Amt für Wald des Kantons Bern, Abteilung Naturgefahren Tiefbauamt des Kantons Bern Energie- und Wasserwirtschaftsamt des Kantons Bern.

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1 Amt für Wald des Kantons Bern, Abteilung Naturgefahren Tiefbauamt des Kantons Bern Energie- und Wasserwirtschaftsamt des Kantons Bern uter Gefahrenhinweiskarte des Kantons Bern 1:25'000 Ausgabe 1997 Erläuterungsbericht Arbeitsgemeinschaft GEOTEST AG - Geo 7 - Kellerhals + Haefeli AG - GIUB per Adresse: GEOTEST AG, Birkenstrasse 15, 3052 Zollikofen Tel Fax Zollikofen, im Oktober 1998 / ru \\Server_edv\auftrag\1995\95168 Gefahrenhinweiskarte Kt.Bern\BE01Keu, Erläuterungsbericht.doc

2 Gefahrenhinweiskarte des Kantons Bern 1:25'000 Kartenwerk 48 Blätter 1:25'000 generell je 1 Blatt Lawinen und Wildbach 1 Blatt Steinschlag und Rutschung 1 Blatt Waldschutzfunktionen Bearbeitung Herausgeber: Auftraggeber: Leitung: Kanton Bern Amt für Wald, Abteilung Naturgefahren Tiefbauamt Kanton Bern Wasser- und Energiewirtschaftsamt Kanton Bern Amt für Wald, Abteilung Naturgefahren, H. Buri Wissenschaftliche Begleitung: Prof. Dr. H. Kienholz Bearbeitung: - GEOTEST AG, 3052 Zollikofen (Projektleitung und Prozess Steinschlag) Dr. H.R. Keusen, Dr. B. Krummenacher, A. Zinggeler - Geo 7, 3012 Bern, Prozess Wildbachgefahr P. Mani - Kellerhals und Haefeli AG, 3011 Bern (Prozess Rutschung, Absenkung) Dr. D. Bollinger - Geographisches Institut Universität Bern (Prozess Lawinen) Dr. Ch. Hegg Zollikofen, im Oktober / 60

3 Vorwort Vorwort Die folgenden Rahmenbedingungen haben die Naturgefahrenfachstellen des Kantons Bern dazu bewogen, eine Gefahrenhinweiskarte in der vorliegenden Form erstellen zu lassen: Die Zuständigkeit für die verschiedenen Prozesse wurden innerhalb des Kantons neu geregelt. Die vorher keiner Fachstelle zugeteilten Massenbewegungen wurden dabei neu dem Forstdienst zugeschlagen. Es fehlte eine Übersicht über mögliche Murgang- und Massenbewegungsrisiken sowie über die Schutzwaldverhältnisse. Neue gesetzliche Grundlagen auf eidgenössischer wie kantonaler Ebene forderten die Erarbeitung von diesbezüglichen Grundlagen. Laufende nationale Projekte (NFP 31, FLAM) offerierten oder versprachen neue Methoden und Synergien. Bei den Wasserbauern erfolgte der Philosophiewechsel hin zu prioritär raumplanerischer Gefahrenbewältigung. Im grossen, aber armen Gebirgskanton Bern fehlte das Geld für ein Grossprojekt wie flächendeckende Ereigniskataster oder gar integrale parzellenscharfe Gefahrenkarten. Gefragt war also eine Methode, die mit wenig Geld in kurzer Zeit eine grobe aber gute Übersicht ermöglicht; ein erster Schritt, eine Art Vorstudie für die Gefahrenerkennung und Quantifizierung. Das Projekt GHK ist durch folgende Spezialitäten gekennzeichnet: Teamwork und Know How-Transfer: Drei verschiedene kantonale Ämter fanden sich als Auftraggeber, die Eidg. Forstdirektion subventionierte grosszügig. Drei renommierte Privatbüros und die UNI Bern bildeten die Auftragnehmer-ARGE. Damit wurde sehr viel Fach- und Gebietskenntnis, Wissen und Können im GHK-Projekt eingebracht, gleichzeitig stellten die ARGE-Mitglieder durch ihre Mitarbeit in nationalen Projekten den optimalen Transfer an hochaktuellem Wissen sicher. Rollende Planung: Neu zur Verfügung stehende Grundlagen, neue methodische Möglichkeiten, neue Hard- und Software-Möglichkeiten wurden laufend ins Projekt integriert. "20/80 er Lösung : Mit einem Aufwand von weniger als Fr. 1.50/ha steht zwar nicht eine umfassende und abschliessende, aber eine gute und wertvolle Entscheidungsgrundlage zur Abschätzung von Naturgefahren-Konfliktstellen und für die Schutzwaldbauplanung zur Verfügung. Soweit wir es heute abschätzen können, erfüllt die GHK die in sie gesetzten Erwartungen! Wir danken der ARGE GEOTEST/Geo7/Kellerhals & Haefeli/GIUB für die hervorragende Leistung, den verantwortlichen Bundesstellen für die Zurverfügungstellung des methodischen Know Hows und der subventionellen und ideellen Unterstützung und allen am Projekt Beteiligten für die ausserordentlich gute Zusammenarbeit. Für die Projektleitung: H. Buri, Amt für Wald, Abt. Naturgefahren Zollikofen, im Oktober / 60

4 Zusammenfassung Zusammenfassung Instrumentarium Methoden Dokumente Die Gefahrenhinweiskarte 1:25'000 des Kantons Bern wurde in der Zeit von 1994 bis 1998 erarbeitet. Die Karte stellt die Prozessräume der für die Naturgefahren Rutschungen, Bodenabsenkungen, Steinund Blockschläge, Murgänge und Lawinen dar. Sie zeigt die möglichen Konflikte der Naturgefahren mit wichtigen Schadenpotentialen wie Wohnhäuser und Verkehrswege. Da die Eintretenswahrscheinlichkeit der möglichen Naturereignisse nicht berücksichtigt ist und die Prozessräume eher pessimistisch dargestellt sind, zeigt die Karte lediglich einen Risikoverdacht auf. Die Gefahrenhinweiskarte stellt damit für die Behörden ein wichtiges Instrument auf Richtplanebene dar. Die Ausscheidung und Darstellung der Wälder mit Schutzfunktion (WBSF) gibt den forstlichen Behörden Grundlagen für Subventionen zur gezielten Pflege besonders wichtiger Wälder. Die Prozessflächen wurden praktisch ausschliesslich (Ausnahme Rutschungen, Absenkungen) durch computergestützte Modellierungen erstellt. Wichtige digitale Grundlagen waren dabei das digitale Höhenmodell der Landeskarte (DHM25) und die Pixelkarte (PK25) sowie die Daten von Geostat des Bundesamtes für Statistik (Volkszählung). Die computergestützte Modellierung der Naturprozesse ergibt eine einheitliche, objektive, nachvollziehbare und transparente Gefahrenbeurteilung. Nur die Prozesse Rutschung und Absenkung mussten mittels klassischer geologischer Methoden (geologische Karten, Luftbilder etc.) bearbeitet werden. Die Gefahrenhinweiskarte des Kantons Bern 1:25'000 beinhaltet folgende Dokumente: a) Kartenblätter 1:25'000 je 3 Kartenausgaben mit folgendem Inhalt - Erd- und Felsbewegungen (Rutschungen, Absenkungen, Steinund Blockschlag) - Lawinen- und Murganggefahren - Schutzwaldkarte. b) Übersicht 1:100'000 Blatt Nord und Blatt Süd enthaltend Schadenpotentiale und schadenpotentialrelevante Prozessräume. c) Erläuterungsbericht für den methodisch interessierten Leser d) Kurzbericht für den allgemeinen Benützer e) Tabellenband mit statistischen Zahlen geordnet nach Gemeinden, Waldabteilungen, Oberingenieurkreisen, Gesamtkanton. f) Ablage der digitalen Daten (Standort GEOTEST AG und Amt für Wald, Abt. Naturgefahren) inkl. Datenbeschrieb. Zollikofen, im Oktober / 60

5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Seite Vorwort 3 Zusammenfassung 4 1. Einleitung Allgemein Auftrag Zielsetzung Arbeitsablauf Projektablauf Die Naturgefahren Allgemeines Lawinen Steinschlag, Felssturz, Bergsturz Wildbach / Murgang Rutschungen Absenkungen (Dolinen) In der Gefahrenhinweiskarte berücksichtigte Naturprozesse Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarten (Methodik) Grundsätzliches Erarbeitung der Methodik Grundlagendaten Digitales Höhenmodell Bodenbedeckung Geologische Karten Luftbilder Schadenpotential Allgemeines Menschenleben Sachwerte Prozessmodelle Fliesslawinen 24 Zollikofen, im Oktober / 60

6 Inhaltsverzeichnis Steinschlag Wildbachprozesse Rutschungen Kartenerstellung und Layout Umsetzung der Gefahrenhinweiskarte zur Karte der Schutzfunktion des Waldes Allgemeines Wald mit besonderer Schutzfunktion (BSF) Steinschlag Lawinen Wildbach (Murgang und Übersarung) Rutschungen Auswertung BSF Wald mit Schutzfunktion (SF) Bedeutung und Wirkung der Schutzwaldkartierung Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Aussagekraft, Mängel und Grenzen Raumnutzung, Richtplanung Schutzwaldkarte Statistische Auswertung Allgemeines Prozessflächen Personen und bewohnte Häuser Verkehrswege Schutzwaldflächen Digitale Daten Authentizität der Gefahrenhinweiskarte des Kantons Bern, Ausgabe Zollikofen, im Oktober / 60

7 Einleitung 1. Einleitung 1.1 Allgemein zunehmendes Schadenpotential, abnehmende Risikoakzeptanz gesetzliche Grundlagen Übersicht Naturgefahrenpotentiale Die fortschreitende bauliche Erschliessung unseres Landes führt zu einer zunehmenden Exposition von Sachwerten und Menschen gegenüber Naturgefahren. Das Schadenpotential wächst, und die Verletzlichkeit von Werten wird grösser. Gleichzeitig beobachtet man in der Bevölkerung eine abnehmende Risikoakzeptanz auch gegenüber Naturgefahren. Im Sinne eines guten Risikomanagements gilt es, Gefahren zu erkennen und ihre Wirkung auf Werte zu analysieren, damit geeignete Massnahmen zum Schutz getroffen werden können. Der Gesetzgeber trägt dieser Forderung Rechnung, indem er die Kantone und Gemeinden verpflichtet, Grundlagen (Gefahrenkarten und Gefahrenkataster) für den Schutz vor Naturereignissen zu erstellen (CH Waldgesetz, CH Wasserbaugesetz, CH Raumplanungsgesetz, BE Baugesetz, BE Waldgesetz, BE Wasserbaugesetz). Der Kanton Bern ist als Gebirgskanton besonders stark mit Naturereignissen konfrontiert. Bisher standen aber nur für die Lawinengefahren entsprechende Gefahrenkataster zur Verfügung. Übersichten über mögliche Gefahren durch Rutschungen, Steinschlag, Murgänge und Bodenabsenkungen fehlten. Es entstand deshalb der Wunsch, in einem ersten Schritt eine Übersicht über die Gefahrenpotentiale und deren möglichen Zusammenhänge mit Schadenpotentialen in Form einer Gefahrenhinweiskarte zu erstellen. 1.2 Auftrag Vorgängige Pilotstudie Aufgrund der oben erwähnten gesetzlichen Grundlagen erteilte die Abt. Naturgefahren, KAWA, am 20. August 1996 der Arbeitsgemeinschaft den Auftrag zur Erstellung der Gefahrenhinweiskarte 1:25'000 für den Kanton Bern. Vorgängig waren in einer Vorstudie anhand der Pilotblätter Niesen, Lauterbrunnen, Adelboden, Chasseral, Eggiwil und Guggisberg die methodischen Werkzeuge erarbeitet worden. Die Entwicklung der Methoden erfolgte zu einem grossen Teil im Rahmen zweier nationaler Projekte, des WEP / FLAM 1 sowie des NFP31 2. In den Schlussberichten dieser Programme sind die methodischen Ansätze im Detail beschrieben. 1 Walderhebungsprogramm, flankierende Massnahmen Modul Naturgefahren (vgl. Heinimann et al. 1996) 2 Nationales Forschungsprogramm Naturgefahren Zollikofen, im Oktober / 60

8 Einleitung 1.3 Zielsetzung Interessenskonflikte aufzeigen Schadenpotentialrelevante Prozessräume WBSF-Flächen Wichtiges Planungsinstrument Statistische Auswertung Zielsetzung war die Erstellung eines Planungsinstrumentes auf Ebene Richtplan. Die Gefahrenhinweiskarte soll eine grobe Übersicht über die Gefahrenart geben und die sich durch die Gefahren ergebenden Interessenskonflikte aufzeigen. Die Gefahrenhinweiskarte soll die Prozessräume von möglichen Rutschungen Bodenabsenkungen Stein- und Blockschlägen Murgängen Lawinen darstellen. Im weiteren soll das bestehende Schadenpotential wie Siedlungen und Verkehrswege und deren Bedrohung durch die Naturprozesse illustriert werden. Da der Wald eine wichtige Schutzfunktion gegenüber Naturgefahren hat, sollen in der Gefahrenhinweiskarte auch die "Waldareale mit besonderer Schutzfunktion" (WBSF) und "normaler" Schutzfunktion (WSF) ausgeschieden werden. Mit der Gefahrenhinweiskarte hat der Kanton ein wichtiges Planungsinstrument in der Hand und kann damit: den Handlungsbedarf für vertiefte Gefahrenanalysen in besonders kritischen Gebieten erkennen; die Ausgesetztheit von Bauvorhaben oder Bauzonen gegenüber Naturgefahren erkennen und entsprechende Zusatzabklärungen verlangen; eine funktionsgerechte Schutzwaldbauplanung durchführen; knappe Subventionen aufgrund objektiver Grundlagen gerechter und gezielter einsetzen. Die Gefahrenhinweiskarte ist damit ein wichtiges Hilfsmittel für ein angepasstes Risikomanagement. Im weiteren erlaubt der Einsatz eines geographischen Informationssystems (GIS) die Analyse verschiedenster statistischer Kenngrössen, wie betroffene Personen, Wohnhäuser und Verkehrswege WBSF-Flächen Lage und Grösse des Gewässernetzes Zollikofen, im Oktober / 60

9 Einleitung 1.4 Arbeitsablauf Die Bearbeitung der Gefahrenhinweiskarte erfolgte durch verschiedene Spezialisten und wurde von den kantonalen Behörden begleitet. Abb. 1-1 zeigt die entsprechenden Verantwortlichkeiten. Abb. 1-1: Organigramm Gefahrenhinweiskarte Kanton Bern Zollikofen, im Oktober / 60

