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Wassereinzugsgebiets-Langzeit-Monitoring im Forsthydrologischen Forschungsgebiet Reinhardswald

Das Forsthydrologische Forschungsgebiet Reinhardswald (Nordhessen) umfasst das 420 ha grosse, bewaldete Einzugsgebiet des Elsterbaches. Dort werden seit 1971 Wasser- und Stoffbilanzuntersuchungen durchgefuehrt. Vorrangiges Ziel ist es, die atmogene Saeure- und Schadstoffbelastung dieses repraesentativen Mittelgebirgs-Waldoekosystems zu quantifizieren und die langfristigen Auswirkungen der sauren Deposition auf die forstlichen Standorte, die Waldbestockung, das Abflussverhalten/-regime und die Gewaesserqualitaet zu dokumentieren. Im Rahmen einer normalen forstlichen Bewirtschaftung wird das Forschungsgebiet Reinhardswald also als 'Barometer-Einzugsgebiet' zum Erkennen exogen verursachter Veraenderungen im Wasser- und Stoffhaushalt genutzt

Forschungsgruppe FOR 2793: Sensitivity of High Alpine Geosystems to Climate Change Since 1850 (SEHAG), Auswirkungen des Klimawandels auf hydrologische Prozesse in hochalpinen Einzugsgebieten

Die Häufigkeit und das Ausmaß extremer hydrologischer Ereignisse werden höchstwahrscheinlich durch den Klimawandel verstärkt. Hochalpine Einzugsgebiete sind besonders sensible Räume, da diese Regionen der Hydrosphäre stark durch Veränderungen im Temperatur- und Niederschlagsregime beeinflusst werden. Die starke Kopplung zwischen der Hydrologie und weiteren Komponenten der Geosystem in hoch gelegenen Einzugsgebieten erfordert eine detaillierte Beschreibung der ablaufenden hydrologischen Prozesse. Dieser Umstand rechtfertigt die Einrichtung dieses Teilprojekts der im Rahmen des SEHAG Projektes (Sensitivity of high Alpine geosystems to climate change since 1850) beantragten Forschergruppe. Die Innovation der vorgeschlagenen Forschungsrichtung liegt in der Untersuchung der Veränderungen in der Hydrosphäre zwischen 1850 und 2050 und wie diese mit den übrigen Komponenten der Geosystem in hochalpinen Lagen interagieren. Insbesondere werden wir gründliche Zeitreihenanalysen zur Untersuchung der Korrelation zwischen Klimawandel und den Jährlichkeiten extremer hydrologischer Ereignisse (z.B.: zeitliche Verteilung von Niederschlagsereignissen innerhalb eines Jahres und Einsetzen der Schnee- und Gletscherschmelze) durchführen. Daneben wollen wir verifizieren ob es möglich ist die Qualität der hydrologischen Modelle für hochalpine Einzugsgebiete durch 'multi-objective' Kalibrierungsansätze zu verbessern. Archive spielen dabei eine wichtige Rolle als Datenquelle zur Rekonstruktion der meteorologischen Bedingungen der Vergangenheit. Außerdem ermöglicht die Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten die Kalibrierung des hydrologischen Modells, sowohl gegen den Abfluss, als auch gegen Permafrost- sowie Schnee- und Gletschermessungen. Darüber hinaus werden uns die geplanten experimentellen Messungen erlauben die 'multi-objective' Kalibrierung auf weitere Parameter, wie die elektrische Leitfähigkeit des Abflusses oder die Wassertemperatur der Wildbäche auszuweiten. Das resultierende, kalibrierte Modellergebnis, für das eine intensive Unsicherheitsanalyse durchgeführt werden wird, wird dann von den weitern Teilprojekten genutzt, um die Veränderungen in der Geosystem zu interpretieren.

Belastbarkeit von Gebirgsbaechen mit organischen Abfallstoffen und Abwaessern

Die Zunahme der Erschliessung des Gebirges bis in hochalpine Zonen hat zu einem Umdenken in der natuerlichen Verarbeitung von Abfallstoffen und Abwaessern in diesen Hoehenlagen gefuehrt. Es soll hier aufgrund von einzelnen Schwerpunktuntersuchungen ein Modell der Belastbarkeit von alpinen Baechen aufgestellt werden. Vor allem auch im Hinblick auf die Niedrigwasserverhaeltnisse zum Zeitpunkt der hoechsten Belastung (Wintersportzentren).

