PROTECT Bio Phase-II Fallbeispiel 3
Entwicklung, Test und Diskussion einer Methode zur Beurteilung der Zuverlässig- keit und der Wirksamkeit von Schutzwäldern hinsichtlich der Prozesse Hochwasser
und Murgang in waldbrandgefährdeten Wäldern
Im Auftrag des BAFU M. Delucchi
Mai 2012
a te li e r p a e sa g g io b o sc o l e g n o m a rc o d e lu cc h i, i n g . fo re sta le S P F w w w .d e lu cc h i. ch
marco.delucchi@ticino.com / +41 78 735 13 262
INHALTSVERZEICHNIS Seite
1. Ausgangslage, Problematik und Zielsetzung des Projektes ... 3
2. Untersuchungsgebiet ... 5
2.1 Perimeter ... 5
2.2 Geologie und Geomorphologie ... 5
2.3 Bodentypen ... 6
2.4 Klimatische Verhältnisse ... 7
2.5 Gefahrenpotential ... 8
2.6 Schadenpotential ... 10
2.7 Schutzmassnahmen ... 11
3. Wirkungen des Feuers ... 14
3.1 Branddisposition und Feuerdynamik ... 14
3.2 Prozesse im Wasserhaushalt ... 15
3.3 Bodenerosion ... 17
3.4 Störung durch Waldbrand und gravitative Prozesse ... 19
3.5 Zusammenfassung ... 22
4. Grobbeurteilung Wasser im Einzugsgebiet Buffaga ... 23
4.1 Inhalt und Grundlagen ... 23
4.2 Diskussion der Grobbeurteilung für ein Einzugsgebiet mit Störung durch Waldbrand 23 4.3 Angepasste Grobbeurteilung Schutzwald mit Störung durch Waldbrand – Wasser ... 24
4.4 Grobbeurteilung Fallbeispiel (Einzugsgebiet des Riale Buffaga) ... 25
5. Diskussion der Dauerhaftigkeit im Schutzwald mit Störung durch Waldbrand ... 27
5.1 Tragsicherheit ... 27
5.2 Gebrauchstauglichkeit ... 28
5.3 Dauerhaftigkeit ... 29
6. Integrales Risikomanagement ... 31
6.1 Prävention ... 31
6.2 Bewältigung ... 33
LITERATURVERZEICHNIS ... 35 ANHANG Plan 1:4'000, Standortkarte im Einzugsgebiet des Riale Buffaga
Plan 1:4'000, Geschiebepotential Riale Buffaga
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1. Ausgangslage, Problematik und Zielsetzung des Projektes
Schutzwald ist als biologische Massnahme Teil des integralen Risikomanagements (PLANAT, Planat Reihe 1/2004). Im Rahmen des Risikomanagements ist es bei technischen Schutzmassnahmen seit einiger Zeit üblich, deren Wirksamkeit bezüglich Risikoreduktion zu quantifizieren und daraus de- ren Nutzen abzuleiten und bei Massnahmenplanungen diesen Nutzen den Kosten gegenüberzu- stellen (Kosten-Wirksamkeit). Weil der Schutzwald als grossflächiges Landschaftselement die Na- turgefahrenprozesse mannigfaltig beeinflusst, ist es zwingend, dass er auch Teil des integralen Ri- sikomanagements in der Schweiz ist und bei der Gefahrenbeurteilung angemessen berücksichtigt wird. Bisher liegen aber keine etablierten Methoden zur quantitativen Durchführung entspre- chender Analysen vor. Aus diesem Grund will das Bundesamt für Umwelt (BAFU) die biologischen Schutzmassnahmen so aufarbeiten und darstellen, dass ihre Wirkung gemäss dem aktuellen Stand der Methoden ermittelt und mit denjenigen anderer Schutzmassnahmen verglichen werden kann.
2008/2009 wurde im Rahmen eines Projektes (PROTECT-Bio Phase 1) geprüft, ob die Grundlagen und Vorgehensweisen des PLANAT Projektes A3 "Wirkung von Schutzmassnahmen" (PROTECT) grundsätzlich auch zur Beurteilung von Schutzwäldern verwendet werden kann. Diese erste Phase wurde mit einem Bericht abgeschlossen und es zeigt sich, dass sowohl eine Übertragung der Grundsätze als auch der Verfahren aus PROTECT möglich ist. Weiter wurden im Rahmen der Phase 1 auch erste Vorschläge zur Grobbeurteilung von Schutzwäldern erarbeitet und aufgezeigt, an- hand welcher Leitlinien die Massnahmen- und die Wirkungsbeurteilung erfolgen könnte.
In einem weiteren Schritt (PROTECT-Bio Phase 2), sollen die Vorschläge aus Phase 1 an konkreten Fallbeispielen geprüft, ergänzt und in eine praxistaugliche Form überführt werden (Testversionen).
Es ist geplant, dass fünf Fallbeispiele durch fünf verschiedene Büros bearbeitet werden, wobei je- des Beispiel jeweils auf den Erfahrungen und den Erkenntnissen der bereits bearbeiteten Beispiele aufbaut.
Zwei Fallbeispiele sind bereits abgeschlossen (Fallbeispiel 1: Grobbeurteilung potentieller Lawi- nenschutzwälder; Fallbeispiel 2: Beurteilung der Zuverlässigkeit des Schutzwaldes bei Rutschun- gen) beide Schlussberichte liegen vor. Gegenstand des vorliegenden Berichtes ist das dritte Fall- beispiel zur Wirkungsbeurteilung von brandgefährdeten Schutzwäldern gegenüber Murgängen im Kanton Tessin. Die Fragestellung und die Zielsetzung für dieses Beispiel wurden im Juni 2010 erar- beitet. Das vierte Fallbeispiel befasst sich mit Wirkungsbeurteilung von Steinschlagschutzwäldern und im fünften Fallbeispiel werden die Massnahmen- und die Wirkungsbeurteilung des Waldes und der Waldbewirtschaftung auf das Hochwassergeschehen in kleinen bis mittleren Einzugsge- bieten untersucht.
Auftrag und Leistungsbeschrieb
Weil in Folge von Waldbränden insbesondere das Infiltrationsvermögen von Waldstandorten be- einflusst wird, soll zuerst eine Typisierung wichtiger waldbrandgefährdeter Standorttypen ver- sucht werden und schliesslich soll auch die Dauerhaftigkeit brandgefährdeter Wälder diskutiert werden.
Der Auftrag besteh darin, die Zuverlässigkeit und die Wirksamkeit von Schutzwäldern mit Störung durch Waldbrand hinsichtlich der Prozesse Hochwasser und Murgang anhand des Fallbeispiels
„Riale Buffaga“ in der Gemeinde Ronco s. Ascona (TI) zu beurteilen. Der Rahmen für die Beurtei- lung ist durch die Grundsätze und das Vorgehen von PROTECT (PLANAT 2008) und durch die Me-
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thodik zur Beurteilung der Wirkung biologischer Schutzmassnahmen PROTECT- Bio (BAFU 2009) vorgegeben. Die Bearbeiter stützen sich auf die Erfahrungen und die Ergebnisse der Untersuchun- gen die nach dem Waldbrand vom März 1997 in diesem Gebiet gemacht worden sind (Marco Co- nedera et. al., 2003).
Teilaufträge
Der Auftrag wird in drei Teile gegliedert, wobei mit dem dritten Teil erst begonnen wird, wenn die dafür erforderlichen methodischen Grundlagen aus Fallbeispiel Nr. 5 vorliegen:
a) Typisieren der wichtigsten Standorttypen im Einzugsgebiet des „Riale Buffaga“ hinsichtlich ih- res Wasserhaushaltes und typisieren der Gerinne Einhänge hinsichtlich ihrer Rutschgefähr- dung.
b) Standortkundliche Kartierung der Waldfläche und Kartierung der Rutschgefährdung der Ge- rinneeinhänge des Perimeters „Riale Buffaga“. Diskussion der Dauerhaftigkeit von Wäldern mit Störung durch Waldbrand unter Berücksichtigung der Regeneration und der walbaulichen Einflussmöglichkeiten.
c) Beurteilen und Darstellen der Zuverlässigkeit (Massnahmenbeurteilung) und der Wirkung des Waldes im ganzen Einzugsgebiet des „Riale Buffaga“ hinsichtlich Hochwasser und Murgang.
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2. Untersuchungsgebiet 2.1 Perimeter
Abb. 1: Perimeter des Einzugsgebietes des Riale Buffaga (Foto: @elier 2011)
Der Riale Buffaga liegt auf dem Gemeindegebiet von Ronco sopra Ascona, Kanton Tessin. Das Ein- zugsgebiet des Riale Buffaga beträgt 0,47 km2 (47 ha) und ist somit verhältnismässig klein. Mit über 1'000 m Höhenunterschied zwischen dem tiefsten (192 m.ü.M. Lago Maggiore) und dem höchsten Punkt (1374 m.ü.M. oberhalb Alpe Casone) weist es eine durchschnittliche Hangneigung von 62% auf. Die Exposition reicht von E bis S im Bereich des Gerinnes, die meisten Hänge sind aber nach SE gerichtet. Das Valle della Buffaga stellt den grössten Einschnitt auf dem Gemeindge- biet von Ronco dar. Es ist gekennzeichnet durch sehr steile und enge Abschnitte, welche durch fla- chere und mit Vegetation bewachsene Partien abgelöst werden. Die einst vorhandenen Quellen sind versiegt und der Riale Buffaga ist im Normalzustand trocken. Trotz des relativ kleinen Ein- zugsgebietes können im grosszügigen Gerinne erhebliche Mengen Wasser und Geschiebe abflies- sen.
