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Untersuchungen von A. Preh und J.T. Sausgruber (2013, 2014)

6   Fallbeispiel Alpltal

6.3.2   Untersuchungen von A. Preh und J.T. Sausgruber (2013, 2014)

Abbildung 35: Luftaufnahme der Felsschneelawine, Tag der Aufnahme 23.04.2013 (Foto ATLR,  Bereich Landesgeologie, G. Heißel; www.zamg.ac.at)  

 

6.3.2 Untersuchungen von A. Preh und J.T. Sausgruber (2013, 2014) Durch  einfache  Distanzmessungen  mittels  Laser  wurde  die  Abbruchsmasse  auf  ca. 

75.000 m³ geschätzt. Die folgenden Berechnungen beziehen sich auf eine 16 prozentige  bzw. 33 prozentige Auflockerung der Abbruchsmasse, wodurch sich ein aufgelockertes  Abbruchsvolumen von 87.000 m³ bzw. 100.000 m³ ergibt. Diese Kubaturen wurden von  Preh  und  Sausgruber  (2014)  mit  Hilfe  der  Schichtdicke  des  auf  dem  Altschnee  abgelagerten  fragmentierten  Gesteins  ermittelt.  Die  durchschnittlichen  Ablagerungshöhen  wurden  mit  35  bzw.  40 cm  kartiert  und  entsprechend  in  der  Berechnung des Abbruchsvolumens berücksichtigt. Preh und Sausgruber interpretieren  den Prozess folgendermaßen: Während des Absturzes der Felsmasse geriet auch der  darunterliegende  Schnee  sukzessive  in  Bewegung.  Das  fragmentierte  Gestein  wurde  großteils „Huckepack“ auf einer mobilisierten Schneeschicht (Schneelawine) transportiert. 

Das totale mobilisierte Volumen bestehend aus Gestein und Fels betrug schätzungsweise  500.000 bis 620.000 m³, infolge der Abschätzung der durchschnittlichen Dicke der Fels‐

Schneelawine von 2,0 m. Die Fragmentierung  des Absturzmaterials  reicht  dabei  von  grobem Staub bis zu Blöcken mit einigen Kubikmetern Volumen. Der Schnee formte durch  die Bewegung gut definierte Wellen bzw. Dämme  und auch mehrere steil geneigte  Scherzonen (Abbildung 36).  

  Abbildung 36: Aufnahme vom unteren Drittel der Felsschneelawine; seitliche Dammaufschüttung  links, im Gegensatz zu deutlichen  Kratzspuren am rechten Rand (Foto von A. Reinstadler,  www.meinbezirk.at/telfs) 

 

Entlang der Krümmungen des Sturzpfades waren die Ablagerungen an den äußeren  Radien höher als an den inneren Radien. Durch diese Höhenunterschiede an den Rändern  lassen  sich  an  geeigneten  Stellen  die  Geschwindigkeiten  der  bewegten  Masse  rückrechnen. Höhere Geschwindigkeiten ergeben dabei größere Überhöhungen in den  Kurven.  Für  sieben  Abschnitte  des  Absturzpfades  stehen  rückgerechnete  Geschwindigkeitswerte nach Hungr et al. 1984 und Spreafico et al. 1996 zur Verfügung  (siehe Tabelle in Abbildung 37).  

Abbildung 37 beinhaltet auch eine graphische Darstellung der entsprechenden Verteilung  der  maximalen  Fließgeschwindigkeiten  des  gesamten  Absturzbereichs,  nach  A.  Preh  und J.T. Sausgruber (2014), simuliert mit DAN3D. Diese Berechnungen beruhen auf der  Annahme,  dass  das  Felssturzmaterial  Huckepack  (piggyback)  auf einer  mobilisierten  Schneeschicht transportiert wurde. Daher blieb für die Simulation eine eventuelle Erosion  entlang des Sturzpfades unberücksichtigt. Für die Berechnungen kam das Voellmy Modell  für den basalen Scherwiderstand der Gleitfläche, mit konstanten Werten von  0,1 für  den  Reibungskoeffizienten  und  500 m/s²  für  den  Turbulenzkoeffizienten,  zur  Anwendung. Im Weiteren wurde für das aufgelockerte Absturzmaterial eine Wichte von  25 kN/m³ angenommen. 

  Abbildung 37: Gebiete gleicher maximaler Geschwindigkeit, konstante Voellmy‐Rheologie mit 

0,1 und  500 (A. Preh und J.T. Sausgruber, 2014) 

 

6.3.3 Untersuchungen zum Einfluss der Materialmitnahme (Erosion) Die  errechneten  Geschwindigkeiten  (siehe  Abbildung  37)  und  die  Daten  aus  Feldbeobachtungen  (Kartierungen  des  Abbruchs  und  der  Ablagerungen)  waren  die  Grundlage  für  die  weiteren  Untersuchungen  zum  Einfluss  der  Materialerosion  (Materialmitnahme = Entrainment) auf den Sturzprozess. Diese Untersuchungen dienen  auch zur Überprüfung/Verifikation der von Preh und Sausgruber (2014) aufgestellten  Hypothese, dass das Felssturzmaterial Huckepack (piggyback) auf einer mobilisierten  Schneeschicht transportiert wurde. 

