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China - Wissenschaftlich-Technische Zusammenarbeit: Landslide Hazard and Risk Assessment (LHARA) in Lanzhou, Province Gansu

Land / Region: Volksrepublik China, Provinz Gansu, Stadt Lanzhou

Projektanfang: 01.01.2016

Projektende: 31.12.2017

Projektstand: 15.01.2016

Veranlassung

Auf der Grundlage der zweijährigen bilateralen Gespräche zwischen dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und dem Ministerium für Land und Ressourcen der VR China (MLR)  mit Schwerpunkt Geowissenschaften im November 2013 in Shanghai  wurde seitens der Gesprächspartner für den Bereich Umweltgeologie/Geohazards u.a. vereinbart, vergleichende Studien mit Bezug zur 'Gefährdungs- und Risiko-Abschätzung von Massenbewegungen' durchzuführen.

Im Nachgang haben die nachgeordneten geowissenschaftlichen Institutionen China Institute for Geo-Environment Monitoring (CIGEM) und BGR im Hinblick auf ein zukünftiges Projekt der Wissenschaftlich-Technischen Zusammenarbeit (WTZ) eine Priorisierung des Themenkomplexes zur Gefährdungs- und Risiko-Abschätzung von Massenbewegungen in Lössablagerungen in bzw. im Umfeld der Großstadt Lanzhou/Provinz Gansu empfohlen. Zur fachlichen und operativen Konzipierung dieses WTZ-Projektes, genannt 'Landslide Hazard and Risk Assessment Lanzhou/Province Gansu (LHARA)' (Logo siehe Abb. 1), haben die potentiellen Partner umfangreiche Vorarbeiten geleistet. Der Projektzeitraum umfasst zwei Jahre (01/2016 – 12/2017). Eine ausführlichere fachlich-inhaltliche Beschreibung des LHARA-Projektes ist in den Hintergrundinformationen dargestellt.




Hintergrundinformationen

Abb. 2: Das Untersuchungsgebiet um die 3,5 Millionen-Metropole Lanzhou als Landsat 8 Image unterlegt mit einem schattierten Relief eines 10 m HöhenmodellsAbb. 2: Das Untersuchungsgebiet um die 3,5 Millionen-Metropole Lanzhou als Landsat 8 Image unterlegt mit einem schattierten Relief eines 10 m Höhenmodells Quelle: BGR/CIGEM

Die 3,5-Millionen-Metropole Lanzhou (Abb. 2), Hauptstadt der Provinz Gansu in Zentralchina, sowie ihr peri-urbanes Umland sind eine wirtschaftlich prosperierende Region (Service, Industrie, Landwirtschaft), deren Anbindung an die landesweiten Ballungsgebiete der VR China durch eine Vielzahl von technischen Infrastruktur-Projekten (z.B. Energie, Kommunikation, Verkehr) begleitet wurde und wird.

Geologisch ist die Region durch äolische Lössablagerungen (feinste Schluff- und Tonpartikel) gekennzeichnet, die während der pleistozänen Kaltzeiten abgelagert wurden. Auf dem Lössplateau der Provinz Gansu  (~ 1500 m NN) sind Mächtigkeiten von bis zu 300 m kartiert worden (Abb. 3). Da Löss auf Grund seines Mineralgehaltes und seines Gefüges die nährstoffreiche Bodenbildung stark fördert und durch den Gelben Fluss nahezu unbegrenzte Bewässerungsmengen zur Verfügung stehen, wird in dieser Region Landwirtschaft in großem Umfang betrieben.

Die geologischen Gefährdungspotentiale sind in diesem Gebiet vorranging durch zwei Phänomene gekennzeichnet: eine erhöhte seismische Gefährdung und eine latente Empfänglichkeit gegenüber Massenbewegungen (Rutschungen, Schlammlawinen) (Abb. 4), getriggert durch Bodenbewegungen infolge von Erdbeben oder Niederschlägen.

Abb. 3: Mächtige Lössablagerungen um Lanzhou Abb. 3: Mächtige Lössablagerungen um Lanzhou Quelle: BGR

Abb. 4: Alte Rutschungen im Löss im Süden von Lanzhou Abb. 4: Alte Rutschungen im Löss im Süden von Lanzhou Quelle: BGR

Neben den natürlichen Potentialen bedingen die ingenieurtechnischen Eingriffe des Menschen, hauptsächlich entlang von Straßenanschnitten, künstliche Böschungs- bzw. Hanginstabilitäten, denen wiederum durch umfangreiche geotechnische Gegenmaßnahmen begegnet wird. Darüber hinaus beeinflusst die flächenhaft betriebene künstliche Bewässerung der landwirtschaftlichen Nutzflächen die Stabilität/Instabilität insbesondere von Lössplateau-Randlagen (Abb. 5).

