Modellierung von Waldflächen mit direkter Objektschutzfunktion Prozesse: Lawine, Steinschlag

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1 Modellierung von Waldflächen mit direkter Objektschutzfunktion Prozesse: Lawine, Steinschlag Andreas Huber, Frank Perzl Institut für Naturgefahren Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft Hofburg 1, 6020 Innsbruck F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

2 Überblick 1 Einleitung 2 Methodik 3 Umsetzung 4 Ergebnisse 5 Diskussion 6 Zusammenfassung und Ausblick F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

3 Projekt GRAVIMOD Einleitung Ziele: Unterstützung der forstlichen Raumplanung für die Ausweisung/Kartierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion sowie bei der Evaluierung des Programmes LE Abbildung 1: Waldschutzwirkung (Foto: BFW) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

4 Projekt GRAVIMOD Einleitung Ziele: Unterstützung der forstlichen Raumplanung für die Ausweisung/Kartierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion sowie bei der Evaluierung des Programmes LE Erhöhung des Informationsgehaltes des WEP durch Modellierung des Waldes mit direkter Objektschutzfunktion vor Lawinen und Steinschlag Abbildung 1: Waldschutzwirkung (Foto: BFW) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

5 Projekt GRAVIMOD Einleitung Ziele: Unterstützung der forstlichen Raumplanung für die Ausweisung/Kartierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion sowie bei der Evaluierung des Programmes LE Erhöhung des Informationsgehaltes des WEP durch Modellierung des Waldes mit direkter Objektschutzfunktion vor Lawinen und Steinschlag Abbildung 1: Waldschutzwirkung (Foto: BFW) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

6 Definitionen Einleitung Ziel: Modellierung der Objektschutzfunktion Eine Waldfläche hat eine Objektschutzfunktion vor Naturgefahren, wenn ohne Schutzwirkung der Bestockung oder von Schutzbauten: von dort eine Naturgefahr ausgehen könnte (Verminderung des Anbruchpotentials) und/oder ihre negativen Auswirkungen durch die Schutzwirkung der Bestockung vermindert werden könnten (mögliche Bremswirkung) und der Gefahrenprozess ein zu schützendes Objekt auch erreichen könnte. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

7 Definitionen Einleitung Ziel: Modellierung der Objektschutzfunktion Eine Waldfläche hat eine Objektschutzfunktion vor Naturgefahren, wenn ohne Schutzwirkung der Bestockung oder von Schutzbauten: von dort eine Naturgefahr ausgehen könnte (Verminderung des Anbruchpotentials) und/oder ihre negativen Auswirkungen durch die Schutzwirkung der Bestockung vermindert werden könnten (mögliche Bremswirkung) und der Gefahrenprozess ein zu schützendes Objekt auch erreichen könnte. Objektschutzfunktion (SOLL) Objektschutzwirkung (IST) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

8 Definitionen Einleitung Ziel: Modellierung der Objektschutzfunktion Eine Waldfläche hat eine Objektschutzfunktion vor Naturgefahren, wenn ohne Schutzwirkung der Bestockung oder von Schutzbauten: von dort eine Naturgefahr ausgehen könnte (Verminderung des Anbruchpotentials) und/oder ihre negativen Auswirkungen durch die Schutzwirkung der Bestockung vermindert werden könnten (mögliche Bremswirkung) und der Gefahrenprozess ein zu schützendes Objekt auch erreichen könnte. Objektschutzfunktion (SOLL) Objektschutzwirkung (IST) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

9 Methodik Dispositionsanalyse Wo befinden sich mögliche Anbruchflächen/Startzonen Prozessmodellierung Welche Flächen sind potentiell betroffen? Abbildung 2: Konzeptionelle Herangehensweise für die Ausweisung von Waldflächen mit direkter Objektschutzfunktion F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

