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Bei Starkniederschlägen können sich Böden mit Wasser vollsaugen und dadurch ihre Festigkeit verlieren. In steilen Hängen entstehen dann oft flachgründige Rutschungen und Hangmuren, nachfolgend vereinfacht als Rutschungen bezeichnet. Wir erforschen im Labor, im Feld und mit Computermodellen, wie und wo solche Rutschungen entstehen und wie man die Bevölkerung warnen kann.
Rutschungen und Hangmuren bestehen aus einer Mischung von Wasser, Bodenmaterial und Schlamm. Eine spontane Rutschung ist eine entlang einer Gleitfläche schnell abgleitende Lockergesteinsmasse. Sie unterscheidet sich von der permanenten Rutschung, die sich kontinuierlich und gleichmässig über lange Zeiträume (Jahrhunderte, Jahrtausende) hangabwärts bewegt. Hangmuren entstehen aus spontanen, meist flachgründigen Rutschungen, die nach dem Ausbruch ihr Gefüge verlieren und als "Schlammlawine" niedergehen. Eine Hangmure ist somit flüssiger als eine Rutschung.
Weil sie meistens unvorhergesehen auftreten und das Bodenmaterial sehr schnell abfliessen kann, stellen Rutschungen für Menschen, Gebäude und Infrastruktur wie Strassen und Eisenbahnlinien eine beträchtliche Gefahr dar.
Rutschungen dokumentieren
Nach Unwettern mit Hangmuren und flachgründigen Rutschungen bietet sich die Gelegenheit, möglichst viele solcher Ereignisse zu dokumentieren. Wir sammeln Informationen über die Grösse der Rutschungen, die Topographie, die Standortverhältnisse, die Vegetation, die Landnutzung sowie den Rutschmechanismus. Diese Angaben fliessen in die WSL-Rutschungsdatenbank ein, die wir gemeinsam mit dem Bundesamt für Umwelt BAFU führen. Sie soll in Zukunft auch dazu dienen, Gefahrenkarten und Gefahrengutachten für Hangmuren zu erstellen.
Rutschungen vorhersagen
Im Hinblick auf ein zukünftiges nationales Warnsystem für Hanginstabilitäten untersuchen wir den Nutzen von (in-situ) Bodenfeuchteinformationen. Diese sind bereits an über 35 Standorten in der Schweiz verfügbar, und ein nationales Bodenfeuchtemessnetz ist im Aufbau. Unsere Forschung zeigt, wie daraus Schwellenwerte für das Auftreten von Hangrutschungen abgeleitet und mit Hilfe von physikalisch-basierten räumlichen Modellen potentielle Rutschungsstandorte eruiert werden können. Mit diesen Informationen und Methoden berechnen wir auch, wo in Zukunft (mit dem Klimawandel) mehr, resp. weniger Hangrutschungen auftreten dürften.
Pflanzen stabilisieren Hänge
Pflanzen festigen mit ihrem Wurzelwerk steile und instabile Hänge und helfen damit, die Gefahr von Rutschungen zu reduzieren. Wir untersuchen diese Wirkung im Feld und im Labor. Anhand von dokumentierten Ereignissen (vgl. Rutschungsdatenbank) können wir erkennen, wo und bei welchen Bedingungen es zu Anrissen kam und welche Eigenschaften der Vegetation für die Hangstabilität wichtig sind. Aufgrund dieser Erkenntnisse lassen sich unter anderem interaktive Karten entwickeln. Damit kann für die einzelnen Waldteile das Schutzpotential zur Verhinderung von Rutschungen aufgezeigt werden. Die Karten unterstützen so eine nachhaltige Waldpflege und erlauben, die Eingriffe zu priorisieren.
Dank Messungen des Bodenwassers in Bodenprofilen an ausgewählten Standorten mit gut oder ungenügend strukturierten Beständen lässt sich der Einfluss der Waldstruktur auf den Wasserhaushalt beschreiben. Erste Ergebnisse deuten drauf hin, dass die Bodenfeuchtigkeit an Orten mit einer vielfältigen Bestandesstruktur weniger lang in einem bezüglich der Hangstabilität kritischen Bereich liegt.
Im Labor werden das Wurzelwachstum von verschiedenen Pflanzen sowie die entsprechende Wirkung auf die Bodenstabilität untersucht. Zudem kann mit einem eigens dafür entwickelten Gerät, einem sogenannten Scherapparat, Boden im Labor unter ähnlichen Bedingungen wie draussen an Hängen erforscht werden. Die Resultate zeigen: Im Vergleich zum nackten Boden halten bepflanzte Proben bis zu 65 Prozent höheren Belastungen stand.