Empirie vs. GIS: Sensitivitätsanalyse zur Trajektorienwahl bei Steinschlag-Modellierung

Verfasst am 07. Februar 2020.

Das Steinschlag-Simulationsprogramm RocFall ist ein wertvolles Tool bei der Planung und Dimensionierung von Steinschlagschutzzäunen. Es ermöglicht eine recht genaue Vorhersage der Sprunghöhen, Reichweiten und kinetischen Energien von absturzgefährdeten Blöcken, wenn bestimmte Eingangsparameter bekannt sind. Parameter wie z. B. die Blockgröße, die Höhe der Ausbruchstelle, das Hangmaterial und die Vegetation sind Größen, die im Gelände kartiert werden können. Der Planer muss jedoch auch die wahrscheinlichste Sturzbahn des Blockes vorgeben, was sowohl im Gelände als auch am Computer eine Herausforderung und potenzielle Fehlerquelle ist.

Die Auswahl der wahrscheinlichsten Sturzbahn basiert in der Regel auf empirischen Einschätzungen im Gelände und/oder auf einer visuellen Analyse des digitalen Geländemodells in einer GIS-Software. Das nach subjektiver Einschätzung ausgewählte Geländeprofil wird dann in RocFall geladen, wo die Reichweiten und Sprunghöhen simulierter Stein- und Blockschläge modelliert werden. Wie sensitiv die Modelle gegenüber der Wahl des Profils reagieren, untersucht derzeit Simon Landgraf, Masterstudent im Studiengang „Umweltprozesse und Naturgefahren“ der Universität Eichstätt-Ingolstadt. Seine Arbeit wird zeigen, inwieweit subjektiv-empirisch festgelegte Geländeprofile von rechnerisch ermittelten Profilen abweichen und wie stark sich die Abweichung auf die modellierten Reichweiten, Sprunghöhen und Energien auswirken – eine Erkenntnis, die für zukünftige Planungsarbeiten von hohem Wert ist.

Die Sturzbahn eines Blocks lässt sich
im Gelände oft nur schwer vorhersehen.

Berechnung möglicher Trajektorien mittels random-walk-Algorithmus (SAGA-GIS)

Konkret vergleicht Simon die subjektiv-empirisch festgelegten Trajektorien (meist Geraden) mit den Sturzbahnen, die das rasterbasierte Modell in SAGA-GIS ausgibt. SAGA-GIS nutzt für die Berechnung der Sturzbahnen das Tool „Gravitation Process Path“. Es simuliert die Bewegung einer Masse über das digitale Höhenmodell von Start- bis Endpunkt. Dabei nutzt der Algorithmus die Höheninformationen aus den benachbarten Zellen, um so beispielsweise die Neigung und die Ausrichtung zu berechnen. Sowohl die händisch festgelegten als auch die berechneten Trajektorien werden schließlich in RocFall als Geländeprofil geladen und als Grundlage für Modellierungen verschiedener Sturzereignisse verwendet. Die Ergebnisse werden anschließend miteinander verglichen und anhand von Abwurfversuchen exemplarischer Blöcke validiert.

Wir freuen uns Simon bei dieser innovativen Fragestellung mit Datensätzen, Softwarelizenzen und fachlichem Input unterstützen zu können und sind gespannt auf die Ergebnisse und Erkenntnisse seiner Arbeit.