Analyse der Ursachen / Prozesswirkungsketten der rezenten Zunahme von Bodenerosionserscheinungen in Einheiten der hochmontanen bis alpinen Stufe an ausgewählten Testgebieten in Westösterreich

Erforschung des Faktorenkomplexes der Ursachen rezenter Zunahmen der Bodenerosion auf waldfreien Standorten in alpinen Einzugsgebieten der hochmontanen bis alpinen Stufe in Westösterreich. Verbesserung des Prozessverständnisses und Abschätzung möglicher zukünftiger Szenarien der Erosionsentwicklung unter dem Aspekt sich ändernder Klimabedingungen (z.B. Häufung meteorologischer Extreme, geänderte Ausaperungsbedingungen, Häufung von Bodenlawinen etc.). - Ableitung von Methoden zur Früherkennung und Prognose der Erosionsentwicklung. Die Früherkennung von instabilen Hangbereichen ist ein zentrales Thema in der Gefahrenprävention. - Abklärung der Bedeutung dieser rezenten Bodenerosion für die Geschiebeentwicklung in Wildbacheinzugsgebieten. Unter welchen Bedingungen ist mit einer erhöhten Geschiebebereitstellung zu rechen? - Schaffung einer Basis für die Ableitung / Anpassung / Entwicklung von einfachen, kostengünstigen und trotzdem dauerhaften Sanierungsverfahren in der Praxis (für WLV, Zivilingenieure, das Feld der Ingenieurbiologie, etc.), z.B. unter Weiterentwicklung des Ansatzes von Florineth, Mittendrein und Stern aus dem Jahr 2002 oder Adaptierung des für die Stabilisierung extrem skelettreicher und verarmter Standorte entwickelten Ansatzes von Schaffer et al. (2006).

Sensitivitaet von Wildbachsystemen

Das Forschungsprojekt ist Teil einer in groesserem Rahmen erfolgenden systemanalytischen Betrachtung von Wildbacheinzugsgebieten. In diesem Kontext lautet die uebergeordnete Fragestellung: Wie reagieren hydrologische und geomorphologische Prozesse in Wildbacheinzugsgebieten auf Umwelt- und Klimaveraenderungen? Innerhalb des NFP 31 ergibt sich folgendes Konzept: In den fuer langfristige Beobachtungen und Messungen ausgeruesteten Wildbacheinzugsgebieten Rotenbach/Schwarzsee und Erlenbach/Alptal (WSL) sowie im vergleichsweise wesentlich steileren Einzugsgebiet Spissibach/Leissigen (GIUB) werden einerseits wichtige hydrologische und geomorphologische Prozesse in repraesentativen, verschieden ausgestatteten Hang- und Gerinnesequenzen gezielt untersucht und andererseits anhand bestehender Datensaetze kleinere und groessere Hochwasserereignisse mit ihrer Vorgeschichte ausgewertet. Bestehende Modellansaetze werden zur Entwicklung von Teilmodellen zur 'Abflussbildung' und zur 'Feststofflieferung' weitgehend uebernommen und wo noetig angepasst. Diese beiden Teilaspekte werden in der praktischen Durchfuehrung weitgehend gemeinsam und synoptisch bearbeitet. In der Synthese soll ein vorlaeufiges 'Gesamtmodell Wildbach' formuliert werden, das relevante Vorgaenge im Wildbachgeschehen unter heutigen Bedingungen beschreibt. Mit Hilfe dieses Modells und der einzelnen Teilmodelle soll die Sensitivitaet von Teilsystemen und des Gesamtsystems auf Aenderungen des Witterungsablaufs und der Umwelt untersucht werden, wobei auf vorzugebenden Klima- und Umweltszenarien basiert wird.

Monitoring in Wildbacheinzugsgebieten

Das Institut für Alpine Naturgefahren betreibt Monitoring-Stationen in Wildbacheinzugsgebieten, die in der Vergangenheit Schauplatz von Hochwasser- und Murgangereignissen waren. Neben den Messsensoren und Videoaufzeichnung im Gerinnebereich zählen Wetterstationen, die kontinuierlich meteorologische Parameter aufzeichnen, zu wertvollen Datenquellen für die Vorwarnung und Analyse von Wildbachereignissen.

