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Werkzeuge & Vergleiche · 2026-10-27 · 8 Min.
Kritischer Niederschlag für Hangrutschungen aus einem DGM und einer KMZ, im Browser
Wie viel Regen braucht es, bis der Hang über einer Schule versagt? Aus einem Geländemodell und einer KMZ des Untersuchungsgebiets berechnet der Browser Abfluss, die Wahrscheinlichkeit flachgründiger Rutschungen und den wahrscheinlichen Weg eines Murgangs, während das Unwetter fortschreitet, und gibt jedem Wohnhaus, jeder Schule, jeder Gesundheitseinrichtung und jeder Straße ihren kritischen Niederschlag.
3D-Modell der Quebrada Quirio in Chosica (Peru), aus dem Relief geschnitten, mit Erdwänden: Hänge nach Rutschungswahrscheinlichkeit von Grün bis Dunkelrot eingefärbt, Wasser in den Rinnen blau, Beschriftungen der exponierten Wohnhäuser, Schulen, der Gesundheitsstation und der Straße
Wo Regen auf steile, kahle Hänge über einem Ort fällt, ist die Gefahr nicht nur das Wasser. Der Boden selbst gibt nach, und was als kleine Rutschung am Hang beginnt, kann als Murgang durch eine Rinne kommen und die Häuser an ihrem Ausgang erreichen. Das den Menschen vor Ort zu erklären, und denen, die über eine Warnung entscheiden, ist mit einer statischen Karte schwer.
Dieses Werkzeug zeigt es, während es geschieht. Sie geben das Untersuchungsgebiet als KMZ vor, es nimmt das Gelände aus der Karte und lässt ein Unwetter Schritt für Schritt ablaufen: wie viel Regen abfließt, welche Hänge instabil werden, während der Boden den Rest aufnimmt, wohin ein Murgang von dort laufen würde und bei welcher aufsummierten Regenmenge jedes Wohnhaus, jede Schule, jede Gesundheitseinrichtung und jede Straße zum ersten Mal erreicht wird.
Das Wichtigste
- Abfluss nach SCS-Curve-Number, Hangversagen nach dem Modell der unendlichen Böschung mit Monte Carlo, Murgang nach einem Pauschalgefälle: etablierte, dokumentierte Verfahren.
- Jedes exponierte Element der KMZ erhält einen kritischen Niederschlag und die Ursache: Rutschung, Murgang oder Abfluss. Export als CSV und GeoJSON.
- Hänge, die schon ohne Regen versagen, werden gesondert gezeigt: Keine Regenschwelle beschreibt sie.
- Es läuft in wenigen Sekunden im Browser und braucht kein IFC-Modell. Es ist orientierend: Es ersetzt keine amtliche Risikobewertung.
Quebrada Quirio, Chosica, am Ende eines Unwetters mit 40 mm. Das Relief ist echt, die Ortsmarken sind für das Beispiel erfunden.
Was hineingeht
- Das Untersuchungsgebiet als KMZ oder KML: ein Polygon für seine Grenze (benannt als „Untersuchungsgebiet“, „Grenze“, „Einzugsgebiet“ … oder einfach das größte) und Ortsmarken für das Exponierte. Punkte, Linien und Polygone werden gelesen, in Ordnern oder ohne.
- Das Gelände, aus dem Relief der Karte oder aus einem importierten DGM (GeoTIFF oder ASCII-Raster). Ist kein IFC-Modell geladen, verortet die KMZ selbst die Szene, und die Karte öffnet sich über dem Gebiet.
- Das Unwetter, aus den Vorgaben des Hochwasser-Panels oder von Hand als Hyetogramm gezeichnet.
- Der Boden: hydrologische Bodengruppe, Vorfeuchte, Kohäsion, Reibungswinkel, Mächtigkeit und Wichte, mit änderbaren Vorgaben für Residualböden an steilen Hängen.
