Physikalische Modellversuche zum Fliess- und Erosionsverhalten von Murgängen
Das Grossraumlabor der WSL bietet die
Möglichkeit, Murgänge im Modell zu untersuchen. Dabei können die
Wissenschaftler das Fliessverhalten von verschiedenen Materialien untersuchen,
den Erosionsprozess studieren oder Messinstrumente testen, bevor sie im Gelände
eingesetzt werden. Zudem dient die Murgangrinne immer wieder zu
Demonstrationszwecken für Besuchergruppen, um charakteristische Eigenschaften
von Murgängen im Labor vorzustellen.
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Die Murgangrinne besteht aus zwei Teilen. Im oberen Abschnitt (3 m lang),
zusammengesetzt aus Startbehälter und Beschleunigungsstrecke, wird die
Murgangwelle erzeugt. Daran schliesst der eigentliche Messkanal von fünf Metern
Länge an. Er ist knapp 80 cm breit und so aufgebaut, dass man entweder ein
dreidimensionales Bachbett einbringt oder einen schmaleren Kanal von 30 cm
Breite darin einbauen kann. Der schmalere Kanal eignet sich nur für
zweidimensionale Versuche (flaches Bachbett mit glatten Seitenwänden). Beide
Bereiche können unabhängig voneinander in Schritten von 5% zwischen 0 und 55 %
geneigt werden.
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Aktuell: Analyse von Murgangsgeschwindigkeiten aufgrund Kurvenüberhöhung
Ziel des
Projektes ist es, das Phänomen der Kurvenüberhöhung in Experimenten
nachzustellen. Von den Ergebnissen wird eine Verbesserung der Methodik zur
Erhebung von Fliessparametern im Gelände erwartet. Die Resultate sollen zudem
zu präziseren Eingangsparametern von dynamischen Simulationsmodellen zur
Bestimmung der Reichweiten und Anprallkräften von Murgängen beitragen. mehr...
Murgänge mit groben Komponenten verursachen Schäden
Ein Murgang ist ein rascher Massenverlagerungsprozess,
bei dem sich in meist gebirgigen Lagen ein Gemisch aus Feststoffen und Wasser
wellenförmig talwärts bewegt. Die Art des Abflusses hängt dabei wesentlich vom
Verhältnis der festen und flüssigen Phase ab, aber in eben solchem Mass auch von
der Zusammensetzung der Feststoffe. Handelt es sich eher um Feinmaterial,
beobachtet man ein schlammstromartiges Abflussverhalten. Dominieren grobe
Komponenten, erfolgt der Abfluss eher walzen- oder raupenartig und man spricht
von granularem Verhalten. Solche Murgänge verursachen immer wieder grosse
Schäden mit entsprechenden finanziellen Folgen oder gar Verlusten von
Menschenleben.
Projekt "Debris flow" als Beispiel für den Einsatz der Murgangrinne
Im Rahmen des vom ETH-Rat mitfinanzierten
Forschungsprojekts "debris flow" untersuchten Forschende der WSL anhand physikalischer Modellversuche
in der Murgangrinne das Fliess- und Erosionsverhalten von Murenschüben. Da
Murgänge in der
Schweiz in der Mehrzahl eine granulare Materialzusammensetzung
aufweisen, beschränkten sich die Untersuchungen auf diesen Materialtyp. Grundvoraussetzung und wesentlicher
Unterschied zu den meisten Laboruntersuchungen war, dass die
Wissenschaftler hier eine möglichst natürliche Materialmischung
verwendeten und damit annähernd natürliche Bedingungen vorlagen. Sie testeten verschiedene Konzentrationen der Feststoffe, von Reinwasserpulsen bis zur Maximalkonzentration, bei der der Murenschub
im Gerinne zum Stillstand kommt (Deposition). Ausserdem stand für die Experimente ein erodier-
und bewässerbares Bachbett von dreidimensionaler Struktur zur Verfügung,
um
möglichst ähnliche Abflussverhältnisse wie in der Natur zu erreichen.
Wissenschaftliche Methoden
Bei
den Experimenten verwendeten die Forscher zwei verschiedene Materialien, wobei sie die meisten
Versuche mit Material aus einem murfähigen Wildbach durchführten. Daneben veränderten sie systematisch die Anfangsbedingungen wie Neigung,
Schubvolumen und Wassergehalt der Startmischung. Mit diversen Messinstrumenten erfassten die
Wissenschaftler Abflussparameter und vermassen im Anschluss an die
Versuche die
Gerinnetopographie. Rund 170 Experimente wurden dabei durchgeführt und
ausgewertet.
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Murgang in der Rinne
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Ablagerung eines Modellmurganges
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Ältere Arbeiten mit der Murgangrinne
D. Weber schloss seine Dissertation zu den oben
beschriebenen Experimenten im Jahre 2004 ab (Abstract PDF, 208 KB). Im Anschluss wurden
weitere Experimente an der Murgangrinne durchgeführt, die z.B. das
Verhalten von Murgangnetzen
(vgl. Projekt "Flexible Debris Flow Barriers" oder Doktorarbeit C.
Wendeler, 2008)
oder Eislawinen testeten. Zudem dient die Murgangrinne immer wieder zu
Demonstrationszwecken für Besuchergruppen,
um charakteristische Eigenschaften von Murgängen im Labor vorzustellen.
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