Warum der Mossul-Staudamm instabil ist

Der Staudamm von Mossul steht am Oberlauf des Tigris im Nordwesten dessen, was vom Irak noch übrig ist. Ganz in der Nähe verläuft die Front. Der Damm selbst in der Hand der Regierung und kurdischer Milizen, doch die benachbarten Regionen sind von Daesh besetzt, auch die 60 Kilometer entfernte Stadt Mossul. Daesh ist dort aber ausnahmsweise mal nicht das größte Problem, sondern die Staumauer selbst. Es besteht die Möglichkeit, dass der gesamte 113 Meter hohe Damm einstürzt: Das Gestein, auf dem er steht, löst sich nach und nach auf – und die Maßnahmen zur Stabilisierung sind seit Mitte 2014 gestoppt.

Die Schichten unter dem Fundament des Dammes bestehen zu einem beträchtlichen Teil aus Kalk und Gips. Seit Jahrtausenden strömt Grundwasser an Schwachstellen durch das lösliche Gestein und wäscht Hohlräume aus, die von Zeit zu Zeit zusammenbrechen und an der Oberfläche Dolinen entstehen lassen. Im Flussbett reicht die Auflösungszone etwa hundert Meter tief unter die Dammsohle. Es ist nicht die Sorte von Grundgestein, die man unter seinem Damm haben will.

Satellitenbild der Mossul-Talsperre mit der Butmah-Antikline und - rot gekennzeichnet - mehreren Dolinen, die auf Lösungsvorgänge im Untergrund hinweisen. Aus: Wakeley et al.; Geologic Conceptual Model of Mosul Dam, U.S. Army Corps of Engineers 2007

Satellitenbild der Mossul-Talsperre mit der Butmah-Antikline und – rot gekennzeichnet – mehreren Dolinen, die auf Lösungsvorgänge im Untergrund hinweisen. Aus: Wakeley et al.; Geologic Conceptual Model of Mosul Dam, U.S. Army Corps of Engineers 2007

Ich bin immer wieder erstaunt, wie viel Kreativität Menschen bei der Antwort auf die Frage ‚Wie blöd kann man eigentlich sein?‘ an den Tag legen. Das Reservoir hinter dem Mossul-Damm hält über zehn Kubikkilometer Wasser, und flussabwärts im Tal des Tigris liegen diverse große Städte. Darunter sind mit Mossul und Bagdad die beiden größten des Landes. Zwischen beiden, in Baiji, steht übrigens die größte Ölraffinerie des Irak. Laut einem Gutachten aus den 80er Jahren würde ein Kollaps des Dammes das 500 Kilometer entfernte Zentrum Bagdads bis zu vier Meter hoch überfluten, Mossul wäre 20 Meter hoch überschwemmt.

Auf Karst gebaut

Die löslichen Gesteine unter der Region Mossul, die so genannte Fatha-Formation, lagerten sich vor etwas mehr als 10 Millionen Jahren in flachen Wasserbecken einer trockenen Küstenregion mit starker Verdunstung ab. Eine solche Umwelt bezeichnet man als Sabcha, und man kann sich so etwas auch heute noch angucken. Sabchas sind keine klassischen Salzpfannen, aber sie enthalten eine Menge lösliche Salze, die im Boden blieben, während Wasser im Wüstenklima verdunstete. Diese Ablagerungen sind unter dem Damm etwa 250 Meter dick.

Bei der Kollision Arabiens mit Eurasien ein paar Millionen Jahre später verschwand das Meer und die Schichten der früheren Sabkhas verknautschten zu großen Falten (die auch mit Ölvorkommen in Verbindung stehen). Der Mossul-Damm steht ziemlich genau auf so einer nach oben gewölbten Falte, der Butmah-Antikline. Ihre Schichten lenken den Grundwasserfluss im Gestein tendenziell nach Südosten, unter dem Damm hindurch.

