Mess- und Prüftechnik 03.10.2008, 19:37 Uhr

Mit Hochtechnologie gegen die Flut  

VDI nachrichten, Berlin, 2. 10. 08, moc – Der Klimawandel lässt den Meeresspiegel ansteigen. Extreme Wetterlagen häufen sich. Menschen am Wasser müssen lernen, mit Hochwasser zu leben. Denn Flüsse und Meere werden sich nicht mehr in ihre Ufer zwingen lassen. Doch moderne Technik kann helfen, die Gesetze der nassen Naturgewalt zu entschlüsseln, um so gezielter Vorsorge betreiben zu können.

Eben noch lag der grasbewachsene Deich still in der Landschaft. Jetzt rauscht ein tosender Sturzbach hinab. Das Wasser stürzt aus einer vier Meter hohen und ebenso breiten Tankkonstruktion, die oben auf der Deichkrone steht. Männer in orangen Jacken beobachten den imposanten Guss, der so schnell versiegt, wie er kam.

Sofort läuft eine Pumpe an, die den Tank wieder füllt, wieder und wieder rauscht das Wasser den Deich herunter.

Mit der Apparatur simulieren niederländische Forscher das Überschwappen von Wellen bei schweren Sturmfluten. Welche Kräfte wirken landseitig auf überflutete Deiche? Wie schnell zerfetzen sie die Grasnabe und höhlen den schützenden Erdwall aus? Und können gitter- oder wabenartige Geotextilien die Grasdecke verstärken?

„Wären alle Deiche in Deutschland nach aktuell geltendem Regelwerk gebaut, wäre viel gewonnen“, erklärt Andreas Bieberstein. Der Ingenieur vom Institut für Bodenmechanik der Uni Karlsruhe ist Experte für Deichstatik.

Im Grunde wissen die Experten, wie sie überströmungssichere Deiche planen und bauen müssen. Doch bei Kosten von 2 Mio. € pro km Deich wird es dauern, die 7000 km Deiche im Lande zu erneuern. „Bei vielen alten Deichen wissen wir nicht einmal, aus welchem Material sie gebaut sind“, so Bieberstein.

Das macht Prognosen über ihre Standfestigkeit nahezu unmöglich. Bieberstein hat deshalb einen Sensor entwickelt, der die Feuchte im Innern von Altdeichen ermittelt. Denn je mehr Wasser einsickert, desto höher die Bruchgefahr.

Auch in Chemnitz entwickeln Forscher ein Deichüberwachungssystem. Sie wollen Glasfasersensoren auf Geotextilien nähen und alte Deiche an neuralgischen Punkten damit gleichzeitig verstärken und überwachen. Die Sensoren sollen kleinste Veränderung in der Textilfläche erkennen und so frühzeitig vor einem Deichbruch warnen.

Der Klimawandel wird zusätzliche Verteidigungslinien an Meer und Flüssen nötig machen. Der erste Deich hält in solchen Konzepten das Gros der Wassermassen zurück. Was überschwappt, stauen eine zweite und dritte Linie. Durch den Gegendruck von der Rückseite würden so auch die Deiche der ersten Linie entlastet.

„Wir werden das Wasser auf Dauer nicht aussperren können“, sagt Erik Pasche, „also müssen wir lernen, damit zu leben“. Pasche leitet das Institut für Wasserbau an der TU Hamburg-Harburg und hat für die Hansestadt ein Kaskadenkonzept entwickelt. Wasser, dass über die ersten Deiche strömt, wird von einer zweiten Linie aus vorhandenen Wällen, Altdeichen, mobilen Barrieren oder speziell abgedichteten Häusern aufgefangen.

Das setzt eine angepasste Bebauung voraus. „In der Flutkammer zwischen der ersten und zweiten Linie brauchen wir die Möglichkeit vertikaler Evakuierung“, erklärt Pasche. Häuser auf Stelzen, Hausboote, schwimmende und amphibische Bauten.

Solche amphibischen Bauten stehen im Normalfall auf dem Boden. Bei Hochwasser schwimmen sie. „Die Anpassung ans Wasser hat das Potential, ganz neue urbane Lebensformen hervorzubringen“, sagt Pasche.

