Geologie

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KASIP - Knowledge-Based Alarm System with Identified Deformation Predictor

Massenbewegungen gehören in Gebirgsregionen zum natürlichen morphologischen Prozessgeschehen. In Überschneidung mit der anthropogenen Raumnutzung  stellen sie eine Gefahr für Personen sowie Gebäude und Infrastruktur dar. Die zunehmende Siedlungstätigkeit und das gleichzeitig verstärkte Auftreten von extremen Wetterbedingungen lassen der Untersuchung von Massenbewegungen eine immer größere Bedeutung zukommen. Mit der Erforschung und Installation von Frühwarnsystemen soll eine Steigerung der Sicherheit und eine Begrenzung von humanen, ökonomischen und ökologischen Schäden bewirkt werden.

Der untersuchte Hang “Steinlehnen“ befindet sich in Gries im Sellrain in Nordtiol, Österreich. Aus geologischer Sicht liegt das Gebiet im Ostalpinen Kristallin. Die bewegte Masse besteht aus Paragneisen, Amphiboliten und Granodioritgneisen und ist im hochaktiven Bereich sehr stark zerlegt. Während in der Vergangenheit teils sehr hohe  und abrupte Verschiebungen aufgetreten sind, hat sich der Hang in den letzten Jahren annähernd stabilisiert und verschiebt sich mit einer konstanten Bewegungsrate von bis zu 50 cm pro Jahr talwärts.

 

Abb. 1: 3D-Modell des untersuchten Gebietes in Gries im Sellrain

Ziel dieses Projektes  ist die Kombination von Hangbeobachtungsdaten („Monitoring“: z.B. GPS- oder Tachymetermessungen) mit einem numerischen Modell, welches den möglichen Versagensablauf des untersuchten Hanges wiedergeben soll. Schlussendlich soll das Modell die Vorhersage von kritischen Zuständen des Hanges ermöglichen und verbessern. Es wird eine zentrale Komponente eines neuartigen daten- und wissensbasierten Alarmsystems für Massenbewegungen sein.

Für die numerische Modellierung wird das Programm FLAC3D der Itasca Consulting Group verwendet, welches auf der Methode der Finiten Differenzen basiert. Ziel dieser Modellierung ist die Untersuchung der Stabilität des betroffenen Hanges durch eine möglichst realistische Anpassung des numerischen Modells an die Wirklichkeit. Diese Untersuchungen sollen Aussagen über das zukünftige Verhalten des Hanges ermöglichen.

 

Abb. 2: FLAC3D-Modell des untersuchten Hanges “Steinlehnen“

Für die Kalibrierung des Modells sind Methoden der adaptiven Kalman-Filterung angedacht, welche in Zusammenarbeit mit dem Institut für Ingenieurgeodäsie und Geophysik der TU Wien umgesetzt werden sollen.  Zielsetzung ist hierbei die Einführung von „least squares“-Algorithmen anstelle von bisher üblichen, statistisch nicht gesicherten „try and error“-Methoden. Diese Art der Identifikation von geomechanischen Prozessen stellt noch völliges Neuland dar.

Die wissensbasierte Systemanalyse agiert dann als übergeordneter „Alarm-Manager“, der die Prädiktions- und Simulationsergebnisse des numerischen Modells mit zusätzlichem hybriden Expertenwissen verknüpft und beurteilt. Das werden Messergebnisse des Monitoring-Systems, lokale Deformationsmodelle (z.B. Polynome oder Spektralanalysen) und heuristisches Wissen von Massenbewegungsexperten sein.

 

Projektseite: http://info.tuwien.ac.at/ingeo/research/kasip/ 

Kontakt: Alexander Preh, Kurt Mair am Tinkhof