Lawinensicherheit im Strassenverkehr
2022 - 2025
Kooperation FinanzierungEinführung
In diesem Projekt möchten wir ein neues Tool zur Entscheidungshilfe zur Verbesserung der Strassensicherheit in hochalpinen Gebieten entwickeln. Heute basieren die Entscheidungen über die Sperrung und Wiedereröffnung von Strassen, Eisenbahnen und Skigebieten in der Schweiz hauptsächliche auf dem Lawinenbulletin. Lokale Experten kombinieren diese Informationen mit Daten aus Messnetzen, um über den Sicherheitszustand zu entscheiden. Es gibt also keine strikten Richtlinien, die festlegen, wann ein Gebiet gesperrt werden muss oder insbesondere wieder geöffnet werden kann.
Ziel
Durch die Simulierung der Lawinenauslaufweite für verschiedene Szenarien können wir berechnen, ob eine Lawine eine Strasse erreichen kann. Um diese Information zu erhalten, berechnen wir ein Schneehöhenmodell für den Hang und verwenden es als Eingabe für die RAMMS:EXTENDED-Simulation, um die Auslaufstrecke zu ermitteln.
Um die Entwicklung der Schneehöhenverteilung in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu kartieren, werden wir ein auf Fernerkundung basiertes Überwachungssystem installieren.
Die gewonnenen Informationen bilden die Grundlage für die Simulation mit der RAMMS-Simulationssoftware für spezifischer Lawinenszenarien für das Dischmatal (z.B. kalte, trockene Schneebrettlawinen, Nassschneelawinen, gemischte Strömungssysteme) mit verschiedenen Wiederkehrperioden.
Die Szenarien werden anhand der kartierten Umrisse vergangener Lawinenereignisse, bestehender Gefahrenkarten und von den lokalen Naturgefahrenexperten der Gemeinde Davos, die für das Dischmatal zuständig sind, bewertet.
Die zentrale Forschungsfrage ist, ob und wie diese neuen Werkzeuge die Entscheidungsfindung für die Schließung und Wiedereröffnung von Straßen effizient unterstützen können. Indem wir neue Fernerkundungs- und numerische Simulationstechnologien in den Entscheidungsprozess zur Abschätzung der Lawinengefahr einbeziehen, ebnen wir den Weg für zuverlässigere Entscheidungen und höhere Lawinensicherheit in alpinen Tälern.
Kartierung, Überwachung und Modellierung der Schneehöhenverteilung
Wichtige Eingangsparameter für die Lawinensimulation sind die Schneeverhältnisse und die Schneehöhenverteilung im Lawinenanrissgebiet. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, müssen die Eingabedaten die Verhältnisse möglichst wahrheitsgetreu abbilden. Die Schneehöhenverteilung ist jedoch nicht gleichmässig über den Hang verteilt und ändert sich ständig unter dem Einfluss des Windes. Daher planen wir die Entwicklung und Installation eines Überwachungssystems, um die Schneehöhenverteilung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu kartieren. Die Gruppe hat bereits viel Erfahrung mit Drohnen im alpinen Gelände (siehe: Mittels Drohnen die Schneehöhe erfassen). Für eine hohe zeitliche Auflösung planen wir zusätzlich die Installation eines festen, bodengestützten Systems, das die ganze Saison über autonom messen kann. Mit der damit neu aufgebauten Schneehöhendatenbank, und meteorologischen- (Schneefall, Wind, Temperatur) und Geländeinformationen wollen wir einen Simulationsansatz entwickeln, der es uns ermöglicht, die Bedingungen für jeden beliebigen Hang zu berechnen.
Sensitivitätsanalyse der Eingabeparameter in RAMMS:EXTENDED
Die Anwenderversion von RAMMS wird heute in der Praxis von Ingenieurbüros, Behörden und Wissenschaftlern eingesetzt. Derzeit entwickelt das SLF-Team eine SLF-interne Forschungsversion der Software, das sogenannte RAMMS:EXTENDED. Mit der neuen Version können viel mehr physikalische Parameter einbezogen und mehr Strömungsregimes wie Pulver- oder Nassschneelawinen simuliert werden.
Mit den zusätzlichen Parametern wurde das Modell empfindlicher gegenüber Unsicherheiten in den Eingabeparametern. Daher muss eine detaillierte Sensitivitätsanalyse für die in RAMMS:EXTENDED verfügbaren zusätzlichen Parameter durchgeführt werden, bevor die Simulation von Praktikern eingesetzt werden kann. Die wichtigsten Parameter sind die erodierbare Schneehöhe in der Lawinenbahn, die Temperatur der ausgelösten und mitgerissenen Schneedecke, die Variation der Dichte während des Lawinenflusses und die Bildung von freiem Wasser in den simulierten Nassschneelawinen.
Es ist geplant, Monte-Carlo-Simulationen durchzuführen, um die Empfindlichkeit der einzelnen Parameter auf den Lawinenauslauf, die Ablagerungstiefe, die Geschwindigkeit und den Aufpralldruck zu bewerten. Als Benchmark zur Validierung der Simulationsergebnisse werden die RAMMS:USER-Version und Messungen aus der SLF-Datenbank verwendet.
Definition von Gefahrenszenarien und Modellierung von Lawinenauslauf-Szenarien
In einem nächsten Schritt werden in Zusammenarbeit mit den Gefahrenexperten der Gemeinde Davos, die für die Sperrung und Öffnung der Strassen zuständig sind, relevante Gefahrenszenarien definiert. Die Szenarien simulieren wir dann unter Berücksichtigung von den neuen Schneemengen, Wind und Temperatur in Kombination mit der neuen Modellierung der Schneehöhenverteilung.
Eine Platform für Entscheidungsträger
Das wichtigste Ergebnis ist die Bereitstellung aller Informationen für diejenigen, die über Sicherheitsmassnahmen für Strassen wie Sperrungen und Wiedereröffnungen entscheiden müssen. Alle Messungen und Simulationen sollen in (nahezu) Echtzeit in eine Plattform integriert werden, um die Entscheidungsträger mit möglichst aktuellen Daten zu unterstützen. In einem ersten Schritt wird dieses Tool für die Testregion Dischma entwickelt. Als zukünftiges Ziel werden wir die Anwendbarkeit auch auf andere Regionen übertragen.