Analyse der Felslawinen Frank Slide und Vals mit Hilfe des Computercodes r.avaflow

Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der numerischen Modellierung von Felsstürzen und Felslawinen mit Hilfe der Software „r.avaflow“. Eine möglichst genaue Modellierung der Ausbreitung schneller gravitativer Massenbewegungen (Massenströmen) wie Felslawinen mithilfe numerischer Rechenverfahren ist bei der Bestimmung der von diesen Prozessen ausgehenden Gefahr und des Risikos für Infrastruktur und Menschenleben von großer Bedeutung. Zur Zeit gibt es zwei unterschiedliche Ansätze zur Berechnung solcher Massenbewegungen: zum einen stehen kontinuumsmechanische bzw. flüssigkeitsäquivalente Berechnungsverfahren (hierzu zählen beispielsweise DAN, RAMMS, r.avaflow) und zum anderen diskontinuumsmechanische Berechnungsverfahren (zum Beispiel das DEM-Verfahren) zur Verfügung. Die meisten Fallstudien sowie Rückrechnungen basieren auf kontinuumsmechanischen Ansätzen unter Anwendung der Voellmy Rheologie zur Beschreibung des Bewegungsprozesses. Für diese Kombination existieren Vorhersageparameter zur Abschätzung der Reichweiten von Massenströmen. r.avaflow wurde im Rahmen eines durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Österreichischen Forschungsfond (FWF) geförderten Forschungsprojekts entwickelt und ist ein neuer umfassender kontinuumsmechanischer Ansatz, der eine automatisierte Methode zur Rückrechnung von Ereignissen und der Evaluation der Berechnungsergebnisse anhand von Beurteilungskennwerten beinhaltet. r.avaflow kann im Zuge des Berechnungsvorgangs entweder die Voellmy-Salm Rheologie oder das Zweiphasen-Massenstrommodell nach Pudasaini anwenden. Zur Bewertung der erreichten Modellgenauigkeit werden unter anderem Indizes wie True Postive, True Negative, CSI (Critical Success Index) und AUROC (Area under ROC curve), die vorwiegend bei der Analyse statistischer Verteilungen eingesetzt werden, verwendet. Ziel der Arbeit ist erstens zu evaluieren, inwiefern es möglich ist, mit r.avaflow und der inkludierten Voellmy-Salm Rheologie Felsstürze und Felslawinen zu reproduzieren und zweitens, inwieweit die Berechnungsergebnisse mit den Ergebnissen des kontinuumsmechanischen Ansatzes DAN und der Voellmy Rheologie übereinstimmen. Zu diesem Zweck wurden zwei ausgezeichnet dokumentierte Ereignisse, die Felslawine „Frank Slide“ (Alberta, Kanada, 1903) sowie der Felssturz „Vals“ (Valsertal, Tirol, 2017), rückgerechnet und mit DAN verglichen. Im Zuge der Fallstudie Frank Slide konnte zwischen Simulation und der Aufzeichnung der Ablagerungen des Ereignisses eine sehr große Übereinstimmung erzielt werden. Eine Rückrechnung des Bergsturzes mit den Voellymparametern b = 6,5 und = 580 m/s2 erzielte hierbei die besten Ergebnisse. Im Zuge der Analyse der modellierten Ablagerungen konnte festgestellt werden, dass die Reichweite verglichen mit den Beobachtungen etwas unterschätzt und die seitliche Ausbreitung leicht überschätzt wurde. Die hohe erreichte Genauigkeit des r.avaflow-Modells mit Voellmy-Salm Rheologie spiegelte sich unter anderem in den Kennwerten CSI und AUROC wider. Der Felssturz Vals weist im Vergleich zur Felslawine Frank Slide eine deutlich kleinere Dimension hinsichtlich des untersuchten Bereiches, des Sturzvolumens und der Höhenunterschiede auf. Deshalb wurde der Einfluss der Auflösung des digitalen Höhenmodells in Z-Richtung auf die Berechnungsergebnisse untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden bei der Rückrechnung zwei unterschiedliche Höhenmodelle der basalen Topographie verwendet: in einer ersten Modellvariante wurde das zur Verfügung gestellte Höhenmodell mit einer Auflösung von 1 m in Z-Richtung, in einer zweiten Modellvariante ein durch das Verfahren der Interpolation geglättetes Höhenmodell verwendet. Die Untersuchungsergebnisse der Fallstudie Vals lieferten in beiden Modellvarianten 4 nur eine geringe Übereinstimmung der simulierten mit den beobachteten Ablagerungen. Zudem unterschieden sich die beiden Modellvarianten jeweils stark in den Voellmyparametern, mit denen die beste Übereinstimmung erreicht wurde. Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen legen nahe, dass r.avaflow gut geeignet ist, um große Felslawinen wie den Frank Slide rückzurechnen. Bei kleineren Abbruchvolumen, wie dies beim Felssturz Vals der Fall ist, sind die Ergebnisse hinsichtlich der rückgerechneten Voellmyparameter sowie der modellierten Ablagerungen hingegen nicht eindeutig. Mit DAN ermittelte Vorhersageparameter gleicher Rheologie sind nur bedingt als Eingangsparameter für die Kalibrierung des Modells in r.avaflow nutzbar.

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