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Automatische Murgangbeobachtungsstationen
In Wildbachgerinnen treten bei Unwetterereignissen häufig Sedimenttransport und Murgänge auf. Diese Prozesse können zu grossen Schäden führen, sei es durch Geschiebeablagerungen und Übermurungen auf dem Wildbachkegel, sei es durch Geschiebeüberlastung und Aufstau des Vorfluters. Zur Übertragung der Resultate aus Laborversuchen in die Natur existieren in der Reinwasserhydraulik bekannte Ähnlichkeitsgesetze und dimensionslose Parameter, welche zu berücksichtigen sind.
Bei den Murgängen ist das Materialverhalten viel komplexer als bei Reinwasserabflüssen, weshalb bei den Ähnlichkeitsgesetzen gewisse Unsicherheiten bestehen, die nur durch Messungen sowohl im Labor als auch in der Natur geklärt werden können. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere aufgrund der sehr breiten Kornverteilung des fliessenden Materials und den nur unzulänglich messbaren rheologischen Eigenschaften des Murganggemisches. Ein ähnliches Problem besteht auch bei der Anwendung von numerischen Simulationsmodellen: Eine direkte Messung dieser Materialparameter ist äusserst aufwändig und nur für bestimmte Ansätze möglich. Daher müssen die Messungen im physikalischen Modell sowie die Berechnungen mit numerischen Simulationsmodellen durch direkte, automatische Messungen in der Natur sinnvoll ergänzt werden.
Feldbeobachtungen weltweit
Die umfangreichsten Feldbeobachtungen von ablaufenden Murgängen wurden früher vor allem in Japan und in China durchgeführt. Leider ist nur ein kleiner Teil der Forschungsergebnisse direkt auf Schweizerische und Alpine Verhältnisse übertragbar, weil die Korngrössenzusammensetzungen der Murgangmaterialien unterschiedlich sind. So treten z.B. im Jiangjia Gully (Provinz Yunnan, China) vor allem feinkörnige, schlammstromartige Murgänge auf. Von besonderem Interesse sind die Aufzeichnungen von mehreren Ereignissen am Mount Yakedake in Japan. Bei diesen weisen sowohl die Kornverteilung als auch die topographischen Verhältnisse Ähnlichkeiten mit den typischen Eigenschaften von Murgängen in den Alpen auf.
Seit einigen Jahren existieren auch in Italien automatische Stationen zur Murgang-Beobachtung. Zahlreiche Ereignisbeschreibungen in der Fachliteratur eignen sich wegen der meist nur groben Angaben zu Fliesshöhen und -geschwindigkeiten lediglich bedingt zur Validierung von Modellansätzen oder zur Überprüfung von Erkenntnissen aus dem Labor. Es besteht deshalb weltweit ein erheblicher Bedarf an genauen Daten über die Eigenschaften und das Fliessverhalten von spontanen Murgängen aus Naturmessungen.
Die automatischen Beobachtungsstationen sind mit folgenden Messgeräten und Installationen ausgerüstet:
- Videokamera(s) inklusive Aufzeichnungsgerät
Die Aufzeichnung einer Murgangwelle auf Video erlaubt Aussagen zum Bewegungsverhalten und zur Geometrie der Welle. Zudem können qualitative Informationen über die Materialzusammensetzung, den Wassergehalt und eventuellen Holzanteil gewonnen werden. Aufzeichnungen erfolgen auf S-VHS oder digitale Recorder.
- Beleuchtung (nur Illgraben)
Wenn die von der Videokamera eingesehenen Abschnitte des Gerinnes mit Scheinwerfern ausgeleuchtet werden können, sind auch bei Nacht und bei schlechten Lichtverhältnissen Videoaufzeichnungen möglich. Neuere Kameratypen sind in der Lage, auch bei sehr schlechten und schwachen Lichtverhältnissen brauchbare Bilder zu liefern.
- Ultraschallsensoren oder Radarmessgeräte (Echolote), Laser
Mit Hilfe dieser Instrumente werden die Abflusstiefe und das Längsprofil der Welle detailliert gemessen. Diese Messungen sind auch für eine semi-quantitative Auswertung der Videoaufzeichnungen hilfreich. Um eine hohe Genauigkeit für die Erfassung der Welle zu erreichen, wird wenn möglich an zwei Orten im Bach über einer festen Sohle gemessen.
- Geophone
Die Geophone dienen einerseits als Auslöseüberwachungsinstrument zur automatischen Inbetriebnahme aller übrigen Messgeräte. Andererseits können mit den Geophonmessungen Aussagen zum Zeitpunkt des Durchgangs der Murenfront und zum Verlauf der Murgangintensität während eines Schubes gemacht werden. Durch die kombinierte Information mehrerer Geophone und/oder Echolote entlang eines Gerinneabschnittes erhält man Angaben zur lokalen Frontgeschwindigkeit.
- Niederschlagswippe(n)
Mit der Niederschlagswippe werden die Niederschlagsintensitäten vor und während des Ereignisses erfasst. Damit erhält man Informationen zu den Auslösebedingungen.
- Montagegerüste und Apparatekasten
Für die Montage der Messgeräte sowie für die Unterbringung der Aufzeichnungs- und Steuerungseinheit sind entsprechende Konstruktionen aus Gerüstrohr sowie Kästen als Witterungsschutz vorhanden.
- Stromzufuhr
Aufgrund des relativ hohen Energieverbrauchs für die Beleuchtung und den Betrieb der Videokamera müssen die Stationen idealerweise mit Netzstrom versorgt werden. Für die Überbrückung eines eventuellen Stromausfalls sind Stützbatterien vorhanden. Alternativ wird die Stromversorgung mit Solarpanels sichergestellt (Betrieb nur über Sommerhalbjahr).