Auch das Potential für neue Technologien und Architektur sei gewaltig. Laut Pasche laufen erste Forschungsprojekte, um Häuser per Knopfdruck wasserdicht abzuschotten. Auch die Strom- und Wasserversorgung schwimmender Siedlungen sei ein weites Innovationsfeld.

Das koordinierte Eindringen von Hochwasser setzt voraus, dass auch Altdeiche der ersten Linie sicher halten. Pasche ist an der Entwicklung eines Verfahrens beteiligt, in dem die Deckwerke von Deichen, Wellenbrecher oder künstliche Riffs im wahrsten Sinne des Wortes zusammengeklebt werden. Ein Polyurethan-Kleber verbindet die Steine zu festen, elastischen Verbünden. Diese geben Wellen leicht nach und fangen die aufprallende Energie auf. „Der Kleber ist nicht toxisch. Auf Sylt haben sich an unseren Versuchswellenbrechern bereits neue Muschelbänke gebildet“, berichtet Pasche. Vor allem aber sei die Lösung günstig und auf bestehende Deiche anwendbar.

Das könnte Krisenstäben in Zukunft Zeit verschaffen. Bisher richten sie ihre Strategien vor allem an Pegelständen aus. Informationen über den Zustand der Deiche erreichen sie oft zu spät.

Huib de Vriend leitet als wissenschaftlicher Direktor des niederländischen Forschungs- und Beratungsinstituts Deltares eine Armada von 500 Forschern. Eines ihrer Ziele: solidere Informationen für Krisenstäbe. Realistische IT-gestützte Hochwassermodelle sollen ihnen das Risikomanagement erleichtern. Das setzt systematische, sensorgestützte Überwachung von Gewässern und Deichen voraus.

Letztlich wollen die Forscher die Gesetze des Wassers entschlüsseln. Sie ergründen die Kräfte einzelner Wellen in Versuchsbecken, vermessen Dünen vor und nach Stürmen, pflastern Gewässer und Forschungsdeiche mit Sensoren. Wie ein Mosaik setzen sie die gesammelten Daten zu einer virtuellen Welt zusammen, in die auch meteorologische, hydrologische, historische und geologische Daten einfließen.

Ein Ziel dieser Forschungen sind Frühwarnsysteme. Daneben sollen die Flut- und Schadenmodelle Entscheidungsträgern auf allen Ebenen helfen, frühzeitig Konsequenzen zu ziehen.

Und wie in Hamburg sollen die Modelle Planern und Menschen helfen, sich ans Wasser anzupassen. Denn wie kaum ein Land werden die Niederlande vom steigenden Meeresspiegel und extremen Wetterlagen infolge des Klimawandels bedroht. Bis 2050 wird das Meer um 40 cm steigen, bis 2100 um bis zu 1,30 m und für 2200 sagen Prognosen bis zu 4 m voraus.

Eine von der Regierung berufene Expertenkommission gibt: „Zusammenarbeit mit dem Wasser“ als Parole aus. Die Anpassungen daran müssten sofort beginnen. Kostenpunkt: 100 Mrd. €.

Eine der Maßnahmen ist der aktuell erprobte „Zandmotor“. Er soll dem Meer breitere Küstenstreifen abtrotzen und nutzt dafür die Kraft der Wellen und Strömung. Die Wasserbauer schütten bergeweise Sand vom Meeresgrund vor der Küste auf. Nach und nach tragen ihn die Wellen gleichmäßig an den Strand. „Je mehr wir über Strömungen und Verwirbelungen wissen, desto effizienter werden solche Maßnahmen“, sagt de Vriend. Er hält es für möglich, dass künftig Mirkrosensoren in Sandkorngröße mit der Strömung wandern und so Einblicke in die Prozesse am Meeresgrund liefern könnten.

„Wir erleben aktuell rasante technologische Fortschritte in der Erdbeobachtung. Sei es aus dem All, aus der Luft oder mit smarten Sensornetzwerken am Boden“, sagt er. „Die entscheidende Aufgabe wird sein, die Daten in verwertbare Informationen zu übersetzen“. Das sei aber nur der Anfang. Konsequenz: „Wir sollten“, so de Vriend, „bei Problemen von morgen nicht nur an Technologien von heute denken“. PETER TRECHOW

Von Peter Trechow
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