Überwachungssystem in Brienz/Brinzauls

Ausgangslage

Hanginstabilitäten stellen eine erhebliche Gefahr für alpine Siedlungen und Infrastrukturen dar. Das Schweizer Bergdorf Brienz/Brinzauls liegt im Albulatal auf etwa 1150 m ü. M. im Kanton Graubünden, das seit Jahrzehnten von einem grossflächigen, langsam kriechenden Rutschhang bedroht wird. In den letzten Jahren hat sich die Bewegung des Hanges dramatisch beschleunigt, was zur Entwicklung und zum Betrieb eines umfassenden Frühwarnsystems geführt hat.

Die geomorphologischen Gegebenheiten – ein stark zergliederter, verwitterter Flyschhang – haben seit jeher wiederkehrende Massenbewegungen begünstigt. Während sich das Gelände in den Jahrzehnten zuvor nur langsam bewegte, nahmen die Verformungsgeschwindigkeiten ab 2010 kontinuierlich zu. Im Jahr 2020 lagen die Rutschgeschwindigkeiten bei etwa 3–5 Metern pro Jahr, bis sie Ende 2022 in den aktivsten Bereichen auf bis zu 20 Meter pro Jahr anstiegen. Unmittelbar vor dem Hangversagen im Juni 2023 wurden lokal sogar Bewegungen von über 40 Metern pro Tag gemessen. Diese dynamische Entwicklung hatte direkte Auswirkungen auf die bauliche Infrastruktur im Dorf sowie auf die Verkehrswege im Tal, darunter die Kantonsstrasse und die Bahnlinie der Rhätischen Bahn.

Lösung

Bereits im Jahr 2011 begannen die lokalen Behörden mit dem Aufbau eines Frühwarnsystems (FWS), das kontinuierlich erweitert wurde. Es kombiniert klassische geodätische Methoden wie GNSS-Stationen und Totalstationen mit modernen sensorgestützten Systemen wie Inklinometern, seismischen Sensoren, periodischen Lidar-Scans sowie innovativen Radartechnologien und Bildanalyseverfahren.

Übersicht über die Installationen im Gebiet Brienz zur Überwachung des Rutschgebiets.

Im April 2019 installierte GEOPRAEVENT ein bodengestütztes interferometrisches Radar zur flächendeckenden Überwachung des gesamten Rutschhangs. Das Gerät scannt den Hang alle paar Minuten und liefert Bewegungsdaten mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich. Die gewählte Position des Radars – auf einem gegenüberliegenden Hang oberhalb von Tiefencastel – bietet eine optimale Sicht auf die Hauptbewegungszonen des Rutsches.

Interferometrisches Radar mit Blick auf den gefährdeten Hang vor dem Rutsch 2023.

Das Radar arbeitet vollständig autark, da vor Ort keine Netzstromversorgung vorhanden ist. Die Energieversorgung erfolgt durch eine Kombination aus Solarpanelen und einer Methanol-Brennstoffzelle. Die erfassten Daten werden via Mobilfunk in die GEOPRAEVENT-Cloud übertragen, dort verarbeitet und im GRAVX-Datenportal bereitgestellt.

Das autark betriebene Radarsystem mit Schutzhäuschen an seinem Standort oberhalb von Tiefencastel mit dem Rutschgebiet auf der anderen Talseite im Hintergrund.

Während der Beschleunigungsphase Anfang 2023 lieferte das Radar entscheidende Hinweise auf bevorstehende Instabilitäten. Die Daten ermöglichten es, kritische Zonen im Hang frühzeitig zu identifizieren und gezielte Warnmassnahmen einzuleiten.

Interferometrische Radarmessungen vom 09. Mai 2023, ca. 1 Monat vor dem Rutsch, dargestellt in einem digitalen Höhenmodell.

Im Jahr 2023 wurde das Überwachungssystem um eine energieautarke hochauflösende Deformationskamera erweitert. Die Kamera wurde östlich oberhalb des Rutschgebietes montiert und liefert stündlich 42-Megapixel-Bilder. Einmal täglich wird daraus eine Deformationsanalyse erstellt.

Die Bilddaten werden automatisch in die Cloud übertragen, analysiert und im Online-Datenportal von GEOPRAEVENT GRAVX visualisiert. Die Kamera ist speziell für raue alpine Bedingungen ausgelegt und arbeitet unabhängig vom Stromnetz. Eine Besonderheit ist der Nachtmodus, der hochauflösende Bilder auch bei Dunkelheit liefert. Im Vorfeld des Hangversagens im Juni 2023 konnte mithilfe dieser Kamera die besonders aktive Zone – die sogenannte „Insel“ – eindeutig identifiziert werden. Die daraus abgeleiteten Zeitreihen dokumentierten eine deutliche Beschleunigung der Hangbewegungen wenige Tage vor dem Ereignis.

