Starker Regen kann an exponierten Hängen plötzliche Rutschungen auslösen. Um die Gefahr im Voraus zu erkennen, untersuchen Forschende der WSL diese Hangmuren. Eine Datenbank mit ihren Beobachtungen und Messwerten bildet die Basis für Modellrechnungen und Gefahrenkarten.

Brian McArdell (li) und Christian Rickli untersuchen an der WSL mit einer Testanlage im Massstab 1:20, was bei Hangmuren passiert.

24. Juli 2014: Es hat tagelang geregnet, und nun sind starke Gewitter angesagt. Während fünf Stunden giesst es über den Bergen des Emmentals wie aus Kübeln. Die Emme führt gewaltige Wassermassen, Steine und Treibholz flussabwärts. Sie schwemmt Brücken und Strassen weg. In Eggiwil steigt der Pegel in wenigen Stunden über vier Meter. Man befürchtet das Schlimmste, doch Menschen kommen dank Vorwarnung und Hochwasserschutz nicht zu Schaden. Weniger spektakulär als die Fernsehbilder vom reissenden Fluss sind die Aufnahmen von anderen Folgen des heftigen Dauerregens: Sie zeigen langgezogene, braune Flecken an den grünen Hängen – Narben in der Landschaft. Die Fachleute sprechen von flachgründigen Rutschungen oder Hangmuren. Im Juli 2014 gab es rund 30 allein im Emmental.

Nicht nur Hochwasser, Murgänge oder tiefgründige Rutschungen haben grosse Zerstörungskraft, auch oberflächennahe Hangmuren können Menschen gefährden und Gebäude, Strassen oder Schienen beschädigen. So verursachte im August 2014 eine Rutschung in der Nähe von Tiefencastel ein Bahnunglück, bei dem vier Passagiere schwer verletzt wurden, eine Person tödlich. Im November 2014 forderte der Dauerregen im Tessin nach Rutschungen sogar vier Todesopfer. Wie so oft überraschte die Hangmure die Betroffenen. «Wenn man in der Nähe eines Gebirgsbachs mit einem ausgeprägten Gerinne wohnt oder nahe eines Wildbaches, weiss man, dass ein Murgang drohen könnte», sagt Christian Rickli, Experte für flachgründige Rutschprozesse von der WSL in Birmensdorf. Bei Hangmuren hingegen sei die Gefahr weniger offensichtlich. «Man ist nicht gewarnt aufgrund des Geländes.» Deshalb untersuchen die Forschenden an der WSL dieses Phänomen.

«Wir wollen den Entstehungsprozess verstehen und Methoden entwickeln, mit denen man Schutzmassnahmen planen kann», sagt Brian McArdell, der Leiter der Gruppe Massenbewegungen innerhalb der WSL-Einheit Gebirgshydrologie und Massenbewegungen. «In der Praxis wollen die Leute wissen, wo sich eine Hangmure lösen kann, wie gross sie ist, und wie weit sie reicht.» Bei den flachgründigen Rutschungen gerät nur die oberste, bis zu zwei Meter tiefe Schicht des Hanges in Bewegung – eine Mischung aus Bodenmaterial, Schlamm und viel Wasser. Typischerweise gleitet ein Volumen von 100 bis 150 Kubikmetern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 15 Metern pro Sekunde wie auf einer Rutschbahn talwärts. Dabei hat vor allem das hohe Tempo der Masse eine zerstörerische Wirkung.

Gesättigter Boden, zerstörter Jungwald

Brian McArdell zeigt Bilder eines Hauses bei Disentis. Die Fenster sind zerschlagen, die Eingangstüre wurde aufgedrückt, die Stämme eines frisch aufgeforsteten Waldstücks landeten im Keller. Die Hausbewohner kamen mit dem Schrecken davon. Auf der Kuhweide etwa 200 Meter oberhalb des Gebäudes hatte sich eine Hangmure gelöst, weil der Boden unter anderem durch eine lecke Wasserleitung übersättigt war. «Die Leitung wurde inzwischen anders verlegt und es gibt neu eine Gefahrenkarte für diese Gemeinde», erzählt der Geologe. Als Basis für die Erarbeitung solcher Karten entwickeln die WSL-Forschenden in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) eine Datenbank, in der möglichst viele Ereignisse präzise dokumentiert werden. «Je mehr Daten wir haben, umso besser können wir das Risiko abschätzen», sagt Brian McArdell.

Bisher haben die Fachleute über 700 Hangmuren erfasst. Viele stammen aus dem August 2005, als heftige Unwetter im Alpenraum grosse Überschwemmungen und Sachschäden in Milliardenhöhe anrichteten. Innerhalb dreier Tage regnete es 250 Millimeter. «Das ist ausserordentlich viel», sagt Brian McArdell, «mehr als ein Jahrhundertereignis.» Auf einer Schweizer Karte sind sämtliche Rutschungen verzeichnet. Es sind mehr als 5 000. Christian Rickli hat mit weiteren Mitarbeitenden der WSL in den vergangenen Jahren selbst unzählige Hangmuren direkt im Gelände vermessen. Im Luzerner Entlebuch untersuchten sie auf einer Fläche von gut fünf Quadratkilometern fast fünfzig flachgründige Rutschungen. «Wir haben mit sehr grossem Aufwand auch den Wald abgesucht, um alle Rutschungen im Gebiet zu erfassen», sagt der Forst ingenieur. Denn so lassen sich Vergleiche und wertvolle Schlüsse über das Vorkommen der Ereignisse ziehen.