2.2 Geologie und Geomorphologie
Das Einzugsgebiet des Riale Buffaga ist gekennzeichnet durch Felspartien, welche aus Amphibolite mit Übergängen in Diorite und hornblendereichen Gneisen bestehen (1). Diese letztere sind mäs- sig bis stark verwittert und weisen zum Teil stark zerklüftete Oberflächen auf, die durch physikali- sche und durch chemische Einwirkungen entstanden sind. Aus diesen Felspartien lösen sich Bro- cken mit einem Volumen von 0,1 und 0,5 m3 und einer maximalen Energie von 500 kJ (1).
Ferner finden wir in diesem Einzugsgebiet Felspartien, die mit einer dünnen Moränenschicht überdeckt sind, deren Mächtigkeit bis maximal 1 m beträgt.
47 ha
698'000
698'000
698'500
698'500
699'000
699'000
699'500
699'500
110'500 110'500
111'000 111'000
111'500 111'500
112'000 112'000
Legenda
bacino imbrifero
Abbildung 2: Geologische und geomorfologis
Oberhalb der Felsbänder und im überwiegenden Teil des Einzugsgebietes findet man Moräne lagerungen mit einer heterogenen Granulometrie, welche dem Typ GW
Boden enthält auch grössere Blöcke über 1 m
Unterhalb der Felsbänder, im Hauptgerinne und in den Hangeinschnitten lagern sich Kies, Steine und Blöcke ab, welche sich aus den Felsbändern lösen. Die Verteilung dieses Materials ist sehr h terogen und hängt im wesentlich vom Felstyp und dessen Zustand ab.
2.3 Bodentypen
Peter Marxer (2) beschreibt in seiner Dissertation den Bodentyp im Einzugsgebiet des ga als humusreicher Ranker mit folgenden Merkmalen:
6
Abbildung 2: Geologische und geomorfologische Karte, Dr. Baumer SA 2008 (9)
Oberhalb der Felsbänder und im überwiegenden Teil des Einzugsgebietes findet man Moräne einer heterogenen Granulometrie, welche dem Typ GW – GM entspricht. Dieser Boden enthält auch grössere Blöcke über 1 m3 und Findlinge.
Unterhalb der Felsbänder, im Hauptgerinne und in den Hangeinschnitten lagern sich Kies, Steine ab, welche sich aus den Felsbändern lösen. Die Verteilung dieses Materials ist sehr h terogen und hängt im wesentlich vom Felstyp und dessen Zustand ab.
Peter Marxer (2) beschreibt in seiner Dissertation den Bodentyp im Einzugsgebiet des mit folgenden Merkmalen:
Oberhalb der Felsbänder und im überwiegenden Teil des Einzugsgebietes findet man Moränenab- GM entspricht. Dieser
Unterhalb der Felsbänder, im Hauptgerinne und in den Hangeinschnitten lagern sich Kies, Steine ab, welche sich aus den Felsbändern lösen. Die Verteilung dieses Materials ist sehr he-
Peter Marxer (2) beschreibt in seiner Dissertation den Bodentyp im Einzugsgebiet des Riale Buffa-
Abbildung 3: Typisches Bodenprofil des Hanges oberhalb Ronco s/Ascona, aufgenommen von P. Marxer 1997 (2)
Der Boden ist in der Regel durch mächtige, humusreiche, dunkelbraun bis schwarz gefärbte Min ralerdehorizonte gekennzeichnet, die im trockenen Zustand äusserst
der Regel weist der Waldboden ein mehr oder weniger gut ausgebildetes zeln, welches eine gewisse Speicherkapazität aufweist und einen gewissen bewirkt. Der Skelettanteil des Bodens nimmt von oben nach unten zu nahme des Ah-Horizontes, beträgt überall mehr als
maximal 15,3% und im Unterboden durchwegs weniger als 4% (2).
gen im Oberboden bei 67,9% und sinken auf Werte von 51,5% im Unterboden. Dieser hohe Pore volumenanteil erlaubt eine gute Dur
Merkmalen in den untersten Horizonten. Der Boden im untersuchten Gebiet weist verhältnismä sig viele Würmer auf. Die Korngrössenzusammensetzung des Oberbodens deutet auf schluffige und lehmige Sande hin, vereinzelt auch sandige Lehme.
Der pH-Wert beträgt im Oberboden 3,75 (pH CaCl
Gemäss Bodeneignungskarte der Schweiz 1:200'000, Blatt 4, handelt es sich im Einzugsgebiet des Riale Buffaga um die Einheit V5: alpine, kristalline Berglandschaft (Granit, Orthogneis), südexp niert, >35% Hangneigung, sehr flachgründig, extrem skelettreich, sehr geringes Wasserspeiche vermögen, sehr geringes Nährstoffspeichervermögen, übermässige Wasserdurchlässigkeit, geringe forstwirtschaftliche Produktion.
2.4 Klimatische Verhältnisse
Das Klima rund um die grossen voralpinen Seen der Alpensüdseite wird als Dieser Begriff wird auch im Zusammenhang mit der Vegetation
nung der insubrischen Linie verwendet.
te auf die europäische stösst, verläuft mitten durch das Projektgebiet nämlich dort, wo sich die Bänder aus Amphiboliten befinden (Kote ca. 700 m.ü.M.)
gebiet sind trockene, sonnige Winter mit häufigen Nordföhnperioden (hinter der Kaltfront), gel gentlich aber auch kräftigem Schneefall oder Regen (Kaltfront mit Luftstrom aus SW), reichlich und
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Typisches Bodenprofil des Hanges oberhalb Ronco s/Ascona, aufgenommen von P. Marxer 1997 (2)
Der Boden ist in der Regel durch mächtige, humusreiche, dunkelbraun bis schwarz gefärbte Min ralerdehorizonte gekennzeichnet, die im trockenen Zustand äusserst schwer benetzbar
der Regel weist der Waldboden ein mehr oder weniger gut ausgebildetes Geflecht von Feinwu zeln, welches eine gewisse Speicherkapazität aufweist und einen gewissen Erosionswider
Der Skelettanteil des Bodens nimmt von oben nach unten zu. Der Sandanteil, mit Au s, beträgt überall mehr als 50%, die Tonanteile betragen im Oberboden maximal 15,3% und im Unterboden durchwegs weniger als 4% (2). Die Porenvolumenanteile gen im Oberboden bei 67,9% und sinken auf Werte von 51,5% im Unterboden. Dieser hohe Pore
gute Durchlüftung und führt zu ganz wenigen, hangwasserbedingten Merkmalen in den untersten Horizonten. Der Boden im untersuchten Gebiet weist verhältnismä
Die Korngrössenzusammensetzung des Oberbodens deutet auf schluffige hin, vereinzelt auch sandige Lehme.
beträgt im Oberboden 3,75 (pH CaCl2) und steigt mit zunehmender Tiefe auf 4,83.
Gemäss Bodeneignungskarte der Schweiz 1:200'000, Blatt 4, handelt es sich im Einzugsgebiet des V5: alpine, kristalline Berglandschaft (Granit, Orthogneis), südexp niert, >35% Hangneigung, sehr flachgründig, extrem skelettreich, sehr geringes Wasserspeiche vermögen, sehr geringes Nährstoffspeichervermögen, übermässige Wasserdurchlässigkeit, geringe
Das Klima rund um die grossen voralpinen Seen der Alpensüdseite wird als insubrisch
Dieser Begriff wird auch im Zusammenhang mit der Vegetation um die Seen sowie in der Bezeic nung der insubrischen Linie verwendet. Die insubrische Linie, wo die afrikanische Kontinentalpla
, verläuft mitten durch das Projektgebiet nämlich dort, wo sich die Bänder aus Amphiboliten befinden (Kote ca. 700 m.ü.M.). Charakteristisch für das Untersuchung gebiet sind trockene, sonnige Winter mit häufigen Nordföhnperioden (hinter der Kaltfront), gel gentlich aber auch kräftigem Schneefall oder Regen (Kaltfront mit Luftstrom aus SW), reichlich und
Typisches Bodenprofil des Hanges oberhalb Ronco s/Ascona, aufgenommen von P. Marxer 1997 (2)
Der Boden ist in der Regel durch mächtige, humusreiche, dunkelbraun bis schwarz gefärbte Mine- schwer benetzbar sind. In
Geflecht von Feinwur- Erosionswiderstand . Der Sandanteil, mit Aus- die Tonanteile betragen im Oberboden
Porenvolumenanteile lie- gen im Oberboden bei 67,9% und sinken auf Werte von 51,5% im Unterboden. Dieser hohe Poren-
und führt zu ganz wenigen, hangwasserbedingten Merkmalen in den untersten Horizonten. Der Boden im untersuchten Gebiet weist verhältnismäs-
Die Korngrössenzusammensetzung des Oberbodens deutet auf schluffige
) und steigt mit zunehmender Tiefe auf 4,83.