497_datalogger-2624-deformation-focus-insel_2023-06_20230603T110100Z

Ergebnisse des Verschiebungsfeldes, das mit der Deformationsanalyse einige Tage vor dem Einsturz ermittelt wurde, wobei verschiedene Regions of Interest (ROIs) definiert und weiss abgegrenzt wurden.

Ein zentrales Element des FWS ist das Doppler-Radar zur Erkennung von Steinschlägen, das GEOPRAEVENT bereits 2017 testweise installiert und 2018 vollständig in Betrieb genommen hat. Das System überwacht ein 480 Meter langes Teilstück der Zufahrtsstrasse nach Brienz/Brinzauls, das aufgrund der Steinschlaggefahr besonders exponiert ist.

Links: Steinschlagradar. Rechts: Ansicht der Dopplerradarergebnisse, wie sie im GRAVX Online-Datenportal angezeigt werden. Alle Ereignisse werden kartiert und mit den entsprechenden Ereignisbildern und Merkmalen, wie Zeit, Dauer, Länge und durchschnittliche Frontgeschwindigkeit, angezeigt. Die Karte zeigt zwei ROIs für den Auslöser bzw. die Gefahrenzone.

Das Radar erkennt sich bewegende Objekte anhand des Dopplereffekts und unterscheidet zuverlässig zwischen Steinschlägen und anderen beweglichen Objekten wie Tieren oder Fahrzeugen. Im Fall eines erkannten Ereignisses schaltet das System binnen Sekunden zwei Ampelanlagen auf Rot und verhindert so, dass Fahrzeuge in den Gefahrenbereich einfahren. Zusätzlich werden Kameras aktiviert, die das Ereignis dokumentieren – auch bei Nacht dank Infrarotbeleuchtung.

Seit seiner Installation hat das System über 10’000 Steinschlagereignisse registriert. In den Monaten vor dem Erdrutsch im Juni 2023 stieg die tägliche Steinschlagaktivität deutlich an. Diese Beobachtung wurde als zusätzlicher Indikator für die Destabilisierung des Hangs interpretiert. Nach dem Hangversagen wurde der überwachte Strassenabschnitt unpassierbar, die automatische Sperrfunktion deaktiviert. Die Überwachung der Steinschlagaktivität blieb jedoch erhalten und liefert weiterhin wichtige Daten zur Risikoeinschätzung.

Steinschlagaktivität von Januar 2020 bis Dezember 2023. Die vertikalen Linien stellen die Anzahl der Steinschlagereignisse pro Tag dar, die dunkelblaue Linie ist die kumulierte Anzahl pro Jahr. Dieser Wert wird am Ende eines jeden Jahres auf Null gesetzt.

Alle diese Systeme sind in das cloudbasierte Datenportal GRAVX integriert, das die erhobenen Messdaten zentral sammelt, verarbeitet, visualisiert und einer Vielzahl von Nutzern – von Einsatzkräften bis zu Entscheidungsträgern – zur Verfügung stellt.

Am 13. Mai 2023 wurde die Bevölkerung von Brienz/Brinzauls vorsorglich evakuiert, nachdem die Messsysteme eine deutliche Beschleunigung des Rutschhanges zeigten. Am späten Abend des 15. Juni 2023 kam es schliesslich zum Ereignis: Rund 1.2 Millionen Kubikmeter Material lösten sich in einem massiven Schuttstrom und kamen nur wenige Meter vor dem Dorf zum Stillstand. Die Bevölkerung konnte kurz darauf zurückkehren.

Aufnahme der Situation nach dem Rutsch im Juni 2023. Der Schuttstrom stoppte kurz vor dem Schulhaus.

Im November 2024 musste das Dorf erneut evakuiert werden, da in der darüberliegenden Schutthalde ein weiterer Felssturz ähnlicher Grössenordnung drohte. Seither gilt ein Betretungsverbot für das Gebiet. Die Überwachungssysteme sind weiterhin in Betrieb und liefern laufend aktuelle Informationen zur Stabilität des Hangs. Da bei einem Grossereignis auch die Bahnlinie der Rhätischen Bahn betroffen wäre, wurde Ende 2024 das Steinschlagradar mit den Ampeln der RhB verbunden. Somit können Züge sofort gestoppt werden, wenn ein Steinschlag-Ereignis eine vordefinierte Zone erreicht.

Die Überwachungssysteme von GEOPRAEVENT trugen massgeblich dazu bei, Evakuierungsentscheidungen rechtzeitig zu treffen, die Bevölkerung zu schützen und Schäden an Leben und Infrastruktur zu vermeiden. Auch zukünftig wird die kontinuierliche Überwachung des Gebietes entscheidend sein, um auf erneute Veränderungen des Hangs schnell und angemessen reagieren zu können.