10 Einleitung 1.5 Projektablauf Der Ablauf des Projektes gestaltete sich wie folgt: Pilotstudie: Blätter Niesen, Lauterbrunnen, Adelboden. Aufbereitung der Grundlagendaten zu DHM-10, Pixelkarte, höhencodiertes Gerinnenetz usw. Prozessräume der Gefahren mittels Pauschalgefälleansatz. Erweiterte Pilotstudie: Blätter Chasseral, Eggiwil und Guggisberg. Anwendung der Methodik auf morphologisch und geologisch andere Kantonsgebiete. Pilotstudie zur Ausscheidung der Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion (WBSF) Hauptbearbeitung des Kartenwerkes. März 1998 Statistische Auswertung, Abschluss der Arbeiten. Zollikofen, im Oktober / 60

11 Die Naturgefahren 2. Die Naturgefahren 2.1 Allgemeines Naturgefahren im Sinne des Waldgesetzes- und Wasserbaugesetzes gravitative Prozesse Pauschalgefälle, Reichweite Unter Naturgefahren werden gemeinhin folgende Ereignisse verstanden: Erdbeben Bodenbewegungen (Rutschungen, Absenkungen) Bergstürze, Felsstürze, Steinschlag Hochwasser (Überschwemmung, Murgänge) Lawinen Gewitter, Sturm Trockenheit, Kälte Waldbrand Meteoriteneinschläge Vulkanausbrüche Naturgefahren im Sinne des Schweizerischen Waldgesetzes und Wasserbaugesetzes sind Gefahren für Menschen und Sachwerte, die sich aus der Bewegung von Wasser-, Schnee-, Eis-, Erd- und Felsmassen an der Erdoberfläche ergeben. Es sind dies folgende gravitative Prozesse Lawinen Rutschungen, Absenkungen Steinschlag, Felssturz, Bergsturz Rutschungen Diese Hauptgruppen können nach Bewegungsmechanismen, beteiligtem Material und Volumen in weitere Untergruppen differenziert werden. Die spezifischen physikalischen Eigenschaften der gravitativen Prozesse manifestieren sich in unterschiedlichen Pauschalgefällen. Das Pauschalgefälle (Fahrböschung nach HEIM) beschreibt den Winkel zwischen Ablagerung und Ausbruch (siehe Abb. 2-1) und ist damit die charakteristische Grösse für die Reichweite eines gravitativen Prozesses. Selbstverständlich wird das Pauschalgefälle und somit die Reichweite im einzelnen Fall durch weitere Faktoren wie Untergrundbeschaffenheit und Zusammensetzung des stürzenden oder fliessenden Materials beeinflusst. Die aufgrund von Erfahrungswerten ermittelten, charakteristischen Pauschalgefälle stellen für die verschiedenen Prozesse nur Richtgrössen dar. Zollikofen, im Oktober / 60

12 Die Naturgefahren Abb. von Pfy (Publ. AGN) Abb. 2-1: Das Pauschalgefälle von gravitativen Prozessen Die nachfolgende Tabelle illustriert die Grössenordnungen der Pauschalgefälle der verschiedenen Prozesse. Tabelle 2-1: Pauschalgefälle verschiedener gravitativer Prozesse Prozess - Fliesslawinen - Murgänge - Stein- und Blockschläge - Felsstürze - Kleine Bergstürze (2-10 Mio m3) - Grosse Bergstürze (10-50 Mio m3) - sehr grosse Bergstürze (50-1'000 Mio m3) Pauschalgefälle Pauschalgefälle Bergsturz volumenabhängig Bemerkenswert ist die Feststellung, dass das Pauschalgefälle von Bergstürzen ausgeprägt volumenabhängig ist (siehe Kapitel 2.3). Im Folgenden werden die einzelnen Prozesse kurz charakterisiert und definiert. Zollikofen, im Oktober / 60

13 Die Naturgefahren 2.2 Lawinen Fliesslawinen, Staublawinen Unter Lawinen versteht man die plötzliche und schnelle Talwärtsbewegung von Schnee oder Eis als gleitende, fliessende oder rollende Masse oder als aufgewirbelte Schneewolke an Hängen und Wänden mit einer Sturzbahn von über 50 m Länge (Dislokation <50 m: Schneerutsch). Fliesslawinen sind vorwiegend gleitende, fliessende oder rollende Schnee- und Eismassen. Staublawinen umfassen aufgewirbelte, stiebende Schnee- oder Eiswolken. Die Geschwindigkeiten grosser Lawinen erreichen folgende Grössen: nasse Fliesslawinen: trockene Fliesslawinen: Staublawinen m/s m/s m/s 2.3 Steinschlag, Felssturz, Bergsturz Stein- und Blockschlag Felssturz Bergsturz Die Unterscheidung von Steinschlag, Felssturz und Bergsturz erfolgt meist nach dem Volumen und dem Bewegungsmechanismus der abstürzenden Masse. Stein- und Blockschlag sind charakterisiert durch mehr oder weniger isolierte Sturzbewegungen (Fallen, Springen, Rollen) von Einzelkomponenten von bis zu mehreren m 3 Grösse. Es werden Geschwindigkeiten bis zu 30 m/s erreicht. Bei Hangneigungen unter ca. 30 kommen bewegte Steine und Blöcke im allgemeinen zum Stillstand. Wald kann die kinetische Energie der Blöcke stark reduzieren. Beim Felssturz löst sich ein grösseres, in sich mehr oder weniger fragmentiertes Gesteinspaket «en bloc» aus dem Gebirgsverband und stürzt ab. Das verlagerte Volumen liegt meist zwischen 100 und mehreren 100'000 m 3 pro Ereignis. Die Art des Losbrechens hat meist wenig Einfluss auf die Fortsetzung des Ereignisses. Im Gegensatz zum Bergsturz sind die Interaktionen zwischen den Sturzkomponenten und der dabei entstehende Energieaustausch relativ gering. Die Verlagerungsgeschwindigkeit liegt häufig im Bereich zwischen 10 und 40 m/s. Ein Bergsturz ergibt sich aus einem gleichzeitigen Loslösen sehr grosser Gesteinsvolumina (1 Mio. bis mehrere Mio. m 3 ). Der Verlagerungsprozess des Bergsturzes wird durch die Topographie sowie die Fragmentierung der Gesteinsmasse und die Interaktion zwischen den Bruchstücken bestimmt. Typisch ist die starke Wechselwirkung zwischen den Komponenten (Sturzstrom). Dadurch kann das Material bis zu feinstem Gesteinsmehl zerrieben oder gar aufgeschmolzen werden. Es werden Geschwindigkeiten von über 40 m/s erreicht. Die Zollikofen, im Oktober / 60

14 Die Naturgefahren Grosse Reichweiten Reichweiten sind auch bei geringerem Gefälle sehr beträchtlich und können mehrere Kilometer betragen (kleine Pauschalgefälle siehe Abschnitt 2.1). Infolge der grossen Volumina vermögen Bergstürze die Landschaft nachhaltig zu verändern. In den Gebirgstälern führen die grossen Sturzmassen oft zu einem Aufstau von Bächen und Flüssen, verbunden mit der Gefahr eines unter Umständen katastrophalen Wasserausbruchs und der Überflutung der talabwärts liegenden Gebiete. 2.4 Wildbach / Murgang Wildbäche Teilprozesse Überschwemmung, Ufererosion und Übermurung Hochwasser- und Murganggefahren umfassen ein breites Spektrum verschiedener Prozesse mit unterschiedlichen Wirkungsmechanismen. Bei Gebirgsgewässern, besonders bei steilen Wildbächen, spielen vor allem auch die mit intensiven Feststoffverlagerungen verbundenen Gefahren eine wichtige Rolle. Im Zusammenhang mit diesen Vorgängen wird oft auch der Begriff der «Wildbachgefahr» verwendet. Wildbäche sind oberirdische Gewässer mit zumindest streckenweise grossem Gefälle, rasch und stark wechselndem Abfluss und zeitweise hoher Feststofführung. Die wesentlichen dabei auftretenden gefährlichen Vorgänge werden mit den Teilprozessen Überschwemmung, Ufererosion und Übermurung beschrieben (siehe Tab. 2-2). Die meisten der anderen in diesem Kapitel beschriebenen Hangprozesse, vor allem Felsstürze, Rutschungen, Erosion durch Wasser und Schnee (Lawinen), spielen in Wildbächen hauptsächlich für die Geschiebemobilisierung und die Geschiebelieferung ins Gerinne eine wichtige Rolle. Vom Standpunkt der Wirkung des Hochwassers auf die genutzte Fläche wird in den Empfehlungen zur «Berücksichtigung der Wassergefahren bei raumwirksamen Tätigkeiten» (BWW, BRP et BUWAL 1997) zwischen den Teilprozessen Überschwemmung, Ufererosion und Übermurung unterschieden. In diesem Zusammenhang sind die Definitionen gemäss Tabelle 2-2 von Bedeutung: Zollikofen, im Oktober / 60

15 Die Naturgefahren Tabelle 2-2: Definitionen Bereich Wassergefahren Hochwasser: Überschwemmung: Ufererosion: Übermurung: Übersarung: Murgang: Murkopf: Murzunge: Zustand in einem Gewässer, bei dem der Wasserstand oder der Abfluss einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat. Bedeckung einer Landfläche mit Wasser und Feststoffen, die aus dem Gewässerbett ausgetreten sind. Abgleiten von Uferböschungen infolge Tiefenund Seitenerosion. Ablagerung von Murgangmaterial ausserhalb des Gerinnes (häufig im Kegelbereich eines Wildbaches). Ablagerung von Feststoffen ausserhalb des Gerinnes anlässlich von Überschwemmungen. Schnell fliessendes Gemisch von Wasser und Feststoffen mit einem hohen Feststoffanteil von ca. 30% bis 60%. steile Front eines Murganges bzw. der abgelagerten Masse eines (plötzlich) zum Stillstand gekommenen Murganges. Relativ flache, oft weitreichende Ablagerung eines Murganges bzw. von verschwemmtem Murmaterial. Übermurung: Feststoffablagerungen im Kegelbereich eines Wildbaches Überschwemmungen werden gefährlich, wenn im Überflutungsbereich grössere Wassertiefen oder starke Strömungen, oft auch Erosion, auftreten. Dabei können mehr oder weniger grobe Feststoffe abgelagert werden (Übersarung). Ufererosion ist raumplanerisch nur relevant, wenn sie sich über den Gerinnebereich hinaus auswirkt. Übermurungen, d.h. die Ablagerung von Feststoffen durch Murgänge bzw. durch fliessende Wassermassen («fluvialer Geschiebetransport») ausserhalb des Gerinnes, erfolgen meist im Bereich von Schwemmkegeln der Wildbäche. Dabei ergibt sich die Hauptschadenwirkung einerseits aus der Stosswirkung der Murfront eines Murganges, welche durch mitgeführte Einzelblöcke noch verstärkt wird, und andererseits aus den mächtigen Ablagerungen von Blöcken, Geröll und Schutt. Unterhalb von Murablagerungen spielen sich in der Regel Überschwemmungs-, Übersarungs- und Erosionsprozesse ab. Zollikofen, im Oktober / 60

16 Die Naturgefahren 2.5 Rutschungen kausaler Faktor: Wasser Rutschungen sind hangabwärts gerichtete Bewegungen von Hangteilen aus Fels- und / oder Lockergesteinen an mässig geneigten bis steilen Böschungen, die als Ergebnis eines Scherbruches an der Untergrenze der bewegten Massen stattfinden. Natürliche Instabilitäten dieser Art sind in der Schweiz häufig und weisen eine grosse Vielfalt von Erscheinungsformen auf. Sehr viele dieser Rutschungserscheinungen sind alt und heute weitgehend ruhig («schlafend»), können aber allmählich oder plötzlich neu belebt werden. Bei Rutschungen spielt das Wasser meist eine entscheidende Rolle, sei es durch die Wirkung von Porenwasserdruck, von Sickerströmung oder von Quelldruck infolge des Quellens von Tonmineralen. In den Empfehlungen zur «Berücksichtigung der Massenbewegungsgefahren bei raumwirksamen Tätigkeiten» wurden Rutschungen nach der Tiefe und der Aktivität klassiert (siehe Tabelle 2-3). Die Aktivität entspricht der über einen längeren Zeittraum feststellbaren durchschnittlichen Rutschgeschwindigkeit. Tabelle 2-3: Klassifikation von Rutschungsbewegungen (BUWAL, BWW et BRP 1997) Klassifikation nach Tiefe der Gleitfläche Rutschung Tiefe der Gleitfläche unter Terrain Klassifikation nach Aktivität entspricht der über einen längeren Zeitraum feststellbaren, durchschnittlichen Rutschgeschwindigkeit Rutschung Geschwindigkeit der Rutschung Oberflächlich, flachgründig mitteltief, mittelgründig 0-2 m substabil, sehr langsam 0-2 cm/jahr 2-10 m wenig aktiv, langsam 2-10 cm/jahr tief, tiefgründig > 10 m aktiv oder langsam mit schnellen Phasen > 10 cm/jahr Grosse Rutschgeschwindigkeiten Grössere Geschwindigkeiten als in Tabelle 2-3 aufgeführt, treten vor allem bei flachgründigen Bodenrutschungen (Soil slips) auf, die in vielen Fällen in Hangmuren (siehe unten) übergehen. Auch bei tiefergründigen Rutschungen werden gelegentlich grössere Geschwindigkeiten registriert, wie dies z.b. für die Rutschung von Falli Hölli (bei Plasselb, Kanton Freiburg) im August 1994 mit 6 m/tag der Fall war. Bei der Beurteilung des Gefahrenpotentials von Rutschungen dürfen nicht nur die Kubatur oder die heutigen Verschiebungsraten beachtet werden. Besonders gefährlich für Sachwerte sind die diffe- Zollikofen, im Oktober / 60