Gemäss Bodeneignungskarte der Schweiz 1:200'000, Blatt 4, handelt es sich im Einzugsgebiet des V5: alpine, kristalline Berglandschaft (Granit, Orthogneis), südexpo- niert, >35% Hangneigung, sehr flachgründig, extrem skelettreich, sehr geringes Wasserspeicher- vermögen, sehr geringes Nährstoffspeichervermögen, übermässige Wasserdurchlässigkeit, geringe
insubrisch bezeichnet.
um die Seen sowie in der Bezeich- Die insubrische Linie, wo die afrikanische Kontinentalplat- , verläuft mitten durch das Projektgebiet nämlich dort, wo sich die
teristisch für das Untersuchungs- gebiet sind trockene, sonnige Winter mit häufigen Nordföhnperioden (hinter der Kaltfront), gele- gentlich aber auch kräftigem Schneefall oder Regen (Kaltfront mit Luftstrom aus SW), reichlich und
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oft langanhaltende Niederschalgsperioden im Frühling und Herbst sowie sonnige Sommer mit grosser Gewittertätigkeit (3).
Die mittleren Jahresniederschläge für die Periode 1961 bis 2000 betragen für das Einzugsgebiet – gemessen in der Wetterstation Locarno-Monti – 1847 mm (3). Es wurden hier zwischen 1900 und 2000 16 Trockenperioden mit >60 Tage und <10 mm Niederschlag gemessen, und zwar immer zwischen November und März. In dieser Periode gilt dann auch der Wald als besonders brandge- fährdet. In den übrigen Monaten treten Niederschlagsintensitäten von >30 mm pro 10 Minuten und >70 mm pro Stunde häufig auf. Im Anhang sind die Statistiken von MeteoSchweiz für die Sta- tion Locarno-Monti aufgeführt (17). Die häufigste Art von Starkniederschlag auf der Alpensüdseite ist Starkregen vom Typ Hauptniederschlag mit intensiven Vor- und Nachregen.
2.5 Gefahrenpotential
Das Einzugsgebiet der Riale Buffaga ist in den letzten 15 Jahre durch folgende Untersuchungen dokumentiert:
1. Studio di geologia Dr. Baumer, Zone esposte al rischio geologico e idrologico, Rapporto Nr.
9506-01, giugno 1995 (19)
2. SUPSI, Istituto scienze della terra, Riale Buffaga: episodio alluvionale del 28.08.1997, Lo- renza Re, ottobre 1997 (5)
3. Dr. Baumer SA Geologi consulenti, Valle Buffaga esame geomorfologico, Rapproto Nr.
9812.01, agosto 1998 (20)
4. Anastasi SA Ingegneria, Sistemazione idraulica Riale Buffaga, Studio idrologico, Rapprto Nr.
9730.11-R-1, novembre 1998 (21)
5. Dr. Baumer SA Geologi consulenti, Aggiornamento del piano delle zone di pericolo: feno- meni di crollo, di alluvionamento e di trasporto di massa nei riali, Rapporto Nr. 10555.01, aprile 2008 (9)
Bis zum Jahr 1997 sind wenige Murgänge im Riale Buffaga bekannt (19): um 1900 wurde im unte- ren Bereich eine Fussgängerbrücke weggerissen und in den 60er und 80er Jahren sind kleinere Murgänge aufgezeichnet, welche aber keine nennenswerte Schäden verursachten. Das Gerinne enthielt demnach zum Zeitpunkt des Murganges im 1997 grosse Mengen von murfähigem Materi- al.
Der Riale Buffaga ist normalerweise trocken und führt nur bei lang anhaltenden oder starken Nie- derschlägen Wasser. Wie aus den geologischen Aufnahmen von Dr. Baumer SA (9) hervorgeht, sind das Gerinne und die Einhänge durch abwechselnde stabile und unstabile Abschnitte gekenn- zeichnet. Die stabileren Partien entsprechen den Abschnitten, wo das Gerinne auf Fels verläuft, insbesondere auf Amphiboliten. In den Moräne-Abschnitten gibt es vor allem im Böschungsbe- reich viel murfähiges Material.
9
Die folgende Tabelle gibt Aufschluss über die potentielle Feststofflieferung im Jahr 2008 (9):
Länge Ge-
rinne (m) Kote m.ü.M.
Länge Ge- rinne (m)
Murfähiges Geschiebe-Volumen (m3)
Gerinne Böschung Total 2’300
450 1’450 950 500 1’450
370 400 200 200 400
200 450 250 200 450
TOTAL 2’300
Tabelle 1: murfähiges Geschiebe-Volumen im Riale Buffaga, Beurteilung 2008 durch Dr. Baumer SA (9)
Bei einer erneuten Überprüfung des murfähigen Volumens nach dem Brand von 2007 nennt der Bericht von Dr. Baumer SA (9) 2'600 m3 als Richtgrösse. Die Aufnahme des mobilisierbaren Mate- rials im Gerinne und in den Böschungen im Winter 2011/2012 hat folgende Werte ergeben (vgl.
dazu auch Karte 1:4'000, Geschiebepotential im Riale Buffaga, im Anhang):
Tabelle 2: aktualisiertes murfähige Geschiebe-Volumen im Riale Buffaga
Gerinne- Länge min. max. min. max. TOTALmin. TOTALmax.
abschnitt Kote (m) m3/m1 m3/m1 m3 m3 (m3) (m3)
1A 1050
2Arme 990 150 0.5 1.5 75.00 225.00 960
920 50 1.5 3 75.00 150.00
920
800 160 2 3.5 320.00 560.00 800
700 150 0.5 1.5 75.00 225.00 545.00 1'160.00
1B 1080
1025 60 0.5 1 30.00 60.00
1000
950 70 0.5 1.5 35.00 105.00 930
850 120 0.5 1.5 60.00 180.00 125.00 345.00
1C 1000
2Arme 930 100 0.5 1.5 50.00 150.00 920
865 65 0.5 1.5 32.50 97.50 830
790 40 0.5 1.5 20.00 60.00 790
720 100 2 3 200.00 300.00
850
820 45 0.5 1 22.50 45.00
800
735 90 2 3.5 180.00 315.00 505.00 967.50
2 700
650 80 1 2.5 80.00 200.00
650
595 65 1.5 3 97.50 195.00
595
530 90 0.5 1.5 45.00 135.00 530
510 30 2 3 60.00 90.00 282.50 620.00
TOTAL1+2 1'457.50 3'092.50
3 440
380 130 1.5 2 195.00 260.00 195.00 260.00
TOTAL1+2+3 1'652.50 3'352.50
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Die Aufnahmen des Winters 2011/2012 haben im Wesentlichen die Zahlen von Baumer (9) bestä- tigt. Im schlimmsten Fall stehen – wie 1997 – 3'000 m3 Geschiebe für den Transport bereit. Die in- zwischen erstellten Schutzbauten (kleine Talsperre und Netze) sollten ca. 1’000 m3 Material zu- rückhalten. Die übrigen ca. 1’300 m3 würden nach wie vor zu Übermurungen und zu erheblichem Sachschaden im Siedlungsgebiet führen.
2.6 Schadenpotential
Im unteren Teil des Gerinnes, von Kote 450 m.ü.M. an abwärts bis zum See, gibt es eine Reihe von Engpässen. Diese sind durch den Bau von Gemeindestrassen mit ungenügendem Durchlass und durch die Einengung des Gerinnes im Wohngebiet entstanden. Im Falle eines Murganges führen sie zu Ablagerungen von Material mit verheerenden Folgen auf beiden Seiten des Gerinnes. Die Niederschläge vom 28. August 1997 lösten im Projektgebiet mit Störung durch Waldbrand einen Murgang mit folgenden Merkmalen und Schäden aus (5, 6):
• Obere Anrisskante: 1040 m.ü.M.
• Ablagerung: 200 m.ü.M. auf Kantonsstrasse und im See
• Verklausung bei Brücke auf Kote 450 m.ü.M.
• Bedeutende Seiten- und Tiefenerosion im Gerinne
• Mittlere Ablagerung von Geschiebe im Gerinne
• Starke Erosion vor allem im Bereich der Brandfläche
• Kleine Menge Schwemmholz im Gerinne und in der Ablagerungszone (ca. 15 m3)
• Ca. 3'000 m3 abgelagertes Material auf einer Länge der Kantonsstrasse von 200 m mit einer durchschnittlichen Mächtigkeit von 2 m, an der Front 3 m
• Die Kantonsstrasse wurde während 5 Tagen gesperrt, Kosten der Räumung 500’000.—CHF
• 1 Person wurde verletzt, 30 Personen wurden evakuiert
• Schäden an 1 Haus, 4 Garagen und an einem Trinkwasser-Reservoir
Abbildung 4: durch das Ereignis vom 28.08.1997 übermurtes Gebiet gemäss Aufnahmen von L. Re (5)
11
Nach dem Waldbrand von 2007 wurde die Gefahrenzone im Siedlungsgebiet von Ronco s/A, nach- dem 3 Steinschlag-Schutznetze im Gerinne des Riale Buffaga errichtet wurden, neu überprüft. Ab- bildung 7 gibt Auskunft über die jüngste Ausscheidung. Setzt man diese Ausscheidung in Bezug auf
Abbildung 5: Gefahrenzone im Siedlungsgebiet von Ronco s/A nach der Erstellung der letzten Schutzbauten im Gerinne des Riale Buffaga gemäss Dr. Baumer SA, 2008 (9)
das Ereignis von 1997, so erscheint die rote Gefahrenzone etwas zu optimistisch. In den von Lo- renza Re (5) im 1997 ausgeschiedenen roten Flächen wurden immerhin Materialablagerungen von über 1 m aufgenommen und die Übermurung verursachte grosse Sachschäden. Angesichts der en- gen Stellen, der Eindolungen und der Schächte, welche das Gerinne im Bereich zwischen Via Bar- cone und der Kantonsstrasse charakterisieren, und der Tatsache, dass die Netze bei der Via Barco- ne und die kleine Sperre bei Fontana Martina nur ca. 1/3 des 97er Murganges zurückhalten kön- nen, kann die Ausscheidung der Gefahrenzone von Baumer (9) als zu konservativ und bundesricht- linienwidrig angesehen werden.
