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Ein Tsunami in Hannover? So unwahrscheinlich es klingen mag: Am Forschungszentrum Küste der Technischen Universität Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover ist das möglich. Im Großen Wellenströmungskanal der beiden Hochschulen haben die Wissenschaftler*innen kürzlich Tsunami-Wellen erzeugt. Damit wollen sie untersuchen, wie sich die Wassermassen auf Bauwerke auswirken. Ziel ist es, die Folgen solcher Extremereignisse besser vorhersagen und Schäden künftig reduzieren zu können.
Die Bilder aus Südostasien vom 26. Dezember 2004 haben sich eingeprägt: Ein Seebeben löste mehrere Tsunami-Wellen im Indischen Ozean aus, die die Küsten trafen und rund 230.000 Menschenleben forderten. Verbesserte Frühwarnsysteme und Prognose-Tools sollen dabei helfen, die schweren Folgen solcher zerstörerischen Flutwellen zu begrenzen. Daran arbeitet auch das Team des Leichtweiß-Instituts für Wasserbau der TU Braunschweig. Im Projekt „AngryWaters“ wollen die Wissenschaftler*innen ein Simulationswerkzeug entwickeln, das für Extremereignisse wie einen Tsunami oder auch eine Sturzflut wie im Ahrtal zuverlässigere Vorhersagen ermöglicht: Wie weit dringt Wasser in bebaute Gebiete ein? Wie schnell steigt der Wasserstand? Und vor allem, welche Auswirkungen haben bei der Überflutung die einstürzenden Gebäude auf die Strömungsdynamik? Antworten auf diese Fragen sind entscheidend für Evakuierungspläne und Küstenschutzkonzepte.
„Ziel ist es, besser vorbereitet zu sein auf solche Überflutungsphänomene“, sagt Dr.-Ing. Clemens Krautwald vom Leichtweiß-Institut für Wasserbau, der gemeinsam mit Dr. Tim Hammer und Professor Nils Goseberg das Projekt leitet.
Wie sieht eine Tsunami-Welle aus?
Im Großen Wellenströmungskanal GWK+ in Hannover-Marienwerder haben die Forschenden dafür zunächst verschiedene Wellentypen getestet. Denn: Wie sieht eigentlich eine Tsunami-Welle aus? Ausgelöst wird ein Tsunami meist durch ein schweres Erdbeben unter dem Meer, durch das plötzlich große Wassermassen verdrängt werden. Lange, fortschreitende Wellen breiten sich dann mit hoher Geschwindigkeit aus. Trifft die Tsunami-Welle auf flaches Küstengewässer, wird sie ausgebremst und türmt sich auf. Diese Art von Welle haben die Wissenschaftler nun in einer Versuchsreihe möglichst realitätsnah nachgebildet. Die Wellenmaschine erzeugt lange Wellen, die sich über den GWK+ ausbreiten, sich über einer Böschung aufbauen, brechen und dann über eine horizontale Plattform auslaufen. So ähnlich könnte das Überflutungsszenario einer Küstenstadt, über den Strand in die Küstenebene, aussehen.
Über die gesamte Länge des 300-Meter-Kanals ist die Welle zunächst nicht erkennbar. Ähnlich wie bei einem echten Tsunami. Beim Aufprall auf eine im Wellenkanal platzierte Säule wird jedoch deutlich, welche Kraft diese Welle an Land hat. Das Stahlgestell mit Aluminiumverkleidung im Maßstab 1:5 schwingt 15 bis 20 Zentimeter nach vorne und hinten. Die Säule, die auf einem Kunststoffzylinder gelagert ist, kann sich flexibel mit der Welle mitbewegen. Ähnlich wie eine Gebäudekomponente kurz vor dem Versagen. Als zusätzlich noch Treibgut in Form von farbigen Holzklötzen auf die Säule trifft, kippt diese schließlich um.
Professor Goseberg zeigt sich beeindruckt von den Erkenntnissen aus den aktuellen Versuchen: „Faszinierend an diesen Experimenten ist, dass wir erstmals die komplexen Wechselwirkungen sichtbar machen können, die schließlich zum Versagen der Säule im Wellenkanal führen. So wird deutlich, dass sowohl die Dynamik der Belastung als auch das Schwingungsverhalten der Struktur entscheidende Faktoren sind, um den Prozess eines Einsturzes wirklich zu verstehen.“
Zerstörerische Kraft von Trümmer-Teppichen
„Mit unseren Versuchen untersuchen wir, wie Gebäude oder Gebäudekomponenten bei extremen hydrodynamischen Ereignissen, also beispielsweise einer Tsunamiwelle oder auch einer Sturzflut, überhaupt kollabieren können“, erklärt Krautwald. Das „AngryWaters“-Projekt zielt darauf ab, diesen Einsturz-Prozess nun viel realitätsnäher zu modellieren und die Wechselwirkungen zwischen Wasser und einstürzenden Gebäuden zu erfassen. Nur so ist es präzise möglich, das Vordringen der Wassermassen in Küstenorten besser vorherzusagen.
