Schmelzwasser Abflussprozesse in Gebirgseinzugsgebieten
Hintergrund
Die WSL-Forschungseinheit Gebirgshydrologie und Wildbäche untersucht hydrologische Prozesse von einzelnen Gebirgsbächen bis hin zu ganzen Einzugsgebieten. Im Hochgebirge hat Schnee eine wichtige Funktion als Zwischenspeicher von Winterniederschlägen, welche erst während der Schneeschmelze im Frühling wieder freigegeben werden. Die Abflussdynamik solcher Systeme ist zentral für die Beurteilung von Hochwasser, Murgängen und Geschiebetransport in Wildbächen. Die Gruppe Schneehydrologie erforscht insbesondere, wie sich die Dynamik des Wasserhaushaltes und des Abflusses aus alpinen Einzugsgebieten verhält – dies vor allem im Hinblick auf Hochwasser während der Schneeschmelze im Frühling aber auch in Bezug auf die Wasserkraftnutzung unter einem sich verändernde Klima.
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Kanalisierter Albertibach für die Pegelhöhenmessung
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Projektgebiet
Der Albertibach oberhalb von Davos Platz ist ein typischer Gebirgsbach, der ein Gefahrenpotential für die Raumnutzung des darunter liegenden Siedlungsraumes darstellt. Dem Risiko wurde bereits mit zahlreichen aufwendigen Verbauungsmassnahmen im Bachbett des Albertitobels unterhalb der Waldgrenze begegnet. Aufgrund seiner Infrastruktur und der Nähe zum Forschungsinstitut SLF eignet sich der Albertibach besonders gut für wissenschaftliche Studien, deren Ergebnisse für die Umsetzung in der Prävention von Naturgefahren angewendet werden können.
Bereits im Herbst 2008 wurde damit begonnen, bei der Brücke in der Nähe der Lochalp eine Abflussmessstation zu bauen, um den Gesamtabfluss aus dem Einzugsgebiet oberhalb der Station zu messen. Der Standort liegt einerseits gerade oberhalb der Baumgrenze, wodurch die schneehydrologischen Daten ohne Waldeinfluss sind. Andererseits befinden sich in der Nähe diverse schneemeteorologische Messstationen der SLF Forschungsfläche „Wannengrat“ im Rahmen von Swiss-Experiment, so dass Synergien mit weiteren Projekten des SLF genutzt werden können.
Abfluss Messungen
Kontinuierliche Abflussmessungen werden in der Regel indirekt durch Pegelmessungen gemacht, so auch am Albertibach. Gezielte manuelle Abflussmessungen bei verschiedenen Pegelhöhen ermöglichen eine nachträgliche Umrechung der Pegeldaten in Abflussmengen. Da sich natürliche Gerinnequerschnitte von Gebirgsbächen häufig durch Geschiebetransportprozesse verändern, ist die oben genannte indirekte Messmethode jedoch etwas ungenau. Daher wurde der Gerinnequerschnitt im Albertibach direkt bei der Abflusstation durch bauliche Massnahmen fixiert (siehe Bild). Der Pegelstand wird einerseits mit Hilfe von Ultraschallmessungen von oben bestimmt sowie andererseits durch eine Drucksonde im Messkanal. Die Abfluss-Messstation ergänzt die laufenden intensiven Untersuchungen der Schneedecke im Wannengratgebiet.
Abflussstation unterhalb des Einzugsgebietes Wannengrat und oberhalb des Siedlungsraumes Davos-Platz
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Schneemessungen mit Methoden der Fernerkundung
Neben automatischen Schnee-Messstationen und zahlreichen manuellen Messkampagnen wird die zeitliche und räumliche Verteilung des Schnees auch mit Hilfe eines Laser Scanners ermittelt. Dazu wird der Laser Scanner an verschiedenen Stellen im Einzugsgebiet positioniert und kann so die Schneedecke von verschiedenen Seiten mit einer Genauigkeit von ca. 5 cm vermessen. Während der Schmelzphase, werden wöchentliche Laser Messkampagnen durchgeführt. Dies erlaubt, die Entwicklung der Schneedecke genau zu verfolgen.
Der Wannengrat wurde ausserdem testweise mit einem neuen optischen Scanner (Leica ADS80) an Bord eines Kleinflugzeuges überflogen. Dank Aufnahmen aus unterschiedlichen Blickwinkeln kann mit diesem Sensor die Schneehöhenverteilung über grossen Flächen und mit hoher räumlicher Auflösung ermittelt werden. Das SLF verifiziert die Schneehöhenkartierung des Leica ADS80 mit Handmessungen am Boden und mit den Daten des Lasers Scanners. Der Datensatz der ADS80 soll dazu dienen, Modelle für grosse Einzugsgebiete zu initialisieren und so die Abflussvorhersage auch für grössere Einzugsgebieten zu verbessern.
Model Simulationen
Mit den Erkenntnissen aus den Laser- und ADS80 Messungen wird ein neues stochastisches Modell entwickelt. Dieses soll die Schneehöhenverteilung während des Winterverlaufs auf der Basis von einzelnen Stationsdaten reproduzieren. Mit derartigen Modellen lassen sich auch die Schmelzwassermengen ganzer Einzugsgebiete berechnen. Und so dienen die Daten, welche am Albertibach gemessen werden, letztlich dazu, Modelle weiterzuentwickeln, welche in der operationellen Gefahrenprävention eingesetzt werden können.
