Forschung fand unerwartete Koppeleffekte 20. Sep 2021 Von Bettina Reckter

Unwetterkatastrophe: So haben Totholz und Sedimente die Eifel-Flut verstärkt

Es war keineswegs nur einfach viel zu viel Wasser, das vor zwei Monaten zu den Überflutungen in der Eifel geführt hatte. Ein Team des Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ fand weitere Ursachen, die die Effekte noch zusätzlich verstärkt haben.

Verstopfung eines kleinen Zuflusses der Ahr durch hölzerne Abfälle. Das führt zu zeitweiligen Aufstauungen, massiven Sedimentablagerungen und Überschwemmungen.
Foto: M. Dietze (GFZ)

An erster Stelle war natürlich zu viel fließendes Wasser der Grund für die Überflutungen in der Eifel im Juli. Zudem aber haben mitgerissenes Totholz und aufgewühlte Sedimente ihren Teil zur Katastrophe beigetragen. Das haben die GFZ-Forscher Michael Dietze und Ugur Öztürk herausgefunden. Was das für zukünftige Ereignisse bedeuten könnte, haben sie in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Die Effekte, die die Forschenden des Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ dafür verantwortlich machen, sind in Mitteleuropa bisher kaum aufgetreten und daher auch nicht berücksichtigt worden. Vor allem mitgerissenes Totholz und Sedimente dürften mit fortschreitendem Klimawandel stärker in den Fokus rücken.

Zufällige Zeugen der Hochwasserkatastrophe

Am 14. Juli befanden sich GFZ-Forscher Michael Dietze und sein Team sowie Forschende der Universität Bonn auf dem Rückweg von Geländearbeiten in der südlichen Eifel. Sie hatten Wochen zuvor im Rahmen eines Forschungsprojekts auf einer 3 m hohen Terrasse im Ahrtal mehrere Seismikstationen aufgebaut. Der Zweck: die Bodenbewegungen zu messen, die durch turbulent fließendes Wasser und Gerölltransport im Fluss bei „regulären“ Hochwassern entstehen. Schnell wurde klar: Der Pegel der Ahr stieg so rasant, dass die Messstationen verloren waren. Sie waren in nur wenigen Stunden überflutet und weggespült worden.

„Die Flut in den Tälern der Eifel war weitaus gewaltiger, schneller und unberechenbarer, als wir das für ein solches Ereignis in der Mitte Europas bislang angenommen haben“, sagt Michael Dietze, PostDoc in der Sektion Geomorphologie am GFZ und am Geographischen Institut der Uni Bonn. „Die Ursachen dafür sind vielfältig und uns durchaus bekannt – allerdings bisher nicht aus Mitteleuropa, sondern aus Wüsten und den Tropen.“

Gesättigte Böden, extreme Erosionskraft des Wassers

Nach wochenlangen Regenfällen war der Boden gesättigt, das frische Regenwasser konnte nicht mehr versickern. Statt als dünner Wasserfilm die Hänge herunterzulaufen, verwandelte sich der Regen in breite Flüsse im abschüssigen Gelände. Dabei erreichte das Wasser Geschwindigkeiten von einigen Metern pro Sekunde, also bis zu 100-mal schneller als üblich. Das wiederum verursachte eine Flutwelle in den Haupttälern.

Dabei entwickelte das Wasser eine enorme Erosionskraft: Es grub sich in die Hänge und mobilisierte erhebliche Mengen Sediment und Totholz. Unten in den Tälern trieben bereits Äste und Baumstämme auf die zahlreichen Brücken zu, verfingen sich dort und führten zu sogenannten Verklausungen. Der Abfluss wurde behindert, das Wasser staute sich und erreichte auch höher gelegene Gebiete.

Unerwartete Effekte an Kiesgrube und Straßen

An der Erft traten sogenannte gekoppelte Gefahren auf. Bei der Stadt Blessem trat der Fluss über die Ufer und ergoss sich in eine Kiesgrube. Dabei fraß sich der Grubenrand auf einer Länge von 300 m wie ein Wasserfall stromaufwärts und unterhöhlte Häuser, die daraufhin einstürzten. Auch die benachbarten Straßen wurden unterspült, der gesamte Straßenaufbau weggespült. Übrig blieben die Abwasserrohre.

Nur 35 km weiter wurde der Damm der Steinbachtalsperre in der Nacht zum 15. Juli auf 1,50 m Breite knietief überspült. Der Damm erodierte massiv, wäre er gebrochen, hätte eine weitere Flutwelle Blessem und weitere Ortschaften getroffen. „Dieses Beispiel macht deutlich, wie eng gekoppelt auch scheinbar weit voneinander entfernte Örtlichkeiten sind“, betont Dietze.

Neue Forschungsansätze für durch Starkregen ausgelöstes Hochwasser

„Mit anhaltendem Klimawandel werden wir Niederschlagsereignisse wie das am 14. Juli 2021 ziemlich häufig erleben. Daher muss die Forschung jetzt beginnen, durch Starkregen ausgelöste Hochwässer nicht nur als Phänomen von zu viel schnell fließendem Wasser zu verstehen, sondern auch die damit einhergehenden selbstverstärkenden Effekte einzubeziehen, die teilweise ebenfalls durch den Klimawandel begünstigt werden“, sagt Dietze. Dabei relevant sind die Zerschneidung der Hänge vor allem in den oberen Einzugsgebieten, die Mobilisierung von Totholz und von erodierten vitalen Bäumen sowie deren Rolle bei der Verklausung von menschlicher Infrastruktur.

Mit einem kürzlich bewilligten Projekt, gemeinsam finanziert durch das GFZ und das Graduiertenkolleg NatRiskChange der Universität Potsdam, werden jetzt gezielt diese Gebiete beflogen, um die Landschaft aus Flugzeugen heraus mittels Laser abzuscannen. Daraus werden hochaufgelöste 3-D-Modelle der veränderten Landschaft abgeleitet. Sie können mit bestehenden Datensätzen verglichen werden, die bereits vor der Flut gewonnen wurden. So können die Schlüsselinformationen zu erodierten Hängen, mobilisiertem Holz und überfluteten Flächen gesichert und ausgewertet werden, um zukünftige Modelle durch gemessene Daten zu verbessern.

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