Hochwasser: Die Kraft des Wassers | Wissen & Umwelt | DW | 19.07.2021
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Hochwasser

Hochwasser: Die Kraft des Wassers

Dass Wasser katastrophale Zerstörungen anrichten kann, steht außer Frage. Aber wie entwickelt das oft auch so friedliche Element diese ungemeine Kraft, alles mitzureißen, was ihm in den Weg kommt?

Als wären es Kartenhäuser und Spielzeugautos, die unter braunen Wassermassen zusammenbrechen oder hinfort getrieben werden. Container, die wie Pappkartons dahin driften, Keller, die innerhalb weniger Minuten zur lebensgefährlichen Falle werden. Immer wieder beweist uns die Natur mit ihren gewaltigen Elementen, wer hier die Oberhand hat. Die Menschen sind es jedenfalls nicht. 

Aber wie kann das Wasser eine solche Kraft entfalten? Genau diese Frage beantwortet Dr. Michael Dietze von der Sektion Geomorphologie am Helmholtz-Zentrum Potsdam im Interview

Dafür ist es zunächst wichtig zu wissen, dass ein Kubikmeter Wasser eine Tonne wiegt. Das ist also schon mal nicht ohne! Und das heißt: "Wasser kann einen enormen Druck aufbauen, wenn es direkt auf ein Hindernis trifft. In Bewegung gebracht, ergibt das enorme Kräfte, die auf Autos oder Container wirken und diese einfach vor sich herschieben können, wenn sie nicht sehr fest verankert sind", sagt Dietze.

"Dazu kommt dann das Phänomen der Erosion, das vermeintlich stabile Oberflächen zerstören kann: (Erd-)Oberfläche wird durch schnell fließendes Wasser abgetragen." 

Infografik: Entstehung von Hochwasser

Am GFZ Potsdam wird unter anderem untersucht, wie genau Wasser Sediment mobilisiert, wie sich Flutwellen bewegen, und mit welcher Wucht sie sich ihren Weg durch die Landschaft bahnen.

Starkregen gehört zum Beispiel zu einer der meist unterschätzten Gefahren, warnt der Deutsche Wetterdienst (DWD). Er kann nur schwer vorhersagt werden und tritt bezogen auf einen Ort nur selten auf. Die Meteorologen können zwar die Region vorhersagen, aber nicht genau, wann oder wie viel es an einem bestimmten Ort regnen wird, heißt es auf der Webseite.

So kann es auch in den Regionen zu schweren Schäden kommen, in denen man es nicht zuerst vermuten würde – auch abseits von größeren Flüssen oder engen Tälern. 

"Die starken Niederschläge bringen so große Wassermengen auf die – oft bereits durch vorherige Niederschläge gesättigten – Böden, dass sie dort nicht mehr versickern können", erklärt der Geomorphologe Dietze.

Verschiedene Bodentypen

Dabei kommt es nicht ausschließlich auf die Wasseremenge an, auch die Zusammensetzung des Bodens spielt eine große Rolle oder vielmehr die Wasserführung des Bodens. Das heißt: Wie gut kann der Boden das Wasser aufnehmen, speichern oder versickern lassen?

Hier spielen Faktoren wie die Porengröße der Bodenteilchen oder sogenannte Bodenkolloide eine Rolle. Bodenkolloide sind dann vorhanden, wenn im Boden Korngrößen mit einem Teilchendurchmesser < 2 Mikrometern (0,002 mm) auftreten.

Ein Leitpfosten an einer Landstraße vor der Ortschaft wird vom Schlamm ümspült, der vom Starkregen von einer Wiese auf die Straße geschwemmt wird.

Auch die Bodenbeschaffenheit macht bei Starkregen einen Unterschied: Erde bzw. Lehmböden können sehr viel weniger Wasser aufnehmen und ableiten als Sandböden

Diese Partikel sind so klein, dass sie mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind. Doch weil sie so winzig sind, haben Bodenkolloide eine gigantische Oberfläche – an der Wassermoleküle binden. Das führt aber auch dazu, dass solche Böden zunehmend wasserdicht sind. 

Tonerde enthält sehr viele Bodenkolloide, gefolgt von Lehm. Lehmböden können beispielsweise in kurzer Zeit sehr viel weniger Wasser aufnehmen und ableiten als Sandböden. 

Ein Sandboden, hingegen, hat aufgrund seiner großen Korngröße viele große luftgefüllte Poren, enthält aber nur wenig Kolloide. Das Wasser kann daher kaum als Haftwasser festgehalten werden. Es fließt schnell ab.

Infografik: Wasserführung des Bodens

Ein Lehmboden besitzt genauso wie Tonboden dagegen weniger Poren. Tonböden können daher, wenn sie erst einmal richtig durchweichen, mehr Wasser speichern als Sand. Betrachten wir verschiedene Bodentypen, so steigt die Fähigkeit Wasser zu speichern in der Reihenfolge von Sand zum Moor an. 

Wasser bahnt sich seinen Weg

Doch egal welcher Boden – ist er gesättigt, bleibt dem Wasser nichts anders übrig als oberflächlich abzufließen. Dann bahnt es sich seinen Weg bis in Bäche und Flüsse. "Einmal in diesen Gerinnen angekommen, kann es sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen", sagt Dietze.  An der Öko­lo­gi­schen Rhein­sta­ti­on der Uni­ver­si­tät zu Köln fließt der Rhein zum Beispiel unter Normalbedingungen mit ei­ner Ge­schwin­dig­keit von 1 bis 2 Me­tern pro Se­kun­de.

