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Größter Wellensimulator der Welt:Gefährliche künstliche Brandung

  • In einer gewaltigen Anlage in Holland untersuchen Ingenieure, welchen Belastungen künstliche Deiche standhalten.
  • Der 300 Meter lange Wellensimulator kann bis zu vier Meter hohe Wogen auftürmen.
  • Die Daten sind wichtig, damit Küstenregionen sich für steigende Meeresspiegel wappnen können.
  • Experten kritisieren, Staaten wie die USA unterschätzten die Wucht des Meeres.

Von Robert Gast, Delft

Nach 1000 Wellen sind die Steine noch immer intakt. Tausendmal hat die Maschine das Wasser am einen Ende des Kanals angeschoben, tausendmal ist es auf die Rampe am anderen Ende gekracht. Ein Mensch würde von der Wucht zu Boden gehauen, vielleicht sogar getötet. Schließlich sind die 1,80 Meter hohen Wellen denen nachempfunden, die bei einer Jahrtausendflut auf einen Deich eindreschen. Aber die Steine, die Forscher vor ein paar Wochen in die Rampe gebaut und mit Beton übergossen haben, halten dem Wasser unbeirrt stand.

Die Frage ist, wie lange. Wie viel Wasser verträgt ein Deich? Darum geht es hier in einem Industriegebiet am Rande der niederländischen Stadt Delft, auf dem Gelände der Firma Deltares. Seit Kurzem steht hier die Deltaflume: eine Maschine, die höhere Wellen erzeugen kann als jedes andere Gerät auf der Welt. Die bis zu viereinhalb Meter hohen Wogen laufen wie von Fäden gezogen einen fast 300 Meter langen Kanal entlang - und branden schließlich auf die Rampe aus Geröll.

Mit der Anlage testen Ingenieure, ob Hollands Deiche einer Jahrtausendflut gewachsen wären. Es gibt in den Niederlanden wenige Fragen, die wichtiger sind. Die Polkappen schmelzen, der Meeresspiegel steigt. Einige Dutzend Zentimeter höher wird er zum Ende des Jahrhunderts liegen, vielleicht auch einen Meter. So oder so werden Stürme heftiger werden. Für Staaten mit langen Küsten ist das eine Horrorvision. Insbesondere dann, wenn wie in den Niederlanden etwa die Hälfte der Bevölkerung unterhalb des Meeresspiegels lebt.

Ob ein Deich einen Sturm überstehen wird, ist oft eher eine Schätzung als eine Gewissheit

Seit Jahren arbeiten Ingenieure am Küstenschutz der Zukunft. Sie simulieren am Computer, wie hoch Gezeiten, Wind und Fluten das Meer auftürmen können - und vergleichen die Ergebnisse mit Daten von Messbojen und Satelliten. Oder sie bauen Wellenmaschinen wie die Deltaflume, mit denen sie erforschen, was passiert, wenn das Meer auf Dünen, Deiche und Windräder trifft. Wellen haben Titanenkräfte. Das weiß jeder, der als Kind in der Brandung spielte, oder als Erwachsener einen Surfkurs gemacht hat. Wenn der Wind übers Wasser streicht, sieht es vom Ufer oft so aus, als wippe der Ozean bloß sachte auf und ab. Aber sobald das Wasser flach wird, türmen sich Tonnen von Wasser plötzlich auf und stürzen krachend in den Sand - oder gegen einen Deich.

Wellensimulator "Delta Flume" im holländischen Delft

(Foto: John Verbruggen)

Natürlich kann man Schutzwälle immer weiter erhöhen. Aber zu hundert Prozent kann man sich vor dem Meer nicht schützen. Ob ein Deich einen sehr starken Sturm überstehen wird, ist oft eher eine Schätzung als eine Gewissheit. Ein Deich an der Küste kann Tausende Sturmwellen schadlos überstehen - nur um dann plötzlich einen Riss zu kriegen. Das Wasser schwemmt dann Kieselsteine und Sand ins Meer. Und der ausgehöhlte Deich zerbröselt wie eine Brausetablette.