Lösliche Gesteine und Wasser führt zu einem charakteristischen Formationstyp, nämlich so genanntem Karst. Den Begriff hört man meistens im Zusammenhang mit spektakulären Höhlen, wenn die Löcher, die das Wasser ins Gestein hineinlöst, besonders groß werden. Für Höhlen ist das Gestein unter dem Damm aber nicht stabil genug. Die Staumauer steht ganz buchstäblich auf einer unterirdischen Trümmerlandschaft – viele Schichten der Fatha-Formation sind so genannte Brekzien, bereits zerbrochene Schichten, durch deren Klüfte das Wasser gut fließen und weiteres Gestein auflösen kann.

Digitales Modell der Schichtung unter dem Mossul-Damm. Die Schichten liegen im Osten flacher, deswegen findet dort die stärkste Erosion statt. Aus: Wakeley et al.; Geologic Conceptual Model of Mosul Dam, U.S. Army Corps of Engineers 2007

Digitales Modell der Schichtung unter dem Mossul-Damm. Die Schichten liegen im Osten flacher, deswegen findet dort die stärkste Erosion statt. Aus: Wakeley et al.; Geologic Conceptual Model of Mosul Dam, U.S. Army Corps of Engineers 2007

Dass der Untergrund unter dem Damm problematisch ist, war von Anfang an klar. In so einem Fall ist es zumindest üblich, vor dem Bau über die gesamte Breite des Dammes Beton in den Untergrund zu spritzen um ihn zu stabilisieren und vor allem wasserfest zu machen. Diesen Prozess bezeichnet man als Grouting. Üblicherweise dichtet man den Boden über die volle Breite des Bauwerks ab, es entsteht ein so genannter Grout Curtain – ein unterirdischer Vorhang aus Beton. Das geschah auch beim Mossul-Damm, allerdings zeigte sich schnell, dass das Gestein zu stark zerbrochen ist, um es auf diese Weise abzudichten. Außerdem reichten die ersten Betoninjektionen nur 25 Meter in die Tiefe. Die Auflösungszone reicht teilweise aber bis zu hundert Meter tief.

Ein politischer Damm

Zusätzlich sollte deswegen der Boden nach Fertigstellung des Dammes durch weitere Betoninjektionen nach Bedarf abgedichtet und stabilisiert werden. Eine Zone, die etwa zehn Meter dicke F-Kalkschicht, musste man bereits vor dem Bau stabilisieren – das Gestein war zu stark zerbrochen, um die dort vorgesehenen Betonstrukturen zu tragen. Während des Baus suchte man gezielt mit Bohrungen und Messungen nach Bereichen, in denen sich Gestein auflöst und Wasser strömt. Bis heute beobachten Sensoren rund um den Damm die Auflösungserscheinungen im Untergrund.

Warum der Damm so hastig an einem so prekären Ort konstruiert wurde, weiß ich nicht. Zum einen war der ungefähre Ort sicherlich politisch gewählt, Saddam Hussein führte während der 80er Jahre im Norden des Irak Krieg gegen die Kurden und versuchte sie durch „Arabisierung“ aus großen Städten wie eben Mossul zu verdrängen. Der Staudamm war wohl Teil dieser Strategie, ein Instrument der Macht. Andererseits steckt da wohl auch eine gute Portion technischer Größenwahn hinter – man dachte vermutlich, das Problem des sich auflösenden Untergrundes ließe sich technisch unter Kontrolle halten.

Vielleicht hat sich auch einfach niemand gefunden, der freiwillig zu Saddam geht und ihm erklärt, dass sein Lieblingsprojekt nicht funktioniert wie vorgesehen. Hätt ich auch nicht gemacht. Es kam jedenfalls wie es kommen musste: Seit der Fertigstellung des Dammes spritzen spezielle Teams Beton in den Boden, ohne den Wasserfluss stoppen zu können – das Fundament wird eher noch instabiler.

Bei einem Dammbruch vermutlich geflutete Gebiete in Mossul, Tikrit, Samarra und Bagdad. Aus: Geological and Engineering investigations of the most dangerous dam in the world. / Al-Ansari, Nadhir; Adamo, Nasrat; Sissakian, Varoujan; Knutsson, Sven. London : scienpress ltd, 2015.