10 Methodik Dispositionsanalyse Wo befinden sich mögliche Anbruchflächen/Startzonen Prozessmodellierung Welche Flächen sind potentiell betroffen? Identifikation gefährdeter Objekte Wo befinden sich zu schützende Objekte? Werden diese Objekte potentiell bedroht? Abbildung 2: Konzeptionelle Herangehensweise für die Ausweisung von Waldflächen mit direkter Objektschutzfunktion F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

11 Methodik Dispositionsanalyse Wo befinden sich mögliche Anbruchflächen/Startzonen Prozessmodellierung Welche Flächen sind potentiell betroffen? Identifikation gefährdeter Objekte Wo befinden sich zu schützende Objekte? Werden diese Objekte potentiell bedroht? Waldflächen mit direkter Schutzfunktion Wo befindet sich Wald im Anbruchgebiet oder der Sturzbahn der Prozesszonen, welche eine potentielle Gefährdung für zu schützende Objekte darstellen? Abbildung 2: Konzeptionelle Herangehensweise für die Ausweisung von Waldflächen mit direkter Objektschutzfunktion F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

12 Methodik Dispositionsanalyse Wo befinden sich mögliche Anbruchflächen/Startzonen Prozessmodellierung Welche Flächen sind potentiell betroffen? Identifikation gefährdeter Objekte Wo befinden sich zu schützende Objekte? Werden diese Objekte potentiell bedroht? Waldflächen mit direkter Schutzfunktion Wo befindet sich Wald im Anbruchgebiet oder der Sturzbahn der Prozesszonen, welche eine potentielle Gefährdung für zu schützende Objekte darstellen? Abbildung 2: Konzeptionelle Herangehensweise für die Ausweisung von Waldflächen mit direkter Objektschutzfunktion F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

13 Dispositionsanalyse Umsetzung Modellierung der Grunddisposition aufbauend auf dem ISDW-Modellansatz Auf welchen Flächen besteht eine erhöhte Neigung (Disposition) zur Auslösung von Lawinen oder Steinschlag? Modellierung der Dispositionsflächen für Lawine und Steinschlag an Hand flächendeckend verfügbarer Daten: Digitales Geländemodell (Auflösung 10m) und daraus abgeleitete Größen (z.b. Hangneigung) Schneehöhenverteilung Lithologie, geologische und geotechnische Eigenschaften etc. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

14 Dispositionsanalyse Umsetzung Modellierung der Grunddisposition aufbauend auf dem ISDW-Modellansatz Auf welchen Flächen besteht eine erhöhte Neigung (Disposition) zur Auslösung von Lawinen oder Steinschlag? Modellierung der Dispositionsflächen für Lawine und Steinschlag an Hand flächendeckend verfügbarer Daten: Digitales Geländemodell (Auflösung 10m) und daraus abgeleitete Größen (z.b. Hangneigung) Schneehöhenverteilung Lithologie, geologische und geotechnische Eigenschaften etc. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

15 Umsetzung Dispositionsmodell Steinschlag Mögliche Auslöseflächen Felsflächen, Schutt- und Geröllhalden, sowie grobskelettreiche Böden außerhalb des Waldes. Auf Waldflächen mögliche Initiierung von Steinschlag aus entwurzelten Bäumen. D.h. es werden sowohl Primär- als auch Sekundärauslösung berücksichtigt. Verwendeter Ansatz Für Flächen außerhalb des Waldes wurde der auf Grenzneigungswinkeln (GNWs) basierende ansatz nach Proske & Bauer (2013) adaptiert. Die GNWs wurden auf Basis der des KM500 Austria - Geologie adaptiert und für ein DHM mit 10m Auflösung angepasst. Auch die Möglichkeit von Anbruchflächen innerhalb des Waldes wird berücksichtigt (eigene Klasse). F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

