Lawinen

Abstract

 Durch die Veränderungen der Bewirtschaftung der Speicherseen Limberg und Mooserboden Kaprun hat eine Gefährdung der Speicher durch über schwappende Wellen aus eintauchenden Lawinen zunehmende Bedeutung gewonnen. Eine Untersuchung solcher Ereignisse mittels SamosAt [2] sollte wesentliche Zusammenhänge der bereits aufgezeichneten Lawinenabgänge und ihrer Ursachen aufklären und damit eine Abschätzung ihrer Mächtigkeiten für die Zukunft möglich machen. Eine Abschätzung der Limberg-Grabenlawine ist aufgrund ihrer Mächtigkeit und Nähe zur Talsperre von großer Bedeutung. Sie wird aus den Beobachtungen der Lawinenerfassungen als Runsenlawine eingestuft. Die Abschätzungen der Mächtigkeiten erfolgt aus den gemessenen 100 jährlichen 3-Tages Schneehöhendifferenzen, die hier im Anbruchgebiet der Lawine etwa um 1.50 m liegen dürfte. Eine Abschätzung der Mächtigkeit bedarf auch einer Einschätzung des Entraintments der Lawinenmassen (Rückhaltung). Alleine dieser Umstand hat sich auch in den durchgeführten Untersuchungen des BFW [8] als schwierig erwiesen. Diese Untersuchungen sollen hier durch die Betrachtungen mit Flow_R [7] ergänzt werden. Es war mir wichtig Untersuchungen mit nicht kommerziellen Produkten durchzuführen, da die gesamte theoretische Entwicklung dieser Software auf Hochschulbasis erfolgt ist. Es ist auch mit der Hochschul-Software eine gute und umfassende Beurteilung möglich.

Vergleich der Analyse-Methoden

Programmsystem SamosAT der AVL

Das Lawinensimulationsprogramm SamosAT (Snow Avalanche Modelling and Simulation - Advanced Technologies) [2] beruht auf den Flachwassergleichungen, die für die Form von “Debris Flows” für Staublawinen und Feststofflawinen angepasst wurde. Dieses System ist entstanden im Auftrag des des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (BMLFUW) in Kooperation mit dem Forsttechnischen Dienst der Wildbach- und Lawinenverbauung (WLV) und dem Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft (BFW), und wurde von der Firma AVL in Graz entwickelt. Es ist sehr ähnlich dem Produkt RAMMS [1] welches ebenfalls ein kommerzielles Produkt darstellt. Vergleiche finden sich in der entsprechenden Literatur. SamosAT ist jedoch auf Basis von Staublawinen entwickelt worden und kann durch Umparametrisierung an Feststofflawinen angepasst werden. Die bekannte Literatur lässt jedoch schließen, dass für RAMMS für die Berechnung von Feststofflawinen weitaus größere Erfahrung gegeben ist. Jedoch muss betont werden, dass die Geländegegebenheiten einen enormen Einfluss auf die Parameter der Analyse haben und somit eine grosse Abhängigkeit von den Parametern besteht. Einzig gesicherte Anhaltspunkte für die Beurteilung von Lawinen bringen beobachtete Lawinenabgänge in den zu untersuchenden Bereichen.
Einer Beurteilung wie sie in Flow-R [7] stattfindet mit einfachen Ausbreitungs- und Energieformeln zur Unterstützung von Beobachtungen aus Befliegungen und Begehungen mit Lawinensondierungen erscheint mir derzeit daher das vertrauenswürdigste Vorhersagemittel. Die Theorie alleine hat aus der Summe der dokumentierten Erfahrungen nur unterstützende Bedeutung.

Programmsystem Flow-R

Hier werden einfache Sturzvorgänge und ihre Ausbreitung, wie sie vielfach in der Natur beobachtet wurden, mit energetischen Betrachtungen gekoppelt und mit den Mitteln von GIS-Systemen ausgewertet.
Betrachtet wird eine Sturzmasse, die durch ihre Lage eine entsprechende Energie besitzt. Diese wird entlang ihres Talweges abgebaut.

Einfache Betrachtungen gehen von einer “Runout-Distance” Bestimmung mit Hilfe einer einfachen Winkelbeziehung aus. Für einzelne fallende oder rutschende Blockbereiche wird noch ein bestimmter Streuwinkel angenommen und diese werden im 2D DEM-Modell aufsummiert. Leider existieren dabei Abhängigkeiten von der Netzgröße.