In Laboren kann man praktisch nicht testen, was Wasser anrichtet. Wenn Wellen auf Sand, Stein und Gras krachen, sagt Marcel van Gent, der Chef der Deltaflume-Forschungsabteilung, könne man das nicht mit Miniaturmodellen nachstellen. Wenn Wasser Platz hat, verändert es sein Verhalten. In einem Deich, der aus 30 Zentimeter großen Steinen besteht, bildet es in den Zwischenräumen kleine Wirbel. In einem Miniatur-Deich aus drei Zentimeter großen Steinchen passiert das nicht.

Die Miniatur würde den Test also überstehen, während der echte Deich bricht. In der Vergangenheit ist das oft passiert, zum Beispiel während des Oderhochwassers 1997, oder in Hamburg 1962. Als Reaktion auf die Hamburger Sturmflut ersannen Ingenieure Testgelände, auf denen man Wellen in Ruhe studieren kann. In Hannover ging ein Wellenkanal bereits 1983 in Betrieb. Und auch die Firma, aus der Deltares hervorging, betrieb mehr als 30 Jahre lang eine ähnliche Maschine.

Die Deiche sollen Sturmfluten standhalten, wie sie höchstens alle 10 000 Jahre auftreten

Vorbereitungen im Simulator, bevor die Flut kommt

Die Deltaflume ist eine vergrößerte Hightech-Variante davon. Betreten darf man das umzäunte Gelände nur mit Gummistiefeln und Warnweste. Weil der Kanal so lang ist, fahren die Mitarbeiter von Deltares mit dem Fahrrad vom einen Ende zum anderen. In einer flachen Halle stehen die Motoren der Anlage, sie haben eine Leistung von zwei Megawatt. Damit ließen sich etwa 1000 Waschmaschinen betreiben. Die Motoren müssen immer wieder eine senkrechte Platte gegen das Wasser schieben - so entstehen die Wellen. Neun Millionen Liter schwappen in dem fünf Meter breiten und 9,5 Meter tiefen Kanal. Wenn die Wogen die Rampe am anderen Ende erreicht haben, fließt das Wasser durch eine unterirdische Leitung zurück an den Anfang.

25 Millionen Euro hat die Maschine gekostet, zu großen Teilen kam das Geld vom Staat. Die Niederlande gelten in Sachen Küstenschutz als Vorreiter. Seit der Jahrhundertflut im Jahr 1953 hat das Land Milliarden investiert, um sich vor dem Meer zu schützen. Bis zum Jahr 2100 sollen mehr als 100 Milliarden Euro folgen. Heute müssen Deiche in niederländischen Ballungsräumen Wellen standhalten, die sich im Durchschnitt nur einmal alle 10 000 Jahre hochschaukeln. Selbst der schwächste Deich muss für eine Flut ausgelegt sein, wie sie nur einmal alle 1250 Jahre erwartet wird.

Reichen die Anstrengungen aus, um dem Klimawandel zu begegnen?

In anderen Ländern ist der Schutz oft laxer. In den USA unterschätze man die Kraft des Meeres, heißt es bei Deltares. Und in Deutschland? Hierzulande müsse jeder Deich eine Jahrhundertflut abhalten können, sagt Arndt Hildebrandt, Professor am Franzius-Institut für Wasserbau in Hannover. Mitunter entschieden sich Städte und Kommunen aber für einen besseren Schutz. Dann werde für ein 1000- beziehungsweise 10 000-jähriges Unglück vorgesorgt. "Die letzten Fluten haben eigentlich gezeigt, dass sich in Deutschland viel getan hat in Sachen Hochwasserschutz", sagt Hildebrandt.