16 Umsetzung Dispositionsmodell Steinschlag Mögliche Auslöseflächen Felsflächen, Schutt- und Geröllhalden, sowie grobskelettreiche Böden außerhalb des Waldes. Auf Waldflächen mögliche Initiierung von Steinschlag aus entwurzelten Bäumen. D.h. es werden sowohl Primär- als auch Sekundärauslösung berücksichtigt. Verwendeter Ansatz Für Flächen außerhalb des Waldes wurde der auf Grenzneigungswinkeln (GNWs) basierende ansatz nach Proske & Bauer (2013) adaptiert. Die GNWs wurden auf Basis der des KM500 Austria - Geologie adaptiert und für ein DHM mit 10m Auflösung angepasst. Auch die Möglichkeit von Anbruchflächen innerhalb des Waldes wird berücksichtigt (eigene Klasse). F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

17 Umsetzung Dispositionsmodell Steinschlag (ctd ) Tabelle 1: Grenzneigungswinkel (GNW) für die Bestimmung der Dispositionsflächen für Steinschlag. Geologische Einheiten KM500 GNW[ ] F ID UEBER1 DE LITHOL DE 1m 10m 1 Böhmische Masse Amphibolit (47.4) 9 Böhmische Masse Granitoid (Südböhmischer Pluton) (47.4) 14 Böhmische Masse Granulit (47.4) 8 Böhmische Masse Klastika (Perm) (47.4) Südalpine Einheiten Phyllit (44.0) 60 Südalpine Einheiten Porphyroid (44.0) Tertiärbecken (Molasse, Klippen) (43.4) 6 Tertiärbecken Andesit, Dazit, Trachyt (45.0) 7 Tertiärbecken Basalt, Basanit, Nephelinit, Tuff (45.0) Waldflächen Strauchwald, Hochwald 36 () Abbildung 3: Isolinien für gleiche Flächenanteile (Auslöseflächen/Gesamtfläche) für verschiedene DHM-Auflösungen und Neigungsgrenzwerte. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

18 Umsetzung Dispositionsflächen Steinschlag F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

19 Umsetzung Dispositionsmodell Lawine Lawinenauslösung Die Auslösung von Lawinen hängt in der Realität von einem komplexen Zusammenspiel mehrerer Einflussfaktoren ab (Gelände, Schneedecke, Zusatzbelastung). Verwendeter Ansatz Identifikation von Flächen mit unterschiedlicher Disposition gegenüber Lawinen basierend auf Hangneigung (Gelände) und der mittlerer maximaler Schneehöhe (Schneedecke). F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

20 Umsetzung Dispositionsmodell Lawine Lawinenauslösung Die Auslösung von Lawinen hängt in der Realität von einem komplexen Zusammenspiel mehrerer Einflussfaktoren ab (Gelände, Schneedecke, Zusatzbelastung). Verwendeter Ansatz Identifikation von Flächen mit unterschiedlicher Disposition gegenüber Lawinen basierend auf Hangneigung (Gelände) und der mittlerer maximaler Schneehöhe (Schneedecke). F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

21 Umsetzung Dispositionsmodell Lawine (ctd ) Abbildung 4: Mittlere maximale Schneehöhen (mmsh) für Österreich. Zeitraum Abbildung 5: Dispositionsklassen in Abhängigkeit von Hangneigung und mittlerer maximaler Schneehöhe (mmsh). F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

22 Umsetzung Dispositionsflächen Lawine F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

23 Prozessmodellierung Umsetzung Ziel der Reichweiten- oder Prozessmodellierung ist eine Abbildung der Prozessausbreitung (Auslauflängen, laterale Prozessausbreitung) unter Vernachlässigung der Schutzwirkung des Waldes Basierend auf den identifizierten Flächen mit erhöhter Disposition gegenüber den Gefahrenprozessen (Anbruchgebiete) werden potentiell betroffene Flächen (Sturzbahnen, Ablagerungsgebiete) modelliert. Für die Ausweisung von Objektschutzwald sind nur jene Prozesszonen von Interesse, die eine potentielle Gefährdung für bestehende Schutzobjekte darstellen. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

