D lese Untersuchung soll klären, inwieweit es möglich ist, eine Lawinengefahrenkarte

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1 berg.schnee.lawine - GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE GIS-basierte Lawinengefahren- _ analyse unter Berücksichtigung des Lawinenlageberichts VON MARCEL SIEGMANN UND ARMIN HELLER D lese Untersuchung soll klären, inwieweit es möglich ist, eine Lawinengefahrenkarte auf Grundlage des Lawinenlageberichts mithilfe eines Geographischen Informationssystems (GIS) zu erstellen. Im ersten Schritt werden die grundlegenden Informationen des Lawinenlageberichts unter Zuhilfenahme der Elementaren Reduktionsmethode (ERM) und eines Höhenmodells verknüpft. Die ERM teilt den Hang anhand der jeweils vorherrschenden Gefahrenstufe und der Hangneigung in Gefährdungsbereiche ein. Zur Darstellung der Zusatzinformationen wird im zweiten Schritt eine automatisierte Geländeformerkennung durchgeführt. Die darin genannten geomorphologischen Formen können anschließend als besonders gefährdete Bereiche ausgewiesen werden. Durch die Erstellung einer Gefahrenkarte anhand der Basisinformationen konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Dazu wurde die Gefahrenkarte anhand von digitalisierten Skitouren analysiert. Mit Zunahme der Gefahrenstufe nimmt der Anteil der Streckenteile mit geringem Risiko ab. Für die Arbeitsschritte wurden drei Modelle mit dem Geographischen Informationssystem ArcGIS (ESRI) entwickelt, die für jedes Höhenmodell mit einer Auflösung von 10 Metern verwendet werden können. Methode Für die Erstellung einer Gefahrenkarte wurde auf die ERM nach Munter (2009) zurückgegriffen (siehe Abbildung 1). Die ERM verknüpft die Lawinengefahrenstufe mit der Hangneigung und empfiehlt passende Verhaltensregeln: Gering: Vorsichtig verhalten ab 40 Hangneigung. Mäßig: Verzicht ab 40, vorsichtig verhalten ab 35. Erheblich: Verzicht ab 35, vorsichtig verhalten ab 30. Groß: Verzicht ab 30, vorsichtig verhalten bei unter 30.

2 GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE berg.schnee.lawine Gefahrenstufe gemäss SLF 1 gering 2 mässig 4_, 3 erheblich 4 gross extrem steil 571., rn *ä; cs, et, 40 sehr steil 35 steil 30 mässig steil Für Hangneigung zählt die steilste Stelle im Bereich der Spur im ganzen Hang... im ganzen Hang inkl. Einzugs- und Auslaufbereich Geringes Risiko Erhöhtes Risiko so Hohes Risiko --- Wenig Erfahrene Relativ sicher, wenn Ausbildung und Erfahrung Verzicht empfohlen bleiben besser unterkeine speziellen notwendig halb dieser Linie Gefahrenzeichen Abb. 1: Elementare Reduktionsmethode (Utelli und Eisenhut 2012). Laut Munter (2009) ließen sich mithilfe der Reduktionsmethode mindestens zwei Drittel der tödlichen Lawinenunfälle vermeiden. Kraml und Fuhrer (2006) überprüften die Lawinenunfälle der Wintersaisons 1997/98 bis 2002/03 und stellten fest, dass bei konsequenter Anwendung der ERM mindestens 70 % der Lawinenunfälle vermieden werden können". Zusätzlich gilt die allgemeine Gefahrenstufe nur für die Kombination aus ungünstiger Hang- und Höhenlage. Die Gefahrenstufe außerhalb dieser Schnittmenge kann um eine Stufe herabgesetzt werden (Munter 2009). Im zweiten Schritt wurde versucht, eine automatisierte Geländeformerkennung von Bergkämmen, Rinnen und Mulden durchzuführen. Da der Wind als Baumeister der Lawinen gilt, sind die oben genannten Geländeformen besonders von Schneeverfrachtungen betroffen, was häufig eine erhöhte Gefahr darstellt (Würtl et al. 2009). Um eine dynamische Gefahrenkarte zu erstellen, die je nach Lawinenlagebericht angepasst werden kann, wurden drei Modelle entwickelt, die aufeinander aufbauen. Das erste Modell Topographic Position analysiert Kämme, Rinnen und Mulden. Das zweite Modell Lawinenskala berechnet die Gefahrenstufen Gering, Mäßig und Erheblich für ein bestimmtes Gebiet. Das dritte Modell Gefahrenkarte verknüpft die errechneten Gefahrenstufen und integriert gefährdete Geländeformen anhand des aktuellen Lawinenlageberichts.