Bei einem Dammbruch vermutlich geflutete Gebiete in Mossul, Tikrit, Samarra und Bagdad. Aus: Geological and Engineering investigations of the most dangerous dam in the world. / Al-Ansari, Nadhir; Adamo, Nasrat; Sissakian, Varoujan; Knutsson, Sven.
London : scienpress ltd, 2015.

Die Betoneinspritzungen leiten den Wasserfluss nur um, und das nicht einmal dauerhaft: Selbst bereits mit Beton abgedichtete Stellen mussten immer wieder neu geflickt werden. Ist ja auch klar, denn das Gestein rund um den Flicken löst sich mit der Zeit auch auf. 2007 kam ein Gutachten der US-Armee zwar zu dem Schluss, der Damm sei latent instabil – empfahl als Lösung aber vor allem besseres Grouting mit modernen Methoden, vermutlich mangels Alternativen: Die Talsperre liefert Strom für über eine Million Menschen, das Reservoir bewässert hunderte Quadratkilometer Felder.

Eroberung und Rückeroberung

Dann kam Daesh und eroberte im Sommer 2014 die Region um Mossul. Samt Staudamm. Nachdem Fachleute darauf hinwiesen, dass es den Terroristen durchaus zuzutrauen wäre, den Staudamm absichtlich zu zerstören, eroberten Kurden und Regierung die Gegend in einer zweiwöchigen Schlacht im August 2014 zurück. Allerdings sind die Flickarbeiten im Untergrund seitdem nicht wieder angelaufen. Dafür gibt es wohl mehrere Gründe: Die Sicherheitslage vor Ort, aber auch Geldmangel und, weil das Gutachten von den Amis kommt, die üblichen Verschwörungstheorien.

Jedenfalls hat sich seit anderthalb Jahren niemand mehr um den Untergrund des Dammes gekümmert – und selbst mit Wartungsarbeiten galt der Zustand des Bauwerks als prekär. In der Umgebung des Dammes bildeten sich seit den frühen 90er Jahren einiger Regelmäßigkeit Dolinen, runde Löcher, die sich ohne Vorwarnung auftun können, wenn ein unterirdischer Hohlraum zusammenbricht.

Wassermenge und Druck des Reservoirs verschärft das Problem, denn der See scheint zumindest zum Teil direkt zur Auflösung des Fundaments beizutragen. Eine Untersuchung des Stausees im Jahr 2011 zeigte neu entstandene Löcher im Seeboden, einige sind zehn Meter tief und hunderte Meter breit. Ein Teil des dort versickerten Wassers, legen Untersuchungen nahe, fließt unter dem Damm durch.

Tatsächlich scheint es beim Wasserstand des Sees eine Schwelle zu geben, ab der die unterirdische Erosion drastisch zunimmt. Die Sensoren, die den Wasserfluss durch das Gestein messen, zeigen das deutlich. Eine US-Arbeitsgruppe, die Daten über die Geologie des Dammes digitalisierte, zitiert Berichte über einen Erdeinbruch nahe des Dammes im Jahr 2003, der immer dann größer wurde, wenn der Spiegel des Reservoirs höher als etwa 315 Meter über dem Meeresspiegel lag.

Da liegt auch der Grund, weshalb das Thema jetzt wieder aufkommt: Im Frühjahr bringen Regen und Schneeschmelze Hochwasser am Tigris. Die Mauer selbst wird die Flut ohne Probleme abfangen – aber wie das Fundament nach anderthalb Jahren ohne Stabilisierungsmaßnahmen auf das zusätzliche Wasser reagiert, kann man nur raten.

Wieviel Wasser durch den Untergrund sickert - und damit die Erosion - hängt stark vom Wasserstand im Reservoir ab. Aus: Kelley et al.; Geologic Setting of Mosul Dam and Its Engineering Implications , U.S. Army Corps of Engineers 2007

Wieviel Wasser durch den Untergrund sickert – und damit die Erosion – hängt stark vom Wasserstand im Reservoir ab. Aus: Kelley et al.; Geologic Setting of Mosul Dam and Its Engineering Implications , U.S. Army Corps of Engineers 2007

Wird sich der See einen Fließweg durch den Untergrund bahnen? Dann besteht die Gefahr einer positiven Rückkopplung: Mehr Wasser trägt mehr Material ab, und je mehr Material abgetragen wird, desto mehr Wasser kommt durch, bis zur kompletten Zerstörung. Das kann ziemlich schnell gehen, ein eindrucksvolles historisches Beispiel für diesen Effekt ist der Kollaps des Teton-Dammes im Jahr 1976.