17 Die Naturgefahren rentiellen Bewegungen an Grenz- und Gleitflächen des Rutschkörpers. Im weiteren besteht die Gefahr eines Überganges in Hangmuren bzw. einer Auslösung von Murgängen, welche weiter talabwärts liegende Areale übermuren können. Wirkung von Rutschungen Menschen weniger gefährdet Die Wirkung von Rutschungen auf Objekte geschieht im wesentlichen auf zwei verschiedene Arten: Das Objekt (z.b. Haus) befindet sich auf der (in der Regel mitteloder tiefgründig) abgleitenden Masse und wird durch differentielle Bewegungen in Scherbereichen innerhalb oder am Rande der Rutschmasse beschädigt oder zerstört. Das Objekt (z.b. Haus) befindet sich in der Bewegungsbahn der abgleitenden Masse. Diese übt an ihrer Front eine Druckwirkung aus. Dies ist besonders gravierend, wenn die Rutschung in eine Hangmure oder einen Murgang übergeht. Menschen sind durch die Rutschungen selbst im allgemeinen wenig gefährdet, weil die Prozesse meist langsam ablaufen und deshalb eine Vorwarnung besteht. Hangmuren zerstörerische Wirkung Disposition für Hangmuren Neben den «Wildbach-Murgängen» werden auch Muren beobachtet, die sich am freien Hang, unabhängig von einem Gerinne, ereignen. Diese sogenannten Hangmuren sind oberflächlich abfahrende, schnellfliessende Gemische aus Lockergestein (meist nur Boden und Vegetation) und viel Wasser. Hangmuren entstehen an steilen Hängen, wobei eine klare Gleitfläche fehlt. Die bewegten Materialvolumina sind in der Regel limitiert (Grössenordnung: < 20'000 m 3 ). Der verhältnismässig grosse Wasseranteil hat eine grosse Prozessgeschwindigkeit (1-10 m/s) mit entsprechend zerstörender Wirkung zur Folge. Er führt auch dazu, dass die von der Materialverfrachtung betroffene Fläche oft um einen Faktor von 10 bis 100 grösser ist als die oftmals sehr kleine Anrissfläche. Falls eine Hangmure den Weg in ein Gerinne nimmt, kann sie dort zur Entwicklung eines grösseren Murganges beitragen. Besonders disponiert für Hangmuren sind steile Hänge, die mit gering durchlässigen, erosionsanfälligen Quartärbildungen bedeckt sind. Hangmuren entstehen oft an Stellen mit Quellaustritten oder als Sekundärbildungen von meist flachgründigen Rutschungen. Die Auslösung erfolgt bei Starkniederschlägen, nach langandauernden Regenperioden oder auch bei intensiver Schneeschmelze. 2.6 Absenkungen (Dolinen) Absenkungen treten bei verkarstetem Untergrund auf. Verkarstungs- Zollikofen, im Oktober / 60

18 Die Naturgefahren fähige Gesteine sind vor allem Gips und Malmkalke, Gesteine, welche leicht durch zirkulierendes Wasser angegriffen werden. Die so entstehenden Hohlräume im Untergrund führen zu Einstürzen (Dolinen) an der Oberfläche. Dolinen sind in Triasgebieten mit Gips (z.b. Krattigen - Spiez - Wimmis) sowie im Malm (Jura) eine häufig Erscheinung. Sie stellen vor allem eine Gefährdung für Sachwerte dar; Menschen sind kaum gefährdet. Zollikofen, im Oktober / 60

19 In der Gefahrenhinweiskarte berücksichtige Naturprozesse 3. In der Gefahrenhinweiskarte berücksichtigte Naturprozesse Hochwassergefahr in Talebenen nicht dargestellt Bergsturzgefahr nicht dargestellt In der Gefahrenhinweiskarte des Kantons Bern sind folgende Prozesse berücksichtigt und dargestellt: a) Lawinen b) Steinschlag, Blockschlag, Felssturz c) Rutschungen und Absenkungen d) Wildbach (Murgänge, Übersarungen) Nicht berücksichtigt sind die Gefahren von Hochwasser in den Talebenen sowie die Gefahr von Bergstürzen. Auf die Darstellung der Hochwassergefahr musste, obschon dies erfahrungsgemäss ein sehr schadenträchtiger Prozess ist, verzichtet werden. Das DHM25 gibt für diesen Prozess zu wenig genaue und differenzierte Höhenangaben, als dass Überflutungen in den Talebenen wirklichkeitsnah modelliert werden könnten. Versuche ergaben, dass völlig unrealistische Szenarien entstehen. Auf die Ausscheidung des Prozessraumes grosser Bergstürze mit Volumen >> 1 Mio m 3 wurde ebenfalls verzichtet. Einerseits sind solche Ereignisse in den Alpen relativ selten (ca. alle Jahre ein Bergsturz), andererseits ist ihre Modellierung ohne genauere Kenntnis der lokalen geologischen Verhältnisse wenig sinnvoll. Wie oben bereits ausgeführt, entwickeln grosse stürzende Massen eine spezielle Dynamik, die zu sehr grossen Reichweiten mit kleinen Pauschalgefällen bis unter 15 führen kann. Würde die hypothetische Gefahr grosser Bergstürze dargestellt, würden einige Ortschaften (Grindelwald, Lauterbrunnen, Guttannen u.a.) in deren Gefahrenbereich liegen. Zollikofen, im Oktober / 60

20 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte 4. Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarten (Methodik) 4.1 Grundsätzliches einheitlich, objektiv und nachvollziehbar Mit Ausnahme der Ausscheidung von Rutschungen und Absenkungen erfolgte die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte ausschliesslich durch computergestützte Modelle. Dies brachte neben einer Kostenoptimierung weitere wichtige Vorteile. Die so erstellten Karten sind frei von subjektiven Beurteilungen, das ganze Kantonsgebiet wird einheitlich, objektiv nach bestimmten vorgegebenen Kriterien beurteilt. Die bei den Modellrechnungen verwendeten Parameter sind bekannt. Damit erhält die Karte die geforderte Nachvollziehbarkeit und Transparenz. Obschon die Modellrechnungen an sich fehlerfrei arbeiten, können Fehler entstehen. Sie können z.b. durch die Ungenauigkeit des Höhenmodells oder durch eine falsche Lokalisierung der übernommenen Volkszählungsdaten bedingt sein. keine nachträgliche Korrektur von Fehlern Es ist wichtig festzustellen, dass solche offensichtlichen Fehler nicht nachträglich manuell korrigiert wurden. Die Karte präsentiert sich so, wie sie der Rechner produziert; sie ist damit völlig unverfänglich. Der Prozess Rutschung und Absenkung musste hingegen mittels klassischer geologischer Beurteilung bearbeitet werden. Dieser Prozess ist einerseits sehr schwer modellierbar, anderseits fehlen im Kanton zurzeit die dazu notwendigen geologischen Grundlagen in digitaler Form. 4.2 Erarbeitung der Methodik Wie bereits erwähnt, wurde die schlussendlich für die Bearbeitung angewandte Methodik in Vorstudien und im Rahmen des Projektes der Eidg. Forstdirektion FLAM entwickelt und verfeinert. Nachdem anfänglich der Prozess Sturz noch mit dem Pauschalgefällsansatz bearbeitet wurde, ermöglichte der Ausbau der Software die Berechnung ganzer Kartenblätter mit den Trajektorienmodellierungen. Eine analoge Entwicklung geschah auch für den Prozess Murgang. 4.3 Grundlagendaten Digitales Höhenmodell DHM25 Die wichtigste Grundlage zur Erstellung der EDV gestützten Gefahrenhinweiskarte bildet das digitale Höhenmodell DHM25 (Bundes- Zollikofen, im Oktober / 60

21 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Vom DHM25 zum DHM 25/10 amt für Landestopographie, Basismodell 1995). Zusammen mit der Pixelkarte PK25 (Bundesamt für Landestopographie, 1996) werden damit die wesentlichen Inhalte der Landeskarte 1:25'000 wiedergegeben. Zur Ausarbeitung des Projektes hat der Kanton Bern die entsprechenden Höhenmodelle und Pixelkarten beschafft. Das aus der Landeskarte 1: abgeleitete DHM25 des Bundesamtes für Landestopographie kann in zwei verschiedenen Formaten bezogen werden: als 25 Meter Raster (Matrixmodell) und als sogenanntes «Basismodell» (vektorisierte Höhenkurven, Seekonturen und Höhenkoten). Für die Gefahrenhinweiskarte wurde das Basismodell verwendet und mit Hilfe eines im Rahmen des Projektes FLAM entwickelten Verfahrens weiterbearbeitet. In diesem Verfahren werden für die Höhenmodellerstellung neben dem Basismodell das Gerinnenetz und weitere topographische Strukturlinien miteinbezogen. Der Einbezug eines digitalen Gerinnenetzes in die DHM-Erstellung ist vor allem für die Abbildung der Abflusswege wichtig. Das Verfahren erlaubt die Erstellung eines digitalen Höhenmodells in einem 10 Meter Raster, welches das Relief wesentlich besser abbildet als das Matrixmodell des Bundesamtes für Landestopographie Bodenbedeckung Bodenbedeckung aus PK25 mit speziellem Verfahren Die Bodenbedeckung ist eine für die Gefahrenbeurteilung wichtige Information. Je nach Gefahrenprozess sind folgende Bodenbedeckungsklassen von Interesse: Fels, offener Schutt, Eis und Wald. Bis heute fehlen solche Grundlagen in der erforderlichen räumlichen Auflösung (10 m). Die Arealstatistik (BFS 1992) liegt nur als 100 m Raster vor und ist damit für eine Gefahrenbeurteilung im Massstab 1: zu grob. Ausserdem sind im Datensatz des BFS Fels, Schutt und Eis in der Klasse «vegetationslose Fläche» zusammengefasst. Deshalb wurden mit Hilfe eines im Projekt FLAM (Heinimann et al. 1998) entwickelten Verfahrens aus der Pixelkarte 1: Informationen zur Oberflächenbeschaffenheit abgeleitet. Das Verfahren erlaubt die Ausscheidung der Klassen Fels, Gletscher, Gewässer, offener Schutt, Wald und übrige Flächen. Die Resultate liegen im 10 m Raster vor Geologische Karten Geologische Karten wurden für die Bearbeitung der Prozesse Rutschung und Absenkung sowie für die Indizierung des Prozesses Steinschlag verwendet. Der Geologische Atlas der Schweiz 1:25'000 ist im Kanton Bern noch Zollikofen, im Oktober / 60

22 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte nicht flächendeckend vorhanden. In einzelnen Gebieten bestehen sog. Spezialkarten der Massstäbe 1:10'000 bis 1:50'000. Die geologischen Grundlagen stehen nicht in digitaler Form zur Verfügung Luftbilder Luftbilder der Schweiz. Landestopographie wurden für die Bearbeitung der Prozesse Rutschung und Absenkung verwendet. Sie stellen hier eine wichtige und aussagekräftige Grundlage dar, setzen aber eine fundierte Erfahrung in der Interpretation von Geländeformen voraus. 4.4 Schadenpotential Allgemeines Schadenpotential: Potentiell gefährdete Personen und Sachwerte Digitale, georeferenzierte Daten für Schadenpoentiale zweckmässig Falls ein gefährlicher Naturprozess in seinem Wirkungsraum den Handlungsbereich menschlicher Aktivitäten tangiert, kann er zu Schäden führen. Potentiell gefährdete Personen und Sachwerte werden als Schadenpotential bezeichnet. Auf regionaler Stufe, d.h. auf der Ebene Richtplanung Massstab 1:25'000, geht es darum, über grosse Gebiete (Regionen) übersichtsmässig auf mögliche Schadenereignisse oder Schadensfolgen hinzuweisen und diese in erster Näherung zu lokalisieren. Dies erfordert eine einheitliche Erfassung und Klassierung des Schadenpotentials. Zur Gefahrenbeurteilung im Rahmen der vorliegenden Gefahrenhinweiskarten, die primär auf Computermodellierungen beruhen, ist es in Bezug auf das Schadenpotential zweckmässig, nach Möglichkeit bestehende Datensätze zu verwenden die Daten in digitaler Form zu erfassen und die Objekte zu georeferenzieren Grundlagendaten Eine «manuelle» Erhebung des Schadenpotentials gestaltet sich relativ mühsam. Als generalisierte Übersichtsdarstellung für die Schadenpotential-Klassen «Menschen» und «Sachwerte» könnten allenfalls Richt- bzw. Zonenpläne verwendet werden, die im Vergleich z.b. zu topographischen Karten diesbezüglich deutlich mehr Information bieten. Um die Vorteile der GIS-unterstützten Erstellung der Gefahrenhinweiskarte voll nutzen zu können, müssen die Grundlagendaten Zollikofen, im Oktober / 60

23 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte des Schadenpotentials in digitaler Form vorliegen. Daten von Geostat Da die digitale Erfassung von Informationen allgemein kostspielig ist, musste versucht werden, auf bestehende digitale Datensätze zurückzugreifen. Die Daten der Servicestelle Geostat des Bundesamtes für Statistik (BFS) bilden in der Schweiz eine ideale Basis zur Aggregierung von Schadenpotentials-Klassen. Da für die Kategorien «Menschenleben» einerseits und «Sachwerte» andererseits auf unterschiedliche Ursprungsdateien zu greifen ist, wurden zwei entsprechende Schadenpotentials-Gruppen gebildet: a) Kategorie Menschenleben aus Datensätzen der Volkszählung 1990 b) erhebliche Sachwerte (Gebäude, Infrastrukturanlagen, Bahnen und Strassen) Die wichtigen Verkehrswege standen nicht digital zur Verfügung Menschenleben Menschenleben als wichtigstes Schadenpotential sind als georeferenzierter Raumdatensatz schwierig zu definieren, da Menschen eine örtlich und zeitlich variable Grösse darstellen. Für eine einheitliche Beurteilung muss aber eine Grösse gefunden werden, die einen georeferenzierten Wert darstellt. Geeignet ist die «Wohnbevölkerung der Schweiz», die alle 10 Jahre im Rahmen der Volkszählungen erfasst wird. Volkszählung 1990 Datenschutz Im Rahmen der Eidg. Volkszählung 1990 wurden erstmals für alle erfassten Gebäude der Schweiz die Landeskoordinaten bestimmt. Zu diesen Punktdaten stehen 389 Merkmale über Bevölkerung, Haushalte, Gebäude und Wohnungen zur Verfügung. In einzelnen Gemeinden liegen die Daten nur in Hektarrasterform vor. Beim Bezug von Absolutwerten auf Hektarstufe oder als Punktdatensatz muss ein Datenschutzvertrag mit dem Bundesamt für Statistik (BFS) abgeschlossen werden. Aus Datenschutzgründen sind nicht alle Merkmale in digitaler Form erhältlich. Eine ausführliche Dokumentation des Verfahrens ist im Kategorienkatalog zur Bodennutzung der Schweiz, Band 2 (BFS 1992) enthalten Sachwerte Die erheblichen Sachwerte bilden das sekundäre Schadenpotential. Diese Klasse repräsentiert Gebäude, Infrastrukturanlagen, sowie Zollikofen, im Oktober / 60