"Je höher nun die Geschwindigkeit, je höher das Gefälle – speziell an lokalen Stufen wie Böschungen und Geländekanten – und je tiefer der Fluss, desto mehr Kraft kann das Wasser am Untergrund entfalten: Dort, wo es entlang strömt, zieht es quasi mit der Kraft eines Gewichts von mehreren Kilogramm. Das reicht aus, um Sand, Steine und auch Schutt wegzureißen", erläutert Dietze weiter.

Mehr als nur Wasser: Eine fatale Mischung

Das allein reicht allerdings noch nicht aus, um Häuser und Straßen mitzureißen. Aber dabei spielt auch nicht allein das Wasser eine Rolle – sondern auch die mitgeführten Partikel. Diese schlagen in Boden, Straßen und Hauswände ein und entfalten dabei eine enorme Erosionsleistung. 

Blick in eine Straße in Bad Münstereifel nach schweren Regenfällen und dem Hochwasser der Erft

Die Partikel im Hochwasser sorgen für die extreme Erosionsleistung

"Sobald Teile davon erst einmal angegriffen sind, kann das darunter liegende Material viel leichter davongetragen werden", erklärt Dietze. Es entstehen Unterhöhlungen, da Straßen und Häuser oft auf unverfestigtem Grund gebaut seien. Weiteres Material kann dann leicht nachbrechen. "Dieses Zusammenspiel von mitgeführtem Material und der Kraft, freigelegtes weiteres Material einfach wegzuführen, verleiht dem schnell fließenden Wasser die Kraft, solch enorme Schäden in kurzer Zeit herbeizuführen."

Dabei betont Michael Dietze vom Helmholtz-Zentrum Potsdam: Solche Fluten entstünden überall, wo Starkniederschläge auftreten könnten. Besonders gefährlich seien derartige Niederschlagsereignisse im Hochgebirge, wo in der Folge plötzlich versagende Dämme ganze Seen zum Auslaufen bringen oder Bergstürze gewaltige Eismengen schmelzen, und damit Flutwellen in den engen Tälern erzeugen. 

Gefahrenzone Keller

Doch nicht nur die Erosionswirkung von Hochwasser stellt eine Gefahr dar. Die Wassermassen sind auch eine unmittelbare Bedrohung, sowohl im Freien als auch in Gebäuden. Insbesondere der Keller kann schneller als gedacht zur tödlichen Falle werden. Nicht umsonst warnen Feuerwehrleute eindringlich davor, bei Hochwasser in den Keller zu gehen.  

Sobald Wasser bereits in den Keller eingedrungen ist, heißt es: Den Keller nicht mehr betreten – auch wenn noch so kostbare Andenken und Habseligkeiten hier gelagert sind.

Ein Anwohner beseitigt seine Schäden im Keller, in dem er das Wasser mit einem Eimer aus dem Keller befördert

Den Keller bitte erst wieder betreten, wenn das Wasser deutlich zurückgegangen ist, auf keinen Fall, wenn es kommt!

Denn das Wasser übt von außen einen extremen Druck auf Fenster und Türen aus. "Es kann schon bei weniger als 50 Zentimetern Wasserhöhe im Keller zu Problemen beim Öffnen von Türen kommen", warnt Christoph Schöneborn, Sprecher des Verbands der Feuerwehren in NRW, im Gespräch mit dem WDR. Je nachdem wie schnell das Wasser einströmt, kann der Keller in kürzester Zeit zur Falle werden, weil es unmöglich ist, durch Fenster oder Türen zu entkommen. 

Doch auch hier ist nicht das Wasser allein tückisch: In einem vollgelaufenen Keller gehen Gefahr auch von Stromleitungen aus, von gelagerten Chemikalien oder sonstigen Verunreinigungen - wie Fäkalien, Keimen oder Schlamm. Mehr Infos zur Notfallvorsorge und zum richtigen Handeln in Notsituationen gibt es im Ratgeber  des Bundesamts für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe. 

Bevor das Wasser kommt

Doch wenn es schon Tipps zur Notfallvorsorge gibt, gibt es nicht auch eine Möglichkeit, vor solchen Extremwetterereignissen zu warnen? 

"Aus Wettervorhersagen lassen sich Warnhinweise ableiten", sagt Dietze. "Zum Beispiel können Wettervorhersagen in hydrologische Modelle gespeist werden, um Vorhersagen zum Auftreten und zur Wahrscheinlichkeit von Hochwasserereignissen zu machen." 

Problematisch seien dagegen immer noch die Erosionsprozesse. "Sie vorherzusagen ist schwierig, vor allem weil diese Ereignisse sehr schnell ablaufen und ihre Intensität schwer genau einzuschätzen ist", so der Geomorphologe. 

Mithilfe von Satellitenbildern und vor allem Seismometern versuchen die Forschenden seit einigen Jahren, die Flutwellen nahezu in Echtzeit zu verfolgen und deren Intensität zu berechnen. Die Forschung dazu steht noch am Anfang, betont Dietze, habe aber immenses Potential, um die Bevölkerung möglichst rasch vor solchen Fluten zu warnen. 

 

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