Kollaps einkalkuliert?

Ob und wann es so kommt, weiß niemand, es gibt schlicht keinen vergleichbaren Fall. Im Moment hoffen alle darauf, dass zumindest das Grouting bald weiter geht und die Schäden im Untergrund nicht schlimmer werden. Nach Medienberichten soll eine italienische Firma den Job übernehmen, geschützt von italienischen Soldaten. Das wird allerdings selbst im besten Fall noch eine Weile dauern, zumal ja auch die tausende Tonnen Beton irgendwoher kommen müssen. Bisher kamen sie aus Mossul, und da sitzen jetzt die Islamisten. Es ist nicht mal klar, ob überhaupt noch was zu retten ist oder ob der Untergrund seit 2014 so stark erodiert ist, dass man mit Grouting nicht mehr hinterher kommt.

In einem scheinen sich die Fachleute jedenfalls einig zu sein: Wenn man den Untergrund nicht konstant stabilisiert, wird der Damm irgendwann beschädigt und bricht vermutlich vollständig zusammen. Das State Department schätzt, dass der Kollaps unter Umständen bis zu einer halben Million Menschenleben kosten und immense Sachschäden verursachen könnte. Wenn also die Arbeiten nicht bald wieder beginnen, müsste man eigentlich das Reservoir ablassen, mit allen politischen und ökonomischen Folgen. Das aber wird die Regierung vermutlich nicht tun. Systemrelevant.

Die irakischen Behörden scheinen auf den Bruch des Dammes jedenfalls seit Jahren gefasst zu sein: Nach Plänen von 2009 soll ein weiterer Damm flussabwärts nahe Mossul, der Badush-Damm, nach seiner Fertigstellung zügig auf die dreifache Höhe ausgebaut werden, um die Flutwelle nach einem Dammbruch aufzuhalten. Im Moment sieht es aber nicht so aus, als würde dort auch nur der erste Bauabschnitt fertig werden. Das Wasser hat bis auf Weiteres freie Bahn.

Lars Fischer

Veröffentlicht von

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Ich bin gelernter Chemielaborant und habe ab 1999 in diesem Beruf gearbeitet. Anschliessend habe ich an der Uni Hamburg Chemie studiert. Seit dem Abschluss Ende 2006 veröffentliche ich Beiträge in meinem Fischblog und verkaufe Artikel an andere Publikationen. Seit 2008 wohne ich im Raum Heidelberg und bin bei Spektrum der Wissenschaft für das Blogportal Scilogs verantwortlich. Daneben arbeite ich als freier Journalist und Redakteur unter anderem für die digitalen Angebote von Spektrum, veröffentliche auf verschiedenen Social-Media-Plattformen und experimentiere mit Mobile Reporting. Zu meiner Webseite

8 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Moin, Moin Herr Fischer,

    nun nicht gleich an das Schlimmste denken.

    Man kann nämlich schon etwas in der Prophylaxe erreichen.

    a) Der Stausee des Mosul Dammes hat bereits ca. 15% der projektierten Staufläche durch Versandung/Erosion verloren. Diese Wassermenge, die eben mal nicht da ist, kann schon mal keinen Druck auf das Bauwerk ausüben. Und die Staumauer ist auf das Maximum ausgelegt.

    b) Der Mosuldamm hat einen Hauptüberlauf und einen Reserveüberlauf, so daß anfänglich das Überlaufen aus Prinzip möglich ist.

    c) Der Irak verfügt über einen sehr erfahrenen Wetterdienst, der mittlerweile auch technisch auf der Höhe der Zeit ist. Ein Starkniederschlagsereignis im Einzugsgebiet des Dammes sollte sich rechtzeitig vorhersagen lassen. Somit sollten die früheren Pannen bei den Frühjahrshochwässern (i.d.R. Starkniederschläge während der Schneeschmelze) sich nicht wiederholen.