24 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Bewohnte Gebäude Verkehrswege Bahnen und Strassen. Bewohnte Gebäude konnten aus der Volkszählung 1990 übernommen werden. Wichtige nicht bewohnte Gebäude hätten nur mit aufwendigen manuellen Erhebungen erfasst werden können und wurden deshalb weggelassen. Die Daten der Arealstatistik enthalten zwar umfassende Angaben zu den Sachwerten, sind aber leider mit der letzten Erhebungsperiode nicht auf dem aktuellsten Stand. Die Daten liegen klassiert nur im Hektarraster vor. Für die Bearbeitung im Kartenmassstab 1:25'000 sind diese Daten aufgrund der schlechten räumlichen Auflösung zudem nicht verwendbar. In der Gefahrenhinweiskarte 1:25'000 Kanton Bern wurden die Verkehrswege (auch zu dauernd bewohnten, abgelegenen Siedlungen) auf der Basis der Landeskarte 1:25'000 vom Waldamt, Abteilung Naturgefahren, digitalisiert. Es wurden die folgenden Kategorien unterschieden: National- und Kantonsstrassen Übrige Strassen bis zu bewohnten Häusern Bahnlinien des öffentlichen Rechtes mit Fahrplanpflicht. 4.5 Prozessmodelle Fliesslawinen Fliesslawinen-Modell: Kombination Ansätze Hegg und VoellmySalm Das hier beschriebene Verfahren zur computergestützten Simulation von Fliesslawinen bestimmt aufgrund des digitalen Höhenmodells und digitaler Informationen zur Waldverteilung überblicksmässig das von Lawinen bedrohte Gebiet. Es besteht aus einer Kombination des in Hegg (1996) erläuterten Verfahrens «Vektorenbaum» zum Bestimmen der Wege und dem Voellmy-Salm Modell zur Berechnung der Auslaufstrecke von Fliesslawinen (Salm et al. 1990). Für die Lawinensimulation wird das Untersuchungsgebiet in sich gegenseitig überlappende Bearbeitungsgebiete unterteilt, welche eine maximale Fläche von etwa 200 km 2 aufweisen. Die Überlappungen werden dabei so gewählt, dass sichergestellt ist, dass jede Lawine vollständig in mindestens einem Bearbeitungsgebiet enthalten ist. Nach Abschluss der Simulation werden die einzelnen Bearbeitungsgebiete wieder zum ganzen Untersuchungsgebiet zusammengefügt. Dispositionsmodell Dispositionsmodell Vorgehensweise und Arbeitsschritte: 1. Ermitteln aller Gridzellen mit einer Hangneigung zwischen 28 und 55, die über 900 m ü. M. und dabei nicht im Wald liegen. 2. Unterteilen in einzelne Lawinenanrissgebiete mit Hilfe von hydro- Zollikofen, im Oktober / 60

25 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Keine Auslaufberechnung für spezifische Anrissgebiete logischen Grid-Funktionen: Ein Anrissgebiet wird durch diejenigen im ersten Schritt ausgewählten Zellen gebildet, die zusammenhängen und durch die gleiche Gridzelle in Gebiete mit einer Hangneigung < 15 (grobe Annahme für Punkt P) gemäss Salm et al. (1990) entwässern. 3. Unterteilen von dabei entstehenden sehr grossen Anrissgebieten (> 10 ha) in mehrere kleinere, wenn in diesen Gebieten mehr als ein Gerinne mit mehr als 10 ha Einzugsgebietsfläche vorliegen. 4. Filtern der Grenzen der Anrissgebiete und Weglöschen kleinster Anrissflächen (< 0.2 ha). 5. Bestimmen von mittlerer Höhe, mittlerer Hangneigung und Lawinenbreite für die ausgeschiedenen Anrissgebiete. 6. Zum Bestimmen der Breite wird der grösstmögliche Kreis bestimmt, der ganz im Anrissgebiet gezeichnet werden kann. Der Durchmesser dieses Kreises wird als Anrissbreite der Lawine bei den Berechnungen verwendet. Ausscheiden von tiefgelegenen, wenig geneigten Anrissgebieten Für Lawinenanrissgebiete, die eine der beiden in Tabelle 4-1 aufgeführten Bedingungen erfüllen, wird keine Auslaufberechnung durchgeführt, da dies oft zu unrealistischen Auslaufgebieten geführt hat. Die Fläche dieser Anrissgebiete wird aber beim Erstellen der Gefahrenhinweiskarte als normaler Prozessraum von Fliesslawinen behandelt, und es wird überprüft, ob innerhalb der Anrissgebiete ein Schadenpotential liegt oder nicht. In allen übrigen Anrissgebieten werden Startpunkte von Vektorenzügen bestimmt. Tabelle 4-1 Bedingungen für das Ausscheiden von tiefgelegenen wenig geneigten Lawinenanrissgebieten Mittlere Höhe mittlere Hangneigung < 1200 m ü. M. < 35 < 1500 m ü. M. < 32 Bestimmen der Startpunkte für Vektorenzüge. Bei kleinen Anrissgebieten (Breite < 75 m) wird das Zentrum jeder 25 m Gridzelle, die in einem Anrissgebiet liegt, als Startpunkt verwendet. Bei grösseren Anrissgebieten werden nur diejenigen Zentren von Gridzellen als Startpunkte genommen, die mindestens eine Zelle vom Rand des Anrissgebiets weg liegen. Dadurch kann bei der Modellierung die Zahl der seitlichen Ausreisser über Kuppen und Kreten wesentlich reduziert werden. Trajektorienmodell Als Trajektorienmodell wird das Modell «Vektorenbaum» verwendet Zollikofen, im Oktober / 60

26 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Methodik Trajektorienmodell Hegg/Kienholz (vgl. Hegg und Kienholz 1995). Dabei werden von jedem Startpunkt aus drei Vektorenzüge gezogen, einer parallel zur Fliessrichtung, und je einer mit + 5 bzw. - 5 seitlicher Abweichung davon. Bei Aufteilungen wurden die Vektorenzüge auf bis zu 7 Nachfolge-Wege aufgeteilt: Je ein Weg parallel bzw. mit +/- 5, +/- 10 und +/- 15 seitlicher Abweichung von der Fliessrichtung. Aufteilungen werden in regelmässigen Abständen sowie am Ende von konkaven Kanten (Tiefenlinien) durchgeführt. Durch die Aufteilung in regelmässigen Abständen wird sichergestellt, dass in jede Gridzelle, die von der simulierten Lawine betroffen werden kann, auch ein Vektorzug zu liegen kommt. Tabelle 4-2: Winkel α Regeln für die Bestimmung, ob eine Lawine am Gegenhang auflaufen soll oder nicht. Auflaufen, wenn Neigung Gegenhang < 90 < 10 < 60 < 20 < 45 immer Ein Auflaufen am Gegenhang ist im Modell dann möglich, wenn ein Vektorenzug in einer Senke mündet, oder wenn er auf eine konkave Kante (Tiefenlinie) trifft, und die in Tabelle 4-2 erläuterte Bedingung erfüllt ist. Ansonsten folgt der Vektorenzug der Tiefenlinie. Die Vektorenzüge werden so lange aufgebaut, bis der Rand des Bearbeitungsgebietes erreicht ist, oder bis mit dem nachfolgend erläuterten Reibungsmodell festgestellt wird, dass die Lawine zum Stillstand kommt. Methodik Reibungsmodell Salm et al. Reibungsmodell Das Reibungsmodell folgt grundsätzlich der Anleitung von Salm et al. (1990), wobei nur Flächenlawinen und keine Runsenlawinen berechnet werden. Bestimmen von µ Alle Lawinen mit Anrissbreite < 150 m (ca. 25'000 m 3 Anrisskubatur) werden mit µ = 0.3 gerechnet. Bei grösseren Lawinen wird mit einem Vektorenzug (berechnet mit µ = 0.155) bestimmt, auf welcher Höhe das Ablagerungsgebiet liegt. Liegt es unter 1300 m wird µ = 0.2 sonst µ = gesetzt. Bestimmen der Anrisskubatur: Mit Hilfe von Formel (3) in Salm et al. (1990). B 0 wurde im Dispositionsmodell bestimmt. d 0 kann mit Formeln (1) und (2) ausgehend vom d 0 * von 1.5 m und Zollikofen, im Oktober / 60

27 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte der mittleren Höhe (im Dispositionsmodell bestimmt) berechnet werden. v 0 wird mit Formel (4) und der mittleren Hangneigung aus dem Dispositionsmodell berechnet; ξ wird mit 1000 m/s 2 eingesetzt. Bestimmen von Punkt P Als möglicher Punkt P wird jeder Punkt auf einem Vektorenzug betrachtet, bei dem das Gefälle unter arctan µ fällt. Ein Punkt P wird wieder verworfen, wenn das mittlere Gefälle weiter unten wieder über arctan µ steigt. Bestimmen von Punkt A und der Übergangsstrecke Genau nach Kapitel 4 in Salm et al. (1990) (Verfahren für Fliesslawinen). Für ξ werden 400 m/s 2 eingesetzt, wenn > 50% der Übergangsstrecke im Wald liegen, sonst wird ξ = 1000 m/s 2 gesetzt. Da die Iteration bei Waldanteilen um 50% unter Umständen «endlos» wird, wird ab der 5. Iteration ξ generell auf 1000 m/s 2 gesetzt. Bestimmung der Auslaufstrecke Bestimmen der Auslaufstrecke Nach jedem unterhalb von P neu bestimmten Vektor wird mit dem mittleren Gefälle zwischen dem Punkt P und dem aktuellen Punkt, die Auslaufstrecke s berechnet. Dabei wird ξ auf 400 m/ s 2 gesetzt, wenn der letzte Vektor ganz im Wald liegt, sonst auf 1000 m/ s 2. Die Breite der Lawine im Punkt P wird dabei anhand der in Tab. 4.3 dargestellten Regeln bestimmt. Ist das berechnete s länger als die seit dem Punkt P zurückgelegte Strecke, wird mit dem Aufbau des Vektorenzuges weitergefahren. Ist das berechnete s kürzer, ist das Ende der Auslaufstrecke überschritten. Dann wird innerhalb des letzten Vektors der effektive Endpunkt auf 10 m genau bestimmt, und mit der Bearbeitung des nächsten Vektorenzuges weitergefahren. Tabelle 4-3: Bei der Simulation der Gefahrenhinweiskarte für Lawinen verwendete Regeln zum Bestimmen der Breite der Lawine im Punkt P B P aufgrund der Anrissbreite B Anr. Breite im Anrissgebiet B Anr Lawinenbreite im Punkt P B P < 100 m B P = 1.0 * B Anr m B P = 0.7 * B Anr m B P = 0.4 * B Anr > 500 m B P = 0.3 * B Anr Kartographische Darstellung Anschliessend werden die Vektorenzüge für jeden Lawinenzug einzeln in ArcInfo importiert und in ein Grid umgewandelt. Dabei wird Zollikofen, im Oktober / 60

28 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Lawinenkataster KAWA, Abt. Naturgefahren jede Gridzelle, die von einem Vektorenzug berührt wird, als von der Lawine betroffen betrachtet. Diese Grids werden mit dem Schadenpotential überlagert und zur Gefahrenhinweiskarte zusammengestellt. Ebenfalls werden die bereits digital erfassten maximalen Ausbreitungen von Fliess- und Staublawinen aus dem Ereigniskataster in die Hinweiskarte integriert Steinschlag Steinschlag-Modell Zinggeler/GEOTEST Prozessraum Sturz Die Prozessflächen Steinschlag werden mit dem Simulationsprogramm Zinggeler+GEOTEST berechnet. Dieses berechnet Sturzbahnen von Steinen und Blöcken gemäss physikalischen Gesetzen. Es können Geländeparameter wie Bodendämpfung, Oberflächen- Rauhigkeit und Wald, sowie die Form und Grösse der Blöcke berücksichtigt werden. Für die Erstellung von Gefahrenhinweiskarten im Massstab 1:25'000 werden standardisierte Werte eingesetzt, die es ermöglichen sollen, die grösstmöglichen, realistischen Reichweiten zu berechnen. Als Resultat wird im Steinschlagprogramm direkt ein Grid bzw. eine Rasterstruktur (ArcInfo / SPANS) erzeugt, das die Informationen (Berechnungsresultate) pro Zelle enthält. Die Umhüllende von Tausenden berechneten Sturzbahnen ergibt den Prozessraum Sturz. Erhöhte Dämpfung des Untergrundes im Wald und für flache Hänge Modellierungsparameter für die Trajektorienberechnung auf der Stufe Gefahrenhinweiskarte Dämpfung des Untergrundes Grundsätzlich lassen sich mit Hilfe eines digitalen Geländemodelles Hangneigungsbereiche und Zonen mit unterschiedlichen Neigungsvariationen ausscheiden (geländemorphologische Analysen). Für die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte 1:25'000 mit Hilfe des Sturztrajektorienmodells wird die Dämpfung des Untergrundes aufgrund definierter Hangneigungsbereiche und Waldflächen aber nur generell implementiert. Dabei werden die zwei folgenden empirischen Erkenntnisse integriert: Vermehrte Akkumulation von Lockermaterial bei Hangneigungen kleiner als 20 ; Vermehrte Akkumulation von Lockermaterial und Auflockerung des Untergrundes durch Wurzelaktivität in Waldbereichen. Aus der Kombination dieser generellen Aussagen ergeben sich grundsätzlich vier unterschiedliche Dämpfungsbereiche. Startpunkte und Startzonen Zollikofen, im Oktober / 60

29 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Im Randbereich der Felszonen werden Punkte mit einem gegenseitigen Abstand von 5 m erzeugt. Im Innern der Felszonen beträgt der Abstand 10 m. Die Differenzierung hat den Vorteil, dass auf einem Landeskartenblatt im Gebirgsraum, wo Fels sehr grossflächig ansteht, nicht zu viele Startpunkte generiert werden. Mit dieser Startpunktdichte werden pro Kartenblatt im Gebirgsraum etwa 400'000 bis 900'000 Startpunkte erzeugt. Modellierung repräsentativ für Blockschläge und kleine Felsstürze Blockgrösse Als Blockgrösse wurde einheitlich 1 m3 verwendet. Die Blockgrösse ist relativ wenig empfindlich für die Reichweite. Die berechneten Trajektorien sind daher allgemein repräsentativ für Blockschläge und kleine Felsstürze. Vorbereitungsarbeiten Vorgehensweise Aufgrund der Rechnerkapazitäten kann pro Berechnungsgang maximal ein Kartenblatt berechnet werden. Deshalb müssen die Berechnungsgrundlagen kartenblattweise aufgeteilt werden. Dabei wird der Ausschnitt 2'000 m grösser angenommen als das Kartenblatt, damit blattübergreifende Prozesszonen richtig erfasst werden. Die Vorbereitungsarbeiten umfassen folgende Arbeitsschritte: 1. Generierung von Startkoordinaten innerhalb der Felsgebiete (Bodenbedeckung, Klasse 3). Export derselben im ArcInfo-Generate- Format. 2. Ausschnitt DHM als ArcInfo-Grid. 3. Bestimmung der Untergrundsdämpfung aus Hangneigung und Waldvorkommen. 4. Logische Überlagerung von Dämpfung und Schadenpotential zu einem Parameter-Grid für die Steinschlagberechnung. 5. Export der ArcInfo-Grids als BIL-Dateien (Rasteraustauschformat). Durchführung der Simulationen Für jedes Kartenblatt werden folgende Simulationen durchgeführt: 1. Ausgehend von jedem Startpunkt wird eine Sturzbahn berechnet. Die Startpunkte haben einen gegenseitigen Abstand von 5 oder 10 m, je nachdem ob sie randlich oder zentral in einer Felszone liegen. In einem Resultatraster wird jede Passage eines Blockes durch eine Rasterzelle registriert und vermerkt. Ausserdem wird bei jeder Passage durch eine Zelle kontrolliert, ob an diesem Ort ein Schadenpotential vorliegt. Diese Information ist im Parameter- Grid als Code festgehalten. Aus dem Code wird auch ersichtlich, um welche Art von Schadenpotential es sich handelt (ständig bewohnte Häuser, Kantonsstrassen, übrige Strassen oder Bahnli- Zollikofen, im Oktober / 60

