Dynamische Felssturzrisikobewertung mit Multi‑Source‑Datenfusion und 3D‑Simulation: Eine Fallstudie des Jiaohua‑Felsens

Warum herabfallende Felsblöcke den Alltag beeinflussen

In steilen Bergregionen können große Felsblöcke plötzlich abbrechen und talwärts rasen, dabei in Sekunden Häuser, Straßen und Stromleitungen zerstören. Diese Studie konzentriert sich auf solche Felsstürze über einem kleinen Dorf im Stauseegebiet der Drei Schluchten in China. Durch die Kombination aus detaillierten Geländeerhebungen, Drohnenkartierung und fortgeschrittenen Computersimulationen zeigen die Forschenden, wie und wo sich Felsblöcke voraussichtlich bewegen und wie gefährlich sie werden können — Informationen, die helfen können, Hunderte von Bewohnern zu schützen, die direkt unter instabilen Felswänden leben.

Ein Dorf unter einer gefährlichen Felswand

Das Gebiet des Jiaohua‑Felsens liegt im Bezirk Kaizhou von Chongqing, etwa 300 Kilometer flussaufwärts vom Drei‑Schluchten‑Staudamm. Die Landschaft besteht aus gestuften Sandsteinfelsen, getrennt durch steile Hänge und niedrigere, flachere Plateaus, auf denen Menschen Häuser und Straßen gebaut haben. Stark saisonale Regenfälle und komplexe Gesteinslagungen haben hohe Felswände über dem Dorf Bao’an geformt, wo 48 Haushalte und eine wichtige Landstraße im möglichen Verlauf herabfallender Blöcke liegen. Seit 2004 haben mehrere Felssturzereignisse bereits gezeigt, dass es sich nicht um ein theoretisches Problem, sondern um eine wiederkehrende Bedrohung handelt.

Wie Risse den Absturz vorbereiten

Feldteams untersuchten die Felswand im Detail und identifizierten sechs Hauptzonen instabiler Blockmassen, bezeichnet als WY1 bis WY6, die hoch auf der ersten Felsstufe sitzen. Der Sandstein ist im Allgemeinen fest, wird aber von einem Netzwerk aus Klüften und Brüchen durchzogen. Eine sanft geneigte Fläche unter den Blöcken wirkt wie eine verborgene Gleitebene, während steile, nahezu vertikale Bruchflächen seitlich die Ablösung der Blöcke begünstigen. Bei starken Regenfällen dringt Wasser in diese Öffnungen ein, erhöht den Druck und schwächt das Gestein entlang der Risse. Mithilfe geometrischer Regeln berechneten die Forschenden einen „kritischen Hangwinkel“ von 57 Grad: Liegt das Gelände steiler als dieser Schwellenwert, begünstigen Schwerkraft und Gesteinsstruktur deutlich eher einen Einsturz.

Virtuellen Felsen den Hang hinab folgen

Um zu verstehen, was passiert, nachdem ein Block losgelöst ist, erstellte das Team ein hochauflösendes 3D‑Modell des Terrains aus Drohnenaufnahmen und führte Simulationen mit einem spezialisierten Felssturzinstrument durch. Sie setzten virtuelle Blöcke aus jeder der sechs Gefahrenzonen frei und verfolgten deren Geschwindigkeit, Sprunghöhe, Lauflänge und Energie. Das Computermodell reproduzierte beobachtete Anlaufstrecken mit einer Genauigkeit von etwa fünf Prozent, was Vertrauen in die Realitätsnähe der Vorhersagen gibt. Die Ergebnisse zeigten zwei sehr unterschiedliche Bewegungsarten, die damit zusammenhängen, wo die Felsen am Hang ihren Ursprung haben.

Zwei Arten, wie Felsen Schaden anrichten können

Blöcke aus den oberen‑mittleren Felsquellen (WY1–WY3) legen relativ kurze Strecken zurück, beschleunigen dabei aber extrem schnell und erreichen in weniger als 15 Sekunden Geschwindigkeiten von mehr als 30 Metern pro Sekunde. Ihre kinetische Energie erreicht einen scharfen Höhepunkt, und sie können 15–22 Meter hoch aufspringen — hoch genug, um Bäume und niedrige Bauten zu überspringen und direkt auf die Hauptansammlung von Häusern darunter zu prallen. Berechnungen zeigen, dass ein Aufprall eines solchen großen Blocks Kräfte ausüben kann, die Tausende Male größer sind als bei einem Autounfall und weit über das hinausgehen, was normale Mauerwerkswände aushalten können. Im Gegensatz dazu folgen Blöcke aus höheren, sanfter geneigten Bereichen der Felswand (WY4–WY6) längeren, gewundenen Bahnen. Sie verlieren Energie beim Rollen, Gleiten und Springen über abwechslungsreiches Gelände, doch ein Teil von ihnen erreicht dennoch verstreut gelegene Häuser und die Dorfstraße mit genug Wucht, um Gebäude zu beschädigen und Menschen in einem breiten Korridor zu gefährden.

Wissenschaft in Schutzmaßnahmen auf dem Boden verwandeln

Da sich die beiden Felssturztendenzen so unterschiedlich verhalten, argumentieren die Forschenden, dass ein Einheitsansatz nicht funktioniert. Für die kurzreichweitigen, energieintensiven Fälle, die das Hauptwohngebiet bedrohen, empfehlen sie, die instabilen Blöcke direkt mit Felsankern zu sichern und robuste Stahlnetzbarrieren sowie dämpfende Schichten zwischen Felswand und Häusern anzubringen, um schnelle, hoch abspringende Felsen abzufangen. Für die längerreichenden, energieabbauenden Fälle schlagen sie ein gestuftes System aus Terrassen, energieabsorbierenden Oberflächen, Umlenkgräben und Endwänden vor, das die Bewegungsenergie der Blöcke langsam abbaut und sie von Häusern und Straßen weglenkt. Zusammen mit Echtzeit‑Überwachung bieten diese Maßnahmen einen praktischen Fahrplan zur Risikominderung am Jiaohua‑Felsen und ein Vorbild zum Schutz anderer Berggemeinden, die im Schatten instabiler Klippen leben.

Zitation: Zhao, X., Fen, W., Dai, Z. et al. Dynamic rockfall risk assessment using multi-source data fusion and 3D simulation: a case study of Jiaohua rock. Sci Rep 16, 5903 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36769-8

Schlüsselwörter: Felssturz, Hangrutschungsgefahr, Bergdörfer, Drei Schluchten, Katastrophenvorsorge