24 Umsetzung Modellierung auf nationalem Maßstab Die Modellierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion auf regionalem/nationalem Maßstab bringt einige Herausforderungen mit sich: Hoher Aufwand an benötigten Rechenzeiten für die großflächige Modellierung (mehrere 1000 km 2 ) (RAM, Prozessoren) Eine systematische Erfassung lokaler Einflussfaktoren ist nicht flächendeckend durchführbar, es muss weitgehend auf bestehende Informationen zurückgegriffen werden F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

25 Umsetzung Modellierung auf nationalem Maßstab Die Modellierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion auf regionalem/nationalem Maßstab bringt einige Herausforderungen mit sich: Hoher Aufwand an benötigten Rechenzeiten für die großflächige Modellierung (mehrere 1000 km 2 ) (RAM, Prozessoren) Eine systematische Erfassung lokaler Einflussfaktoren ist nicht flächendeckend durchführbar, es muss weitgehend auf bestehende Informationen zurückgegriffen werden Bestehende Datengrundlagen (DHM, Infrastrukturdaten, Waldbestandskartierung) weisen mitunter Unterschiede hinsichtlich Verfügbarkeit und Datenqualität auf. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

26 Umsetzung Modellierung auf nationalem Maßstab Die Modellierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion auf regionalem/nationalem Maßstab bringt einige Herausforderungen mit sich: Hoher Aufwand an benötigten Rechenzeiten für die großflächige Modellierung (mehrere 1000 km 2 ) (RAM, Prozessoren) Eine systematische Erfassung lokaler Einflussfaktoren ist nicht flächendeckend durchführbar, es muss weitgehend auf bestehende Informationen zurückgegriffen werden Bestehende Datengrundlagen (DHM, Infrastrukturdaten, Waldbestandskartierung) weisen mitunter Unterschiede hinsichtlich Verfügbarkeit und Datenqualität auf. Anwendung existierender Modelle für die Fragestellung schwer möglich (Rechenaufwand, benötigte Modellparameter, Lizensierung und Adaptierbarkeit) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

27 Umsetzung Modellierung auf nationalem Maßstab Die Modellierung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion auf regionalem/nationalem Maßstab bringt einige Herausforderungen mit sich: Hoher Aufwand an benötigten Rechenzeiten für die großflächige Modellierung (mehrere 1000 km 2 ) (RAM, Prozessoren) Eine systematische Erfassung lokaler Einflussfaktoren ist nicht flächendeckend durchführbar, es muss weitgehend auf bestehende Informationen zurückgegriffen werden Bestehende Datengrundlagen (DHM, Infrastrukturdaten, Waldbestandskartierung) weisen mitunter Unterschiede hinsichtlich Verfügbarkeit und Datenqualität auf. Anwendung existierender Modelle für die Fragestellung schwer möglich (Rechenaufwand, benötigte Modellparameter, Lizensierung und Adaptierbarkeit) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

28 Prozessmodellierung Umsetzung Die Prozessmodellierung gliedert sich in 2 Schritte: Berechnung möglicher Prozesspfade Abschätzung der Auslauflängen entlang dieser Pfade Steinschlag Energielinienmodell (Auslauflängen) Single Flow Algorithmus (Prozesspfade) Lawine Energielinienmodell (Auslauflängen) Multiflow Algorithmus (Prozesspfade) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

29 Prozessmodellierung Umsetzung Die Prozessmodellierung gliedert sich in 2 Schritte: Berechnung möglicher Prozesspfade Abschätzung der Auslauflängen entlang dieser Pfade Steinschlag Energielinienmodell (Auslauflängen) Single Flow Algorithmus (Prozesspfade) Lawine Energielinienmodell (Auslauflängen) Multiflow Algorithmus (Prozesspfade) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

30 Umsetzung Identifikation von gefährdeten Objekten Objektlayer Welche Objekte sind zu schützen? Zusammenstellung und Klassifizierung der zu schützenden Objekte (adaptiert auf Basis der WEP-Klassifikation) Gefährdungsabschätzung Sind Objekte von den betrachteten Gefahrenprozessen potentiell gefährdet, d.h. befinden sich Objekte im modellierten Prozessraum? Welche Teile des modellierten Prozessraumes befinden sich in der Sturzbahn oberhalb der gefährdeten Objekte? F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

