Hydro-geophysikalisches Monitoring für ein besseres Verständnis toniger Rutschungen

Durch klimabedingte Änderungen der hydrologischen Zyklen und der starken Zunahme der intensiv genutzten Flächen nimmt das von Hangrutschungen ausgehende Risiko deutlich zu. Dadurch gewinnen kurzfristige Vorhersagen über die Rutschungsaktivität gefährdeterGebietehinsichtlich Gefahrenabschätzung zunehmend an Bedeutung. Als Basis für diese Vorhersagen sind die Entwicklung und der Einsatz innovativer Monitoring Technologien und die Weiterentwicklung von Auswerte- und Interpretations-methoden notwendig. Der Vorteil des hier vorgeschlagenen Ansatzes ist, dass unser Monitoringsystem das Sammeln von hydrogeophysikalischen Daten sowohl mit hoher Auflösung als auch auch über einen langen Zeitraum ermöglicht um die Deformation, die auslösenden Faktoren und die Prozesse in Massenbewegungen zu verstehen. Als Verfahren wird die induzierte Polarisation (IP) eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Erweiterung der elektrischen Widerstandsmessmethode, um ein besseres Verständnis für den Zusammenhang zwischen hydrologischen und petrophysikalischen Parametern des Rutschmaterials zu generieren. Zur besseren Auswertung der IP Messungen und um die relevanten Auslösemechanismen vor dem Auftreten einer Rutschung erfassen zu können, sind zusätzliche Parameter erforderlich. Zum derzeitigen Zeitpunkt sind die meisten Monitoring Lokationen mit GPS-Empfängern und Inklinometer ausgestattet. Diese Systeme stellen einerseits Punktdaten (1D) zur Verfügung und sind andererseits bei hohen Bewegungsraten nur eingeschränkt einsetzbar. Um diese Probleme zu lösen, sind flächenhafte und vertikale (im Bohrloch) Verschiebungs- und Deformationsdaten erforderlich. Diese werden mit den innovativen Methoden der hochauflösenden faseroptischen Temperatur- und Deformationsmessung sowie mit ultra-hochauflösenden (UHR, 20 cm) optischen Bildern generiert. Die kombinierte Anwendung dieser Methoden für das Monitoring von Hangrutschungen ist nur von wenigen Fällen bekannt. Die Gesamtinterpretation der zur Verfügung stehenden Monitoring Datenwird durch gekoppelte multi-physikalische Modellsimulationen unterstützt und soll damit letztendlich zu einem verbesserten Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse führen. Unser Vorschlag profitiert von dem europaweitem Hangrutschungs-Monitoring- Netzwerk, welches 2009 durch die Geologische Bundesanstalt (GBA) in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern errichtet wurde. Dazu zählt unter anderem das Observatorium (OMIV), welches vom französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS) gegründet wurde. Der gemeinsame Projektantrag durch die GBA und des CNRS bietet Kontinuität zu diesem internationalen und multidisziplinären Ansatz, erlaubt aber auchanderen Forschungseinrichtungen, wie beispielsweise der Technische Universität Wien (TUW),mit entsprechenden Untersuchungen beizutragen und bei dem Wissenstransfer zu profitieren.

Das Ziel des Hydroslide Projektes war ein besseres Verständnis für die hydrologischen Bedingungen und deren zeitlichen Änderungen in tonreichen Hangrutschungen zu erlangen, um über diese Informationen eine bessere Abschätzung zu den Mechanismen der Hangbewegungsaktivität abgeben zu können. Um dieses Vorhaben umzusetzen wurden Hangrutschungen (eine in Österreich, zwei in Frankreich) mit diversen Monitoring Systemen ausgestattet. Zudem wurden geophysikalische, geotechnische, geologische und petrophysikalische Untersuchungen durchgeführt. Vor allem die beiden Standorte in Frankreich (La Valette und Ldeve) stehen schon länger unter wissenschaftlicher Beobachtung, wodurch bereits zu Projektbeginn Messdaten vorhanden waren. Der Standort in Österreich (Wolfsegg am Hausruck) wurde in Kooperation mit der Wildbach- und Lawinenverbauung (WLV) und dem ZT Moser/Jaritz ausgewählt, da massives Interesse an der aktuellen Hangaktivität vorhanden war. Dadurch wurden die kostenintensiven Bohrungen von der WLV mit Mitteln des Katastrophenfonds finanziert. Zudem wurden vonseiten der WLV Monitoring Systeme installiert deren Daten dem Projekt zur wissenschaftlichen Verwertung zur Verfügung gestellt wurden. Der österreichische Projektteil war zu einem Großteil der Entwicklung eines neuen geoelektrischen Monitoring Systems gewidmet, das auf die Methode der Induzierten Polarisation (IP) ausgeweitet werden sollte. Diese Methode erlaubt es neben der Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes die Aufladbarkeit des Untergrundes zu ermitteln. Bei tonreichem Untergrund können über diesen Parameter Rückschlüsse auf die Tonmineralogie und die Porenraumverteilung gewonnen werden. Im Monitoring Betrieb sind die zeitlichen Änderungen der Wassersättigung und der Porenraumverteilung von Interesse. Leider konnte die Entwicklung des neuen IP Monitoring Systems (Geomon4D-IP) im Projektzeitraum nicht abgeschlossen werden, sodass kein Monitoring Einsatz möglich war. Zum Projektende war das System für den standardmäßigen Feldeinsatz bereit, allerdings sind für den Monitoring Betrieb noch umfassende Tests notwendig. Durch diese Situation wurde das bereits ausgereifte Vorgänger Messsystem (Geomon4D), das lediglich den spezifischen elektrischen Widerstand aufzeichnet, eingesetzt. Um auch Informationen hinsichtlich der Aufladbarkeit zu bekommen, wurden kommerzielle Messgeräte bei IP Wiederholungsmessungen eingesetzt. Zudem konnte an einem anderen Standort in Österreich (Gresten (NÖ)), aufgrund der vorhandenen Monitoring Infrastruktur, ein kurzzeitiges IP Monitoring umgesetzt werden. So konnte ein Datensatz produziert werden, der die zeitliche Änderung der Aufladbarkeit beinhaltet. Dieser hat gezeigt, dass der Zusammenhang des IP Effektes mit anderen Einflüssen enorm komplex ist, aber interessante zusätzliche Informationen liefern könnte. Im Zuge der umfangreichen IP-(Wiederholungs-) Messungen konnten Verbesserungen bei der Datenakquisition und der anschließenden Datenauswertung entwickelt werden. Zudem wurde an Methoden gearbeitet, die eine optimale Zusammenführung diverser (Monitoring) Daten ermöglicht, um eine detaillierte Interpretation (geologisch, hydrologisch) zu gewährleisten. In Summe konnten damit anhand der gesammelten Daten für alle drei Standorte geologische und hydrologische Charakterisierungen in unterschiedlichen Detaillierungsgrad (abhängig von der Datenlage) erstellt werden. Die Zusammenhänge der hydrologischen Verhältnisse mit unterschiedlichen Phasen der Hangaktivität konnten nur teilweise nachvollzogen werden. Hier scheint die enorme Komplexität der Mechanismen ein besseres Verständnis zu verhindern bzw. scheint die vorhandene Datenlage nicht ausreichend zu sein.