6.3.3.1 Die untersuchten Berechnungsvarianten

Die im Zuge dieser Diplomarbeit durchgeführten Simulationen berücksichtigen teilweise  den mobilisierten Schnee als Erosion entlang des Absturzpfades, um so dem Wachstum  der bewegten Masse gerecht zu werden. Bei Ausgangsvolumen von 87.000 m³ bzw. 

100.000 m³ und einer über die Ablagerungsfläche angenommenen Schneeschicht von  durchschnittlich 2,0 m werden dabei Ablagerungsvolumen von bis zu 500.000 m³ bzw. 

620.000 m³  erreicht.  Zum  einen erfolgten die Berechnungen bei einem  spezifischen  Gewicht  von  25 kN/m³  (ident  zu  A. Preh  und  J.T.  Sausgruber,  2014)  für  das 

Gesamtvolumen, zum anderen wurde eine verringerte Gesamtkubatur ermittelt, um die  geringe Dichte des Schnees zu berücksichtigen. 

Folgende Varianten wurden untersucht: 

1. Aufgelockertes Abbruchsvolumen von 87.000 m³, Ablagerungsvolumen abhängig  von der Fallunterscheidung 

2. Aufgelockertes Abbruchsvolumen von 100.000 m³, Ablagerungsvolumen abhängig  von der Fallunterscheidung 

Folgende Fälle ergeben sich für die Berechnung des Sturzprozesses 

a) Ohne Berücksichtigung von Erosion  

b) Materialzunahme  zufolge  Erosion  des  Altschnees,  Berechnung  eine  äquivalenten Felsvolumens 

c) Materialzunahme zufolge Erosion von Fels 

d) Materialzunahme  zufolge  Erosion  des  Altschnees,  Berechnung  eine  äquivalenten Felsvolumens, ohne Anpassung der Auslauflänge 

ad a):  Die  Berechnungen  im  Fall  a)  werden  ohne  Berücksichtigung  einer  Materialmitnahme  (Erosion)  entlang  des  Absturzpfades  für  beide  Varianten  des  Abbruchsvolumens durchgeführt. Diese Rückrechnungen, mit konstanter Absturzmasse,  beruhen also auf den gleichen Annahmen wie bei A. Preh und J.T. Sausgruber (2014).  

ad c): Die Berechnungen im Fall c) berücksichtigen die gesamte mobilisierte Schneemasse  mit  der  gleichen  Dichte  wie  sie  für  das  Felssturzmaterial  gilt.  Daher  betragen  die  Ablagerungsvolumen 500.000 m³ für Variante 1 und 620.000 m³ für Variante 2. 

ad b): Die Unterscheidung der Fälle b) und c) ist notwendig, da es im Programm DAN3D  nicht möglich ist, das erodierte Material mit einer anderen Wichte in den Berechnungen  zu berücksichtigen. Bei der großen Differenz zwischen den Wichten von Fels und von  Schnee ist daher eine Umrechnung der Kubatur des Schnees auf eine äquivalente Kubatur  mit  derselben  Wichte  wie  das  Absturzmaterial  sinnvoll.  Die  Umrechnungen  der  Ablagerungskubaturen  für  die  beiden  Varianten  ergeben  sich  bei  einer  Dichte  von  400 kg/m³ für kompakten Schnee wie folgt:  

Variante 1:  87.000 500.000 87.000

2500 ∗ 400 153.080  m³  [ 6.1 ] 

Variante 2:  100.000 620.000 100.000

2500 ∗ 400 183.200  m³  [ 6.2 ]  ad d): Diese Berechnungen basieren auf den gleichen Ablagerungskubaturen wie im Fall  c). Der Unterschied zwischen diesen Fällen besteht nur darin, dass in diesem Fall bei der 

Wahl der Voellmy‐Parameter keine Rücksicht auf die reale Auslauflänge genommen wird. 

Dadurch entstehen größere Ablagerungsvolumen als bei Fall c) (mehr dazu in Kapitel 6.4). 

Zusammenfassend zeigt Tabelle 6 welche Absturz‐ und Ablagerungsvolumen sich für die  beiden Varianten mit jeweils vier Fallunterscheidungen ergeben. 

Tabelle 6: Zusammenfassung der Anfangs‐ und Endvolumen aller Berechnungsvarianten 

 

6.3.3.2 Berechnung der Erosionsraten

Für die Ermittlung der Erosionsraten wurde eine gleichmäßige Erosion über die gesamte  Auslauflänge des Sturzpfades angenommen. Die durchschnittlichen Wachstumsraten von 

 errechneten sich mittels Gleichung [ 5.2 ] für die verschiedenen Varianten wie folgt: 

Tabelle 7: Enthält alle Werte die für die Berechnung der einzelnen Erosionsraten  für die  unterschiedlichen Varianten erforderlich sind. 

 

 … durchschnittliche Wachstumsrate 

 … geschätztes Eingangsvolumen in die Zone [m³] 

 … geschätztes Ausgangsvolumen aus der Zone [m³] 

̅ … ungefähre Pfadlänge der Zone [m] 

Da für die verschiedenen Varianten, das Anfangs‐ und Endvolumen gegeben ist, erfolgte  die Kalibrierung aufgrund der Pfadlänge der Erosion  ̅. Da sich diese Länge auf das  Zentrum der Masse bezieht, und eine gleichmäßige Ablagerung sowie Erosion entlang des  gesamten Sturzpfades angenommen wurde, ergeben sich für  ̅ Werte von ca. der Hälfte  der Auslauflänge (2,6 km).