30 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Berechnung des Gesamtsturzraumes Berechnung schadenpotentialrelevanter Sturzraum Verarbeitung der Simulationsresultate Generalisierung des Prozessraumes nien). Durch binäre Überlagerung der Information können am selben Ort mehrere Schadenpotentialklassen unterschieden werden. Jedesmal, wenn eine solche Stelle passiert wird, wird die aktuelle Höhe über Meer festgehalten. Damit wird erreicht, dass am Ende einer Sturzbahnberechnung die tiefste Lage des Schadenpotentials bekannt ist, damit bei der nachfolgenden schadenpotentialrelevanten Simulation an dieser Stelle die Simulation abgebrochen werden kann. Für jede bei einem Sturz getroffene Schadenpotentialklasse wird die Startkoordinate des Blockes in einer schadenpotentialspezifischen Startkoordinatendatei festgehalten. Nach der Durchführung der ersten Simulation zur Erfassung des Gesamtsturzraumes liegen folgende Resultate vor: Rasterdatei mit der Anzahl Passagen von Blöcken pro Rasterzelle. Für jede Schadenpotentialklasse eine Datei mit Startkoordinaten von Sturzbahnen, welche das betreffende Schadenpotential treffen. 2. Für jede Schadenpotentialklasse wird anschliessend eine Neuberechnung des gesamten Kartenblattes durchgeführt. Aufgrund der spezifizierten Startpunkte wird somit das schadenpotentialrelevante Prozessgebiet für jedes Schadenpotential abgegrenzt. Die Startkoordinaten werden archiviert, damit sie für eine allfällige Neuberechnung zur Verfügung stehen. Die Resultate in Form von Rasterdaten werden ins ArcInfo importiert. Nach der Berechnung liegen für jedes Kartenblatt 5 Resultatgrids vor. Diese überlappen das eigentliche Kartenblatt um 2000 m und werden bei den nachfolgenden Arbeitsschritten auf den Kartenblattrand zurückgestutzt. Die nächsten Verarbeitungsschritte umfassen einen Klassierungs- und Generalisierungsprozess. Aufgrund der hohen Auflösung der Resultatraster (Rasterzelle 10 m) entstehen zwischen den einzelnen Sturzbahnen oft Lücken, die bei Annahme einer grösseren Variabilität des Untergrundes und einer höheren Startpunktdichte mit hoher Wahrscheinlichkeit gefüllt würden. Deshalb werden mit Hilfe der GIS-Funktionalitäten diese Lücken gefüllt und zu einem abgerundeten Prozessraum generalisiert. Die maximale Abweichung von effektiv berechneten Sturzbahnen beträgt 20 m, was bedeutet, dass Lücken von maximal 40 m zwischen den Sturzbahnen geschlossen werden. Dieses Generalisierungsverfahren wird für alle Relevanzklassen und für den Gesamtsturzraum einzeln durchgeführt. Anschliessend werden die einzelnen Sturzräume einander binär überlagert. Es resultiert ein einzelnes Grid, aus dessen Codierung die einzelnen Sturzräume wieder separiert werden können. Geologische Indizierung der Steinschlaggebiete Die Prozessräume Steinschlag sind durch Indizes zusätzlich beurteilt Zollikofen, im Oktober / 60

31 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte bezüglich von Gestein Steinschlaganfälligkeit Dämpfung im Transitbereich. Diese Beurteilung erfolgte durch den Geologen nach der Modellierung aufgrund von geologischen Unterlagen und hat damit keinen Einfluss auf die Grösse des Prozessraumes Die Indizes geben aber für den Benutzer der Karten zusätzliche Anhaltspunkte für die Steinschlaganfälligkeit des Gebietes Wildbachprozesse Simulation Wildbachprozesse zweistufig: Dispositionsmodell und Ausbreitungsmodell Dispositions- bzw Geschiebelieferungsmodell Das Verfahren für die Simulation der Wildbachprozesse wurde im Rahmen des Projektes FLAM-NAGEF (vgl. Heinimann et al. 1998) und im NFP31 Projekt Murgänge und GIS (Zimmermann et al. 1997) entwickelt. Das Verfahren umfasst einerseits eine Beurteilung der Disposition bezüglich der Gerinneprozesse, andererseits die Ausscheidung der durch Gerinneprozesse gefährdeten Gebiete. Das Schwergewicht des Verfahrens liegt bei der flächenhaften Ausscheidung von Prozessräumen, nicht in der Quantifizierung der Prozesse. Bei der Beurteilung der Disposition geht es darum, den relevanten Gerinneprozess festzulegen. Dabei werden Murgang, geschiebeführende Hochwasser und Hochwasser ohne bedeutende Geschiebeführung unterschieden. Letztere werden im Rahmen der Gefahrenhinweiskarte nicht mehr weiter behandelt. Für Murgänge und geschiebeführende Hochwasser muss ein minimales Geschiebepotential vorhanden sein. Die Abschätzung des Geschiebepotentials erfolgt mit einem Geschiebelieferungsmodell. Darin werden diejenigen Flächen ausgeschieden, die durch Sturz-, Rutsch- oder Spülprozesse Material in eine Runse oder in ein Gerinne liefern können. Die gerinnenahen Bereiche, von denen Material über Ufererosion, flachgründige Rutschungen und Spülprozesse in die Gerinne gelangt, werden aufgrund der Hangneigung ausgeschieden. Ausgehend von den Gerinnen und Runsen wird geprüft, ob die Hangneigung der unmittelbar anschliessenden Rasterzellen über dem definierten Grenzwert liegt. Dieses Verfahren wird iterativ fortgesetzt bis die Hangneigung unter den Grenzwert sinkt oder eine maximale Distanz, die vorher festgelegt wurde, überschritten wird. Der Hangneigungsgrenzwert wird dabei von den geologischen Bedingungen und der Oberflächenbeschaffenheit abhängig gemacht. Die maximale Distanz wurde auf 250 m festgelegt. Die für die Geschiebelieferung relevanten Rutschgebiete werden aus den Daten der Rutschbeurteilung abgeleitet. Berücksichtigt werden aktive und sehr aktive Rutschflächen mit Gerinnean- Zollikofen, im Oktober / 60

32 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Murganganrisse in Abhängigkeit von Gerinneneigung und Einzugsgebietsgrösse schluss bis zu einer Distanz von 250 m. Die Ausscheidung der geschieberelevanten Sturzquellen erfolgt mit einem einfachen Pauschalgefälle-Ansatz. Felsflächen, die steiler als 34 sind und deren Pauschalgefälle zum nächsten Gerinne oder zur nächsten Runse mehr als 32 beträgt, werden als geschieberelevant ausgeschieden. Die maximale Distanz für die Geschieberelevanz wurde auf 1000 m festgelegt. Neben der Geschiebelieferung aus der Fläche wird auch eine mögliche Erosion im Gerinne selbst beurteilt. Als Bedingungen für grössere Erosionen wird eine Gerinneneigung > 6 und eine Einzugsgebietgrösse von mindestens 5 km² vorausgesetzt. Im weiteren muss das Gerinne im Lockermaterial verlaufen. Um bezüglich der Bedeutung für die Geschiebelieferung differenzieren zu können, werden die geschiebeliefernden Fläche gewichtet. Parameter sind die Art der Geschiebequellen, die geologische Charakterisierung (Produktivität), und die Bedeutung des Frostwechsels. In den Gerinnen wird eine Gewichtung aufgrund der Gerinnecharakteristik vorgenommen. Unterschieden werden vier Gerinnetypen: Gerinne im offenen Schutt, Gerinne im Fels und übrige Gerinne. Diese Gewichte werden entlang der aus dem DHM abgeleiteten Fliessrichtungen zur gewichteten geschieberelevanten Fläche aufsummiert. Ist ein minimales Geschiebepotential von 1 ha gewichteter geschiebe-relevanter Fläche vorhanden, wird geprüft, ob die Gerinneneigung und die Einzugsgebietsgrösse (Indikator für den Abfluss) für die Entstehung von Murgängen ausreichen. Dazu wird die in Abbildung 4-1 dargestellte Funktion verwendet. Je kleiner das Einzugsgebiet oberhalb eines Gerinneabschnittes ist, umso steiler muss der Gerinneabschnitt sein, damit Murgänge entstehen können. Unterhalb 35 % Gerinnegefälle sind Murgänge nur noch möglich, wenn ein grösserer Feinmaterialanteil vorhanden ist. Murganganrissstrecken werden auch ausgeschieden, wenn Rutschungen das Gerinne verstopfen können (mittel- oder tiefgründige, aktive oder sehr aktive Rutschungen) und das Einzugsgebiet oberhalb der Stelle mindestens 2 km² beträgt. Sind die Bedingungen für Murganganrisse nicht erfüllt, wird davon ausgegangen, dass nur geschiebeführende Hochwasser möglich sind. Zollikofen, im Oktober / 60

33 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Abb. 4-1: Bedingungen für Murganganrisse im Gerinne Modellierungsansatz der Murgang-Reichweite Neben den Gerinneanrissen werden auch Anrisse in Schutthalden und beim Uebergang von Felswänden in Schutthalden berücksichtigt. In beiden Fällen muss die Einzugsgebietsgrösse mindestens 0.5 ha betragen. Bei den Anrissen in Schutthalden beträgt die minimale Hangneigung 27, bei den Uebergängen Fels/Schutt 25. Nach der Ausscheidung der Murganganrissstrecken bzw. -flächen wird mit Hilfe eines auf dem Voellmy-Lawinenmodell basierenden 2- Parametermodells (vgl. Perla et al. 1980) die Reichweite abgeschätzt. Das Modell berechnet abschnittsweise die Geschwindigkeit eines Murganges entlang des Fliessweges. Neben dem mittleren Gefälle pro Abschnitt basiert das Modell auf zwei Reibungsparametern: einen Gleitreibungswert µ und einen Wert der inneren Reibung M/D (mass to drag ratio, gemäss Perla et al. 1980). Der Gleitreibungswert ist von der Einzugsgebietsgrösse (Abflussmenge) abhängig. Je mehr Wasser zur Verfügung steht, umso dünnflüssiger wird der Murgang und umso grösser ist die Reichweite. In Abbildung 4-2 sind zwei Funktionen dargestellt. Die Funktion für den mittleren Wert wird für kleinere Murgänge (gewichtete geschieberelevante Fläche < 5 ha) verwendet. Für grössere Murgänge wird die Funktion für den Grenzwert verwendet. Zollikofen, im Oktober / 60

34 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Abb. 4-2: Gleitreibungswert µ für kleinere und grosse Murgänge in Abhängigkeit der Einzugsgebietsgrösse mittlerer Wert: µ = 0.18EG-0.30 unterer Wert: µ = 0.13EG-0.35 Modellierungsansatz der Murgang-Ausbreitung: random-walk Modellierung von Reichweite und Ausbreitung mit C-Programm "ausserhalb" GIS Für die Simulation der Ausbreitung wird ein random walk Ansatz gewählt. Beim random walk Ansatz wird der Nachfolger einer Rasterzelle zufällig gewählt. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Rasterzelle als Nachfolger gewählt wird, ist einerseits von der Hangneigung abhängig, andererseits von der bisherigen Fliessrichtung des Murganges (Persistenz). Für die Auswahl der möglichen Nachfolger einer Rasterzelle wird ein im Rahmen des FLAM-NAGEF entwickelter Multiflowdirection-Ansatz verwendet (Heinimann et al. 1998). Dieser Ansatz berücksichtigt einerseits einen Grenzwinkel, ab dem eine Ausbreitung überhaupt möglich ist, anderseits die Neigungen zu den umliegenden Zellen. Die Auswahl der möglichen Nachfolger erfolgt durch einen Vergleich der maximalen Neigung zu einer Nachbarzelle mit der Neigung zu allen anderen Nachbarzellen. Mit den heutigen Möglichkeiten Geographischer Informationssysteme ist es nicht möglich, komplexe Modelle, wie ein 2-Parameter Modell mit der GIS-Funktionalität zu realisieren. Es besteht jedoch die Möglichkeit, das Simulationsmodell in einer der üblichen Programmiersprache zu realisieren und dabei auf die im GIS gespeicherten Grundlagendaten zuzugreifen. Die Simulationsresultate können ebenfalls in einer Form ausgegeben werden, die im GIS weiterverwendet werden kann. Dieser Weg wurde für die Implementation des Reichweiten- und Ausbreitungsmodells eingeschlagen. Die Reichweiten- und Ausbreitungssimulation sind dabei in einem Programm kombiniert. Das Programm wurde in der Programmiersprache C geschrieben. Es umfasst drei Hauptschritte: 1. In einem ersten Schritt geht es um die Ermittlung möglicher Murgangtrajektorien, ohne Berücksichtigung der Reichweite. Dazu wird, ausgehend von einem Startpixel (ermittelt im Dispositionsmodell) mit Hilfe des Pauschalgefälle- und des random walk Ansatzes eine mögliche Murgangtrajektorie ermittelt. Die Trajektorie wird in einer Rasterebene gespeichert. Zusätzlich werden die Bahnparameter der Trajektorie, das heisst h, l und die Einzugsgebietsgrösse in eine Tabelle geschrieben. Für das Pauschalgefälle wird dabei ein sehr niedriger Wert gewählt, dies um sicherzustellen, dass alle notwendigen Werte für die anschliessende Reichweitensimulation gewonnen werden. 2. Im zweiten Schritt wird, basierend auf der Tabelle mit den Bahn- Zollikofen, im Oktober / 60

