Open-Source GIS Applications for Flood and Landslide Assessment: Comparative Cases from Poland and Malaysia

Wenn ein Fluss über seine Ufer tritt oder ein Hang unter der Last des Regens nachgibt, ist die unmittelbare menschliche Reaktion oft von Schock und Dringlichkeit geprägt. Doch noch bevor Rettungsteams die Verletzlichsten erreichen oder Planer entscheiden können, wo die nächste sichere Unterkunft gebaut werden soll, muss erst einmal jemand das Ausmaß des Schadens verstehen. Dies ist das Gebiet der Katastrophenbewertung, ein Bereich, der lange Zeit auf teure Satellitenbilder und spezialisierte Software angewiesen war, die nur große Regierungen oder wohlhabende Institutionen sich leisten konnten. Doch die Werkzeuge des Fachs ändern sich. Wissenschaftler wenden sich zunehmend einem anderen Werkzeugkasten zu: kostenloser Open-Source-Software und Satellitendaten, auf die jeder zugreifen kann. Die Grundidee ist einfach. Indem Forscher Bilder der Erde vergleichen, die vor einer Katastrophe aufgenommen wurden, mit solchen, die danach aufgenommen wurden, können sie die Veränderungen erkennen, die auf Gefahr hindeuten. Sie suchen nach dem plötzlichen Erscheinen von Wasser, wo zuvor keines war, oder nach dem Verschwinden von grünem Wald, wo ein Erdrutsch das Land kahlgeschlagen hat. Diese digitalen Hinweise ermöglichen es Experten, das Ausmaß einer Katastrophe schnell zu kartieren, ohne Menschen sofort in Gefahr bringen zu müssen.

Eine aktuelle Studie von Forschern aus Polen und Malaysia stellt diesen Ansatz in zwei sehr unterschiedlichen Teilen der Welt auf die Probe. Das Team wollte sehen, ob diese kostenlosen, offenen Werkzeuge mit der chaotischen Realität realer Katastrophen zurechtkommen. Sie wählten zwei völlig verschiedene Ereignisse: eine massive Flut, die im September 2024 die Stadt Breslau in Polen traf, und einen verheerenden Erdrutsch in den tropischen Hügeln von Batang Kali, Malaysia, der im Dezember 2022 auftrat. Diese beiden Orte könnten nicht unterschiedlicher sein. Breslau liegt in einem flachen Flusstal, wo die Gefahr vom Ausbreiten des Wassers über den Boden ausgeht. Batang Kali ist ein steiler, bewaldeter Hang in einem feuchten Klima, wo die Gefahr vom Boden selbst ausgeht, der den Hang hinuntergleitet. Trotz dieser Unterschiede wandte die Forschergruppe dieselbe grundlegende Methode auf beide Fälle an. Sie nutzten kostenlose Satellitenbilder des Copernicus-Programms der Europäischen Union und verarbeiteten diese mit der kostenlosen Software namens QGIS. Ihr Ziel war es nicht, die detaillierten ingenieurtechnischen Studien zu ersetzen, die später folgen, sondern zu prüfen, ob sie sofort eine klare, zuverlässige Karte des Schadens erstellen können.

Für die Flut in Breslau konzentrierten sich die Forscher darauf, Wasser zu finden. Sie nahmen Satellitenbilder der Stadt vor der Flut und verglichen sie mit Bildern, die aufgenommen wurden, während der Wasserstand noch hoch war. Durch die Analyse der Farben, die der Boden reflektierte, konnten sie zwischen trockenem Land und nassen Oberflächen unterscheiden. Wasser reflektiert Licht anders als Boden oder Beton – ein Unterschied, den die Software hervorheben konnte. Die Forscher erstellten eine Karte, die genau zeigte, wohin sich das Wasser ausgebreitet hatte, wobei sie nicht nur den Fluss selbst identifizierten, sondern auch die tiefliegenden Straßen und Viertel, die überflutet worden waren. Sie legten dann diese Wasserkarte über eine digitale Karte der Gebäude der Stadt. Dies ermöglichte es ihnen, genau zu bestimmen, welche Strukturen direkt in der Flutzone lagen. In der Stadt Breslau identifizierten sie über 1.300 Gebäude, die potenziell gefährdet waren. Die Karte zeigte, dass die verwundbarsten Gebiete jene waren, die am nächsten am Fluss und in den tiefsten Teilen des Tals lagen. Dieser Prozess erforderte keinen einzigen Dollar an Softwaregebühren, lieferte jedoch ein klares Bild davon, wer in Gefahr war.