3 berg.schnee.lawine - GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE N.r..i:E.. :: -4.:44, -3, M4.17:?1 47e * / //,,,.. '.1.. 4,elieed_*ae..eipmegge, 1 /v//. /7 1, / '4,/,,,. wbes,... 7 i' 4"/7/ ' i, '..7/ f/z ',/, /,. v 30.. "lig..i"ritc 1 ri %7. / / W 7 / /,,... ii, ' -*, illt. /,,, ti / 7/ rị ',-;..,,......,.,,,., 4, '.-4., :- :, ' i itin. //1 /,, 1 / 2' Legende Erheblich Gefährdungsbereiche Erhöhte Vorsicht + Einsenkungen Verzicht + Einsenkungen Felswand ///, Auslaufgebiete ei. 21._eiletife27J'r.7""me."'" _ 10 0,25 0,5 1_ 1 t Kilometer Abb. 2: Gefahrenstufe Erheblich, Felswand ab 55 Hangneigung (Siegmann 2013). Ein weiterer wichtiger Punkt, der bei der ERM beachtet werden. muss, ist der einbezogene Betrachtungsraum. Dieser variiert je nach Gefahrenstufe. Bei Gefahrenstufe Gering ist nur die Hangneigung der eigenen Spur ausschlaggebend, während bei Gefahrenstufe Mäßig die steilste Stelle innerhalb einer 20-Meter-Umgebung um die eigene Spur beurteilt wird. Bei Gefahrenstufe Erheblich wird die steilste Stelle des Hangs oberhalb der Spur als relevant erachtet, da es bei dieser Gefahrenstufe schon zu Fernauslösungen kommen kann (Würtl et. al. 2009). Die Gefahrenstufen Groß und Sehr Groß werden nicht berücksichtigt, weil in diesen Klassen spontane Selbstauslösungen möglich sind, die nicht berechnet werden können. Die Gefahrenstufe Erheblich zu simulieren, stellte eine der größten Herausforderungen dar, weil Fernauslösungen auch Tourengeher in einem Gelände betreffen können, das eine niedrigere Hangneigung als 30 aufweist. Es mussten Kriterien gefunden werden, die dieses Szenario abdecken können. Hierzu wurde auf die Parameter von

4 GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE berg.schneelawine. Gefahrenkarte_3 Allg. Gefahrenstufe Gefahrenstellen vorw. (schwarz) Input: Höhenmodel DAGe_Oatenedvretta.gdbeTM10 Gefalvdete Expositionen Oid values flew values Ei Tendenz Steilhänge 2 So r _ heute r ; 2 ; Mo Di Mi Do P. S I 6 8 ( save,j raev,!,. Input: Gefahrenstufe Höheretee 2 \Gis_Daten kewertung.gdötmaeteig Le_e_nr_I Y (odeteenbiesi Höhenstufe 2 A 2300m Höhenstufe 1 8egnn der Hoheretee 2in Metern 23M Input. Gefahr eretee Hoheretee 1 D. Ge_Oaten Auswettino.odo Gering OUTPUT: Gefahrenanalysekarte D: \Ge_Datentagebencht.gdb Gefahrentorte LJ OK LCancel_j Fröntonments..j Shon Help» 1 Abb. 3: Eingabe der Parameter in das entwickelte Tool Gefahrenkarte (Siegmann 2013). Utelli und Eisenhut (2012) zurückgegriffen, die für die typische Skifahrerlawine, die Schneebrettlawine, gelten: Die Fernauslösung sowie die Auslaufdistanz sind maximal über eine Horizontaldistanz von 250 Metern möglich. Der Auslaufbereich befindet sich in Fließrichtung des Anrissbereiches. Ab 20 Neigung stoppt das Schneebrett. Die Kriterien basieren teilweise auf Erfahrungen und Expertenwissen und sind nicht wissenschaftlich verifiziert. Diese Parameter wurden in das Modell Lawinenskala integriert (siehe Abbildung 2). Um Auslaufgebiete von Lawinen zwischen 20 und 30 Hangneigung zu finden, wird eine hydrologische Abflusssimulation durchgeführt. Bei dieser vereinfachten Modellannahme wird also davon ausgegangen, dass eine Lawinenbahn die gleiche Fließrichtung wie Wasser hat. Die Oberflächenrauigkeit und die Anrissmächtigkeit müssen nicht berücksichtigt werden, weil die maximale Auslaufstrecke in Abhängigkeit von der Hangneigung berechnet wird. Das Modell Gefahrenkarte ist für den Anwender das wichtigste Tool, weil es den aktuellen Lawinenlagebericht in einer Gefahrenkarte visualisiert. Dazu müssen folgende Parameter in das Tool eingegeben werden, die aus dem Lawinenlagebericht leicht abzulesen sind (siehe Abbildung 3):

