Engineering geological investigations on landslides at the northwest edge of the Franconian Alb

Im Rahmen des Projekts 'Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Ziel "Regio-nale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung" Bayern 2007–2013; Projekt: Georisiken im Kli-mawandel – Gefahrenhinweiskarte Jura, 1.5-StMUG-83-OFR-001' dient das flächenhafte Kartie-ren von Hangbewegungen dazu, Gefahrenbereiche einzuschätzen und räumlich abzugrenzen. So können diese ausgewiesenen Bereiche bereits in der Planungsphase von zukünftigen Bauprojek-ten durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen berücksichtigt werden, bzw. wenn möglich, von einer Bebauung ganz ausgeklammert werden. Meist handelt es sich bei rezenten Rutschungen um keine neu entstandenen Objekte. Vielmehr werden zumeist vorhandene Hangbewegungen vollständig oder teilweise reaktiviert. Auch wenn das Thema Hangbewegungen an der Fränki-schen Alb im Vergleich zum alpinen Raum längst keinen vergleichbaren Stellenwert einnimmt, so wird es auch dort zukünftig angesichts eines fortschreitenden Klimawandels mit einhergehender Zunahme von extremen Niederschlagsereignissen an Bedeutung gewinnen. Hierfür ist es unerlässlich, die komplette Bandbreite an möglichen Hangrutschungen eines Ge-biets zu kennen, um daraus die lokalen Gesetzmäßigkeiten und Besonderheiten ableiten zu kön-nen. Die vorliegende Arbeit legt die, mittels weitergehenden Untersuchungen und Analysen, gewon-nenen Erkenntnisse und beobachteten Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge von Hangbe-wegungen dar. Als Datengrundlage diente ein Rutschungsdatensatz an 1240 erfassten Hangbe-wegungen in einem rund 1950 km² großen Untersuchungsgebiet (Ldkr. Lichtenfels, Ldkr. Forchheim, Ostteil Ldkr. Bamberg) am nordwestlichen Rand der Fränkischen Alb sowie des nördlich bis westlich daran angrenzenden Gebiets in obertriassischen bis oberjurassischen Ge-steinen (Steigerwald- bis Torleite-Formation (ehemalige Bezeichnung: Lehrbergschichten bis Malm Epsilon)). Hangbewegungen sind im Nordbayerischen Raum weiter verbreitet als bisher angenommen. Insbesondere am letzten Anstieg zu Albhochfläche – im Bereich der "Ornatentonterrasse" – sind Hangbewegungen eher die Regel als die Ausnahme. Etwa 45 % des Übergangsbereichs zwischen Sengenthal-Formation (ehemals Ornatenton) und Feuerstein-Formation (ehemals Malm Alpha und Beta) sind mit Hangbewegungen belegt und der Prozess Hangbewegung trägt somit ent-scheidend zur Erosion der Fränkischen Alb bei.\ud Im Untersuchungsgebiet lassen sich in erster Linie Hangbewegungen an Hangbereichen mit drei unterschiedlichen lithologischen Ausprägungen beobachten: • Typ 1: Festgestein überlagert veränderlich festes Gestein ("Hart auf Weich") • Typ 2: Veränderlich festes Gestein • Typ 3: Festgestein Hierbei erweisen sich vor allem Hangbereiche mit der lithologischen Ausprägung vom Typ 1 als besonders rutschempfindlich. Etwa 70 % aller kartierten Hangbewegungen entfallen darauf. Demgegenüber befinden sich rund 19 % der kartierten Rutschungen an Hangbereichen aus ver-änderlich festen Gesteinsformationen (Typ 2) und ca. 11 % der Rutschungen an Hangabschnitten, an denen Festgesteinsformationen anstehen (Typ 3). Hangrutschungen an Hangabschnitten mit der lithologischen Ausprägung vom Typ 1 sind nicht nur am häufigsten im Untersuchungsgebiet vorzufinden. Sie sind auch mit einer Durchschnitts-größe von rund 52.000 m² sowie einer durchschnittlichen (arith. Mittel) max. Mächtigkeit von 4,4 m weit größer als die erfassten Rutschungen innerhalb von veränderlich festen Gesteinsfor-mationen (∅-Größe: ca. 9000 m²; ∅ max. Mächtigkeit: 2,7 m), bzw. im Bereich von Festgesteins-formationen (∅-Größe: ca. 9600 m²; ∅ max. Mächtigkeit: 2,1 m). Hangbereiche mit lithologischer Ausprägung Typ 1 weisen nicht nur eine drastische Änderung der mechanischen Eigenschaften "Hart auf Weich" auf, sondern besitzen auch eine drastische Änderung in der Permeabilität – gut durchlässige Gesteine überlagern gering durchlässige Ge-steine, welche folglich die Basis von Aquiferen bilden. Eine direkte Beziehung zwischen der Ver-teilungshäufigkeit von Rutschungen je geologischer Situation mit dieser lithologischen Ausprä-gung Typ 1 (System Trossingen, System Opalinuston, System Sengenthal) und hydrogeologischer Rahmenbedingungen konnte nachgewiesen werden. Der Großteil (58 %) aller kartierten Hangbewegungen im Untersuchungsgebiet hat sich innerhalb quartärer Lockergesteinsauflagen der jeweiligen geologischen Formation gebildet. Die Hangneigung der kartierten Rutschhänge beträgt im Mittel etwa 15°–16°. Die Auswertung der Hangrutschungen je geologischer Ausgangsformation ergibt zum Teil deutliche Unterschiede. Jedoch weisen die kartierten Rutschungen in jeder geologischen Formation durchschnittlich eine etwa 5°–7° größere Generalneigung auf, als sämtliche Hänge der jeweiligen Formation im Untersuchungsgebiet. Der größte Teil der kartierten Rutschungen befindet sich an west- bis südexponierten Hängen. Unter Berücksichtigung der generellen Exposition aller Hänge im Untersuchungsgebiet sind überproportional viele Rutschhänge westexponiert, bzw. lassen sich überdurchschnittlich häufig an Osthängen beobachten. 