Das Resultat dieser und weiterer, ähnlicher Untersuchungen: Oberflächennahe Rutschungen treten an Hängen mit einer Neigung von 20 bis 45 Grad auf. Die meisten Ereignisse gibt es bei 35 Grad Neigung. Im Wald sind Hangmuren weniger häufig als im Freiland, und sie treten an steileren Hängen auf. «Wegen der Durchwurzelung des Bodens schneiden die Waldstandorte besser ab», fasst Christian Rickli zusammen. Eine Aufforstung zählt denn auch zu den möglichen Massnahmen, mit denen Gebäude und Verkehrsinfrastrukturen geschützt werden können. Auffang- und Ablenkdämme oder Mauern und Netze zur Hangsicherung bieten ebenfalls Schutz.

Tests am Hang und im Labor

Wie gut Stahlnetze Hangmuren auffangen können, testeten die WSL-Forschenden in Zusammenarbeit mit der Firma Geobrugg in Feldversuchen. Dazu liessen die Expertinnen und Experten jeweils zehn Lastwagenladungen Schlamm und Kies über einen Hang in Veltheim donnern, bis Testbarrieren aus Stahldraht das Gemisch stoppten. Lasersensoren massen die Geschwindigkeit, Druckmesszellen registrierten die Aufprallkraft der künstlichen Rutschung. «Mit diesem Projekt konnte die Firma ihre Netze optimieren und einen neuen Markt erschliessen», sagt Brian McArdell. Die Testläufe, von denen jeder 10 000 CHF kostete, brachten aber auch den Forschenden wichtige Erkenntnisse über Details des Rutschprozesses. Im Labor führen sie die Versuche im Massstab 1:20 kostengünstiger weiter.

In einer Halle am WSL-Standort in Birmensdorf steht ein drei Meter hohes Gerüst, auf dem eine Holzrampe installiert wurde. Überzogen ist sie mit Streifen aus weissem Kunststoff. Das Material dient normalerweise als Geschirrablage, hat aber genau die richtige Rauhigkeit für die Rutschexperimente. Jeweils vier Liter eines Gemischs aus Sand, Kies und Wasser lassen die Forschenden über die Rampe hinunter fliessen, während sie dabei mit Hilfe von Lasersensoren die Geschwindigkeit der braunen Brühe messen. In verschiedenen Durchgängen ändern sie beispielsweise den Wassergehalt oder vergrössern das Volumen. «So können wir systematisch untersuchen, wie sich diese Veränderungen auf den Prozess auswirken», erklärt Brian McArdell. «Die Versuche sind echt realistisch.»

Gleich nebenan steht ein sogenannter Scherapparat – ein blaues Metallgestell, in dem ein 50 Zentimeter breiter, gelber Kasten sitzt. Der Kasten besteht aus zwei übereinanderliegenden Rahmen und ist gefüllt mit einer Bodenprobe. Im Apparat fixiert, wird er so lange belastet, bis sich die beiden Rahmen zueinander verschieben: Die Probe schert ab. «Wir haben die Apparatur selbst entwickelt», sagt Christian Rickli. «Das Besondere ist, dass wir den Probekasten nicht nur horizontal, sondern auch bis zu einem Winkel von 45 Grad geneigt belasten können.» So lassen sich im Labor ähnliche Bedingungen wie an einem Hang im Freien simulieren. Mit dem Scherapparat testen Forscherinnen und Forscher, wie gut Pflanzen den Boden stabilisieren können. Weil die Kästen grösser sind als in bisherigen Laborversuchen, gedeihen Pflanzen darin ähnlich wie in der freien Natur und durchwurzeln das Bodenmaterial entsprechend. Die Scherversuche sollen die Schutzwirkung der Pflanzen erstmals berechenbar machen.

Der Scherapparat misst, welchen Kräften eine Bodenprobe standhält.

Computermodell zeigt Gefahr auf

Mit den bereits gesammelten Daten von Ereignissen, Feld- und Laborversuchen haben die Forscher ein Modell entwickelt, mit dem sich Hangmuren im Computer simulieren lassen. Ähnliche Modelle gibt es bereits für Lawinen, Murgänge und Steinschlag. «Die Gleichungen sind fast dieselben, auch wenn das Material sehr unterschiedlich ist», sagt Brian McArdell. Das Modell wurde von verschiedenen Ingenieurbüros getestet und ist kommerziell erhältlich. Es soll zusammen mit der neuen Datenbank bei der Erstellung von Gefahrenkarten helfen und so einen wirksamen Schutz vor Hangmuren ermöglichen.

Die beste Massnahme sei, in einem gefährdeten Gebiet gar nicht erst zu bauen, sagt Brian McArdell – eine Tatsache, der man sich hierzulande durchaus bewusst sei. «Die Raumplanung in der Schweiz ist genial», sagt der gebürtige US-Amerikaner. Deshalb erhalten die WSL-Forschenden häufig Besuch von Kolleginnen und Kollegen aus dem Ausland, die sich hier über den Umgang mit Natur gefahren informieren wollen. Christian Rickli ist überzeugt: «Die Schweiz ist international führend mit dem Einbezug von Gefahren karten in die Raumplanung.»