5 berg.schnee.lawine - GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE Gefährdete Hangexpositionen Gefahrenstufe der Höhenstufe 1 Beginn der Höhenstufe 2 in Metern Gefahrenstufe der Höhenstufe 2 Die Gefahrenstufen werden dann mithilfe von Booleschen Operatoren verknüpft. Liegt ein Bereich in der Schnittmenge aus gefährdeter Hangexposition und gefährdeter Höhenlage, wird ihr die Gefahrenstufe der Höhenstufe 2 zugewiesen. Liegt ein Bereich innerhalb der Höhenstufe 2 und außerhalb der gefährdeten Exposition, wird ihr die Gefahrenstufe der Höhenstufe 1 zugewiesen. Bereiche innerhalb der Höhenstufe 1 bekommen die dafür zugewiesene Gefahrenstufe in allen Hangexpositionen. Gilt für das gesamte Gebiet nur eine Höhenstufe, müssen als Input für die einzutragenden Höhenstufen des Tools jeweils die gleichen Gefahrenstufen ausgewählt werden und der Beginn der Höhenstufe 2 auf 0 Meter gesetzt werden. Neben den grafischen Basisinformationen des Lawinenlageberichts sollen ebenfalls die Zusatzinformationen des Textfeldes in der Gefahrenkarte dargestellt werden. Da die beschriebenen gefährdeten Bereiche der Zusatzinformationen oftmals in Bezug zu geomorphologischen Formen stehen, wurde entschieden, ein Tool zu entwickeln, das eine automatisierte Geländeformerkennung durchführen kann. Für die Wiedergabe der Zusatzinformationen spielen vor allem die Geländeformen Rinnen, Mulden und Bergkämme eine wichtige Rolle, weshalb nur diese Geländeformen berücksichtig wurden. Hierbei musste beachtet werden, dass die Analyse anhand konstanter Grenzwerte berechnet werden kann, um das Tool auf jedes Höhenmodell mit unterschiedlicher Größe und Auflösung anwenden zu können. Da das Thema der Geländeformerkennung sehr komplex ist, wurden drei bekannte Analysemethoden verglichen und die geeignetsten verwendet (vergleiche Weiss 2001; Jenness 2006; Coops et al. 1998; Klingseisen et al. 2004; Heller 2011). Die Geländeformerkennung nach Coops et al. (1998) basiert auf einer Kombination aus verschiedenen topografischen Attributen mit festgelegten Grenzwerten. Der entwickelte Algorithmus entstand in Australien für ein Höhenmodell mit 20-Meter-Auflösung, weshalb die Frage aufkam, wie gut er sich für den Alpenraum eignet. Eine Untersuchung von Rauter et al. (2006) zur GIS-gestützten Analyse zur Berechnung potenzieller Abbruchgebiete in Kärnten zeigte, dass der Algorithmus auch auf ein Höhenmodell mit 10-Meter-Auflösung innerhalb des Alpengebietes anwendbar ist. Durch den Vergleich der Grenzwerte zwischen Coops et al. (1998) und Klingseisen et al. (2004) stellte sich heraus, dass die überarbeiteten Grenzwerte von Klingseisen et

6 GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE - berg.schnee.lawine Abb. 4: Klassifizierung von Rinnen,'Mulden und Bergkämmen (Siegmann 2013). al. (2004) nach Generalisierung der Daten sehr gute Ergebnisse aufwiesen. Das mithilfe der Grenzwerte entwickelte Landform-Tool stand nicht zur Verfügung, sodass ein Modell mit den gleichen Eigenschaften programmiert wurde. Die Klassifizierung von Mulden und Rinnen kann nach der Bearbeitung anhand von Generalisierungstools sofort in die Gefahrenkarte integriert werden (siehe Abbildung 4). Ergebnisse Abbildung 5 zeigt eine bespielhafte Gefahrenkarte aus dem Untersuchungsgebiet im Vorarlberger Teil der Silvretta Gruppe in Österreich. Die allgemeine Gefahrenstufe ist Erheblich. Die gefährdete Höhenlage liegt bei über Metern in den Expositionen Nordwest, Nord, Nordost. Zusätzlich sind die digitalisierten Skirouten des Alpenvereins dargestellt.

