Lawinentestgelände ¶

Die Versuchsanlage ist seit Winter 1997/1998 in Betrieb und stellt einen Meilenstein in der Lawinendynamikforschung am SLF dar. Nach ihrer teilweisen Zerstörung im Lawinenwinter 1999 wurde sie wieder aufgebaut und mit robusten Sensoren zur Geschwindigkeits- und Kraftmessung ausgestattet. Um ein detailliertes Bild des Schneeflusses zu erhalten, kombinieren die Forschenden Messwerte aus der Lawinenbahn mit modernen Fernerkundungsmethoden. Ausserdem untersuchen sie, wie sich die Bewegungsenergie in der Lawine umwandelt oder Schnee infolge des Lawinabgangs erodiert. Die Resultate aus den Versuchen im VdlS haben geholfen, die Lawinendynamikmodelle weiterzuentwickeln, Lawinensimulationsprogramme (insbesondere RAMMS) zu verbessern sowie die Schweizer Regeln zur Gefahrenkartenerstellung zu überprüfen.

Ein einmaliges Testgelände

Das Testgebiet "Vallée de la Sionne" befindet sich in der Gemeinde Arbaz, 8 km nördlich von Sion, dem Hauptort des Kanton Wallis. Das Gelände wurde wegen seiner grossen Lawinenaktivität ausgewählt. Spontane Nassschneelawinen ereignen sich meist im frühen und im späten Winter, spektakuläre Staublawinen in den kalten Wintermonaten Januar und Februar. Die Auslösegebiete befinden sich auf zwischen 2500 und 2700 m ü.M: "Pra Roua" und "Crêta Besse" 1 und 2. Diese Gebiete führen zu zwei Couloirs mit über 100‘000 m3 Fliessvolumen. Beide Couloirs vereinigen sich weiter unten zu einem breiteren Lawinenzug bis zum Talgrund auf 1500 m ü. M. Die Schneemasse fliesst an einem Keil und einem Mast vorbei, welche mit verschiedenen Sensoren zur Messung von Geschwindigkeit, Druck und Dichte bestückt sind. Oft fliesst die Lawine sogar den steilen Gegenhang hoch und begräbt den Beobachtungsbunker unter sich, der 50 m über dem Talgrund steht.

Spontane Lawinenauslösung

Aus allen drei Auslösegebieten kann es spontane Lawinen geben. Um die Messinstrumente bei einem Lawinenabgang automatisch zu aktivieren, sind im oberen Teil der Lawinenbahn seismische Sensoren eingebaut. Damit kann auch bei unbemanntem Bunker ein reduzierter Satz von Messungen durchgeführt werden. Die Daten werden automatisch ans SLF in Davos übermittelt und dort von Wissenschaftlern ausgewertet. Insbesondere kommen so interessante Daten zu Nassschneelawinen und kleineren Staublawinen zusammen, welche oft ohne Vorankündigung abgehen.

Künstliche Lawinenauslösung

Wenn heftige Schneefälle vorausgesagt sind, startet das SLF eine ausgedehnte Feldmesskampagne im VdlS. Wissenschaftler und Ingenieure des SLF bereiten sich auf die Messungen vor, während ein Experte in Sion und Davos die Situation laufend beurteilt. Stimmen die Wetterbedingungen (ungefähr 80 cm Neuschnee sind im Anrissgebiet nötig), lösen externe Spezialisten eine oder mehrere Lawinen künstlich aus. Nach dem Schneefall ist mindestens ein Tag gutes Wetter erforderlich, um die nötigen Feldmessungen aus der Luft und am Boden durchführen zu können.

Die Wissenschaftler aus Davos treffen zusammen mit internationalen Gästen aus Österreich, Frankreich, England, Italien und Spanien am Vorabend der Lawinensprengung in Sion ein. Der lokale SLF-Experte informiert über die Lage und gemeinsam diskutieren sie die geplante Sprengung und die nötigen Sicherheitsmassnahmen. Nach einer kurzen Nacht begeben sich die Teammitglieder zu den verschiedenen Beobachtungs- und Sicherheitsposten, um das Experiment vorzubereiten. Während das Feldteam die Kameras bereitstellt, wird vom Helikopter aus per Laser die Schneeverteilung im Hang ermittelt. Diese Information ist unbedingt nötig, um die Massenbilanz der Lawine zu kennen: man will wissen, wie viel Schnee angerissen ist und wie viel Schnee die Lawine auf ihrem Weg mitgerissen hat. Gleichzeitig überprüfen die SLF-Wissenschaftler im Bunker das Datenerfassungssystem. Mit diesem System können die Messungen von etwa 250 Sensoren mit Erfassungsraten bis zu 20 kHz während vier Minuten aufgezeichnet werden. Dabei entsteht eine Datenmenge von ungefähr 50 Gigabyte.