31 Umsetzung Identifikation von gefährdeten Objekten Objektlayer Welche Objekte sind zu schützen? Zusammenstellung und Klassifizierung der zu schützenden Objekte (adaptiert auf Basis der WEP-Klassifikation) Gefährdungsabschätzung Sind Objekte von den betrachteten Gefahrenprozessen potentiell gefährdet, d.h. befinden sich Objekte im modellierten Prozessraum? Welche Teile des modellierten Prozessraumes befinden sich in der Sturzbahn oberhalb der gefährdeten Objekte? F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

32 Umsetzung Layer der zu schützenden Infrastruktur F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

33 Umsetzung Bestimmung der Waldflächen mit Objektschutzfunktion Waldlayer Wo befinden sich die Waldflächen? Zusammenstellung eines Waldlayers Wald mit Objektschutzfunktion Welche Waldflächen weisen eine Objektschutzfunktion gegenüber den modellierten Prozessen auf? Verschneidung des Waldlayers mit den modellierten Prozesszonen, die eine potentielle Bedrohung für Objekte darstellen Waldflächen mit Objektschutzfunktion F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

34 Waldlayer Umsetzung F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

35 Workflow Umsetzung F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

36 Ergebnisse F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

37 Ergebnisse Blatt: F6 28 1:50,000 Blatt: F7 29 1:50, Legende Maßstab Legende Maßstab Waldflächen mit Schutzfunktion gegen: Landesgrenze Lawine Waldflächen mit Schutzfunktion gegen: Landesgrenze Lawine Waldlayer Steinschlag Lawine und Steinschlag km Seite 37 Waldlayer Steinschlag Lawine und Steinschlag km Seite 38 F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

38 Diskussion Die Modellergebnisse können als zusätzliche Planungsgrundlage für die forstliche Raumplanung dienen. Die Modellierungen sind auf Ebene einer Gefahrenhinweiskarte erfolgt. In Bereichen in denen zusätzliche, mitunter detailliertere Informationen vorliegen, sollten diese für die Interpretation der Ergebnisse mit berücksichtigt werden. Gefahrenzonenpläne Lawinenkataster Dokumentierte Ereignisse bzw. lokale Expertise Auf Grund der großflächigen Modellierung wurden bewusst einfache Modellansätze verwendet (Datenverfügbarkeit, Rechenaufwand) F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

39 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Eine nachvollziehbare (reproduzierbare) Methode zur Identifikation von Waldflächen mit Objektschutzfunktion wurde entwickelt. Der Modellansatz wurde flächendeckend für Österreich angewendet. Die kartographische Darstellung der modellierten Waldflächen kann als Hilfsinstrument für Fragestellungen in der forstlichen Raumplanung herangezogen werden. Ausblick Potentieller Mehrwert der kompilierten Datensätze Für regional begrenztere Fragestellungen kann die Anwendung alternativer Modellierungsansätze die Aussagegenauigkeit verbessern. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

40 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Eine nachvollziehbare (reproduzierbare) Methode zur Identifikation von Waldflächen mit Objektschutzfunktion wurde entwickelt. Der Modellansatz wurde flächendeckend für Österreich angewendet. Die kartographische Darstellung der modellierten Waldflächen kann als Hilfsinstrument für Fragestellungen in der forstlichen Raumplanung herangezogen werden. Ausblick Potentieller Mehrwert der kompilierten Datensätze Für regional begrenztere Fragestellungen kann die Anwendung alternativer Modellierungsansätze die Aussagegenauigkeit verbessern. F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25

41 Zusammenfassung und Ausblick Danke für die Aufmerksamkeit! F. Perzl, A. Huber (BFW) Schutzwaldtagung, Innsbruck / 25