2.7 Schutzmassnahmen 2.7.1 Schutzwald
In den späten Neunziger Jahren liess der Kanton TI die Wälder mit besonderer Schutzfunktion (BSF) nach den Vorgaben des Bundes ausscheiden. Der Wald im Einzugsgebiet des Riale Buffaga erfüllt die Kriterien des Waldes mit besonderer Schutzfunktion.
Im Einzugsgebiet des Riale Buffaga sind folgende Waldgesellschaften vorhanden (4):
• Im Bereich vom See bis unmittelbar oberhalb des Siedlungsgebietes (ca. 400 m): (42)-34A, nährstoffarme Eichen-Kastanienwälder in Entwicklung. Die Hauptbaumart ist die Edelksa- Via Barcone
Fontana Martina
Hotel La Rocca
Kantonsstrasse
12
tanie, die aus der traditionellen Bewirtschaftung im Niederwaldbetrieb stammt. Beige- mischt sind Kirschbaum, Esche, Eiche, Ahorn oder Buche. In der Nähe des Siedlungsgebie- tes kann der Wald zudem noch einen starken Einwuchs von exotischen Arten aufweisen, die aus den Gärten stammen: Lorbeer, Alianthus, Hanfpalme usw. .
• Im mittleren Hangbereich (ca. 400 – 900 m) finden wir auf den trockenen und flachgründi- gen Standorten den Typ 42R: Eichen-Kastanienwald auf Fels und im etwas tiefergründigen Bereich den Typ 42 C/Q: Nährstoffarmer Eichen-Kastanienwald.
• Im oberen Hangbereich (ab ca. 900 m) findet man allmählich den Übergang zum Farnrei- chen Schneesimsen-Buchenwald Typ (3 und) 4.
Im Frühjahr 2012 wurde im Einzugsgebiet des Riale Buffaga gemäss Methode NaiS eine Standort- kartierung durchgeführt. Das Resultat der Kartierung ist im Plan 1:4'000, Standortkarierung im Einzugsgebiet des Riale Buffaga dargestellt (Anhang).
Waldzustand
Seit 1969 sind im Bereich des Valle Buffaga 35 Waldbrände aufgezeichnet worden. Die grössten Störungen wurden durch die Waldbrände im 1973 (107 ha), am 15.03.1997 (165 ha) und am 23.04.2007 (250 ha) verursacht. Alle Brände gehen weit über das Einzugsgebiet des Riale Buffaga hinaus und betreffen eine breite Zone oberhalb des Wohngebietes von Ronco s/Ascona, welche durch regelmässige Steinschlagereignisse und Erdrutsche gekennzeichnet ist.
Abbildung 6: Ausbreitung der Waldbrände von 1997 und 2007 (25)
Die oberirdischen Teile des Kastanien-Niederwaldes im Bereich zwischen 400 und 1'000 m.ü.M.
sind durch die Waldbrände wiederholt zerstört worden, letztmals im Jahre 2007. Durch die Lauf-
47 ha
698'000
698'000
698'500
698'500
699'000
699'000
699'500
699'500
110'500 110'500
111'000 111'000
111'500 111'500
112'000 112'000
Legenda
Perimetro
incendi
15.06.1997 23.04.2007
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feuer mittlerer Intensität und den relativ tiefen Temperaturen im Oberboden konnte das Wurzel- werk die Brände unbeschadet überstehen. Nach den Bränden schlugen die Stöcke wieder aus und die neuen Stockausschläge ersetzten die Alten. Durch die häufigen Störungen (Waldbrand) stellten sich in der Bodenvegetation allmählich feuerangepasste Arten ein wie Ginster, Adlerfarn und Mo- linia, deren Rhizome die Waldbrände gut überstehen. Im oberen Teil des Untersuchungsgebietes, zwischen 1'000 und 1'200 m.ü.M., brannten die in den Jahren 1976 bis 1985 ausgeführten Auffors- tungen vollständig aus. Nach wenigen Pflegeeingriffen entsteht hier eine Mischung aus überle- benden, gepflanzten Arten (siehe unten Forstliche Projekte) und Naturverjüngung mit Birke, Bu- che, Eiche und Bergahorn, wobei die Kraut- und Strauchschicht dicht mit Adlerfarn, Ginster und Molinia durchsetzt ist. Der Buchenwald oberhalb 1'200 m.ü.M. wurde durch die Waldbrände nur marginal zerstört. Auch hier findet man ansatzweise Buchenverjüngung, welche ebenfalls dem ho- hen Druck des Ginsters und des Adlerfarns ausgesetzt ist.
Forstliche Projekte
Die Projekttätigkeit im Bereich Wald begann nach dem grossen Waldbrand von 1973. In den dar- auf folgenden Jahren wurden folgende Werke realisiert:
• Bau des sogenannten „Maschinenweges“, der von der Alpstrasse auf Kote 850 nach Wes- ten führt und den Hang zerschneidet. Die Absicht war, eventuelle künftige Feuer auf dieser Linie zu stoppen, um die oberhalb liegenden Gebäude (cascine, heute Ferienhäuser) und die Aufforstung zu schützen. Es stellte sich später heraus, dass es nicht möglich ist, in die- sem steilen Gelände das Feuer auf einer schmalen Linie ohne Hydranten zu stoppen.
• Bau eines Hydranten Netzes auf dem Fussweg, der von Purera auf Quote 1'000 Richtung Brissago führt, zum Schutze der Aufforstung und der Gebäude (cascine, heute Ferienhäu- ser).
• In den Jahren 1976 bis 1985 wurden die ehemaligen Weiden oberhalb von 1'000 m.ü.M.
aufgeforstet, basierend auf einer Standortskartierung von Beat Annen aus dem Jahre 1974.
In jenen Jahren wurden auf 53 ha 110'445 Pflanzen in folgender Mischung gesetzt: 47'670 Laubbäume, darunter vor allem Buche, Ahorn und Eiche; 62'775 Nadelhölzer, vor allem Lärche, Fichte, Weisstanne und etwas Douglasie (2'775 Stk).
• Nach dem Waldbrand von 1997 wurde der Maschinenweg instand gestellt und mit Hydran- ten ergänzt, da die Feuerwehr das Feuer ohne Wasserleitungen nicht halten konnte.
• Was von den Aufforstungen übrig blieb wurde in den Jahren 1998 ff gepflegt.
• In den Jahren 2010/2011 wurde die Alpstrasse bis zum Alpe Casone und Richtung Corona die Pinci weitergeführt.
2.7.2 Schutzbauten
Nach der Übermurung des Siedlungsgebietes am 28. August 1997 wurde oberhalb der kleinen Brücke bei Fontana Martina (Kote 356) eine Sperre gebaut, die bestenfalls 200 m3 Material aufhal- ten kann (9). Nach dem Brand vom 23. April 2007 wurden im Bereich der Via Barcone (Kote 450) im Gerinne zwei Steinschlag Schutznetze oberhalb der Brücke und Eines unterhalb der Brücke ge- baut, welche bestenfalls 700 m3 Geschiebe aufhalten.
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3. Wirkung des Feuers
3.1 Branddisposition und Feuerdynamik
Die Branddisposition eines Gebietes lässt sich mit folgenden Faktoren umschreiben:
• Meteorologische Bedingungen vor dem Brand und während des Brandes
• Brandgutfeuchte
• Brandgutmenge und –struktur
• Bodenfeuchte
Gemessen bei der Referenz-Wetterstation Locarno-Monti, fiel in Ronco s/Ascona in den 50 Tagen vor dem Waldbrand von 1997 2,6 mm Niederschalg. Die potentielle Evaporation während dieser Periode betrug 102,0 mm und kurz vor dem Brand wurde in Ronco der höchste potentielle Ver- dungstungswert gemessen. Die Oberbodenfeuchte dürfte am Tage des Brandes bei ca. 20 Vol% ge- legen haben, diejenige der Streu um die 16 Vol%. Die Brandgutmenge konnte als – für die Alpen- südseite - normal und die Brandgutstruktur als typisch bezeichnet werden (2). Aus den Daten lässt sich schliessen, dass im Einzugsgebiet des Riale Buffaga eine gute Branddisposition für einen Lauf- feuer mit vollständigem Verbrennungsprozess gegeben war.
Grundsätzlich gibt es 3 Arten von Feuer, die in ihrer typischen Form oder als Kombination der Formen auftreten können (18):
• Unterirdische Bodenfeuer: sogenannte mottende Feuer, die das unterirdische Brandgut langsam verbrennen;
• Lauffeuer: schnell voranschreitendes Oberflächenfeuer, welches das Brandgut oberhalb der Bodenoberfläche verbrennt;
• Kronenfeuer: heftige Flammen, die bis zum Kronenbereich der Bäume reichen und ganze Wälder zerstören.