7 berg.schnee.lawine - GIS-BASIERTE LAW1NENGEFAHRENANALYSE Legende Skitouren Gefahrenbereiche Erhöhte Vorsicht + Einsenkung Verzicht + Einsenkung Felswand 0,5 1 2 Kilometer Abb. 5: Beispielhafte Umsetzung eines Lawinenlageberichts (Siegmann 2013) Auf einer solchen Gefahrenkarte lassen sich Gefährdungsbereiche schnell erkennen, sodass eine geeignete Skitour gewählt werden kann. Sie soll die Tourenplanung unterstützen und keinesfalls die Begutachtung des Geländes vor Ort ersetzen. Es musste die Frage gestellt werden, wie man die erstellten Karten überprüfen kann. Dazu wurde eine Skitourenanalyse durchgeführt. Die Skitouren der Alpenvereinskar-

8 GIS-BASIERTE LAW1NENGEFAHRENANALYSE berg.schnee.lawine Analyse der Skirouten des DAV mithilfe der Gefahrenkarte Beispiel LLB 68% 12% 20% Erheblich 58% 12% 29% --- Geringes Risiko Vorsichtig verhalten Mäßig 71% 11% 18% 3 Verzicht Gering 95% 5% Abb. 6: Analyse der Skirouten des DAV mithilfe der Gefahrenkarte (Siegmann 2013). te wurden digitalisiert und in ein Raster mit 10-Meter-Auflösung konvertiert. Für die Berechnung der Daten wurden die jeweiligen Gefahrenklassen und die dazugehörende Klassifikation für Rinnen und Mulden zusammengefasst. Skitouren, die Felsgelände durchqueren, wurden der am höchsten vorkommenden Gefahrenklasse zugeordnet. Mögliche Zusatzinformationen des Lawinenlageberichts (LLB) flossen in keine der Skiroutenanalysen ein. Neben den allgemeinen Gefahrenstufen wurden die Skirouten mithilfe eines Beispiels des Lawinenlageberichts durchgerechnet. Der beispielhafte Lawinenlagebericht weist in der Schnittmenge aus gefährdeter Höhenlage oberhalb von Metern und den gefährdeten Hangexpositionen Nordwest bis Nordost eine erhebliche Lawinengefahr auf. Außerhalb dieser Schnittmenge herrscht mäßige Lawinengefahr. Abbildung 6 zeigt, dass die Gefahrenkarte logische Ergebnisse liefert. Mit Anstieg der Lawinengefahr sollte auf immer mehr Streckenteile der Skirouten verzichtet werden. Beachtlich ist, dass auch bei Gefahrenstufe Erheblich noch fast 60 % der Streckenteile mit geringem Risiko begangen werden können. Dies liegt allerdings auch an dem Untersuchungsgebiet, das durch sehr lange und flache Täler geprägt ist. Die Aussage lässt sich auf keinen Fall auf andere Untersuchungsgebiete übertragen. Bei der Skitourenanalyse für den beispielhaften Lawinenlagebericht ist gut erkennbar, dass die Schnittmenge aus gefährdeter Hangexposition und Höhenlage einen wesentlichen Einfluss auf die Skitourenplanung hat. Es können immerhin 10 % mehr Streckenteile begangen werden als bei der generellen Gefahrenstufe Erheblich. Dar-