Die Herausforderung in Malaysia war völlig anders. In Batang Kali war die Katastrophe keine ausbreitende Wasserfläche, sondern ein gewaltsames Gleiten von Erde und Bäumen. Hier konnten die Forscher nicht einfach nach Wasser suchen. Stattdessen suchten sie nach dem Fehlen von Grün. Gesunde Wälder reflektieren eine bestimmte Art von Licht, die auf dichte, lebendige Vegetation hindeutet. Wenn ein Erdrutsch durch einen Hang reißt, reißt er die Bäume weg und legt den darunter liegenden nackten Boden frei. Diese Veränderung ist in Satellitenbildern als plötzlicher Abfall der „Grünheit“ der Landschaft sichtbar. Das Team verglich Bilder vor dem Erdrutsch mit solchen, die Monate später aufgenommen wurden. Sie fanden eine deutliche Narbe am Hang, an der die Vegetation verschwunden war. Durch die Messung des Unterschieds im Grünsignal konnten sie den Pfad des Erdrutsches vom oberen Teil des Hangs bis hinunter zum Campingplatz am Fuße des Berges nachverfolgen. Sie schätzten das Gebiet der Störung auf etwa 1,24 Quadratkilometer. Diese Karte zeigte nicht nur, wo der Rutsch begann, sondern auch, wohin die Trümmer transportiert wurden und wo sie schließlich zur Ruhe kamen, wodurch Teile des Vater's Organic Farm Campingplatzes verschüttet wurden.

Die Studie bestätigte, dass diese Open-Source-Methoden gut für beide Arten von Katastrophen funktionieren, hob jedoch auch wichtige Grenzen hervor. Der Ansatz ist deshalb so leistungsfähig, weil er schnell, kostengünstig und wiederholbar ist. Jeder mit einem Computer und einer Internetverbindung kann dieselbe Analyse durchführen. Dies macht ihn zu einem unschätzbaren Werkzeug für Universitäten, lokale Regierungen und Katastrophenschutzplaner, die eine Situation schnell verstehen müssen. Die Forscher wiesen jedoch vorsichtig darauf hin, dass diese Karten nicht perfekt sind. Im tropischen Klima Malaysias verdecken Wolken oft den Boden, und der Wald wächst so schnell nach, dass die Narbe des Erdrutsches innerhalb weniger Monate im Satellitenbild verblassen kann. In der Stadt Breslau können Schatten von hohen Gebäuden und die komplexe Mischung aus Dächern und Straßen den Computer manchmal verwirren, was es schwierig macht, genau zu bestimmen, wo das Wasser endet und das Land beginnt. Die erstellten Karten sind am besten als erster Blick zu verstehen, als eine vorläufige Bewertung, die Beamten zeigt, wo sie ihre Aufmerksamkeit richten sollten. Sie sind kein Ersatz für die detaillierten Untersuchungen vor Ort durch Ingenieure, die genau bestimmen, wie tief das Wasser ist oder wie stabil ein Hang sein könnte.

Letztendlich zeigt die Arbeit, dass das Verständnis natürlicher Katastrophen kein Monopol auf teure Technologie mehr erfordert. Durch die Kombination von kostenlosen Satellitendaten mit offener Software konnten Forscher in Polen und Malaysia klare, handlungsrelevante Karten zweier sehr unterschiedlicher Katastrophen erstellen. Die Flut in Breslau und der Erdrutsch in Batang Kali wurden mit derselben digitalen Logik analysiert, was beweist, dass die Methode flexibel genug ist, um sich an verschiedene Umgebungen anzupassen. Die Ergebnisse bieten einen praktischen Weg zur Unterstützung der Katastrophenvorsorge, indem sie helfen, verwundbare Gebäude und gefährliche Hänge zu identifizieren, bevor die nächste Krise eintritt. Obwohl diese Werkzeuge die Zukunft nicht vorhersagen oder die Notwendigkeit physischer Inspektionen ersetzen können, bieten sie einen transparenten und zugänglichen Weg, den Schaden während des Geschehens zu sehen und so rohe Daten in einen Leitfaden zur Lebensrettung und zur Planung einer sichereren Zukunft zu verwandeln.