35 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Grosse Anzahl randomwalk-simulationen: Bevorzugte Murgangtrajektorien erkennbar Modellierung Übersarung parametern, mit Hilfe des 2-Parameter Modells die Reichweite eines Murganges simuliert. 3. In einem dritten Schritt wird die ermittelte Reichweite auf die im ersten Schritt ermittelte Trajektorie übertragen. Damit erhält man ein räumliches Bild der Murgangtrajektorie. Diese Schritte werden für jedes Startpixel mehrmals durchlaufen. Das random walk Modell liefert dabei im Ausbreitungsgebiet verschiedene mögliche Auslaufstrecken. Werden die Anzahl Durchgänge für jedes Pixel aufsummiert, können bei einer grossen Anzahl Simulationsläufe Aussagen über bevorzugte Murgangtrajektorien gemacht werden. Im weiteren ist es auch möglich, die maximale simulierte Geschwindigkeit für jedes Pixel zu ermitteln. Dieser Ablauf wird für jedes Startpixel durchgeführt. Wenn in einem Gerinne keine Murgänge möglich sind, aufgrund des Geschiebepotentials jedoch mit Uebersarung gerechnet werden muss, sind in einem ersten Schritt die möglichen Ausbruchstellen zu ermitteln. Dazu wird für jedes Gerinnepixel geprüft, ob bei der berechneten "multiple flowdirection" (vgl. Heinimann et al. 1998) mehrere Fliessrichtungen möglich sind. Ist dies der Fall, wird das Pixel als Ausbruchstelle markiert. Ausgehend von diesen Ausbruchstellen werden in einem iterativen Verfahren die Ausbreitungsgebiete ausgeschieden (vgl. Abb. 4-3). Die Ausbreitung wird abgebrochen, wenn das Gefälle unter ein minimales Gefälle absinkt oder wenn ein See erreicht wird. Im Alpengebiet wurde das minimale Gefälle auf 3 festgelegt, im Mittelland und im Jura auf 1.5. Ausserdem wird die Auslaufdistanz über die maximale Anzahl Iterationen begrenzt. Für Gerinne mit einem geringen Geschiebepotential (gewichtete geschieberelevante Fläche < 5 ha) wurde eine maximale Auslaufdistanz von 250 m festgelegt, für Gerinne mit grösserem Geschiebepotential eine solche von 1'000 m. Sowohl bei der Murgangsimulation als auch bei der Ausscheidung der Uebersarungsflächen wird geprüft, ob ein Schadenpotential getroffen wird und wenn ja, welcher Art dieses ist. Diese Information wird bei der Murgangsimulation auf die ganze Trajektorie übertragen (Abb. 4-4). Bei der Übersarung wird die Information einer Ausbruchstelle und der entsprechenden Übersarungsfläche zugeordnet. Zollikofen, im Oktober / 60

36 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Abb. 4-3: Simulation der Ausbreitung auf einem Kegel. Die Zahlen in den Zellen stehen für die Anzahl der Iterationen. Gerinnepixel haben den Wert -1. Abb. 4-4: Verfahren für die Zuweisung der Schadenpotentials-Klassen Zollikofen, im Oktober / 60

37 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Literatur BFS (1992): GEOSTAT Benützerhandbuch. Bern. Beven, K.J., Lamb, R., Quinn, P., Romanowicz, R., Freer, J. (1995): TOPMODEL. In Singh, V.P. (Hrsg.) Computer Models of Watershed Hydrology. Water Resources Publications, Co. Heinimann, H.R. et al. (1998): Methoden zur Analyse und Bewertung von Naturgefahren. BUWAL, Umwelt-Materialien Nr. 85, Naturgefahren. Kienholz, H., Keller, H., Ammann, W., Weingartner, R., Germann, P., Hegg, Ch., Mani, P., Rickenmann, D. (1998): Zur Sensitivität von Wildbachsystemen. Schlussbericht NFP31-Projekt. (im Druck) Perla, R., Cheng, T.T., Mc Clung, D.M., (1980): A two parameter model of snow avalanche motion; J. Glaciology, Vol. 26, no. 94: Zimmermann, M., Mani,P., Gamma,P., Gsteiger,P., Heiniger,O., Hunziker,G. (1997): Murganggefahr und Klimaänderung - ein GIS-basierter Ansatz. Vdf Verlag, Zürich Rutschungen Die Darstellung der Prozesse «Rutschung» und «Absenkung» erfolgt gemäss folgendem Vorgehen: Methodik Prozessräume Rutschung und Absenkung Einbezug Geologie Ausscheidung sensibler Gebiete basierend auf einer Grobbeurteilung der geomorphologischen Formen. Einbezug des geologischen Kontextes zwecks Plausibilisierung der beobachteten Geländeformen und zur Beurteilung von Ausdehnung, Gründigkeit und z.t. Aktivität eines Prozesses. Der Einbezug der Geologie ist unter anderem wichtig, um Verwechslungen mit Formen zu verhindern, die wohl gewisse Ähnlichkeiten mit jenen von Rutschungen aufweisen können, aber anderer Entstehung sind, beispielsweise: glaziale Formen oder Erosionsrelikte davon (dennoch können Talflanken mitsamt ihrem glazialen Formenschatz verrutscht sein); alte Schuttkegel; alte Sturzmassen; tektonische Strukturen ohne unmittelbarem Bezug zu instabilen Bereichen; besondere Schnitteffekte zwischen Terrainoberfläche und Schichtung (z.b. Wechsel von harten, verwitterungsresistenten und weichen Gesteinsformationen). Im weiteren erleichtert der Einbezug des geologischen Kontextes das Erkennen grossräumiger und tiefgründiger Instabilitäten, welche geomorphologisch durch Formen oberflächlicher Prozesse kaschiert Zollikofen, im Oktober / 60

38 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte sein können. Analyse Höhenlinien auf LK25 Topographische Karte 1: Form und Verlauf der Höhenlinien liefern verschiedene Hinweise auf mögliche sensible Zonen, wobei massstabsbedingt grossflächige und tiefgründige Instabilitäten im Vordergrund stehen: bombierter, konvexer Verlauf der Höhenlinien Stauchwülste, Rutschfuss; konkaver Verlauf der Höhenlinien Abrissnische; sehr unregelmässiger, gewellter Verlauf der Höhenlinien (v.a. wenn die Höhenlinien in den angrenzenden Bereichen geradlinig verlaufen); Geländeverflachungen in Hängen, oft beim Wechsel zwischen den beiden erstgenannten Punkten; markante (geschwungene) Geländerippen Anrisskante bzw. Begrenzung einer Ausbruchsnische; talförmige Einschnitte (Nackentälchen) Anrissbereich; trichterförmige Vertiefungen, Versickerungstrichter Dolinen; ev. im Anrissbereich von Rutschungen. Hinweise auf Untergrundinstabilitäten liefern zudem: isolierte Felsköpfe inmitten eines Hanges versackte (tiefgründig verrutschte) Felspartien; unterbrochene Felswände Abrissnische (oft aber auch Ausbruchsnische eines Fels- oder Bergsturzes); abgelenkte Bachläufe Rutschfuss; Kartensignaturen für oberflächliche Anrisse Anrissbereich von Rutschungen; Entwässerungsgräben. Topographische Karten 1: beinhalten massstabsbedingt im allgemeinen noch mehr Informationen. Bei grossflächigen Hanginstabilitäten ist jedoch der räumliche Zusammenhang unter Umständen weniger schnell ersichtlich als auf der Karte 1: Analyse von Luftfotos (Geomorphologie) Die stereoskopische Betrachtung von Luftfotos lässt die Geländeformen übersteigert in Erscheinung treten. Bei Flächen grösser ca. 1 Hektare erlauben sie im allgemeinen die Identifikation verschiedener Phänomene (z.b. Stauchwülste, Spalten, Dolinen), welche für Massenbewegungen kennzeichnend sind. Scharf begrenzte Phänomene (z.b. Zerrspalten) sind bereits bei Grössen von einigen wenigen Zehnern von Metern erkennbar. Gegenüber der topographi- Zollikofen, im Oktober / 60

39 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Analyse Luftfotos für oberflächliche Rutschungen Restriktionen bei der Auswertung von Luftfotos schen Kartengrundlage liefern Luftfotos eine bessere räumliche Auflösung. Dementsprechend ermöglichen sie eine detailliertere Erfassung und Darstellung von Hanginstabilitäten. So werden oberflächliche Rutschungen vor allem auf der Basis von Luftfotos ausgeschieden. Aus der topographischen Kartengrundlage sind sie meist nicht ersichtlich. Schwierigkeiten ergeben sich in bewaldeten Gebieten. So sind in einem hochstämmigen Wald Einzelphänomene kaum ersichtlich und die kleinräumige Morphologie tritt in der Regel nicht mehr in Erscheinung. Ferner tritt bei steilen Hängen und Felswänden oft starker Schattenwurf auf, so dass die beschatteten Hänge im allgemeinen nicht einsehbar sind. In diesen Fällen muss auf die topographische Kartengrundlage und auf geologische Grundlagen zurückgegriffen werden. Vegetation und Nutzungsformen sind aus den Luftfotos im allgemeinen gut ersichtlich. Sie liefern ebenfalls wichtige Hinweise auf Hanginstabilitäten (räumliche Ausdehnung, Aktivität). Nebst den rein morphologischen, ab einer minimalen Grösse auch aus den topographischen Karten ersichtlichen Indikatoren (vgl. oben) liefern Luftffotos wichtige Hinweise zur Interpretation von Hanginstabilitäten: 1. Vereinfachend kann davon ausgegangen werden, dass tiefgründige Rutschungen grössere und markantere Oberflächenformen (z.b. Stauchwülste, Ausbruchsnischen) verursachen als flachgründige; 2. In bewaldeten Bereichen sind aktive Rutschgebiete in der Regel anders bestockt als stabile Bereiche. Sie zeigen zudem vermehrt Blössen. Bei substabilen oder wenig aktiven und insbesondere tiefgründigen Rutschungen lassen sich indessen oft kaum Unterschiede erkennen; 3. Rutschgebiete sind oft vernässt, was in nicht bewaldeten Gebieten durch andere Grautöne (im S/W-Luftbild) in Erscheinung tritt; 4. Sensible Gebiete werden im allgemeinen extensiver genutzt. Zusammenhang Felsun- tergrund-lockergesteins- bedeckung Interpretation der geologischen Karten Sie geben Auskunft über die Art und Verbreitung der verschiedenen Gesteine. Für Rutschungen prädestinierte Gesteine wie Mergel oder Tonsteine oder zur Bildung von Dolinen neigende Gips-/Rauhwackevorkommen sind daraus klar ersichtlich. Der Felsuntergrund prägt vielfach auch die Beschaffenheit der Lockergesteinsbedeckung (= mehr oder weniger autochthoner Verwitterungsschutt). Mergel und Tonsteine beispielsweise neigen tendenziell zur Bildung von siltig-tonigen, kohäsiven und bodenmechanisch empfindlichen Lockergestei- Zollikofen, im Oktober / 60

40 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Approximative Bestimmung von Hanginstabilitätszonen Rutschmächtigkeit nen, während reiner Kalkfels vorwiegend nicht kohäsiven Kalkschutt bildet. Bei mächtiger Moränenbedeckung oder im Bereich von Bachschuttkegeln kann das Herkunftsgebiet des Lockergesteins allerdings erheblich vom Ablagerungsgebiet entfernt sein. Geologische Karten zeigen zudem den strukturellen Rahmen (Orien-- tierung und Einfallen von Schichtflächen und Diskontinuitäten) und liefern damit Hinweise für bevorzugte Ablösungs- und Bewegungsflächen. So treten auf dip-slope-hängen (Hangneigung parallel zum Fallen der Schichten) mit geringer Gehängeschuttbedeckung vermehrt oberflächennahe oder mitteltiefe Translationsrutschungen auf. In der Regel werden auf geologischen Karten auch Quellen dargestellt. Dadurch vermitteln sie Angaben zu den generellen Grundbzw. Gebirgswasserverhältnissen, welche bei Rutschhängen oft entscheidend sind (z.b. Quellhorizont als Anrissrand für eine Rutschung). Allein aufgrund der geologischen Karte können approximativ Zonen bestimmt werden, die aufgrund ihrer mutmasslichen boden- bzw. Felsmechanischen Beschaffenheit für Hanginstabilitäten anfällig sind. Bei den meisten geologischen Karten sind die wichtigsten Rutschungen bereits dargestellt. Der diesbezügliche Detaillierungsgrad richtet sich erfahrungsgemäss stark nach dem Autor des Kartenblattes (ein Strukturgeologe kartiert nicht nach denselben Kriterien wie ein Quartärgeologe), weshalb für eine räumlich differenzierte Erfassung von Hanginstabilitäten jedenfalls eine ergänzende geomorphologische Geländeanalyse sinnvoll ist. Die vorliegende Gefahrenhinweiskarte zeigt innerhalb der digitalisierten Rutsch- und Dolinengebiete Indizes zur qualitativen Bewertung des Gefahrenpotentials. Ein Attribut gibt Auskunft über die Grössenordnung der zu erwartenden Rutschmächtigkeit. Dabei werden die Klassierungen analog den Definitionen im Symbolbaukasten zur Kartierung der Phänomene verwendet (BUWAL/BWW, 1995). Das Buchstaben Symbol «Rs» gilt für oberflächliche Rutschungen (< ca. 2 m), «Rm» steht für wenig tief (mittelgründig, bis ca. 10 m) und «Rt» gibt Hinweise auf mögliche tiefgründige (>10 m) Rutschbewegungen. Die Aktivität der Rutschkörper wird in drei Klassen mit Zahlenwerten 1-3 als Index angegeben. Rutschaktivität Die Zahl 1 steht für die Aktivitätsklasse substabil, wenig aktiv, bzw. sehr langsam (bis ca. 2 cm/y), der Wert 2 repräsentiert die Aktivitätsklasse aktiv, langsam (> 2cm/y), der Wert 3 gilt für stark aktiv, schnell (>> ca. 10 cm/y) oder sehr langsam bis langsam mit Disposition zu Reaktivierungen. Zollikofen, im Oktober / 60

