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Modelldarstellung des Waldes zur Reduktion von Lawinenschäden
Zwei Studierende der EPFL haben die Lawinenschutzfunktion eines Waldes im Kanton Waadt vor und nach einem Waldbrand 2018 untersucht. Ihre Arbeit kann auch auf andere, ähnliche Fälle angewandt werden und dem Kanton bei der Wiederaufforstung helfen.
In vielen Ländern der Welt gibt es immer mehr Waldbrände aufgrund der Trockenheit des Klimas. In der Schweiz ist gemäss Prognosen bis am Ende des 21. Jahrhunderts zwischen Mai und November mit einem Anstieg der Anzahl Waldbrände zu rechnen. Fachleute erwarten insbesondere eine starke Zunahme im Aaretal und in den tief gelegenen Regionen des Kantons Bern, einen moderaten Anstieg im Tessin und im Engadin sowie mehr Waldbrände im Sommer im Wallis. Diese Ereignisse können Erosionsprozesse auslösen und die Schutzfunktion des Waldes gefährden. «Die Schweiz wird systematisch von Waldbränden heimgesucht werden», warnt Johan Gaume, Leiter des EPFL-Labors für Schnee- und Lawinensimulation. «Ausnahmsweise haben wir jedoch beim Klimawandel Zeit, um vorauszuplanen.»
2018 gingen in Les Diablerets im Kanton Waadt sechs Hektar Wald in Rauch auf. Das Gebiet Les Voëttes hat eine Lawinenschutzfunktion im Winter. Um die Folgen des Waldbrandes für künftige Lawinenereignisse zu verstehen, haben Johan Gaume und seine Postdoktorandin Xingyue Li zwei Master-Studierenden des Fachs Umweltingenieurwesen vorgeschlagen, im Rahmen eines «Design Project» diesen konkreten Fall zu untersuchen und direkt mit der Umweltdirektion des Kantons zusammenzuarbeiten.
Gefahrenkarte
Ziel war die Erstellung einer neuen Lawinengefahrenkarte und die Unterstützung der kantonalen Behörden bei der optimalen Wiederaufforstung. Dafür nutzten die Studierenden ein vom Labor entwickeltes, digitales Modell. Ergebnis: Künftige Lawinen werden schneller die Hänge im Gebiet Les Voëttes herunterdonnern, aber vor den darunterliegenden Häusern zum Stehen kommen, weil dort die Hangneigung relativ gering ist. Nur eine bisher geschützte Hütte befindet sich neu in der Gefahrenzone.
Die Studierenden empfehlen den kantonalen Verantwortlichen im Übrigen, kleine Standorte für die Schaffung von Baumgruppen zu ermitteln, die für Stabilität sorgen, und anschliessend die übrigen Bäume unregelmässig zu pflanzen, um die Schutzfunktion des Waldes zu verbessern. «Um die Biodiversität dieser von Natur aus an solche Ereignisse angepassten Systeme zu fördern, sollte eine gewisse Häufigkeit kleiner, gefahrloser Lawinen aufrechterhalten werden», erklärt der Master-Studierende Francesc Molné, der das Design Project zusammen mit Clara Streule durchgeführt hat.
«Die Ergebnisse entsprachen unseren Erwartungen, sind aber weniger alarmierend als die Prognosen des Kantons Waadt», sagt Clara Streule. «Das digitale Modell der EPFL hat den Vorteil, dass es im Gegensatz zu dem vom Kanton Waadt verwendeten Modell RAMMS (am Institut für Schnee und Lawinenforschung SLF entwickelt, Red.) die räumliche Anordnung der Bäume bei der Lawinensituation sehr genau berücksichtigt. Diese Bäume werden den Schnee bei künftigen Lawinen zurückhalten. Vielleicht liegt da der Unterschied», meint Francesc Molné.
Mehrere Parameter
Die künftigen Ingenieure haben in ihrem Modell mehrere Parameter wie die Anordnung der vorhandenen und nicht mehr vorhandenen Bäume, die Exposition und Topografie des Terrains sowie die Qualität des Schnees berücksichtigt. Der Schnee kann frisch, nass, klebrig (in Platten aufgrund des Windes) oder sehr klebrig sein. Alle diese Faktoren bestimmen die Geschwindigkeit und Dynamik von Lawinen. Die Studierenden führten auch eigene topografische Erhebungen per Drohne und Fotogrammetrie durch und konsultierten die regionalen Schneefalldaten der letzten 100 Jahre, damit ihr Modell auf dem höchsten Wert basiert.
«Für mich war das Spannendste, dem digitalen Modell zu vertrauen und gleichzeitig seine Grenzen zu hinterfragen und die Auswirkungen verschiedener Faktoren zu verstehen, um wirksame Lösungen zu finden», sagt Francesc Molné. «Die Erhebung topografischer Daten war eine Herausforderung, weil das Terrain komplex ist. Diese Phase hat mich besonders interessiert, weil die Flugprogrammierung unserer Drohne viel Mathematik erforderte. Wir sehen das alles in unserem Studium theoretisch, und nun erhielten wir die Gelegenheit, im Rahmen des Projekts die Praxis zu erleben», erklärt Clara Streule. «Beim Formulieren von Empfehlungen für den Kanton Waadt habe ich auch begriffen, dass mein künftiger Beruf vor allem darin bestehen wird, Lösungen zu finden, um unser Leben anzupassen und uns vor den Auswirkungen des Klimawandels zu schützen, wenn man sie nicht verhindern kann», meint die Studentin abschliessend.
«Beim Formulieren von Empfehlungen für den Kanton Waadt habe ich auch begriffen, dass mein künftiger Beruf vor allem darin bestehen wird, Lösungen zu finden, um unser Leben anzupassen und uns vor den Auswirkungen des Klimawandels zu schützen, wenn man sie nicht verhindern kann.»
Künftige Kooperationen
Die von den Studierenden benutzte Methode kann auf alle Schutzwälder des Kontinents angewandt werden. «Mit dieser Pilotstudie konnte unser digitales Modell an einem konkreten Fall getestet werden, und so haben wir Lust bekommen, weiter zu machen», sagt Johan Gaume. Auch beim Kanton Waadt ist man ähnlich begeistert: «Diese Arbeit bietet einen neuen Blickwinkel, um die Schutzwirkung von Wäldern im Zusammenhang mit Lawinen in geringer Höhe zu analysieren, und bereichert unsere Überlegungen für den Unterhalt der Wälder. Die Zusammenarbeit mit der EPFL wird folglich an anderen Standorten weitergehen», sagt Jean-Louis Gay, Forstinspektor im dritten Bezirk der Inspektionsabteilung in der Generaldirektion für Umwelt.