Je nach Wetterlage und Brandtypologie können Waldbrände ganz unterschiedliche Intensitäten, Saisonalitäten und Häufigkeiten haben. Die Kombination dieser Elemente nennt man Feuerregime.
Im Kastaniengürtel der Alpensüdseite sind Waldbrände meistens als Lauffeuer ausgebildet, deren Intensität und Dauer stark von den obenerwähnten Faktoren abhängt. Im Gegensatz zum Nadel- waldgürtel (Misox/Calanca, Val Müstair oder Leukerbad) gibt es im Laubwald keine Kronenbrände.
Viele Autoren (10, 11, 12, 13, 14, 15), die sich mit Waldbranddynamik und Feuereigenschaften be- fasst haben, bezeugen, dass die Schwere der Wirkung auf den Boden in der Regel eine Funktion der Dauer und Intensität eines Feuers ist. Genauer ist es die Höhe der Maximaltemperatur im Bo- den und die Dauer ihrer Einwirkung. Auch hier sind Bodenfeuchte und Bodentextur für die Wir- kung des Waldbrandes mitentscheidend. Die Beurteilung der Feuerintensität erfolgt nach dem Brand anhand indirekter visueller Kriterien. Beim Waldbrand 1997 in Ronco brannten die Streuauf- lage und das Vermoderungshorizont praktisch vollständig aus. An vielen Stellen kam unter der Asche der Mineralboden zum Vorschein. Die Asche war überwiegend weisslich-grau. Es gab viele Brandspuren an Bäumen: rinnenförmige, mehrere Meter hohe Feuerverletzungen an Stämmen, Absprengung von Rinde an Stockausschlägen sowie Feuerverletzungen an Astunterseite. Die Kas- tanie und die Eiche wurden, mit Ausnahme von älteren Exemplaren, letal geschädigt. Was die Dauer und die Maximaltemperatur betrifft muss gesagt werden, dass zwar in der Streuschicht (+10 cm) sehr plötzlich für eine Dauer von 2 – 6 Minuten Temperaturen zwischen 400 und 600 °C herrschen können, im Boden jedoch ungefähr eine Stunde später kaum Temperaturen über 35 °C zu verzeichnen sind (2).
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Zusammenfassend kann gesagt werden, dass je trockener die Ausgangssituation auf und im Boden und je höher die Brandgutmenge (inkl. Feinwurzeln und humusreicher Mineralerdehorizont) sind, desto höher sind Intensität, Temperatur und Einwirkung des Waldbrandes auf den Wald und desto verheerend sind dessen Folgen.
3.2 Prozesse im Wasserhaushalt
Reicht im Verlaufe eines Niederschlages die Infiltrationskapazität an der Oberfläche nicht aus, auch wenn die oberflächennahen und unterirdischen Speicher (Streuschicht, Boden, Gestein) noch nicht vollständig gefüllt sind, um das Wasser aufzunehmen, kommt es zu Oberflächenabfluss. Der Anteil des Abflusses ist umso grösser, je intensiver die Niederschläge und je grösser die Hangnei- gung sind und je langsamer das Wasser vom Boden aufgenommen werden kann (7). Dieser Ober- flächenabflusstyp wird hauptsächlich bei konvektiven Starkregen ausgelöst. Daneben gibt es den Sättigungsabfluss, dort wo bei flachgründigen Böden mit grosser Infiltrationskapazität das Sicker- wasser aufläuft und oberflächlich abläuft. Dieser Oberflächenabflusstyp ist eher an langanhalten- de advektive Niederschläge gebunden. Neben dem eigentliche Oberflächenabfluss gibt es die Re- gentropfen-Erosion. Dadurch können relativ grosse Mengen von Bodenteilchen losgelöst und transportiert werden. Vor allem bei konvexem Relief und bei grossen Hangneigungen nimmt der Anteil mobilisierter Bodenteilchen durch Spritzerosion gegenüber dem Oberflächenabfluss zu.
Wasser- und stoffhaushatliche Prozesse sind an sich sehr komplexe Wirkungsgefüge. Feuer ver- mag dieses Gefüge als Störfaktor direkt oder indirekt zu beeinflussen. Wirkungen können dabei verändert, verstärkt oder erst ausgelöst werden. Ein Brand stellt in der Regel eine sehr heterogene Störung dar, die sich – in Abhängigkeit der oben erwähnten Faktoren wie Meteo, Brandgut, Inten- sität, Relief, Feuergeschichte, Landnutzung – sehr unterschiedlich auf ein Landschaftsökosystem auswirkt. Waldbrände haben einen direkten Einfluss auf das Oberflächenabflussverhalten nach dem Feuer , weil sie zur Zerstörung der Vegetation, der Streu- und Humusschicht und damit zu ei- ner geringeren Interzeption und Speicherkapazität führen. Gleichzeitig verursachen Brände durch die entstandene Asche die Bildung einer hydrophoben Schicht an der Bodenoberfläche und im Oberboden, was zu erhöhtem Oberflächenabfluss führt. Zudem wird nach dem Brand die Asche in die Poren eingewaschen, was ebenfalls zu geringerer Infiltration und höherem Oberflächenabfluss führt. Mit einer gezielten Versuchsanordnung hat Peter Marxer (2) im Rahmen seiner Dissertation den Oberflächenabfluss im ersten und zweiten Jahr nach dem Brand mit einer Kontrollfläche aus- serhalb der Brandfläche verglichen. Seine Messungen lagen teilweise im Einzugsgebiet des Riale Buffaga. Bezogen auf die ersten 6 Monate nach dem Brand war der mittlere jährliche Oberflä- chenabfluss auf der Brandfläche 2,7-mal höher als auf der Kontrollfläche (siehe Tabelle 1). Am 28.08.1997, am Tag des verheerenden Murganges, betrug die Niederschlagsmenge (24h) 102.3 mm und der gemessene Oberflächenabfluss auf der Brandfläche 23.4 mm. Dies Bedeutet, dass 22.8% des Gesamtniederschlags als Oberflächenabfluss weg geflossen ist. Auf den Kontrollflächen mass Marxer Werte zwischen 4.4 und 8.2 %. Bei Extermereignissen wird demnach ein Faktor 4 vermutet.
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Tabelle 3: Messungen vom jährlichen Oberflächenabfluss in der Brandfläche und in den Kontrollflächen von Ronco s/Ascona durch Peter Marxer (2)
Im zweiten Jahr nach dem Brand war der prozentuale Anteil des Oberflächenabflusses am Ge- samtniederschlag deutlich kleiner als im ersten Jahr nach dem Brand. P. Marxer untersuchte auch den niederschlagsbezogenen Oberflächenabfluss. Interessant ist dabei die Tatsache, dass am 28.08.1997, 166 Tage nach dem Brand, an dem Tag als sich im Einzugsgebiet ein verheerender Murgang ereignete, von den 102,3 lt/m2 Niederschlag 23,4 lt/m2 oberflächlich abflossen, was ei- nem Oberflächenabflusskoeffizienten von 0.228 entspricht. Auf der Kontrollfläche wurde hingegen bei einem Ereignis von 195,1 lt/m2 einen Oberflächenabfluss von 5,0 lt/m2 gemessen, was einem 10 Mal kleineren Koeffizienten entspricht. In Tabelle 2 sind die Messungen von Marxer (2) auf al- len untersuchten Flächen (auch ausserhalb von Ronco s. Ascona) dargestellt. Es fällt auf, dass der Oberflächenabflusskoeffizient der Brandflächen doppelt so hoch (Faktor 2.05) ist als derjenige in den Kontrollflächen (Tabelle 2). Das heisst, dass im Einzugsgebiet eines Gebirgsbaches mit Störung durch Waldbrand doppelt so viel Wasser ins Gerinne gelangt als im ungestörten Fall. Allerdings ist für die Auslösung eines Murganges, unter Anderem, die Geschwindigkeit massgebend, mit wel- cher das Oberflächenwasser das Gerinne des Wildbaches erreicht. Mehr dazu im Kapitel 3.4..
Test- par- Vari- ante Mess- dauer Nie- dersc hlag Ober- flä- chen- A0/N Mess- dauer Nie- dersc hlag Ober- flä- chen- A0/N
Brand 18.03.97 bis 31.12.97
lt/m2 lt/m2 %
01.01.98 bis 31.12.98
lt/m2 lt/m2 % C1
1119.9
133.0 11.9
1883.1
128.7 6.8
C2 113.7 10.2 109.3 5.8
C3 96.8 8.6 74.8 4.0
C4 118.8 10.6 81.0 4.3
C5 73.8 6.6 37.2 2.0
C6 104.4 9.3 64.7 3.4
C7 Kontrolle 49.4 4.4 68.2 3.6
C8 - - 18.4 2.0
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Tabelle 4: Vergleich des Oberflächenabflusses in den Brandflächen mit den Kontrollflächen durch P. Marxer (2)
Für das erste Jahr nach dem Brand unterzog P. Marxer seine Messungen im Untersuchungsgebiet Riale Buffaga einer einfachen Varianzanalyse basierend auf den logarithmierten Oberflächenab- flusswerten. Er betrachtete den Oberflächenabfluss im Zeitraum 0 – 4 Monate und 5 – 12 Monate nach dem Brand. Marxer kommt zum Schluss, dass der Unterschied der Mittelwerte des logarith- mierten Oberflächenabflusses für beide Perioden und für die Brandparzellen im Vergleich zur Kon- trolle mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5% signifikant ist. Somit haben diese Messungen er- geben, dass in der ersten Vegetationsperiode nach dem Waldbrand mit signifikant höheren Ober- flächenabflussmengen zu rechnen ist als in den späteren Vegetationsperioden. Dieser Zeitraum gilt demnach als sehr kritisch für die Bildung von Murgängen.