Exponierte Elemente werden an Ordner, Name, Beschreibung oder Daten erkannt: „vivienda“, „I.E.“, „colegio“, „posta“, „centro de salud“, „carretera“, „trocha“ und ihre Entsprechungen in anderen Sprachen. Eine Linie ohne Namen gilt als Straße. Ohne KMZ kommen Schulen, Gesundheitseinrichtungen, Wohnhäuser und benannte Straßen aus OpenStreetMap.
Wie jeder Schritt berechnet wird
| Schritt | Verfahren | Ergebnis |
|---|
| Abfluss | SCS-Curve-Number (TR-55), CN aus der Landbedeckung in OpenStreetMap und der Bodengruppe | Wie viel des bisher gefallenen Regens abfließt und wie viel versickert |
| Bodenfeuchte | Versickertes Wasser bezogen auf die entwässerbare Porosität, mehr in Mulden, die Wasser von hangaufwärts sammeln | Der gesättigte Anteil der Bodenschicht, Zelle für Zelle |
| Hangversagen | Sicherheitsfaktor der unendlichen Böschung, 200 Monte-Carlo-Stichproben von c′, φ′, γ und Bodenmächtigkeit | Die Wahrscheinlichkeit, dass der Hang versagt, P(FS < 1) |
| Murgang | Steilste Abwärtsrichtung ab den wahrscheinlichen Rutschungen, gestoppt durch ein Pauschalgefälle (standardmäßig 12°) | Wohin die Ströme laufen und wo sie anhalten |
| Kritischer Niederschlag | Der erste Schritt, in dem die Zellen eines Elements versagen, von einem Murgang gequert werden oder eine Abflusshöhe überschreiten | Eine Regenschwelle je Element, mit ihrer Ursache |
Die Curve Number liefert die Abflusshöhe für den bis dahin aufsummierten Regen[tr55]. Was nicht abfließt, dringt in den Boden ein und hebt dessen Wasserspiegel, schneller in Mulden, die eine große Fläche oberhalb entwässern. Das Modell der unendlichen Böschung wägt dann die Festigkeit des Bodens gegen sein Gewicht am Hang ab, wobei das Wasser die Reibung verringert[hammond]. Bodenkennwerte sind nie genau bekannt, daher wird jeder 200-mal um seinen Wert gezogen, und der Anteil der Ziehungen, in denen der Hang versagt, ist seine Wahrscheinlichkeit.
Murgänge beginnen dort, wo der Regen den Hang versagen ließ, und folgen dem steilsten Weg nach unten. Sie halten an, wo die Linie von ihrem Ursprung bis zur Front flacher wird als das Pauschalgefälle: das empirische Verhältnis von Fallhöhe zu Strecke, das Murgänge erreichen[corominas].
Das Unwetter Schritt für Schritt
Die Zeitleiste spielt das Unwetter Schritt für Schritt ab. In den ersten Millimetern fallen nur einige Flecken auf; am Ende des Unwetters sind die steilen Flanken über der Rinne orange und rot, und die Bahnen der Murgänge laufen von dort bis zur Talsohle. Die Beschriftungen der exponierten Elemente werden in dem Schritt rot, der sie erreicht.
Erster Schritt des Unwetters. Violett: Boden, der auch ohne Regen versagt.
Nach 250 mm aufsummiert. Die Beschriftungen werden rot, sobald der Regen ihren kritischen Wert erreicht.
Zwei weitere Ebenen zeigen die Glieder der Kette. Abfluss färbt den Boden nach dem bisher abgeflossenen Wasser und macht das Entwässerungsnetz sichtbar. Murgang zeigt, wo Ströme aus den wahrscheinlichen Rutschungen laufen (hellbraun) und anhalten (dunkelbraun).
Abfluss bei etwa 120 mm aufsummiert: Das Entwässerungsnetz tritt hervor.
Murbahnen und Ablagerungen nach dem gesamten getesteten Regen.
