Wie künstliche Monsterwellen in Hannover Tausende Leben retten sollen

Schwere Überflutungen treffen längst nicht mehr nur Küstenregionen in Asien oder Amerika. Auch in Deutschland steigt das Risiko durch Starkregen und Sturzfluten spürbar. Die Tsunami-Forschung untersucht daher verstärkt, wie Gebäude auf extreme Wassermassen reagieren – und wann sie an ihre Grenzen geraten.

In Hannover entsteht dafür eine ungewöhnliche Versuchsanlage. In einem rund 300 Meter langen Wellenkanal laufen künstlich erzeugte Flutwellen durch eine riesige Halle. Die Oberfläche wirkt zunächst ruhig. Erst beim Kontakt mit einem Hindernis verändert sich alles schlagartig: Eine Säule beginnt zu schwingen und kippt schließlich zur Seite. Solche Abläufe lassen sich im Freien kaum beobachten.

An den Versuchen arbeitet unter anderem die Technische Universität Braunschweig gemeinsam mit der Leibniz Universität Hannover. Das Projekt „AngryWaters“ soll Überflutungen genauer berechenbar machen. Als Grundlage dient eine umfangreiche Studie mit realitätsnahen Experimenten im Wellenkanal.

Tsunami-Forscher untersuchen kritische Momente beim Aufprall

Beim Auftreffen der Welle auf eine Teststruktur zeigt sich, wie schnell sich Kräfte aufbauen. Eine Konstruktion aus Stahl und Aluminium gerät sofort in Bewegung. Zunächst sind es kleine Ausschläge, die immer größer werden. Wenige Sekunden später verliert die Struktur ihre Stabilität.

„Ziel ist es, besser vorbereitet zu sein auf solche Überflutungsphänomene“, sagt Dr.-Ing. Clemens Krautwald vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau.

Warum Gebäude oft erst nach kurzer Zeit kollabieren

Nicht die Höhe der Welle allein bestimmt das Risiko. Viel stärker wirken kurze, heftige Belastungen beim Aufprall. Sie versetzen Bauteile in Bewegung. Diese Bewegung verstärkt sich innerhalb kurzer Zeit, bis die Struktur nachgibt.

„Faszinierend an diesen Experimenten ist, dass wir erstmals die komplexen Wechselwirkungen sichtbar machen können“, erklärt Professor Nils Goseberg. Dabei geht es um das Zusammenspiel von Strömung und Material, das sich außerhalb solcher Versuche kaum direkt beobachten lässt.

Viele Konstruktionen halten die erste Belastung noch aus. Erst die anschließende Bewegung bringt sie an den Punkt, an dem sie plötzlich versagen.

Trümmer verstärken die Wirkung der Flut deutlich

Noch komplexer wird die Situation, wenn Treibgut ins Spiel kommt. In den Versuchen treiben Holzstücke mit der Welle und sammeln sich zu dichten Gruppen. Treffen sie auf die Teststruktur, steigt die Belastung an.

„Wir haben bereits viele neue Erkenntnisse gewonnen, mit denen wir nicht gerechnet haben“, sagt Krautwald. Große Trümmeransammlungen verändern die Strömung. Dadurch entstehen zusätzliche Kräfte, die Bauteile schneller überlasten.

Das sind typische Abläufe bei realen Überflutungen:

• Fahrzeuge, Holz und Gebäudeteile werden von der Strömung mitgerissen
• Die Materialien sammeln sich zu dichten Ansammlungen
• Beim Aufprall wirken sie gebündelt auf Bauwerke

Diese Kombination kann eine Kettenreaktion auslösen. Wenn einzelne Teile nachgeben, verändert sich die Strömung erneut und dringt weiter ins Gebiet vor.

Simulationen sollen Risiken künftig genauer abbilden

Die Daten aus den Experimenten gehen in ein neues Prognosemodell ein. Es soll zeigen, wie schnell Wasser ansteigt und welche Bereiche besonders gefährdet sind. Solche Informationen helfen bei Evakuierungen und bei der Planung von Schutzmaßnahmen.

Das Projekt „AngryWaters“ läuft über mehrere Jahre und erhält mehr als zwei Millionen Euro Förderung. Untersucht werden verschiedene Szenarien, darunter Tsunamis, Sturzfluten und Dammbrüche. Am Ende soll ein Werkzeug entstehen, das reale Bedingungen möglichst nah abbildet.

Dabei zählt nicht nur die Wassermenge. Ebenso wichtig ist, wie sich die Strömung zwischen Gebäuden bewegt und dort Druck aufbaut. Diese Dynamik entscheidet oft darüber, wie groß die Schäden am Ende ausfallen.

Neue Technik bildet extreme Ereignisse realitätsnah nach

Die Anlage in Hannover wird weiter ausgebaut. Eine Dammbruch-Klappe ermöglicht zusätzliche Tests. Dahinter lässt sich Wasser bis zu drei Meter hoch anstauen. Öffnet sich die Klappe, strömt es schlagartig in den Kanal.

Die entstehenden Wellen erreichen Kräfte, die natürlichen Ereignissen nahekommen. Dadurch lassen sich auch extreme Situationen untersuchen. Die Forschenden beobachten, wie Gebäude auf diese Belastung reagieren und wann kritische Punkte erreicht sind.

Solche Versuche machen Abläufe sichtbar, die sich außerhalb des Labors kaum erfassen lassen – und wie schnell aus ersten Belastungen ernsthafte Schäden entstehen.

Tsunami-Forschung bei Bauplanung und Schutzkonzepten

Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden in Gefährdungskarten integriert, wie sie etwa in den USA bereits eingesetzt werden. Sie helfen dabei, Risiken besser einzuschätzen und Schutzmaßnahmen gezielt zu planen.

Auch für Deutschland gewinnen solche Modelle an Bedeutung. Starkregen und Sturzfluten treten häufiger auf und betreffen zunehmend auch dicht besiedelte Regionen.

Kurz zusammengefasst:

• Künstlich erzeugte Tsunami-Wellen zeigen, dass Gebäude oft nicht durch die Wassermenge versagen, sondern durch kurze, starke Kräfte beim Aufprall, die Bauteile ins Schwingen bringen.
• Trümmer im Wasser erhöhen das Risiko, weil sie sich bündeln und beim Aufprall zusätzliche Kräfte auf Bauwerke ausüben.
• Die Tsunami-Forschung nutzt die Erkenntnisse, um Überflutungen genauer zu berechnen und Schutzmaßnahmen sowie Evakuierungen besser zu planen.

Übrigens: Während künstliche Tsunamis im Labor neue Hinweise auf die zerstörerische Kraft von Flutwellen liefern, wächst auch in Europa die Sorge vor realen Tsunamis – besonders im Mittelmeer, wo jeder zehnte weltweit entsteht. Forscher arbeiten deshalb an Frühwarnsystemen, um die wenigen Minuten Vorlauf besser zu nutzen. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Bianca Loschinsky/TU Braunschweig