17,5 % aller Hangrutschungen wurden als aktiv eingestuft. Bei diesen Hangbewegungen wurden Anzeichen auf rezente, bzw. auf bis wenige Jahrzehnte zurückliegende Aktivitätsphasen beo-bachtet. In ca. 60 % der kartierten Hangbewegungen deuten Internstrukturen auf Reaktivierungen von Teilen der Rutschungen hin. Zu etwa 6 % der kartierten Rutschungen ließ sich der Zeitraum/das Datum der Entstehung, bzw. Reaktivierung ermitteln. Hierbei ergibt sich für den Entstehungs-/Reaktivierungszeitraum eine Konzentration in den Wintermonaten sowie in der ersten Frühlingshälfte (Dezember bis April), was sich mit dem größeren Niederschlagsangebot, bzw. der Schneeschmelze und einer besonders niedrigen Transpiration in diesem Zeitraum begründen lässt.Within the EU-project 'Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Ziel "Regionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung" Bayern 2007–2013; Projekt: Georisiken im Klima-wandel – Gefahrenhinweiskarte Jura, 1.5-StMUG-83-OFR-001' the aim of extensive mapping of landslides is to recognise risk areas and draw their outline. As a result these designated areas can already be taken into account for future construction projects during the planning phase. Therefore the planned construction projects can be adapted by constructive measures or, if pos-sible, these risk areas can be avoided at all. In most situations recently occurred landslides are not new ones. In fact, most already existing landslides are completely or in parts reactivated. In comparison with the alpine region landslides in the Franconian Alb area have a lower significance. But the topic landslides will also become more important in this area because of the climate change and increasing extreme precipitation events. Therefore it is inevitable to have an idea about the complete spectrum of all possible landslides in an area and to extract their general rules and local specialties. This study presents the findings, facts and conditions of landslides which were gathered by fur-ther researches and analyses. The data base comprises 1240 landslides in a ca. 1950 km² big area at the north western border of the Franconian Alb and neighbouring areas to the north to west (Distr. Lichtenfels, Distr. Forchheim, Eastern part of Distr. Bamberg). The mapped landslides are connected to Late Triassic to Late Jurassic formations (Steigerwald- to Torleite-Formation (former names: Lehrbergschichten to Malm Epsilon)). Landslides are much more common in the Northern Franconian area than known before. Land-slides, especially at the last rise to the Alb Plateau – in the area of the 'Ornatentonterrasse' –, are more often the rule than the exception. In ca. 45 % of the transition area between the Sengenthal-Formation (former name: Ornatenton) and Feuerstein-Formation (former name: Malm Alpha und Beta) there are landslides. Consequently the landslides are one of the main processes of the denudation of the Franconian Alb. In the study area the mapped landslides occurred at slopes, which mostly have three different lithological settings: • Type 1: Hard rock overlying alterable rock • Type 2: Alterable rock • Type 3: Hard rock Ca. 70 % of all mapped landslides occurred in the lithological setting of type 1 'hard rock overly-ing alterable rock'. In contrast about 19 % of the mapped landslides are restricted to alterable rocks (type 2) and ca. 11 % occurred on slopes formed by hard rocks (type 3). Type 1 landslides are not only the most common landslides in the study area, they also have the biggest mean size (52.000 m²) and biggest mean maximum thickness of the sliding mass (4.4 m). Whereas type 2 landslides and type 3 landslides are much smaller (type 2 landslides: ∅-size: ca. 9000 m², ∅ max. thickness: 2.7 m; type 3 landslides: ∅-size: ca. 9600 m², ∅ max. thickness: 2.1 m). Slopes of lithological setting type 1 display not only a drastic change in mechanical – 'hard on weak' – they also represent a drastic change in permeability and therefore define the baseline of considerable aquifers – 'permeable on impermeable'. A direct relationship between the distribu-tion of landslides of each geological formation sequence of type 1 (System Trossingen, System Opalinuston, System Sengenthal) and hydrogeological basic conditions could be proved. The majority (58 %) of all mapped landslides of the study area is developed in the quaternary colluvium of the respective geological formation. The mean slope angles of all mapped landslides vary around 15°–16°. The analysis of the slope angle for each geological setting partly presents significant difference. But the mean slope angle of the landslides in each geological formation is about 5°–7° steeper than the mean slope which is formed by the corresponding geological formation. Most mapped landslides are situated at west to south exposed slopes. Taking the distribution of the general exposition of all slopes in the study area into account, west and east exposed land-slides are above average. Signs of recent movements or an active behaviour during the last few decades were observed in 17.5 % of all mapped landslides and therefore classified as active. Internal structures indicate partial reactivations in about 60 % of all mapped landslides. The occurrence/reactivation date or period of time could be determined for 6 % of all landslides. These landslides mostly occurred/were reactivated during winter months and the first half of spring (December to April). The reason for this fact is the increased precipitation respectively the thaw and a particularly low transpiration during this part of the year