Ob das genug ist, um dem Klimawandel zu begegnen, ist allerdings fraglich. Sollte der Meeresspiegel bis 2100 wirklich um einen Meter steigen, wie pessimistische Klimamodelle vorhersagen, würden Wellen bei Stürmen vielerorts über die heutigen Deiche schwappen. Und das Gestein wäre deutlich höheren Belastungen ausgesetzt als heute. Bisher kann man nur schlecht vorhersagen, wie gut sich bereits gebaute Deiche schlagen werden - und wie die Deiche der Zukunft beschaffen sein müssen.

Wellenmaschinen gelten als ideales Werkzeug, um diese Fragen zu beantworten. Die Deltaflume kann verschiedenste Wasserhügel durch den Kanal schicken, gemächlich vor sich hin schwappende Hügelchen sind genauso möglich wie rasend schnelle Riesenwogen. So können die Ingenieure sowohl die Fundamente von Windrädern testen, als auch High-Tech-Textilien, die Tsunamis aufhalten sollen. Seit sich Indonesien und Vietnam für Küstenschutz interessieren, experimentiere man in Wellenkanälen sogar mit Bambus-Wellenbrechern und Deichen aus Kokosnussmatten, erzählt Hildebrandt. Die Deltaflume werde in den kommenden Jahren aber vor allem niederländische Deiche und Dünen testen, sagt Marcel van Gent. Der Schutz an 85 Prozent der Küstenlinie lasse sich so überprüfen.

Irgendwann wird das Wasser über den Beton siegen

Da ist zum Beispiel dieser alte Deich im Norden des Landes. Dort wurden vor 100 Jahren basketballgroße Steine mit einer Betonschicht überzogen. "Heute werden Deiche nicht mehr so gebaut", sagt die Deutsche Dorothea Kaste, die seit drei Jahren für Deltares arbeitet. Manche befürchten daher, dass der Deich im Norden nicht mehr stabil genug für eine Jahrtausendflut ist. Weil eine Sanierung aber teuer ist, hat die Küstenschutzbehörde Deltares mit einer Bestandsaufnahme beauftragt.

Ein Steinmetz hat also auf der Rampe am einen Ende des Deltaflume-Kanals den alten Deich nachgebaut. Alle vier Sekunden prasselt eine Welle auf den Stein ein, tausendmal hintereinander. Mit jeder der zehn Messreihen lassen die Ingenieure mächtigere Wellen auf den Test-Deich los. Sobald er Risse oder Dellen bekommt, ist der Versuch beendet - und die Ingenieure wissen, was das Gestein aushält.

Während jeder 90-minütigen Messreihe müssen die Mitarbeiter auf einer Plattform oberhalb des Kanals ausharren und die Rampe beobachten. Manchmal spritzt die künstliche Brandung so hoch, dass es die Mitarbeiter durchnässt. Die Angestellten wollen trotzdem kein schlechtes Wort über ihre Arbeit verlieren. "Es ist nicht so, dass einem nach drei Wellen langweilig wird", sagt Dorothea Kaste und schaut in den Kanal hinab. Schließlich gleiche keine Welle der anderen, Wasser nehme immer neue Formen an.

Dabei sorgt die Elektronik der Deltaflume eigentlich dafür, dass möglichst gleichmäßige Wellen durch den Kanal laufen. Ein Computer steuert die Bewegung der Motoren. Dabei registriert die Elektronik, wenn reflektierte Wellen wieder den Ausgangspunkt erreichen und gleicht die Bewegung der Platte an. Die Forscher können sogar Gezeiten simulieren, indem sie den Wasserpegel im Kanal anheben.

Aber vollständig lassen sich die Wellen nicht bändigen. Mal fällt das Wasser fast zaghaft auf den Test-Deich. Mal stürzt eine Welle so kraftvoll auf die Rampe, dass es so wirkt, als habe jemand Dynamit gezündet. Schon beeindruckend, dass Steine so etwas aushalten. Aber an einem besteht kein Zweifel in Delft: Irgendwann wird das Wasser über den Beton siegen. Wenn der Test-Deich bei keiner der Messreihen nachgibt, lässt die Deltaflume so lange riesige Wellen los, bis das Gestein bricht.

© SZ vom 31.10.2015/chrb

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