicht zwangsläufig teure kilometerlange Abschnitte erneuert bzw. ausgebessert werden", so der Leipziger Forscher, "sondern man kann sich auf die beschädigten Bereiche beschränken und damit das zur Verfügung stehende Budget ökonomisch einsetzen." Wie dies in der Praxis aussieht, zeigte die vom Koordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIEN konzipierte und realisierte Wanderausstellung "In die Tiefe gehen", in der ein Exponat die Arbeit der Geophysiker des Leipziger IGG vorstellte.

Seit Mitte der 90er Jahre wird die geoelektrische Tomographie verstärkt angewandt - zur Ortung von Grundwasserreservoiren, in der Archäologie, der Lagerstätten- und Trassenerkundung. "Sie ist nicht speziell für die Erkundung von Deichen entwickelt worden", betont Geophysiker Petzold, "aber sie eignet sich besonders gut dafür." Dabei gehen die Leipziger Physiker im Gegensatz zu vielen Unternehmen und Instituten bei ihren Untersuchungen in die dritte Dimension. So liefern mehrere parallele Profile aneinander geschichtet ein Modell des Untergrunds, aus dem sich die Experten beliebige Scheibchen herausschneiden oder auffällige Stellen als räumlich erfassbare Objekte extrahieren können. Keine Computerspielereien, sondern ernsthafte Krisenprävention, wie Petzold betont. "Mit diesen Informationen können die zuständigen Behörden entscheiden, in wieweit der Deich beschädigt ist, ob er erneuert werden sollte, oder ob die Gefährdung nur gering und eine Ausbesserung ausreichend ist."

Bleibt die Frage, ob die Geoelektrik auch Katastrophenschwergewichten wie der Flutung von New Orleans etwas entgegensetzen kann. Günter Petzold beginnt vorsichtig: "Sicherlich ist die geoelektrische Tomographie keine Wunderwaffe wie 'Supermans Röntgenblick'. Es kann immer eine kleine Schwachstelle geben, die durch ungünstige Faktoren wie zum Beispiel das Extrem Hurrikan Katrina ausgenutzt wird." Wozu aber dann der ganze Aufwand, wenn es doch keinen hundertprozentigen Schutz geben kann? "Ganz einfach: Je weniger Schwachpunkte ein Deich hat, desto geringer ist das Risiko, dass diese nachgeben können." Und mit einem entschiedenen Unterton fügt er hinzu: "Dazu müssen aber alle Beteiligten - Regierung und Behörden - an einem Strang ziehen." Vielleicht die wichtigste Lehre, die man aus den Flutkatastrophen des Spätsommers 2005 ziehen sollte.

Weitere Informationen finden Sie hier.

TM, iserundschmidt 12/2005

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