Im umgekehrten Verhältnis zum Oberflächenabfluss verhält sich die Infiltrationsrate. P. Marxer hat im Juli 1997 auf ebenen Terrassen in der Brandfläche und auf der Kontrollfläche mit dem Dop- pelringinfiltrometer Infiltrationskapazitätsmessungen vorgenommen. Die Infiltrationsraten betru- gen bei gleichem Porenvolumenanteil auf der Kontrollfläche 990 mm/h und auf der Brandfläche 360 mm/h, was einem Faktor von knapp 2.8 entspricht. Die wahrscheinlichste Ursache liegt wie bereits geschildert in der Hydrophobizität und Porenverstopfung durch Ascheteile.
3.3 Bodenerosion
Bodenerosion wird als Prozess der Ablösung, Transport und Ablagerung von Bodenteilchen durch Wasser (auch Wind und Eis) verstanden. Für uns von Interesse sind Ablösung und Transport von
Testgebiet Testparzelle AnzahlEreig- Niederschlag Oberflächenab- Koeff nisse>10mm lt/m2 flusslt/m2
Contra B1 3 122.7 27.3 0.222
B2 1 65 9 0.138
Kontrolle 1 74.3 5.3 0.071
Roncos.A. C1 1 28.4 7.9 0.278
C2 1 102.3 23.4 0.229
C3 1 23.8 3.9 0.164
C4 1 28.4 4.9 0.173
C5 1 23.8 2.3 0.097
C6 1 28.4 4.7 0.165
Kontrolle 1 28.4 4.4 0.155
Kontrolle 2 195.1 5 0.026
S.Antonino D1 2 164.5 21 0.128
D2 1 119.1 5.7 0.048
D3 2 164.5 14.9 0.091
D4 2 164.5 16.1 0.098
D5 2 33.9 5 0.147
D6 2 33.9 4.1 0.121
Kontrolle 2 164.5 9.8 0.060
Kontrolle 2 164.5 13.5 0.082
Kontrolle 2 164.5 7.3 0.044
OberflächenabflusskoeffizientBrandparzellenMittelwert 0.150 OberflächenabflusskoeffizientKontrollparzellenMittelwert 0.073
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Bodenteilchen durch Regentropfen und Oberflächenwasser im Perimeter mit Störung durch Waldbrand, wobei die Bodenpartikel durch die sogenannte Regentropfen-Erosion mobilisiert und durch Oberflächenabfluss weitertransportiert werden.
Bodenerosionsprozesse sind raum- und zeitabhängig und werden von folgenden Faktoren be- stimmt:
• Niederschlagsparameter: Intensität, Menge pro Zeitraum; im Tessin werden Niederschlags- intensitäten von >30mm in 10 Minuten oder von >70mm in einer Stunde als Starknieder- schlag bezeichnet (3)
• Wind: beschleunigt Regentropfen
• Relief: Hangneigung, Hanglänge, Hangform, Oberflächenrauigkeit
• Vegetation: Bedeckungsgrad, Wuchshöhe, Bestandesstruktur, Durchwurzelung, Interzepti- on; in den Tessiner Niederwäldern der Kastanienstufe beträgt die Bodenbedeckung, mit Ausnhame von sehr exponierten Stellen, praktisch immer annähernd 100%
• Bodeneigenschaften: Bodenart, Bodengefüge, Sklettanteil, organische Substanz, Hydrophobizität, Porengrösse und –verteilung, Bodenfeuchte (Sättigung).
Die Mechanismen der Bodenerosion auf einer Brandfläche (Hang) können folgendermassen zu- sammengefasst werden (2): das auf einer Brandfläche vorhandene Bodenmaterial kann wegen seiner geringen Bindung zur Bodenoberfläche relativ einfach transportiert werden. Starknieder- schlag verursacht durch die Spritzwirkung der Tropfen die Ablösung des Materials (wobei sich ty- pische, kleine Erdsäulen bilden), das in kleine Rillen abtransportiert wird. Ist die Transportleistung des Oberflächenwassers gross, so entstehen aus den kleinen Rillen ganze Rillensysteme und schliesslich Runsen. Auch bei schwachen Niederschlägen mit geringer Transportleistung des Was- sers kann es auf Brandflächen erhebliche Bodenerosion geben, indem das Feinmaterial und die Ascheteilchen mit dem im Boden infiltrierenden Wasser in grössere Poren geschwemmt wird, was zu Porenverstopfung und Verschlämmung führt. Dadurch nimmt der Anteil oberflächlich abflies- sendes Wassers zu und damit auch die Fliessgeschwindigkeit. Grössere Bodenteilchen können nun transportiert sowie weitere Teilchen gelockert werden. Es kommt also auch bei einer geringeren Niederschlagsintensität zur Bodenerosion mit Bildung von Rillen und Runsen und somit zum Ge- bietsaustrag.
Gemäss Peter Marxer (2) wird auf den Brandflächen deutlich mehr Boden abgetragen als auf der nicht verbrannten Kontrollfläche. Auch wird im ersten Jahr nach dem Brand mehr Boden abgetra- gen als im Zweiten. Dies hängt weitgehend mit dem Bodenbedeckungsgrad der Vegetation zu- sammen: kurz nach dem Brand beträgt der Bodenbedeckungsgrad ca. 5% und erhöht sich bis zum Ende der Vegetationsperiode im ersten Jahr nach dem Waldbrand auf 15 – 20%. Ab April des zwei- ten Jahres nach dem Brand nimmt der Bodenbedeckungsgrad schnell zu und erreicht am Ende der zweiten Vegetationsperiode Werte um 85 – 95%. Die Messungen von Marxer im Testgebiet zei- gen, dass relativ hohe Oberflächenabflusswerte bei einer Bodenbedeckung von 60-90% kaum mehr Bodenabtrag zur Folge hatten, während auf der gleichen Parzelle mit einem Bodende- ckungsgrad von lediglich 30-45% relativ grosse Abtragsereignisse vorkamen. Auf den einzelnen Testparzellen bezogen resultierte, dass es bei einem Bodenbedeckungsgrad von über 40% bei ver- gleichbaren Niederschlagsverhältnissen keine Erosion mehr gab.
Zusammenfassend bestehen folgende Zusammenhänge zwischen Bodenerosion und den obener- wähnten Faktoren auf Waldbrandflächen:
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Bodenerosion und Oberflächenabfluss: zwar ergibt ein höherer Oberflächenabfluss mehr Bo- denerosion, aber nicht jeder maximale Oberflächenab- fluss verursacht die maximale Hangerosion.
Bodenerosion und Bodenbedeckungsgrad: die Bodenerosion nimmt mit zunehmendem Bodenbe- deckungsgrad ab. Ein solcher von 40% verringert die Erosion auf der Brandfläche in signifikanter Weise.
Bodenerosion und Relief: Regentropfen-Erosion nimmt mit zunehmender Hang- neigung zu (8). Die Tiefe der Rillen und Runsen nimmt mit zunehmender Hanglänge zu
Bodenerosion und Bodeneigenschaften: hier konnten die Messungen von Peter Marxer keine eindeutigen Zusammenhänge aufzeigen.
Peter Marxer (2) hat mit seinen Messungen von Bodenabtrag und Oberflächenabfluss die Sedi- mentkonzentration errechnet: es ist das Verhältnis von Bodenerosion (g/m2, Feinmaterial <2mm) zu Oberflächenabfluss (l/m2) und wird in g/l angegeben. Die maximale Sedimentkonzentration in Ronco s/Ascona betrug 11.7 g/l gemessen am 28.6.1997. In absoluten Werten wurde der Boden- abtrag in der Brandfläche von Ronco s.A. im ersten Jahr nach dem Brand mit Werten zwischen 0.01 und 0.21 kg/m2 (Trockengewicht) gemessen, je nachdem wo sich die Testparzelle befand. In dieser Zeitspanne gab es 12 Abtragsereignisse mit Erosion über 0.1 kg/m2 pro Ereignis. Wieder kann bestätigt werden, dass im ersten Jahr nach dem Brand der Abtrag deutlich höher lag als im Zweiten.
Trifft man die Annahme, dass im Einzugsgebiet des Riale Buffaga 44 ha (440'000 m2) von diesem Bodenabtrag betroffen waren und, dass der mittlere Bodenabtrag 0.1 kg/m2 beträgt, so sind im ersten Jahr nach dem Waldbrand 44'000 kg Trockensubstanz (Feinmaterial <2mm) abgetragen worden. Nimmt man ein spezifisches Gewicht dieses Materials von 300 kg/m3 an, so sind insge- samt im ersten Jahr ca. 147 m3 Feinmaterial bewegt worden. Wie viel davon ins Gerinne gelangt ist, ist nicht bekannt.
