Im Sommer 2021 konnten Reisende im Glenwood Canyon in Colorado sicher evakuiert werden, bevor riesige Schlamm- und Felsberge Autobahnen unter sich begruben und Brücken zerstörten. Dies gelang dank eines Warnsystems für Murgänge, das zum Teil vom US Geological Survey entwickelt wurde. Das System warnte die Beamten des Verkehrsministeriums von Colorado vor heftigen Regenfällen und verschaffte ihnen so entscheidende Vorlaufzeit für die Evakuierung.
Das Warnsystem wurde eingerichtet, nachdem der Grizzly Creek Fire 2020 den Canyon verwüstete und mehr als 32.000 Hektar Wald vernichtete. Zurück blieb eine Landschaft, die für zerstörerische Schlammlawinen prädestiniert ist. Wenn Regen auf diese vom Feuer verwüsteten Gebiete fällt, kann sich der Niederschlag schnell in schnell fließende Schlamm-, Stein- und Schuttschlämme verwandeln, die eine ernsthafte Bedrohung für Menschen, Eigentum und den wichtigen Interstate 70-Korridor darstellen, der durch das Herz des Canyons führt.
Angesichts dieser drohenden Gefahr hat sich ein Team von USGS-Wissenschaftlern auf die Mission begeben, Schuttströme nach Bränden vorherzusagen. Durch die Kombination modernster Technologie, innovativer Forschung und kooperativer Partnerschaften verwandeln diese Experten die Asche der Verwüstung in ein System zur Frühwarnung und zum Schutz.
Überwachung des Brandgebiets
Nach dem Brand installierten Wissenschaftler ein Netzwerk von Regenmessern und Bodenfeuchtigkeitssensoren im gesamten Brandgebiet. Diese Instrumente liefern Echtzeitdaten über Intensität und Dauer des Regens, die für die Einschätzung der Wahrscheinlichkeit eines Murgangs von entscheidender Bedeutung sind.
„Je mehr wir über die Faktoren wissen, die zu Murgängen beitragen, desto besser können wir ihre Auswirkungen vorhersagen“, sagte Francis Rengers, USGS-Geologe und Hauptautor der Studie. „Unser Ziel ist es, Katastrophenmanagern und lokalen Behörden die Werkzeuge an die Hand zu geben, die sie brauchen, um die Sicherheit der Bevölkerung zu gewährleisten.“
Entwicklung von Niederschlagsgrenzwerten zur Erhöhung der Sicherheit
Wissenschaftler verwenden Modelle, um die Niederschlagsmengen abzuschätzen, die Murgänge auslösen könnten. Dabei kommen ortsspezifische Informationen zum Einsatz, wie Intensität und Dauer des Regens, Schwere der Brände und Bodeneigenschaften. Nach Stürmen hilft die Niederschlagsüberwachung den Wissenschaftlern, die Niederschlagsschwellenwerte zu verfeinern und die Genauigkeit ihrer Vorhersagemodelle für zukünftige Ereignisse zu testen. Dieser kontinuierliche Überwachungs- und Testprozess stellt sicher, dass Frühwarnsysteme so genau und zuverlässig wie möglich sind und Rettungskräften und der Bevölkerung die beste Chance geben, bei potenziellen Murgängen in Sicherheit zu bleiben.
Zusammenarbeit für eine bessere Frühwarnung
Der Nationale Wetterdienst passte diese Niederschlagsschwellenwerte anhand seiner lokalen Kenntnisse über Stürme an und verglich sie mit den prognostizierten Niederschlägen, um Frühwarnungen zu entwickeln. Die Meteorologen des NWS nutzten ihre Expertise in Wettervorhersage und -modellierung und arbeiteten eng mit den Wissenschaftlern des USGS zusammen, um ein hochmodernes Warnsystem für Murgänge zu entwickeln. Durch die Kombination von Niederschlagsdaten der USGS-Messgeräte mit ausgefeilten Wettermodellen kann das System Warnungen an Gemeinden und Autobahnbehörden im Weg potenzieller Murgänge ausgeben.