    d) Das Wasserministerium (MoWR) verfügt mittlerweile über ein gutes Messsystem der Zu-/Abfluss- und Durchflussmengen und ist im Management von Krisensituationen (hoffentlich)
    eingewiesen und trainiert. Die Piezosensoren in der Staumauer sollten über das separate Mess- und Warnsystem rechtzeitig Laut geben. Man kann im Vorfeld von so einem Ereignis bei Bedarf den Wasserspiegel senken. Wird dann halt intern am Sperrwerk Samarra in den Lake Thartar umdirigiert.

    e) Irgendeiner hierzulande oder dazulande sollte die aktuelle Handynummer des Herrn Erdowahn in der Türkei parat haben.
    Den kann man in allerhöchster Not dann auch mal anrufen.
    Noch vor Beenden des Satzes zum Grund des Anrufes hat der dann den Hahn an seinem Lieblings GAP Projekt auf „Zu“ gestellt. Dann ist der Tigris höchstens noch ein ärmliches Rinnsal.

    Und die Evakuierung von Mossul ist keine Option. Ein DRM ist dort gegenwärtig nicht möglich.
    Die 60 km werden innerhalb von 3h zurückgelegt, der Scheitel der 20m-Flutwelle ist dort bei etwa 9h nach Event X durch.
    Baghdad sollte nach Event-X doch innerhalb von 72h in der Lage sein, die betroffenen Gebiete der 4m Welle evakuiert zu haben. Jedenfalls wenn alle Optionen des Umdirigierens am Sperrwerk Samarra versagen.

    • Moin Ossi,

      wie ich im Artikel ja auch geschrieben habe, wird die Mauer selbst die Frühlingshochwasser so oder so überstehen, und Overtopping ist wegen der Spillways auch kein Problem. Die Gefahr kommt vom höheren Wasserdruck in den erosionsgefährdeten Schichten im Untergrund, und der hängt weder von der Fläche noch vom Volumen des Sees ab, sondern allein von der Pegelhöhe. Wenn das Wasser über 315 Meter a.s.l. steigt, fangen die Probleme an. Es gibt ja bereits die Order aus dem Jahr 2004, den Wasserspiegel unter 315 zu halten, aber wie man am Diagramm sieht, hat das zwei Jahre später nicht funktioniert.

      Ob die irakischen Behörden gut gerüstet sind, um das Frühlingshochwasser oder einen Dammbruch zu managen, kann ich schlicht nicht beurteilen. Ich finde es wenig ermutigend, dass die Stabilisierungsarbeiten im Untergrund nicht fortgesetzt werden.

      • Ja, jeden Tag wird in den Ministerien nach dem Mosul Damm geschaut und es werden zahlreiche „Al-hamdu lillah!“ rezitiert.

        Tja, warum setzt man das Grouting nicht fort?
        Ich halte weniger die fremden Bewaffneten aus dem 7. Jahrhundert für das Problem.
        In erster Linie sind es politische und finanzielle Gründe.
        Erbil und Bagdad sind defacto auf Grund der Ölpreise pleite, man streitet sich immer wieder darüber, wer was, wofür und wieviel bezahlt.
        Die öffentliche Verwaltung läuft nur noch im Notbetrieb. Und das sollte auch die Dammbesatzung betreffen.
        Aber trotzdem muss insgesamt die Kriegswirtschaft weitergehen.
        Da kann man schon mal das Geld für 3000 Tonnen Zement nicht mehr haben.
        Na immerhin steht der Damm beinahe 32 Jahre, unfallfrei.

        Oder auf gut Köllsch:
        Et hätt noch emmer joot jejange, In schā’a llāh.
        Wat wells de maache? Mā schā’a llāh.

  2. Hochinteressant! Vielen Dank für die ausführliche Darstellung. In den Medien habe ich gelesen, dass nun in Rom eine Konferenz dazu stattfinden soll… mal sehen, was sie da für ein Fazit haben. Hoffen wir das Beste für die Region.

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