3.4 Störung durch Waldbrand und gravitative Prozesse 3.4.1 Faktor Vegetation
Conedera, Neff und Moretti (18) haben die ökologischen Folgen von Waldbränden in der Süd- schweiz untersucht und haben folgende Zusammenhänge festgestellt: während eines Waldbran- des (Lauffeuer) entsteht in der Regel eine grosse oberirdische thermische Strahlung, welche die unverholzten Pflanzenteile gänzlich zerstört. Auch die glattrindigen Pflanzen erleiden letale Schä- den am Kambium. Nur dickborkige Baumarten wie Eiche, Kastanie oder alte Birken haben im Lauf- feuer eine gewisse Überlebenschance. Die unterirdische Pflanzenteile werden hingegen kaum vom Feuer beeinträchtigt (siehe Kapitel 2.6). Wiederausschlagende Arten wie Edelkastanie (Castanea sativa) Adlerfarn (Pteridium aquilinium) oder Pfeifengras (Molinia spp.) sowie vom Wind verbreite- te Arten (Betula pendula) sind eindeutig im Vorteil. Auch Pionierarten wie Robinie (Robinia pseu- doacacia) , Aspe (Populus tremula), Besenginster (Cytisus scoparius) und Besenheide (Calluna vul- garis) bilden aus den Samen schnell neue Triebe und schaffen sich damit einen Wachstumsvor- sprung. In der Nähe von Siedlungen können dann auch invasive sommergrüne Neophyten wie Ai- lantus altissima, Phytolacca americana oder Polygonum cuspidatum die Krautschicht beherrschen.
Auch die Resultate von Hofmann et al. (22)
nen signifikanten Einfluss auf die Physiognomie der Waldvegetation haben, unabhängig Waldgesellschaft und den Standorteigenschaften. Sie bew
Deckungsgrades der Baumschicht und konsequenterweise einen stärkeren Lichteinfall auf den B den und eine höhere Kontinentalitätszahl. Diese Veränderungen begünstigen die Ansiedlung von neuen oder das Wachstum von ber
Wichtig für das integrale Risikomanagement ist die Tatsache, dass je mehr feuerangepasste Arten auf der Waldbrandfläche vorhanden sind, desto schneller ist ein besserer Bodendeckungsgrad eine grössere Waldwirkung erreicht und um so geringer fällt der Oberflächenwasserabfluss aus.
Konkret heisst es, dass ein Wald im Kastaniengürtel, der zum ersten Mal von einem Lauffeuer b troffen ist und, der in der Krautschicht
aufweist, für die Entstehung eines Murganges das grössere Risiko darstellt als ein Wald, der fach oder regelmässig durch Störung (Waldbau oder Feuer)
eine schnelle Reaktion vorbereitet ist.
gime eines Waldgebietes einen positiven Einfluss auf die Waldökologie im Sinne einer erhöhten Artenvielfalt. Die Geschichte eines Waldes bzw. die Häufigkeit der Störungen auf einer Waldfläche sind somit entscheidend für die Bewertung des Murgang
Abbildung 7: Unterschiedliche Koloniesierungsgeschwindigkeit der Vegetation von einmal gebrannten Flächen (oben) und mehrmals gebrannten Flächen (unten) im Kastanienni
Neff und Moretti (26)
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sultate von Hofmann et al. (22) belegen, dass häufige Feuer auf der Alpensüdseite nen signifikanten Einfluss auf die Physiognomie der Waldvegetation haben, unabhängig
Standorteigenschaften. Sie bewirken eine progressive Verringerung des Deckungsgrades der Baumschicht und konsequenterweise einen stärkeren Lichteinfall auf den B den und eine höhere Kontinentalitätszahl. Diese Veränderungen begünstigen die Ansiedlung von neuen oder das Wachstum von bereits vorhandenen Arten der Krautschicht.
Wichtig für das integrale Risikomanagement ist die Tatsache, dass je mehr feuerangepasste Arten auf der Waldbrandfläche vorhanden sind, desto schneller ist ein besserer Bodendeckungsgrad
erreicht und um so geringer fällt der Oberflächenwasserabfluss aus.
Konkret heisst es, dass ein Wald im Kastaniengürtel, der zum ersten Mal von einem Lauffeuer b troffen ist und, der in der Krautschicht und im Oberboden praktisch keine schnelltreibende
für die Entstehung eines Murganges das grössere Risiko darstellt als ein Wald, der durch Störung (Waldbau oder Feuer) beeinträchtigt wurde und eine schnelle Reaktion vorbereitet ist. Gemäss Conedera, Neff und Moretti (26) hat
einen positiven Einfluss auf die Waldökologie im Sinne einer erhöhten . Die Geschichte eines Waldes bzw. die Häufigkeit der Störungen auf einer Waldfläche
die Bewertung des Murgang-Risikos.
Abbildung 7: Unterschiedliche Koloniesierungsgeschwindigkeit der Vegetation von einmal gebrannten Flächen (oben) und mehrmals gebrannten Flächen (unten) im Kastanienniederwald der Südschweiz gemäss C
auf der Alpensüdseite ei- nen signifikanten Einfluss auf die Physiognomie der Waldvegetation haben, unabhängig von der
irken eine progressive Verringerung des Deckungsgrades der Baumschicht und konsequenterweise einen stärkeren Lichteinfall auf den Bo- den und eine höhere Kontinentalitätszahl. Diese Veränderungen begünstigen die Ansiedlung von
Wichtig für das integrale Risikomanagement ist die Tatsache, dass je mehr feuerangepasste Arten auf der Waldbrandfläche vorhanden sind, desto schneller ist ein besserer Bodendeckungsgrad und
erreicht und um so geringer fällt der Oberflächenwasserabfluss aus.
Konkret heisst es, dass ein Wald im Kastaniengürtel, der zum ersten Mal von einem Lauffeuer be- praktisch keine schnelltreibende Arten für die Entstehung eines Murganges das grössere Risiko darstellt als ein Wald, der mehr-
beeinträchtigt wurde und bereits für 26) hat das Feuerre- einen positiven Einfluss auf die Waldökologie im Sinne einer erhöhten . Die Geschichte eines Waldes bzw. die Häufigkeit der Störungen auf einer Waldfläche
Abbildung 7: Unterschiedliche Koloniesierungsgeschwindigkeit der Vegetation von einmal gebrannten Flächen (oben) ederwald der Südschweiz gemäss Conedera,
21
3.4.2 Faktor Wasser
Allgemein kann gesagt werden, dass die Böden im Projektperimeter einen hohen bodenbedingten Erosionswiderstand haben, sehr sandig und damit grobporig sind. Sie haben einen hohen Porenvo- lumenanteil sowie eine gute Wasserleitfähigkeit und neigen wegen der rauen Oberfläche kaum zu Verschlämmumg. In ungestörtem Zustand ist der Vermoderungshorizont dicht gelagert, mit vielen Feinwurzeln und Pilzhyphen durchsetzt, was mit der Streuauflage einen sehr effizienten Erosions- schutz bewirkt.
Wie bereits in den vorhergehenden Kapiteln dargelegt, verursachen Waldbrände Veränderungen im Oberboden. Die wichtigsten Veränderungen sind: Zunahme der Hydrophobizität, Abnahme des Infiltrations-Vermögen und Zunahme des Oberflächenabflusses von Regen- und Schmelzwasser.
Damit erfahren die hydrologischen Begebenheiten eines Einzugsgebietes relevante Änderungen, welche zur Auslösung eines Murganges, vor allem während der ersten Vegetationsperiode nach dem Brand, führen können. Die Stärke der Veränderungen hängt weitgehend von der Feuerin- tenstät ab. Conedera et al. (18) haben diese Veränderungen in Bezug zu den gravitativen Prozes- sen im Gerinne des Riale Buffaga gesetzt. Sie haben den Murgang vom 28.08.1997 untersucht und sind von folgenden Daten ausgegangen:
1. Am Tag des Schadenereignisses, 166 Tage nach dem verheerenden Waldbrand, sind fol- gende Niederschlagsmengen aufgezeichnet worden (grau unterlegt, 5, 17):
Ort der Messung Niederschlag 24h (mm)
max. Niederschlag 1 h (mm)
max. Niederschlag 10 min. (mm)
Tot. Niederschlag Ereignis 4 h (mm)
Locarno-Monti 160 91.2 22.8 142.4
50-jährliches Ereignis 239.2 100.2 34.3 ---
100-jährliches Ereignis 266.1 131.1 39.1 ---
Ronco s.A. 108.2 47.2 13.6 78.8
10-jährliches Ereignis 179.7 55.7 24.7
Brissago Dorf 137.1 --- --- ---
Vira Gambarogno 99.8 --- --- ---
2. Im Einzugsgebiet des Buffaga herrschte zu diesem Zeitpunkt eine um Faktor 2.8 kleinere In- filtrationsrate des Wassers in den Waldboden als auf einer nicht verbrannten Fläche;
3. Für das Gerinne und die Gerinne-Einhänge wurde eine Massenbilanz erstellt.
Die Autoren kommen zum Schluss, dass
• das Niederschlagswasser, das auf der Brandfläche oberflächlich abfloss, in der Hälfte der Zeit (15- 25 min.) das Gerinne erreichte. Demgegenüber hätten die Abflusszeiten im „Nor- malwald“ zwischen 26 und 55 min. betragen;
• im Buffaga am 28.08.1997 die maximale Abflussmenge HQmax 3.1 m3/sec. betrug. Demge- genüber beträgt das maximale Abflussvolumen im nicht verbrannten Wald bei einem 20- jährigen Ereignis HQ20 = 1.6 m3/sec. und bei einem 100-jährigen Ereignis HQ100 = 2.3 m3/sec.