Die Erstbeurteilung der Geländegegebenheiten erfolgt mit einer Identifikation der Geländeverhältnisse die zwischen 25° und 60° liegt (siehe Bild 5, 8). Schnee der flacher liegt bricht nicht spontan ab und Hangbereiche über 60° entlasten sich ständig durch kleinere Schneerutsche. Die Wölbung des Geländes wurde bei diesen Einfachen Betrachtungen in Flow_R nicht einbezogen, da die Geländeaufnahme mit der Auflösung von 10m dies nur ungenügend ermöglicht hat. Um das Aufweiten der Lawine zu erfassen wird ein Spreizalgorithmus eingeführt. Dieser beschreibt den Vorgang mittels Gewichtsfunktionen. Diese Vorbeurteilungen oder Gefährdungsabschätzungen sind z.B. im Programmsystem FLOW-R mittels verschiedenen Parametern durchführbar.

Um diese “Hazard”-Betrachtungen zusammenzufassen sind folgende vorbereitende Analysen  angebracht:

• Feststellung der Auslöser-Bereiche ( geologische , morphologische, hydrologische Kriterien)
•   Spreading-Algorithmus. Probabilistische und energetische Annäherung für das GIS System
• Gewichtung des “Spreadings” wie Gamma 2000 von Flow-R
• Weitere Bedingungen:
  -- Max. Runout-Winkel von der Spitze des “Release”-Bereiches
  -- Max. Geschwindigkeit der fließenden Massen aus Beobachtungen oder aus der Literatur

Ergebnisse werden nachfolgend  im linken Bild gezeigt, wobei noch die Gefährdungsklassen in Rot eingetragen sind.

Durchführung der Berechnung

Für die Berechnungsdurchführungen wurden die Daten aus SAGIS verwendet. Die Auslöse-Bereiche wurden aus dem Gefährdungsbeurteilungen entnommen und grob angenähert. Dies wurde als Vergleich zu den Annahmen der AVL angesehen.Die Schneemassen wurden aus einer 3-Tage Schneehöehen-Differenz ermittelt.

Vergleichend wird nachfolgen eine Untersuchung von “Sailer” mit “Samos_AT” der AVL in Graz angeführt.

Die Untersuchungen mit GERRIS-Modul von Promper für die Limberggraben-Lawine lieferte folgende Ergebnisse:

Die Ramms Analyse ergab nachfolgende 3D Bilder:

Bei dieser Untersuchung wurden die Parameter der Untersuchung mittels RAMMS angepasst, um einen Vergleich durchführen zu können. Die nachfolgenden Bilder zeigen eine weitere vergleichende-Berechnung von der Wattener Lizum. Links die Berechnung mit GERRIS und rechts mit RAMMS.

Die betrachtete Lawine für den Vergleich in der Wattener Lizum wurde auch Vermessen und bietet die Grundlage für Analysen (Links: Vermessung Rechts: Berechnungsvergleich mit SamosAT der AVL Graz):

References:

[1] Ramms avalanche modul. Technical report, WSL Institute for Snow and Avalanche Research
     SLF and the Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research WSL.
[2] G. B. Crosta and F. Agliardihorton. A methodology for physically based rockfall hazard assess-
     ment; Universiti degli Studi di Milano-Bicocca, Piazza della Scienza, 4, I-20126 Milano, Italya.
   Natural Hazards and Earth System Sciences;, 3:407–422, 2003.
[3] S. Mitran D. S. Bale, R. J. LeVeque and J. A. Rossmanith. Clawpack ; conservation laws
   package. Technical report, R. J. LeVeque, M. J. Berger, et. al., Clawpack Software 4.6.3 ,
   www.clawpack.org„ 2011.
[4] Google. Google-maps. Karten des Systems Google.
[5] AVL GRAZ. Samosat. Technical report, AVL List GmbH, Austria.
[6] Naturgefahren und Landschaft Innsbruck Paul Dobesberger, Institut für Naturgefahren
     und WaldgrenzregionenBundesforschungs-und Ausbildungszentrum für Wald. Limberg III
     Lawinensimulation. Simulation von Lawinen im Bereich der Speicherseen Wasserfallboden und
   Mooserboden der Kraftwerksgruppe Kaprun. page 43, 2011.
[7] P.Horton, M.Jaboyedoff, B.Rudas, and M.Zimmermann. Flow-r, a model for sus-
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     Natural Hazards and Earth System Sciences, pages 869–885, 2013.
[8] Stephane Popinet. Gerris flow solver, gpl license. Technical report, NIWA (National Institute of
     Water and Atmospheric research, Institut Jean le Rond d’Alembert), 2012.
[9] R. Rudolf Sailer and Andreas Schaffhauser. Lawinensimulationsmodelle im Risiko- und Krisen-
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[10] SAGIS. Sagis. SAGIS Salzburger Geographisches Informationssystem, ALS Befliegungen 2009.
[11] Rudolf Sailer, Reinhard Fromm and Philipp Jörg, Andreas Schaffhauser, and Wolfgang Fellin Pe-
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     Global, Change and Ecosystems,page 27, 2008.
[12] B. Turnbull and J.N. Mcelwaine. A comparison of powder-snow avalanches at Vallee de la Sionne,
       Switzerland, with plume theories. Journal of Glaciology, 53, 2007.