Dafür wollen die Wissenschaftler*innen unter anderem herausfinden, wie eine einzelne Säule durch eine Überflutung belastet wird und ob die geltenden Bemessungsrichtlinien für solche Fälle realistisch sind. Eng damit verbunden sind Analysen zu den Anpralllasten von Treibgut, das bei realen Tsunamis verheerende Schäden an Gebäuden verursachen kann. Das Treibgut wird in den Wassermassen zusammengeschoben und bewegt sich als Cluster fort. Dieser Trümmer-Teppich versperrt nicht nur den Weg, sondern entfaltet auch eine zusätzliche Kraft.
Die Braunschweiger Forschenden analysieren sowohl den Aufprall einzelner Objekte als auch den Kontakt mehrerer Trümmerteile mit einem Bauwerk. „Wir haben bereits viele neue Erkenntnisse gewonnen, mit denen wir nicht gerechnet haben. So konnten wir beispielsweise nachweisen, dass große Mengen an Trümmern einen deutlichen Einfluss auf die Hydrodynamik langperiodischer Wellen haben. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Weiterentwicklung von tsunamispezifischen Gefährdungskarten, wie sie etwa in den USA verwendet werden“, sagt Krautwald.
Wellenkanal wird um Dammbruchklappe erweitert
Im Großen Wellenströmungskanal können die Wissenschaftler*innen fast im Maßstab 1:1 arbeiten. Im Herbst 2026 wird der GWK+ um einen sogenannten Dammbruch-Generator erweitert, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK). So kann die Forschungsanlage auch für Dammbruchströmungen genutzt werden, um Extremereignisse darzustellen. Hinter der Klappe lässt sich das Wasser bis zu einer Höhe von drei Metern aufstauen. Mithilfe eines Schwingmechanismus, der ähnlich wie ein Garagentor funktioniert, wird die Klappe geöffnet, sodass sich das aufgestaute Wasser schlagartig und mit großer Wucht in einer Schwallwelle in Bewegung setzt. Die dabei erreichten Dimensionen sind mit denen in der Natur vergleichbar. Damit können die Wissenschaftler*innen den Einsturzprozess von Gebäuden, den sie bereits mithilfe von Tsunamiwellen untersucht haben, in einer sehr realitätsnahen Größenordnung untersuchen und verstehen. Aufbauend auf diesen Untersuchungen plant das Team der TU Braunschweig, ein Prognose-Tool zu entwickeln, das anhand der vorhandenen und weiteren Experimentaldaten kalibriert wird.
AngryWaters
Für sein Projekt „AngryWaters“ hat Professor Nils Goseberg 2024 den renommierten Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten. Dieser fördert das Projekt über fünf Jahre mit über zwei Millionen Euro. Mit den „wütenden Gewässern“ sind extreme Strömungsereignisse, also Tsunamis, Dammbrüche oder Sturzfluten gemeint. Geplant ist im Ergebnis ein Simulationswerkzeug, mit dem sich künftig besser vorhersagen lässt, wie weit das Wasser bei vorhandener Bebauung ins Landesinnere vordringt.
Prof. Dr.-Ing. Nils Goseberg
Technische Universität Braunschweig
Leichtweiß-Institut für Wasserbau
Abteilung Hydromechanik, Küsteningenieurwesen und Seebau
Beethovenstraße 51a
38106 Braunschweig
Tel.: +49 531 391-3930
E-Mail: n.goseberg@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/lwi/hyku
Clemens Krautwald
Technische Universität Braunschweig
Leichtweiß-Institut für Wasserbau
Abteilung Hydromechanik, Küsteningenieurwesen und Seebau
Beethovenstraße 51a
38106 Braunschweig
Tel.: +49 531 391-3927
E-Mail: c.krautwald@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/lwi/hyku
Tim Hammer
Technische Universität Braunschweig
Leichtweiß-Institut für Wasserbau
Abteilung Hydromechanik, Küsteningenieurwesen und Seebau
Beethovenstraße 51a
38106 Braunschweig
Tel.: +49 531 391-3927
E-Mail: t.hammer@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/lwi/hyku
Die Forschenden untersuchen auch die Anpralllasten von Treibgut, das bei realen Tsunamis verheerende ...
Source: Bianca Loschinsky
Copyright: TU Braunschweig
Mit ihren Versuchen im Großen Wellenströmungskanal in Hannover untersuchen die Wissenschaftler*innen ...
Source: Bianca Loschinsky
Copyright: TU Braunschweig
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Construction / architecture, Environment / ecology, Oceanology / climate
transregional, national
Research projects
German
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