Der Start: die Auslösung

Sobald die Wissenschaftler bereit sind – sowohl an den Beobachtungspunkten als auch im Bunker – wird eine 15 kg schwere Sprengladung aus dem Helikopter in ein Anrissgebiet geworfen. Die Druckwelle der Explosion löst ein Schneebrett aus, welches aufgrund der starken Scherkräfte und Kollisionen sofort in Fragmente und Schollen zerbricht. Die Anzahl und Grösse dieser Schollen bestimmen massgeblich die Energieumwandlung in einer Lawine und damit die maximale Geschwindigkeit, welche sie erreichen kann.

Beschleunigung und Endgeschwindigkeit

Die Anrisszonen "Pra Roua" und "Crêta Besse 2" sind durchschnittlich 35 Grad steil, diejenigen in "Crêta Besse 1" 45 Grad. In diesen steilen Hängen beschleunigen die Schneefragmente sehr schnell und erreichen rasch die noch steileren Couloirs, wo sie weiter beschleunigt werden. Die Front der Lawine kann dabei Geschwindigkeiten von bis zu 50-70 m/s, also 180-250 km/h, erreichen. Kleine Schnee- oder Eispartikel werden aus der fliessenden Masse hochgeschleudert und bilden eine grosse Staubwolke. Diese erreicht sofort Höhen von etwa 20 m und wächst dann weiter auf 50-100 m. Ihre Form erinnert an Blumenkohlwolken und sieht einer Explosion ähnlich. Überraschenderweise hört man während des Lawinenabgangs aber kaum einen Laut, ausser vielleicht dem Klicken der Beobachterkameras.

Aufpralldrücke

Die maximalen im VdlS gemessenen Aufpralldrücke liegen im Bereich von 1000 kPa, entsprechend einem Gewicht von 100 t/m2, also etwa 100 auf einem Quadratmeter aufgestapelter Autos. Gemessen wurde dieser Druck im Jahr 1999, als drei riesige Lawinen nach ausgiebigen Schneefällen im Januar und Februar ausgelöst wurden. Diese Lawinen starteten mit einem Volumen von 50‘000 m3, wuchsen dann aber schnell an auf über 200‘000 m3. Sie zerstörten die meiste Messinfrastruktur und den Masten, überrollten den Bunker und deckten ihn mit mehreren Metern Schnee zu. Zwischen 2001 und 2002 wurde der Mast neu gebaut und sollte nun Drücken bis zu 800 kPa widerstehen. Bislang hat er alle Lawinen überlebt.

Nachträgliche Untersuchungen

Das Feldteam versucht, bei einer Messkampagne so viele Lawinen wie möglich auszulösen. Bevor die Forschenden die Lawinenablagerungen untersuchen können, muss zuerst verbleibender Schnee aus den Anrissgebieten gesprengt werden, um die Personen in der Lawinenbahn nicht zu gefährden. Wiederum wird die Schneeverteilung mit dem Laser aus dem Helikopter vermessen, und neben der Grösse und Art der Ablagerungen wird auch der Lawinenanriss dokumentiert.

Die Hindernisse

• Auf einer Höhe von 1650 m wurden drei Hindernisse mit Messinstrumenten und Sensoren erbaut:

  • Der Keil ist das älteste Hindernis im VdlS und wurde 1997 erbaut. Die 5 m hohe dreieckige Stahlkonstruktion ist mit Drucksensoren bestückt, welche Normal- und Scherkräfte messen.
  • Der 19 m hohe Mast wurde ebenfalls 1997 erbaut, 1999 durch eine Lawine zerstört und danach in einer verstärkten Version neu erstellt. Im unteren Teil ist er alle 10 cm mit Geschwindigkeitssensoren bestückt, ausserdem sind an ihm Druck-, Temperatur-, Dichte- und Fliesshöhensensoren angebracht.
  • Im Jahr 2004 wurde von einer österreichischen Forschungsgruppe ein Betonkeil auf einer grossen Kraftmessplatte installiert.

  Die Hindernisse und die Sensoren werden von den Technikern des SLF meist während des Sommers unterhalten. Dabei kalibrieren sie Sensoren oder tauschen defekte Teile aus. Ab Oktober werden die ersten Schneefälle erwartet und das Testgelände muss zu diesem Zeitpunkt bereit stehen.

  Der Bunker

  Der Betonbunker hat zwei Stockwerke. Oben sind Doppler Radars und Videokameras montiert, die die Frontgeschwindigkeit der Lawinen messen. Die Radars sind in geöffneten Fenstern platziert und erfassen von dort aus die ganze Lawinenbahn. Jedes Fenster wird mit einer Klappe vom SLF-Team kurz vor Eintreffen der Lawine geschlossen. Im unteren Stock sitzen die SLF-Wissenschaftler während des Experiments und überwachen die Datenerfassungseinrichtungen.