Auch gemäss Anastasi (21) lag das Abflussvolumen im Einzugsgebiet des Rale Buffaga zum Zeit- punkt des Schadenereignisses zwischen 2.2 und 2.7 m3/sec. . Demnach entspricht ein 10-
jährliches Ereignis im Einzugsgebiet des Riale Buffaga mit Störung durch Waldbrand einem 100 bis 200-jährlichem Ereignis im gleichen Einzugsgebiet ohne Störung.
22
3.5 Zusammenfassung
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass im Valle della Buffaga eine Störung durch Waldbrand folgende Wirkungen hat:
• Der Riale Buffaga weist relativ grosse Mengen an murfähiges Material auf, sowohl im Ge- rinne als auch in den Böschungen;
• Unter normalen Bedingungen, d.h. ohne Störung durch Waldbrand im Einzugsgebiet, ver- ursachen Niederschläge von 40-50 mm/h an den Talflanken des Locarnese keinen proble- matischen Materialtransport und keine Ablagerungen ausserhalb des Gerinnes, zumal es sich um 5-10-jährige Ereignisse handelt und es sich um durchlässige Böden mit einer guten Bodenbedeckung handelt;
• Die Störung durch Waldbrand verändert die Prozesse in einem Einzugsgebiet derart, dass sich durch fehlende Bodenbedeckung und fehlende Interzeption, durch die Hydrophobizi- tät des Bodens und der geringen Infiltrationsrate einen höheren Oberflächenabfluss ergibt, wodurch doppelt soviel Wasser aus dem Hang in der Hälfte der Zeit in das Gerinne gelangt.
Ein 10-jähriges Ereignis bringt mehr Wasser ins Gerinne als ein 100-jährliches Ereignis im nicht verbrannten Wald. Dies ist der entscheidende Faktor für die Risikobeurteilung;
• Ferner weist der Hang eine erhöhte Erodibilität auf, wodurch grössere Mengen Feinmate- rial mobilisiert werden und zusätzlich ins Gerinne gelangen können. Das mobilisierte Fein- material ist aber nicht entscheidend für das Schadenausmass des Murganges;
• Der Oberflächenabfluss sowie die Erosion und Transport von Material hängen von der Feu- erintensität ab.
• Unter diesen Voraussetzungen können kleine Niederschlags-Ereignisse grosse Schäden an Menschen und/oder erhebliche Sachschäden anrichten.
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4. Grobbeurteilung Wasser im Einzugsgebiet Buffaga 4.1 Inhalt und Grundlagen
Gemäss PROTECT Bio (23), Phase I, liefert die Grobbeurteilung einen ersten Überblick über die Si- tuation und beinhaltet die Einschätzung der Relevanz der betrachteten Schutzmassnahmen.
Die für die Grobbeurteilung benötigten Prozessgrundlagen (Lage des Prozessraumes, Einzugsge- biet, Gefahrenprozess, Waldzustand und grob geschätztes Ausmass) sind vorhanden und in den Kapiteln 2. und 3. des vorliegenden Berichtes dargelegt worden.
Beurteilt wird die Relevanz der Waldfläche vor allem im Entstehungsgebiet hinsichtlich ihres po- tentiell positiven Beitrags zum Abflussgeschehen, genauer gesagt zur Abflussmenge und Abfluss- geschwindigkeit, sowie die Relevanz des Geschiebepotentials. Beurteilt werden auch die im Tran- sitgebiet vorhandene negative Wirkungen durch liegende Stämme im Gerinne und der sich daraus ergebenden Verklausungsgefahr. Im Ablagerungsgebiet werden mögliche Wirkungen bezüglich Entwässerung von Murgängen beurteilt.
Gemäss PROTECT Bio, Phase I, wird die hydrologische Wirkung im Einzugsgebiet mit der Bewal- dung, dem Boden und dem Waldzustand beurteilt. Neben der hydrologischen Wirkung des Waldes muss auch das Geschiebepotential in Bezug auf das Schadenpotential gesetzt werden.
Abbildung 8: Vorgehensschema für die Grobbeurteilung Schutzwald – Wasser aus PROTECT Bio, Phase I (23)
4.2 Diskussion der Grobbeurteilung für ein Einzugsgebiet mit Störung durch Waldbrand Die hydrologischen Wirkungen des (Natur-)Waldes als Einzelsystem, in einem oft grossen und he- terogenen Einzugsgebiet, sind schwer zu fassen und haben oft nur qualitativen Charakter. Die gra- vitativen Prozesse und deren Effekte sind das Resultat einer Summe von schwer erfassbaren Ein- zelfaktoren. Im vorliegenden Fallbeispiel geht es vor allem darum die Relevanz des Schutzwaldes mit Störung durch Waldbrand hervorzuheben. Unter Umständen müssen für die Grobbeurteilung die obenerwähnten Kriterien angepasst und/oder erweitert werden.
Abbildung 9 : Vorgehensschema Grobbeur t eilung Schut zwald - W asser ( hydrologi-
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Ein für die Grobbeurteilung wichtiges Kriterium ist die Feuerdynamik und hier muss zwischen Na- delwald und Laubwald unterschieden werden. In der Regel laufen Waldbrände im Nadelwald als Kronenfeuer ab und erfassen das gesamte oberirdische Brandgut, nicht selten in Kombination mit einem unterirdischen Bodenfeuer wegen der z.T. mächtigen Rohhumusauflage (Waldbrand Sta.
Maria im Calancatal). Diese Art Feuer haben eine extrem hohe Zerstörungskraft. Anders ist es beim Laubwald: wie bereits im Kapitel 3.1 dargelegt, laufen die Waldbrände in der Laubwaldstufe auf der Alpensüdseite in der Regel als Lauffeuer mittlerer Intensität ab. Dabei verbrennt das ober- irdische Brandgut vollständig aus (bei Temperaturen zwischen 400 und 600°C), die unterirdischen Pflanzenteile überleben jedoch in der Regel bei Temperaturen 5 cm unter der Oberfläche von ca.
35°C. Das ist die Voraussetzung für eine rasche Instandstellung der Bodendeckung. Somit ist das Kriterium für die Relevanz von Bedeutung.
Waldzustand: Gemäss den Untersuchungen von Conedera (18) und Marxer (2) ist für die Relevanz der Deckungsgrad der Vegetation entscheidend. Hier geht es darum, nach einem Waldbrand mög- lichst schnell einen Deckungsgrad von minimal 40% zu erreichen und zwar nicht nur in der Baum- schicht sondern vor allem auch in der Kraut- und Strauchschicht. Sind vor dem Feuer (vorausge- setzt Lauffeuer mittlerer Intensität) bodendeckend angepasste Arten wie Edelkastanie, Eiche, Bir- ke, Ginster, Adlerfarn und Molinia im horizontalen Gefüge vorhanden, so ist gewährleistet, dass in der Vegetationsperiode nach dem Feuer der Bodendeckungsgrad >40% zeitnah wieder hergestellt wird und, dass damit der erhöhte Oberflächenabfluss wirksam gemindert wird. Bei wiederholten Störungen (z.B. Waldbrände oder Eingriffe) in einem Zeitabstand von 10 bis 20 Jahren ist die Verbreitung von feuerangepassten Arten, welche schnell reagieren garantiert. Somit ist der Wald- brandkataster oder ein Dokument, das Art und Häufigkeit der Störung belegt, als Kriterium für die Relevanz ohne Feldbegehung von Bedeutung.
Bewaldung und Boden: Nach einer Störung durch Waldbrand ist die hydrologische Wirkung des Waldes auf Null herabgesetzt: die Wirkung der Interzeption und der Evapotranspiration sind – mindestens kurzfristig - vernichtet. Auch die Infiltrationsrate der sonst gut durchlässigen Böden (Kryptopodsole) mit gutem Speichervermögen wird durch den Brand entscheidend verschlechtert.
Da in den Untersuchungen von Marxer (2) die Schwelle des tragbaren Oberflächenabflusses bei 40
% Bodendeckung liegt, liegt die Versuchung nahe, für die Relevanz einen Anteil von nicht ver- branntem Wald von mindestens 40% im Entstehungsgebiet festzulegen.
4.3 Angepasste Grobbeurteilung Schutzwald mit Störung durch Waldbrand - Wasser
Die Grobbeurteilung aus PROTECT Bio, Phase I, wird dahingehend geändert, dass die Veränderun- gen am Wald, welche durch das Feuer entstehen, bereits im ersten Schritt beurteilt werden kön- nen. Die Relevanz von Schutzwäldern mit Störung durch Waldbrand wird anhand der Häufigkeit der Störungen und des Waldzustandes , der Feuerdynamik sowie der Bewaldung und des Bodens beurteilt. Beim Waldzustand mit Störung durch Waldbrand müsste die Aussage „Anteil nicht ver- brannter/zerstörter Waldfläche >40% des Einzugsgebietes“ durch Szenarien verifiziert werden.
Hier spielen insbesondere das Infiltrationsvermögen des Bodens verbrannt/nicht verbrannt sowie die Abflussbeiwerte eine wichtige Rolle.