Hänge, die ohne Regen versagen
Im Beispiel versagen mit dem Standardboden 13,6 ha, bevor ein Tropfen gefallen ist: Flanken, die für einen Boden dieser Festigkeit zu steil sind, in Wirklichkeit meist Fels oder Steilwände. Das Modell kann ihnen keinen kritischen Niederschlag zuordnen, da kein Regen nötig ist, und sie mitzuzählen gäbe jedem Element unter einer Steilwand eine Schwelle von fast null. Sie werden violett dargestellt, setzen keine Schwelle, lösen keinen Murgang aus, und ein Element darauf wird markiert. Das ist die Klasse „unbedingt instabil“ von SHALSTAB[shalstab]. Wo sie relevant sind, sollten die Bodenkennwerte aus dem Gelände kommen.
Die Tabelle des kritischen Niederschlags
Die Tabelle listet alle exponierten Elemente, die am stärksten exponierten zuerst: der Regen, bei dem sie erreicht werden, und wodurch. Im Beispiel mit den Standardparametern:
| Element | Kritischer Niederschlag | Ursache |
|---|
| Carretera Central (Abschnitt) | 1 mm | Murgang |
| I.E. Inicial 520 | 7 mm | Rutschung |
| I.E. N° 1201 | 70 mm | Rutschung |
| Puesto de salud Quirio | 90 mm | Abfluss |
| Wohnhäuser (drei Gruppen) | 140 mm | Abfluss |
Eine Straße, die bei 1 mm erreicht wird, ist keine Vorhersage, dass ein Millimeter sie unterbricht: Es heißt, dass die Zellen, die sie quert, in diesem Modell unter Hängen an der Grenze des Gleichgewichts liegen, der anfälligsten Klasse. Das ist der Wert der Tabelle: eine Reihenfolge dessen, was zuerst zu beobachten ist. An vergangenen Ereignissen und lokalen Böden kalibriert, sind solche Werte die Grundlage von Frühwarnschwellen. Die Tabelle wird als CSV und als GeoJSON exportiert, das sich in QGIS oder Google Earth öffnet.
Was es nicht tut
- Es sagt weder Regen voraus noch, wann ein Hang versagt. Es sagt, wie viel Regen jeder Ort mit den gegebenen Parametern verträgt.
- Es verwendet einen einzigen Boden für das ganze Gebiet, mit Unsicherheit, keine geologische Karte. Felsaufschlüsse, Hangschutt und Auffüllungen sind für es gleich.
- Versickerung und Grundwasser sind vereinfacht: kein seitlicher Abfluss über die Zeit, keine Entwässerung zwischen Unwettern.
- Globales Relief (etwa 30 m) glättet kleine Rinnen und steile Flanken. Ein lokales DGM liefert bessere Neigungen.
- Es ersetzt weder eine amtliche Risikobewertung noch eine Geländeuntersuchung oder die eigene Kalibrierung eines Frühwarnsystems.
Quellen
- Urban Hydrology for Small Watersheds (Technical Release 55) — USDA Natural Resources Conservation Service. Das Curve-Number-Verfahren und seine CN-Tabellen nach Landbedeckung und hydrologischer Bodengruppe.
- Level I Stability Analysis (LISA) Documentation for Version 2.0 — Hammond, Hall, Miller & Swetik, USDA Forest Service. Der Sicherheitsfaktor der unendlichen Böschung mit unsicheren Bodenkennwerten, per Monte Carlo bewertet.
- A physically based model for the topographic control on shallow landsliding — Montgomery & Dietrich, Water Resources Research 30(4). Kritischer Niederschlag aus Topografie und unendlicher Böschung; die Klasse „unbedingt instabil“.
- The angle of reach as a mobility index for small and large landslides — Corominas, Canadian Geotechnical Journal 33(2). Pauschalgefälle (H/L) von Murgängen und anderen Rutschungen.
Kritischer Niederschlag für Hangrutschungen aus einem DGM und einer KMZ, im Browser