Risikoanalyse und Risikomanagement Wildbach

Zur richtigen Beurteilung der Gefahrensituation in einem Wildbach und zur Ableitung dementsprechender Schutzmassnahmen sind verschiedenste Untersuchungsschritte notwendig. Von besonderer Bedeutung sind die Ereignisdokumentation und Ereignisanalyse, die Beurteilung der Massenverlagerungsprozesse und die Dimensionierung von technischen und passiven Maßnahmen. Das Projekt zielt auf die Verbesserung der Aufnahmemethodik im Zuge der Ereignisdokumentation, die Gewinnung von Daten aus 'Mustereinzugsgebieten', die Verbesserung und Neuentwicklung der Meßsensorik, die Aufnahme von Daten zur Bemessung von aktiven und passiven Schutzmassnahmen ab.

Sohlstabilisierung mittels Stufen-Becken

Steile Wildbäche wurden in den letzten Jahrzehnten meist mit Sperrentreppen aus Stahlbeton verbaut, um Sohlerosion zu reduzieren, den Geschiebetrieb zu regulieren und die Hangstabilität zu erhöhen. Diese massiven Schutzbauten erfüllen aus heutiger Sicht die ökologischen und landschaftlichen Anforderungen nur noch bedingt und weisen hohe Bau- und Unterhaltskosten auf. Im Überlastfall können sie zudem abrupt versagen. Es besteht deshalb ein Bedarf an naturnahen, kosteneffizienten und gutmütigen Systemen zur Sohlstabilisierung in Wildbächen. Naturbelassene Wildbäche haben eine ausgeprägte Tendenz zur Selbststabilisierung durch die Bildung von Stufen-Becken Abfolgen. Es existieren bereits Ansätze, diese Selbststabilisierungstendenz durch den übersteilten Einbau von grobem Material zu nutzen, die Entstehung natürlicher Stufen-Becken Abfolgen ist jedoch mit einem grossen Materialverlust verbunden und darum kaum praktikabel. Um die Menge des einzubringenden Materials und den Bauaufwand zu reduzieren, muss die Grundstruktur der Stufen-Becken Abfolge künstlich vorgegeben werden. Für dieses Vorgehen gibt es nur unzureichende Bemessungsgrundlagen und nahezu keine Erfahrung aus der Praxis. Im Projekt werden in einer 13.5 m langen und neigbaren Rinne physikalische Modellversuche durchgeführt. Es soll dabei untersucht werden, wie sich die Stabilität von natürlichen Stufen-Becken Abfolgen beschreiben lässt (Einfluss Fliesszustand, Geschiebetrieb und Kornverteilung), welche Mechanismen für die Entstehung und Zerstörung von natürlichen Stufen-Becken Abfolgen verantwortlich sind und wie künstliche Stufen-Becken Abfolgen am besten gebaut werden, damit sie einen gutmütigen Versagensmechanismus aufweisen und die ökologische Anforderungen erfüllen. Die Resultate des Projekts werden für die Praxis zusammengefasst. Projektziele: Die Mechanismen von natürlichen Stufen-Becken-Abfolgen in Wildbächen sollen erforscht und Leitlinien zum Bau von künstlichen Stufen-Becken-Abfolgen definiert werden Nach einer Analyse zum Stand der Forschung werden physikalische Modellversuche in einer 13.5m langen neigbaren Rinne an der VAW durchgeführt.

Seasonality of damage-inducing torrential events in Austria (1962-2017)

Frequency, magnitude and seasonality of damage-inducing torrential events in Austria (1962-2017)

Information on frequency, magnitude and seasonality of damage-inducing torrential flooding events from steep, alpine headwater catchments (torrents) in Austria, for the period from 1962 to 2017. The datasets are based on information from the Austrian torrential event catalogue. The frequency data set is complemented with information on the number of functional torrential structures (technical mitigation measures), the number of exposed buildings as well as a multitude of climate indices related to precipitation, snow melt and the sum of precipitation plus snowmelt. Annual aggregates are derived by using area-weighted means across all catchments.

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