Portrait von Moritz Gamperl
(Bild: Moritz Gamperl)

Moritz Gamperl hat Geowissenschaften sowie Ingenieur- und Hydrogeologie an der TU und LMU München studiert. Nach Praktika in verschiedenen Ingenieurbüros folgte seine Masterarbeit zur Ermittlung der Primärspannungen am Koralmtunnel mittels Finite-Elemente-Modellierung. Seit Anfang 2019 arbeitet er am Lehrstuhl für Ingenieurgeologie der TU München im Projekt Inform@Risk in Kolumbien. Er beschäftigt sich dabei hauptsächlich mit der Planung eines Frühwarnsystems, der Entwicklung von Hard- und Software und der Datenauswertung und -Analyse. Hier findet ihr seine Kontaktinformationen sowie den Link zur Projektwebsite und -instagram

Hangbewegungsgefahr in den Anden

Weltweit stieg die Gefahr durch Hangbewegungen in den letzten Jahrzehnten stark an, bedingt hauptsächlich durch intensiveren und häufigeren Niederschlag. Zudem werden im Zuge steigender Urbanisierung die sozial schwächeren Menschen häufig in die gefährlichen Hangbereiche außerhalb von Städten gedrängt. Dies ist insbesondere der Fall in mehreren Großstädten in den Anden, wo mehr als zehn Millionen Menschen in gefährdeten Bereichen leben. Diese Menschen leben oft in sogenannten informellen Siedlungen.

Im Forschungsprojekt Inform@Risk versuchen wir deshalb, die Resilienz dieser informellen Siedlungen gegen Hangbewegungen zu erhöhen, bis eine längerfristige Lösung (Umsiedlung in sichere Bereiche) möglich ist. Dies soll mit einem innovativen Frühwarnsystem gelingen, das einfach und universell einsetzbar ist. 

Das Inform@Risk Frühwarnsystem: Geringe Kosten, hohe Effektivität

Um dieses Ziel zu erreichen, setzen wir einen transdisziplinären und multiskalaren Ansatz ein: Ein Team aus verschiedenen Disziplinen (Landschaftsarchitektur, Ingenieurgeologie, Messtechnik, Fernerkundung, Geoinformatik) arbeitet dafür an einem Pilotprojekt, bei dem zunächst die Gefahrenstufe in verschiedenen Skalenebenen bewertet wird, um anschließend einen Bereich zu identifizieren, in dem das System erstmals eingesetzt werden kann. Dafür wurde die Stadt Medellín in Kolumbien ausgewählt (siehe dazu auch den vorherigen Blogbeitrag von Tamara Breuninger). 

Im Gegensatz zu den meisten anderen Frühwarnsystemen setzt das System auf besonders kostengünstige Sensoren, um eine breite Anwendung zu ermöglichen. Es handelt sich dabei um ein Frühwarnsystem, das eine Warnung auf der lokalen Skalenebene ermöglichen soll und dafür auf Sensordaten in Kombination mit einem Regenradar beruht. Wir entwickeln dazu unsere eigenen Sensorknoten, die auf Open-Source Hardware und Software basieren und mit einfachen Mitteln selbst gebaut und installiert werden können. Die Knoten bestehen aus einem Mikroprozessor und verschiedenen Sensoren, die z.B. Neigung und Temperatur messen können. Zudem können weitere Sensoren einfach an den Basisknoten angeschlossen werden (z.B. Extensometer oder Piezometer). Dazu zählen auch Sensoren, die die Verformung bzw. Neigung im Boden messen können.

Workshop
Abb. 1: Workshop mit der Community, bei dem Prototypen der Low-Cost Sensoren vorgestellt werden (Foto: Moritz Gamperl)

Das Konzept der „Sensor Fusion“

Bei der Datenauswertung ist das Ziel nicht, sich allein auf Einzelmessungen zu verlassen, sondern die Vielzahl der Sensoren als „Netzwerk“ in die Auswertung der Gefahrenstufe einfließen zu lassen („Sensor Fusion“). Dabei hat jeder Messwert einen Schwellenwert, der in einer Testphase festgelegt wird. Wird nur ein einzelner Schwellenwert überschritten, so erfolgt noch keine Warnung durch das System. Erst wenn mehrere Sensoren in unmittelbarer Nachbarschaft eine Überschreitung melden, wird davon ausgegangen, dass es sich um eine Bewegung im Untergrund handeln könnte. Damit sollen falsch positive Ereignisse, also Fehlalarme, beispielsweise durch menschliche Einflüsse, so gut wie möglich verhindert werden. Die Testphase des Systems soll ca. ein Jahr dauern und einerseits die Einzel-Schwellenwerte sowie die Analyse des Gesamtsystems erproben.

La montaña que siente: Einbeziehung sozialer Strukturen in das Frühwarnsystem

Als die wahrscheinlich größte Herausforderung, besonders in Pandemie-Zeiten, stellt sich die Arbeit mit der Bevölkerung vor Ort dar. Alle Arbeiten vor Ort, von der Gefahrenbewertung über den Einbau des Systems bis hin zur Nutzung nach der offiziellen Projektlaufzeit, müssen eng mit den Bewohnern abgestimmt werden. Dazu dienen vor allem monatliche Community-Workshops (Abbildung 1), bei denen verschiedene Themen behandelt werden. Diese umfassen beispielsweise die abgeteuften Bohrungen (Abbildung 2), die Platzierung von Sensoren an Hauswänden oder das Vermitteln von Basiswissen über Hangbewegungen. Darüber hinaus wird die Community aktiv in den Prozess eingebunden, indem einzelne Mitglieder bei der Installation und der geologischen Erkundung eingebunden werden (Abbildung 3). Dies soll vor allem die Kontinuität des Systems  nach der offiziellen Projektlaufzeit sichern, indem eine „Zugehörigkeit“ zwischen den Einwohnern und dem Frühwarnsystem hergestellt wird.

Abb. 2: Poster, mit dem den Bewohnern Zweck und Ablauf der Erkundungsbohrungen vermittelt wurden. La montaña que siente: „Der Berg, der fühlt“ (mit freundlicher Genehmigung der Urheberin Lisa Seiler, LUH)

Perspektive und meine weiteren Ziele

Als ich vor über zwei Jahren in diesem Projekt begonnen habe, war mir vor allem die Verknüpfung von „trockener“ Geologie/Geotechnik mit anderen Disziplinen wichtig und das war auch der Grund, warum ich mich für dieses Projekt entschieden habe. Das bleibt weiterhin so, obwohl sich durch die Pandemie vor allem der soziale Aspekt nur begrenzt, aus der Ferne, bearbeiten lässt. Wir hoffen nun, nach fast zwei Jahren Pause, dass wir im Herbst endlich wieder ins Gelände können und das Frühwarnsystem installieren können und damit den Menschen vor Ort auch wirklich eine Verbesserung ihrer Lebensbedingungen in Aussicht stellen können.

Abb. 3: Gemeinsame Kartierarbeit mit einem Mitglied der Community in Bello Oriente (Foto: Moritz Gamperl)