Das resultierende Risikopotential leitet sich aus der Exposition von unterschiedlich vulnerablen Elements at Risk gegenüber den geologischen bzw. künstlich geschaffenen Gefährdungspotentialen ab. Die Konzentration der Bevölkerung sowie materieller bzw. ökonomischer Werte in den urbanen und peri-urbanen Gebieten Lanzhous macht diese zu Risiko-Gebieten mit einem hohen Verlustpotential im Schadens-/Katastrophenfall.

Alle Maßnahmen des Katastrophen-Risiko-Managements Chinas sind staatlich organisiert. Im Gebiet Lanzhou steht der China Geological Survey mit dem China Institute for Geo-Environment Monitoring (CIGEM) und dessen Provinz-Behörde für die konzeptionelle Entwicklung und praktische Umsetzung präventiver Maßnahmen zur Minderung von Schadensfällen bzw. Naturkatastrophen sowie des begleitenden Monitorings in der Verantwortung.

Grundlage des Managements von Risiken gegenüber Naturgefahren, einschließlich der Implementierung von risikomindernden Maßnahmen, ist die wissensbasierte, ganzheitliche Abschätzung der geologischen Gefahren, der (hier physischen) Vulnerabilität von bedrohten Elementen und des resultierenden Risikopotentials (Verlust) in einem zu betrachtenden räumlichen Kontext.

Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen streben die Projektpartner CIGEM und BGR, FB 4.4 in einer (ersten) zweijährigen Phase des WTZ-Projektes ‚LHARA‘ (2016-2017) folgende Ziele unter Nutzung von existierenden Informationen an: 

Quantitative Abschätzung der Empfänglichkeit gegenüber Massenbewegungen (Regionaler Ansatz):

  • Abschätzung der Empfänglichkeit (Suszeptibilität) gegenüber Massenbewegungen im Löss in urbanen und peri-urbanen Gebieten der Stadt Lanzhou im Maßstab 1: 50.000 mit folgenden Schwerpunkten:

    • Evaluierung der statistischen Modelle zur Abschätzung der Suszeptibilität auf ihre Anwendbarkeit im spezifischen Lössumfeld;
    • Systematische Erarbeitung der kontrollierenden Schlüsselparameter für unterschiedliche Massenbewegungstypen (u.a. Betrachtung des Zusammenhangs von Lösskarst und Massenbewegungen);
    • Evaluierung der Möglichkeiten für statistische Erfassung und Auswertung der anthropogenen Einflüsse auf die Entwicklung von Massenbewegungen in der Region.

Quantitative Analyse der Gefährdung durch Massenbewegungen (Lokaler Ansatz):

  • Quantitative Abschätzung der Gefährdung durch Massenbewegungen im Löss im Maßstab 1: 10.000 für einen ausgewählten Bereich der Stadt Lanzhou (Fallstudie):

    • Stochastische Modellierung (Monte Carlo-Simulation) der Hanginstabilitäten basierend auf dem infiniten Hang-Model unter Berücksichtigung seismischer Lastannahmen (Methode nach Newmark);
    • Szenarien-basierte Modellierung von Hanginstabilitäten unter Berücksichtigung zeitabhängiger Infiltrationsmodelle (Trigger: Niederschläge und landwirtschaftliche Bewässerungsmaßnahmen auf den Lössplateaus);
    • Rasterbasierte 3-D Modellierung des Hangversagens basierend auf den Gleitkreisverfahren (Scoops-3D) und Vorbereitung der 3-D Modelle für eine numerische Modellierung der räumlichen Ausbreitung der Rutschmasse (runout) von Massenbewegungen unter Nutzung der Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Methode.

Akquisition und Vorbereitung der Daten für die Risikoanalyse:

  • Erfassung und Strukturierung  relevanter Daten zur Abschätzung der physischen Vulnerabilitäten von potentiell bedrohten Elements at Risk (z.B. kritische Infrastrukturen) gegenüber Massenbewegungen;
  • Entwicklung eines Konzeptes zur quantitativen Risikoanalyse hinsichtlich Massenbewegungen für die Stadt Lanzhou.

Partner:

China Institute for Geo-Environment Monitoring (CIGEM)

Kontakt 1:

    
Dr. Dirk Balzer
Tel.: +49 (0)511-643-2742
Fax: +49 (0)511-643-532742

Kontakt 2:

    
Dr. Jewgenij Torizin
Tel.: +49-(0)511-643-3097
Fax: +49 (0)511-643-533097

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