41 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Beispiel: Index Rt 1 = tiefgründige, substabile Rutschung Auslaufgebiete Prozess Absenkung Da die Ausscheidung der Rutschgebiete primär durch die Interpretation von Luftbildern (Geomorphologie) und geologischen Karten erfolgt, werden vorwiegend Bereiche erfasst, die eine hohe Disposition zum Rutschen zeigen, oder bereits Rutschphänomene aufweisen. Mit Hilfe einer einfachen Modellierung werden in einem ergänzenden Schritt den kartierten Ruschgebieten mögliche Prozessräume zugeordnet. Aufgrund empirischer Ansätze werden dabei, basierend auf dem DHM sowohl das Auslaufgebiet als auch mögliche Bereiche mit der Disposition zur rückschreitenden Erosion (an steilen Böschungen) ausgeschieden. Die Bewertung der Gefahr Absenkung wird in der Karte mit zwei unterschiedlichen Signaturen dargestellt, wobei zwischen geringer oder starker Disposition zu Einsturz unterschieden wird. talseitiger Auslaufbereich und Rutschausweitung bergseits Bestimmung der schadenpotentialrelevanten Teilflächen für Rutschungen Modellierter Prozessraum Die Rutschungen wurden, wie in Kapitel des Berichtes beschrieben, konventionell bestimmt. Die auf den Karten zusätzlich dargestellten, möglichen Prozessräume wurden modelliert. Sie kennzeichnen jene Flächen, welche infolge einer Reaktivierung oder der Bildung von Teilrutschen ebenfalls betroffen werden können. Es handelt sich einerseits um den Auslaufbereich (Reichweite) talseits, anderseits um die Rutschausweitungsbereiche bergseits. Der empirische Modellansatz beruht auf bodenmechanischen Überlegungen. Danach deuten Rutschungen bei flachen Hangneigungen tendenziell eher auf granulometrisch feinkörnigen, schlecht durchlässigen, wassergesättigten Untergrund mit erhöhter Disposition zu Reaktivierungen oder zur Bildung von Teilrutschen ("nasse Rutschung"). Der vorhandene Wassergehalt ist somit bestimmend für die Reichweite eines potentiellen Rutsches. Bei Rutschungen in relativ steilen Hanglagen handelt es sich tendenziell eher um grobkörniges, trockenes, besser durchlässiges Material ("trockene Rutschung"). Die Modellierung erfolgt ausgehend von den konventionell bestimmten Rutschbegrenzungen. Die Reichweite (Auslaufbereich) wird in Abhängigkeit der Hangneigung nach empirischen Ansätzen berechnet (vgl. Anhang A). Dabei wurden Reichweiten verwendet, welche bei einem Massstab 1:25'000 noch vernünftig darstellbar sind. Grundlage für die Berechnung der Hangneigungen (Gefälle, Richtung des Gefälles) bildet das DHM10. Unter Berücksichtigung der Umgebung (50 x 50 m) wurde für jede Rasterzelle ein mittleres Gefälle Zollikofen, im Oktober / 60

42 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte gebildet. Bei Hangneigungen <5 wird die Reichweite gleich Null gesetzt, d.h. auch eine aus steileren Gebieten heranrutschende Masse wird gestoppt. Der Ausweitungsbereich (durch rückwärtsschreitende Erosion) wird analog den Reichweiten bestimmt. Allerdings gilt: - Ausweitung in Richtung des grössten Gefälles - Distanzen entsprechen 1/5 der talwärtigen Reichweiten. Schadenpotentialrelevante Teilflächen Eine schadenpotentialrelevante Teilfläche wird dann ausgeschieden, wenn sich ein Schadenpotential entweder innerhalb des konventionell bestimmten Rutsches oder innerhalb der Reichweite bzw. innerhalb des Ausweitungsbereiches des modellierten Prozessraumes befindet. Pro Rasterzelle, welche von einem Schadenpotential belegt ist, wird eine grosse sowie eine kleine, verzerrte Halbellipse bestimmt. Die grosse Halbachse der grossen Halbellipse zeigt dabei in jedem Punkt in Richtung der grössten Steigung (bergwärts), die grosse Halbachse der kleinen Halbellipse in Richtung des grössten Gefälles (talwärts). Die Länge der Halbachsen wird analog zum empirischen Ansatz der Prozessraum-Modellierung bestimmt, wobei bei der Halbachse der kleinen Halbellipse nur 1/5 des Wertes eingesetzt wird. Bei der Modellierung der schadenpotentialrelevanten Teilfläche wird, ausgehend vom Schadenpotential, eine Geländeanalyse (Gefälle, Richtung des Gefälles) der Umgebung durchgeführt. Sie bildet die Grundlage für die räumliche Orientierung der Halbellipsen. Die Halbachsen werden parallel zur Richtung des Gefälles eingeordnet, wodurch gekrümmte Ellipsen entstehen. Die kleine Halbachse ist dabei wie folgt definiert: - tiefgründige Rutschungen * grosse Halbachse - mittelgründige Rutschungen * grosse Halbachse - flachgründige Rutschungen * grosse Halbachse Zollikofen, im Oktober / 60

43 Die Erstellung der Gefahrenhinweiskarte Abb. 4-5: Modellierte Reichweite (Auslaufbereich) von Rutschungen in Abhängigkeit der Hangneigung (empirisch) Zollikofen, im Oktober / 60

44 Kartenerstellung und Layout 5. Kartenerstellung und Layout Zentrale Datenkompilation Kartenlayout und thematische Trennung der Prozesse Die einzelnen Prozessbereiche, die von den verschiedenen Partnern der ARGE bearbeitet wurden, wurden in digitaler Form an eine zentrale GIS Station (ArcInfo) der GEOTEST AG übergeben. Die Gefahrenhinweiskarte wurde auf der topographischen Grundlage der Pixelkarte PK25 des Bundesamtes für Landestopographie mit einem Tintenstrahldrucker ausgedruckt. Aus graphischen Gründen musste die Pixelkarte als topographischer Hintergrund gewählt werden. Dies hat bezüglich der Lesbarkeit und Orientierung der Topographie Nachteile, gibt aber die notwendige Bewegungsfreiheit für die Farbwahl der Prozessflächen. Bei der Farbwahl wurden nach Möglichkeit die Standards des «Symbolbaukastens zur Kartierung der Phänomene» (BUWAL/BWW, 1995) verwendet. Wegen Problemen der Lesbarkeit (Mischfarben bei Überlagerung mehrerer Prozesse) konnten leider nicht alle Prozesse auf einer Karte dargestellt werden. Die thematische Auftrennung in eine Karte Erd- und Felsbewegungen (Steinschlag, Rutschung, Absenkung) und eine Karte Lawinen- und Wildbachgefahren hat sich aus Gründen von Farbwahl, Systematik und räumlichem Auftreten dieser Prozesse als optimale Lösung erwiesen. Übersichtskarte 1:100'000 identisch zu Prozesskarten 1:25'000 Übersicht 1:100'000 Als Übersichten wurden Karten 1:100'000 erstellt. Sie zeigen die schadenpotentialrelevanten Prozessräume für Siedlungen einerseits und Verkehrswege anderseits. Als topographischer Hintergrund wurde die Pixelkarte 1:200'000 gewählt. Die Prozessräume und Schadenpotentiale der Karte 1:100'000 sind absolut identisch mit jenen der Karte 1:25'000, jedoch durch Zusammenfassungen von Unterprozessen vereinfacht. Die Karte 1:100'000 gibt einen sehr guten, leicht lesbaren Überblick über die Gefahrenbereiche. Wegen des kleinen Massstabes und der vereinfachten Topographie ist jedoch die exakte Lokalisierung der Prozessräume erschwert. Die durch die Strichdicke resultierende Unschärfe beträgt hier ca m. Zollikofen, im Oktober / 60

45 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte 6. Umsetzung der Gefahrenhinweiskarte zur Karte der Schutzfunktion des Waldes 6.1 Allgemeines Wald mit besonderer Schutzfunktion Gemäss Art des Eidg. Waldgesetzes (WaG) von 1991 haben die Kantone eine minimale Pflege sicherzustellen, «wo es die Schutzfunktion erfordert». Gemäss Art. 38.1b, Art WaG und Art. 47.3b WaV können Subventionen (Abgeltungen) für Massnahmen in Wäldern, gewährt werden, welche auf Hängen stocken, «von denen eine direkte Lawinen-, Rutsch-, Erosions-, Übermurungs- oder Steinschlaggefahr für Menschen oder erhebliche Sachwerte ausgeht (Wald mit besonderen Schutzfunktionen, BSF).» Gemäss Art. 38.1a WaG und Art. 47.3a WaV können Subventionen (Abgeltungen) auch gewährt werden für minimale Pflegemassnahmen in «normalen» Schutzwäldern (SF). Zur Erstellung einer Übersicht über die Schutzwaldverhältnisse im Kanton und zur Erleichterung des projektweisen Nachweises der Schutzfunktion wurde im Kanton Bern im Rahmen des Projektes Gefahrenhinweiskarte eine EDV-gestützte Schutzwaldkartierung vorgenommen. Mit der erarbeiteten Gefahrenhinweiskarte liegen einerseits die modellierten Prozessräume als georeferenzierte Polygone bzw. Flächen vor, anderseits stehen mit der Pixelkarte und dem digitalisierten Schadenpotential alle notwendigen weiteren Informationen zur Verfügung, insbesondere alle Waldflächen in Form von Polygonen (grüner Layer). Diese Datenbasis erlaubt interessante Analysen für die forstliche Planung. Als wichtigste Klasse sollten die Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion extrahiert werden. Die restlichen Waldflächen wurden in Wälder mit «normaler» Schutzfunktion und in übrige Waldflächen unterteilt. Die Darstellung der Resultate erfolgt in der Karte «Schutzfunktion des Waldes» im Massstab 1:25' Wald mit besonderer Schutzfunktion (BSF) In Zusammenarbeit mit dem Modul Waldfunktionen/Planung, Teilprojekt Schutzfunktionen des WEP, wurden im März 1993 methodische Hilfestellungen zur Ausscheidung der Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion entwickelt. Dabei wurden für alle gefährlichen Naturprozesse Dispositionsbeispiele erarbeitet. Zollikofen, im Oktober / 60

46 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Überlagerung Wald - schadenpotentialrelevante Prozessräume Anhand dieser Dispositionsmuster konnten für die modellierten Prozessräume und das digital erfasste Schadenpotential die entsprechenden Waldareale flächendeckend berechnet werden. Zur Ausscheidung von Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion müssen in einem einfachen Bearbeitungsschritt im GIS die schadenpotentialrelevanten Prozessräume (Steinschlag, Rutschung) mit der Informationsschicht "Wald" überlagert werden. Aus der Schnittmenge dieser Überlagerung ergeben sich Waldgebiete, die im Einflussbereich gefährlicher Naturprozesse liegen. Mit erweiterten Berechnungen bzw. Überlagerungen werden nun die Waldflächen bestimmt, die innerhalb dieses Prozessraumes zur Reduktion oder Elimination des Prozesses beitragen können Steinschlag Einfache Überlagerung Aktuelle Bestockung nicht berücksichtigt Die Ausscheidung von Waldflächen mit BSF bezüglich der Sturzprozesse kann als einfacher Überlagerungsschritt der Informationen Sturzraum und Wald durchgeführt werden. Da bei der Prozessmodellierung für die Gefahrenhinweiskarte die Schutzwirkung der aktuellen Bestockung nicht berücksichtigt ist, werden mit den modellierten Prozessräumen die maximal möglichen Sturzräume ausgeschieden. Falls diese nun ein Schadenpotential treffen, kann dieser relevante Prozessraum mit dem Layer Wald überlagert werden. Die Schnittmenge ergibt die Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion Lawinen Spezielle Modellierung Eine besondere Erläuterung zur Berechnung der Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion benötigt der Prozess Lawinen, da gegenüber den anderen Prozessen ein spezieller Modellierungsdurchgang gerechnet wird. Der Prozessraum Lawinen für BSF wird grundsätzlich genau gleich berechnet wie für die Gefahrenhinweiskarte, mit den folgenden zwei Abweichungen: Die Anrissgebiete werden ohne Einbezug des Waldes bestimmt, d.h. die Anrissgebiete werden einzig aufgrund der Topographie ausgeschieden; für ξ wird generell 1'000 m/s2 verwendet. Mit diesen veränderten Eingangsparametern werden die Modellierungen erneut durchgeführt. Waldflächen, die im Startgebiet einer derart bestimmten Lawine liegen, werden dann als Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion bezeichnet, wenn die entsprechende Lawine ein Schadenpotential trifft. Zollikofen, im Oktober / 60

47 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Wildbach (Murgang und Übersarung) Methodik Ausscheidung BSF-Wald Methodik Ausscheidung SF-Wald Im Zusammenhang mit der Wildbachaktivität werden folgende Flächen als Wälder mit besonderer Schutzfunktion ausgeschieden: Geschieberelevante Flächen, die Material in murfähige Gerinne liefern. Voraussetzung ist, dass die Murgänge ein Schadenpotential erreichen können. Geschieberelevante Flächen, die Material in Gerinne liefern, die zu Übersarungen in schadenpotentialrelevanten Gebieten führen können. Dabei werden grundsätzlich nur Rutschgebiete sowie steile Bacheinhänge (offen und vegetationsbedeckt) für die Ausscheidung verwendet. Nicht berücksichtigt werden die Transitgebiete der geschieberelevanten Sturzquellen, da die Geschiebelieferung durch Sturzprozesse häufig von untergeordneter Bedeutung ist und es sicher nicht im Sinn des Kreisschreibens 8 der Eidg. Forstdirektion wäre, wenn die hohen Anforderungen an den Steinschlagschutzwald auch bezüglich der Geschiebelieferung gelten würden. Ebenfalls nicht als Wald mit BSF ausgeschieden werden Waldflächen in Uferbereichen, die nicht geschieberelevant sind, dies obwohl dort Erosion auftreten kann. Eine Modellierung ist jedoch in diesem Massstab nicht möglich. Im weiteren werden Waldflächen in Ausbreitungsgebieten nicht berücksichtigt, da diese nicht BSF aufweisen. Wälder mit hoher hydrogeologischer Sensitivität werden als «Wald mit Schutzfunktion» ausgeschieden. Es handelt sich dabei um Flächen, auf denen bevorzugt gesättigter Oberflächenabfluss auftritt. Eine Möglichkeit, solche Flächen zu bezeichnen, stellt der Topoindex dar. Dieser Index bildet eine wichtige Grundlage für die Abflusssimulation mit Hilfe des TOPMODEL (Beven et al., 1995). Der Topoindex ist ein Mass für die Bereitschaft zu gesättigten Verhältnissen und damit für den gesättigten Oberflächenabfluss. Hohe Topoindexwerte bedeuten eine hohe Bereitschaft für gesättigten Oberflächenabfluss, niedrige Werte eine geringe. Das TOPMODEL wurde im Einzugsgebiet des Rotenbaches (Schwarzsee, FR) getestet. Diese Untersuchungen haben u.a. gezeigt, dass der Topoindex die Feuchteverhältnisse im Rotenbacheinzugsgebiet gut abzubilden vermag (Kienholz et al., 1996). Abhängig von den Eigenschaften des Untergrundes hat jedoch der Topoindex eine unterschiedliche Bedeutung. Bei einem stark durchlässigen Boden tritt gesättigter Oberflächenabfluss erst in höheren Topoindex-Klassen auf als bei einem nur gering durchlässigen. Deshalb wurde für die Ausscheidung der Schutzfunktion mit unterschiedlichen Topoindex-Schwellenwerten gearbeitet, abhängig von der geologischen Charakterisierung. Zollikofen, im Oktober / 60