9 berg.schnee.lawine - GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE auf weist auch Munter (2009) deutlich hin: Der Spielraum (bei erheblich bis 34 und bei mäßig bis 39 ) ist immer noch erstaunlich groß und reicht mir vollkommen aus. Vor allem wenn man sich den Umstand zunutze macht, dass die Gefahrenstufe des LLB nur für die angegebene ungünstige Hang- und Höhenlage gilt [...]." Conclusio Diese Untersuchung konnte zeigen, dass die Erstellung einer Gefahrenkarte unter Verwendung des Lawinenlageberichts (LLB) grundsätzlich möglich ist. Die Grundinformationen des Lawinenlageberichts wurden mithilfe der Elementaren Reduktionsmethode (ERM) visualisiert. Die von Hellberg und Semmel (2009) vorgeschlagenen, und seit der Wintersaison 2014/15 eingeführten Piktogramme des Lawinenlageberichts zur schnelleren Erfassung der Hauptproblemstellen könnten helfen, die Gefahrenkarte aussagekräftiger zu machen. Sie konnten in diesem Artikel jedoch noch nicht berücksichtigt werden. Der Hauptkritikpünkt bei der Erstellung einer Gefahrenkarte ist, dass der regional gültige Lawinenlagebericht auf einen Einzelhang übertragen wird. Lokale Besonderheiten können dabei nicht berücksichtigt werden. Durch den Trend hin zu lokalen Lawinenlageberichten (LO.LA) steigt die Attraktivität von Gefahrenkarten, weil für jedes Gebiet eine speziell angepasste Karte erstellt werden kann. Insgesamt musste festgestellt werden, dass noch Forschungsbedarf für die angewandte Geoinformatik im Bereich Lawinengefahrenanalyse besteht. Forschungsarbeiten stehen in diesem Bereich meist im Zusammenhang mit Katastrophenlawinen. Daher zeigt diese Untersuchung erste Ansätze und wirft damit eine Vielzahl neuer Fragen auf, die es zu beantworten gilt. Interessant wäre zum Beispiel ein Vergleich der Gefahrenkarten zwischen der Elementaren Reduktionsmethode und der DAV- Snowcard, die im Gegensatz zur ERM einen nicht linearen Verlauf der Gefährdungsbereiche vorgibt.

10 GIS-BASIERTE LAWINENGEFAHRENANALYSE - berg.schnee.lawine Literatur Coops, N. C., Gallant, J. C., Loughhead, A. N., Mackey, B. J., Ryan, P. J., Mullen, I. C., und Austin, M. P. (1998), Developing and testing procedures to predict topographic position from Digital Elevation Models (DEMs) for species mapping (Phase 1). Report to Environment Australia 271, Canberra: CSIRO FFP, S Hellberg, F., und Semmel, C. (2009), Das Wie? Wo? Was? der Lawinengefahr, in: DAV Panorama 01/2009, S Heller, A. (2011), Die Ableitung von Passpunkten aus hochauflösenden Fernerkundungsdaten (ALS und IFSAR) zur Georeferenzierung von Alpenvereinskarten, in: Strobl, J., Blaschke, T. und Griesebner, G. (Hg.), Angewandte Geoinformatik 2011, Beiträge zum 23. AGIT-Symposium, Salzburg: Wichmann, S Jenness, J. (2006), Topographic Position Index (tpi_jen.avx) extension for ArcView 3.x, V.1.2. Jenness Enterprises, Flagstaff [ ]. Klingseisen, B., Warren, G., und Metternicht, G. (2004), LANDFORM - GIS based generation of topographic attributes for landform classification in Australia, in: Strobl, J., Blaschke, T., und Griesebner, G. (Hg.), Angewandte Geoinformatik 2004, Beiträge zum 16. AGIT Symposium, Salzburg: Wichmann, S Kraml, S., und Fuhrer, A. (2006), Forschungen zur Reduktionsmethode anhand der Lawinenunfälle der Wintersaisonen 1997/ /03 in Tirol, in: Bergundsteigen 4/06, S Munter, W. (2009), 3 x 3 Lawinen. Risikomanagement im Wintersport, Garmisch- Partenkirchen: Pohl & Schellhammer. Rauter, M., Paulus, G., und Seymann, C. (2006), GIS-gestützte Analyse zur Berechnung potenzieller Lawinenabbruchgebiete, in: Strobl, J., Blaschke, T., und Griesebner, G. (Hg.), Angewandte Geoinformatik 2006, Beiträge zum 18. AGIT Symposium, Salzburg: Wichmann, S Siegmann, M. (2013), GIS-basierte Lawinengefahrenanalyse unter Berücksichtigung des Lawinenlageberichts am Beispiel der Silvrettagruppe, Vorarlberg, unveröffentlichte Bachelorarbeit, Innsbruck. Utelli, H.-H., und Eisenhut, A. (2012), GIS-Analyse. Skitourenrouten nach Risikostufe, Bfu-Grundlagen, Bfu - Beratungsstelle für Unfallverhütung, Bern. Weiss, A. D. (2001), Topographic Position and Landforms Analysis, The Nature Conservancy, Seattle. Würtl, W., Larcher, M., und Plattner, P. (2009), Stop or Go. Risikomanagement auf Skitour. Sicher am Berg, Innsbruck: Österreichischer Alpenverein.