„Die Zusammenarbeit zwischen USGS, CDOT und dem National Weather Service hat entscheidend dazu beigetragen, unsere Fähigkeit zu verbessern, diese gefährlichen Gefahren nach Waldbränden vorherzusagen und davor zu warnen“, sagte Erin Walter, Hydrologin beim NWS. „Durch die Bündelung unserer Ressourcen und unseres Fachwissens können wir ein Maß an Situationsbewusstsein und Frühwarnung bieten, das eine einzelne Behörde allein nicht erreichen könnte.“
Kartierung der Gefahrenzonen
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschung des Teams ist der Einsatz hochauflösender Laserkartierungstechnologie, bekannt als Lidar, um detaillierte 3D-Karten des Canyon-Geländes zu erstellen. Durch den Vergleich topografischer Lidar-Karten von vor und nach dem Brand können die Wissenschaftler genau bestimmen, wo die Schuttströme begannen, und das Gesamtvolumen des Materials berechnen, das von den Strömen aufgenommen und abgelagert wurde.
Mithilfe dieser wissenschaftlichen Werkzeuge können die Forscher ihr aktuelles Modell testen, um die Murgangvolumina abzuschätzen, was für die Planung von entscheidender Bedeutung ist. Obwohl das Modell die beobachteten Volumina überschätzte, sammelte das Team genügend Daten, um das Modell für eine künftige höhere Genauigkeit neu zu kalibrieren.
Schutz kritischer Infrastrukturen
Das Murgang-Warnsystem wurde in Betrieb genommen, als Wissenschaftler mit dem Colorado Department of Transportation zusammenarbeiteten. Das CDOT ist mit der Umsetzung von Maßnahmen zum Schutz der kritischen Infrastruktur im Glenwood Canyon beauftragt.
„Unsere oberste Priorität ist die Gewährleistung der Sicherheit der Reisenden und der umliegenden Gemeinden“, sagte Keith Stefanik, Chefingenieur des CDOT. „Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, sicherzustellen, dass unsere Infrastruktur widerstandsfähig ist. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem USGS und dem NWS konnten wir die Auswirkungen von Murgängen proaktiv eindämmen. Von Frühwarnsystemen bis hin zu physischen Barrieren sind wir in unseren Bemühungen engagiert, den Canyon und die Gemeinden, die darauf angewiesen sind, zu schützen.“
Das System auf die Probe stellen
Im Sommer 2021, etwa 6 Monate nachdem das Grizzly Creek Feuer eingedämmt worden war, verwüstete eine Reihe heftiger Monsunstürme die von Bränden gezeichnete Landschaft. Die Regenfälle lösten gewaltige Schlammlawinen aus, die Autobahnen unter sich begruben, Brücken zerstörten und den mächtigen Colorado River mit Tonnen von Sediment verstopften. Die wirtschaftlichen Auswirkungen waren erschütternd, allein die Transportunterbrechungen kosteten schätzungsweise 1 Million Dollar pro Stunde.
Das Warnsystem für Murgänge warnte die Beamten des CDOT erfolgreich vor mehreren heftigen Regenfällen, sodass Reisende evakuiert und Schaden vermieden werden konnten. Obwohl es Murgänge gab, halfen die vom CDOT eingesetzten Straßensperrungen, die Gefahr für Reisende zu minimieren.
Eine widerstandsfähigere Zukunft aufbauen
In den kommenden Jahren werden die im Glenwood Canyon gewonnenen Erkenntnisse im gesamten Westen von Bedeutung sein und neue Partnerschaften, neue Innovationen und neue Strategien für den Umgang mit der Bedrohung durch Schuttströme nach Waldbränden inspirieren und inspirieren. Durch ihre Zusammenarbeit schützen USGS, NWS und CDOT nicht nur kurzfristig Leben und Lebensgrundlagen, sondern legen auch den Grundstein für eine widerstandsfähigere Zukunft angesichts des Klimawandels.