48 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Rutschungen Einfache Überlagerung Die Ausscheidung von Waldflächen mit BSF bezüglich der Rutschgebiete beschränkt sich auf die Teilgebiete der flach- und mittelgründigen Rutschungen. Die Bestimmung der Waldflächen erfolgt durch die Überlagerung der schadenpotentialrelevanten Rutschgebiete mit den Waldarealen. Die Schnittmenge ergibt die Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion. Wälder, die auf tiefgründigen Rutschungen oder Talzuschubsmassen stocken, haben keine besondere Schutzfunktion und werden deshalb bei dieser Modellierung nicht berücksichtigt. 6.3 Auswertung BSF 6.4 Wald mit Schutzfunktion (SF) Die auf der Basis dieser Dispositionsmodelle ausgeschiedenen Waldflächen können im Übersichtsmassstab 1:25'000 als sehr guter Hinweis für Waldflächen mit besonderer Schutzfunktion klassiert werden. Da nun alle Daten in digitaler und georeferenzierter Form vorhanden sind, erlauben GIS-Funktionen die gewünschten Kenngrössen zu berechnen. Für jedes resultierende «BSF-Polygon» kann der relevante Prozesstyp und die Schadenpotentialklasse ermittelt werden. Im Rahmen der Erstellung der Schutzwaldkarte werden als «normale» Schutzwälder jene Waldflächen definiert, die folgende Bedingungen erfüllen: Waldflächen, die nicht bereits als BSF ausgeschieden wurden; Wälder mit Hangneigungen >40% (SF Typ A) und/oder Wälder mit hoher hydrogeologischer Sensitivität (SF Typ B, vgl. Abschnitt 6.2.3). d.h. entweder Wälder auf Flächen, die bei der Entstehung von Hochwassern eine bedeutende Rolle spielen: Flächen, auf denen ein gesättigter Oberflächenabfluss eintritt (gewichtete Charakterisierung der Geologie, Lage innerhalb des Einzugsgebietes, Grösse des Einzugsgebietes; Topoindex) oder Wälder auf schadenpotentialrelevanten tiefgründigen Rutschungen. 6.5 Bedeutung und Wirkung der Schutzwaldkartierung Die mit diesen Kriterien ausgeschiedenen Waldflächen bilden eine weitere Teilmenge des Waldlayers. Die Karte der Schutzfunktion des Zollikofen, im Oktober / 60

49 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Ausscheidung von 4 Waldtypen Waldbau C-Projekte Waldes weist somit folgende 4 Waldtypen auf: a) Wald mit besonderer Schutzfunktion (BSF); b) Wald mit Schutzfunktion (SF Typ A); c) Wald mit Schutzfunktion (SF Typ B); d) übrige Wälder. Die hier durchgeführte EDV-gestützte Ausscheidung von Wäldern mit BSF wird bei der Legitimierung/Realisierung von Waldbau C-Projekten als entscheidendes Argument angesehen. Die Modellierung wird dabei in den allermeisten Fällen als «Nachweis Wälder BSF» ausreichen. Selbstverständlich werden bei der Projektrealisierungsfrage noch weitere Kriterien zu berücksichtigen sein wie: Waldzustand und aktuelles Risiko; Kosten - Wirkungsverhältnis Priorität und verfügbare Kredite; Wille der Bauherrschaft. Die Ausscheidung von Wäldern mit SF geschieht mit der beschriebenen Methode stark vereinfachend und generalisierend. Bei der Legitimierung/Realisierung von Waldbau B-Projekten sind deshalb im Einzelfall zusätzliche Nachweise nötig: der Bezug zum gefährdeten Schadenpotential; die Leistungsfähigkeit des Waldes, bzw. Wirksamkeit der beabsichtigten Massnahmen. Selbstverständlich sind auch die bei BSF erwähnten weiteren Kriterien zu berücksichtigen. Die Tabelle 6.1 gibt einen Überblick über die grundsätzlichen Kriterien, die Methoden sowie die Darstellung und Bedeutung Elemente der Schutzwaldkarte. Zollikofen, im Oktober / 60

50 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Grundsatz Methode Darstellung Bedeutung bei Legitimierung / Realisierung von Waldbauprojekten Tabelle 6-1: Zusammenstellung der verschiedenen Kriterien, Methoden, Darstel-lungen und der Bedeutung der Schutzwaldkarte Kanton Bern 1:25'000 WBSF 1. Nachweis des Prozesses bei Annahme fehlender Wald oder schlechter Waldzustand 2. Nachweis Direktbezug Prozess zu relevantem Schadenpotential 3. Nachweis Leistungsfähigkeit d. Waldes Lawinen-WBSF im pot. Anrissgebiet Sturz-WBSF im Sturzbereich Rutsch-WBSF im Prozessbereich flachgründiger Rutschungen Wald auf geschieberelevanten Flächen, die Material in Gerinne liefern, welche zu Murgängen / Übersarungen führen können Bestimmung des relevanten Schadenpotentials (ständig bewohnte Häuser, Strassen bis zu diesen Häusern, Bahnen mit Fahrplanpflicht) Berechnung Prozessräume vom Entstehungsgebiet (oberhalb, im Wald) via Transitgebiet bis ins Auslaufgebiet Verschnitt mit Schadenpotential Bestimmung der schadenpotentialrelevanten Prozessräume Bestimmung von Wald, der zur Reduktion dieses Prozesses beitragen kann Karte 1:25'000, mit Darstellung von WBSF schadenpotentialrelevanten Prozessräumen (unterschieden nach Prozess) Schadenpotential Tabellen, nach Gemeinden WBSF-Flächen nach Prozess u. total für alle Prozesse = Entscheidendes Argument Karte reicht in den allermeisten Fällen als «Nachweis WBSF» Zusätzlich zu berücksichtigende Argumente: Waldzustand / aktuelles Risiko Kosten / Wirkungsverhältnis Priorität / verfügbare Kredite Wille Bauherrschaft Zusätzliche, auf WBSF-Karte nicht enthaltenen Flächen sind bei speziellem Nachweis möglich WSF Nachweis, sehr vereinfachend, generalisierend Nachweis nur bedingt, weil: bezüglich Hochwasser nicht möglich keine Erhebung von «Schadenpotential geringerer Bedeutung» vorliegt Nachweis bez. tiefgr. Rutschungen (siehe Methode B.2) A. Wälder mit Hangneigung >40% B. W. mit hydrogeologischer Sensitivität B1. Flächen, die bei der Entstehung von Hochwassern eine bedeutende Rolle spielen: Flächen, auf denen «gesättigter Oberflächenabfluss» eintritt (=gewichtete Charakterisierung der Geologie, Lage innerhalb des Einzugsgebietes, Grösse und Steilheit des Einzugsgebietes, Topoindex) B2. Wälder auf schadenpotentialrelevanten tiefgründigen Rutschungen gleiche Karte 1:25'000, zusätzlich Darstellung WSF-Flächen (unterschieden nach Methode A. und B.) Tabellen, nach Gemeinden WSF-Flächen A. und B Nur Hinweis, weniger entscheidendes Argument Zusätzliche Nachweise nötig: Bezug zu gefährdetem Schadenpot. Leistungsfähigkeit des Waldes, bzw. Wirksamkeit der waldbaulichen Massnahmen Zusätzlich zu berücksichtigende Argumente: wie WBSF wie WBSF Zollikofen, im Oktober / 60

51 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte 7. Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte 7.1 Aussagekraft, Mängel und Grenzen pessimistische Prozessräume keine Darstellung der Eintretenswahrscheinlichkeit Hochwassergefahr nicht dargestellt Die auf der Gefahrenhinweiskarte dargestellten Prozessräume basieren zwar auf realistischen, durch Erfahrungen und Beobachtungen abgestützten Modellrechnungen. Weil die von Ort zu Ort wechselnden lokalen Gegebenheiten wie Geologie, Morphologie etc. nicht berücksichtigt und nur summarisch erfasst sind, ergeben sich jedoch grössere Unsicherheiten. Aus diesem Grunde sind die Prozessräume bewusst eher pessimistisch dargestellt. Die bereits vielerorts bestehenden Verbauungen gegen Lawinen, Rutschungen, Murgänge sind in der Karte nicht berücksichtigt. Die Prozessräume sind so dargestellt, wie wenn es keine solchen Schutzbauten gäbe. Beim Prozess Steinschlag wurde der Wald nicht berücksichtigt. Die so ermittelten Prozessräume entsprechen deshalb nicht der absoluten Wahrheit, sondern weisen nur darauf hin, welcher Raum bei ungünstigen Voraussetzungen betroffen sein könnte. Im weiteren weist die Gefahrenhinweiskarte im Gegensatz zu Gefahrenkarten die Eintretenswahrscheinlichkeit der Gefahr nicht aus. Aus diesem Grunde kann kein Risiko abgeleitet werden, sondern höchstens ein Risikoverdacht. Als Schadenpotential haben dabei vor allem die ständig bewohnten Siedlungen Bedeutung. Die Verkehrswege, welche wegen ihrer linienhaften Verschneidung der Landschaft grosse relevante Prozessräume verursachen, treten dagegen bedeutungsmässig in Abhängigkeit der Verkehrsdichte mehr oder weniger zurück. Es muss zudem nochmals festgestellt werden, dass die in den Talebenen örtlich grosse Hochwassergefahr aus methodischen Gründen nicht dargestellt ist und damit ein wichtiger Gefahrenprozess fehlt. Ebenfalls nicht dargestellt sind grosse Bergstürze, die allerdings selten sind. Kleine Steinschlagquellen, die in der Pixelkarte nicht abgebildet werden (z.b. im Wald) sind nicht berücksichtigt. Aus den hier erwähnten Gründen muss die Gefahrenhinweiskarte mit äusserster Sorgfalt und mit dem steten Bewusstsein über ihre Aussagegrenzen eingesetzt werden. 7.2 Raumnutzung, Richtplanung Konfliktstellen Für die Raumnutzung auf Ebene Richtplan ist die Gefahrenhinweiskarte ein sehr wichtiges Instrument. Sie lässt mögliche Konfliktstellen erkennen und zeigt auf, wo eigentümerverbindliche Gefahren- Zollikofen, im Oktober / 60

52 Umsetzung und Anwendung der Gefahrenhinweiskarte Subventionspolitik karten ausgearbeitet werden müssen. Dies ist insbesondere bei betroffenen bestehenden Siedlungen und Ortsplanungen von Bedeutung. Aber auch Einzelbauvorhaben und Konzessionsgesuche können aufgrund der Gefahrenhinweiskarte grob beurteilt und gegebenenfalls näher abzuklärende Risiken erkannt werden. Da die Gefahrenhinweiskarte auf einheitlich angewendeten, objektiven Kriterien beruht, kann sie auch zur Feststellung von Subventionierungsprioritäten dienen. Dieser Aspekt ist im Hinblick auf eine möglichst optimierte Verwendung der knappen Geldmittel von Bedeutung. 7.3 Schutzwaldkarte Die auf der Gefahrenhinweiskarte basierende Schutzwaldkarte dient zur Erkennung der schutztechnisch prioritär zu behandelnden Waldflächen und ist damit eine wichtige Grundlage für die waldbauliche Planung resp. auch für die problemgerechte Subventionsvergabe. Zollikofen, im Oktober / 60

53 Statistische Auswertung 8. Statistische Auswertung 8.1 Allgemeines Statistische Auswertungen als separates Dokument Die GIS-gestützte Bearbeitung der Gefahrenhinweiskarte ermöglicht mannigfaltige statistische Analysen. Dabei interessieren in erster Linie die Grössen von Schadenpotentialen und Schutzwaldflächen, eher untergeordnet die Prozessflächen. Alle diese Grössen können für verschiedenste landschaftliche Regionen oder politische Räume abgeleitet werden, wobei wohl die Differenzierung nach Waldabteilungen und Oberingenieurkreisen und evtl. Gemeinden am interessantesten ist. Die entsprechenden Zahlen sind in einem separaten Tabellenband zusammengestellt. Nachfolgend kommentieren wir einige wichtige Ergebnisse dieser Berechnungen. 8.2 Prozessflächen Die Analyse zeigt, dass fast die Hälfte (44 %) des Kantons Bern von Prozessflächen der behandelten Naturgefahren bedeckt ist. Der Grund hierfür ist der ausgeprägte Gebirgscharakter des Kantons. Von diesen Prozessflächen ist aber nur ca. ¼ relevant für Schadenpotentiale. Dies sind 11% der gesamten Kantonsfläche (siehe Abb. 8-2). Die 4 Gefahrenprozesse treten je in einer ähnlichen Bedeutung auf, wobei die Lawinen die grössten Räume umfassen. Abb. 8-1: Absolute Flächenanteile der gesamten und relevanten Prozessflächen (Kantonsfläche total = 584'095 ha) Zollikofen, im Oktober / 60

54 Statistische Auswertung Abb. 8-2: Prozentuale Flächenanteile der gesamten und relevanten Prozessflächen 8.3 Personen und bewohnte Häuser Bei den Schadenpotentialen interessieren in erster Linie die in Siedlungen wohnenden gefährdeten Personen. Rund 54'000 Personen (d.h. ca. 5.6 %) der Wohnbevölkerung des Kantons Bern bewohnen gefährdete Häuser. Über die Hälfte (ca. 30'000) sind von Murgängen bzw. Übersarung bedroht. Die Anzahl bedrohter Wohnhäuser beläuft sich auf ca. 13'600 (ca. 4 Personen pro Haus). Zollikofen, im Oktober / 60

55 Statistische Auswertung Abb. 8-3: Absolute Anteile der bedrohten Personen und bewohnten Häuser Abb. 8-4 und Abb. 8-5: Prozentuale Anteile der bedrohten Personen und bewohnten Häuser Zollikofen, im Oktober / 60

56 Statistische Auswertung 8.4 Verkehrswege Abb. 8-6: Bedrohte Verkehrswege, absolute Längen Abb. 8-7 und Abb. 8-8: Bedrohte Kantonsstrassen und Bahnen, prozentuale Längen Zollikofen, im Oktober / 60

57 Statistische Auswertung 8.5 Schutzwaldflächen Abb. 8-9: Absolute prozessabhängige WBSF-Flächen und WSF- Fläche (Waldfläche total: 158'852 ha) Abb. 8-10: Prozentuale Anteile WBSF- und WSF-Flächen Zollikofen, im Oktober / 60