Vergleich von Trümmerstrombeobachtungen, einschließlich der Korngröße und Zusammensetzung von Feinsedimenten sowie der Ergebnisse von Ausbreitungsmodellen, am Illgraben in den Schweizer Alpen

Zusammenfassung. Trümmerströme sind wichtige Prozesse für die Bewertung nativer Gefahren aufgrund ihres Schadenspotenzials. Um die Auswirkungen eines potenziellen Trümmerstroms zu beurteilen, sind Parameter wie Fließgeschwindigkeit, Fließtiefe, maximale Abflussmenge und Volumen von großer Bedeutung. Diese Studie nutzt Daten von der Beobachtungsstation Illgraben in den zentralen Alpen der Schweiz, um die Zusammenhänge zwischen diesen Fließparametern und der Dynamik der Trümmerströme zu untersuchen. Zu diesem Zweck simulierten wir frühere Trümmerstromereignisse mit dem RAMMS::Debrisflow (Rapid Mass Movement Simulation::Debrisflow) Ausbreitungsmodell, das auf einer numerischen Lösung der Gleichungen für flache Wasserströme für granulare Flüsse basierend auf der Voellmy-Reibungsrelation basiert. Hier wurden die Ereignisse modelliert, um mögliche Steuerfaktoren für die Reibungsparameter μ und ξ zu erforschen, die die Coulomb-Reibung bzw. die turbulente Reibung im Modell beschreiben. Darüber hinaus wurden Sedimentproben aus Deichablagerungen auf ihre Korngrößenverteilungen (14 Ereignisse) und ihre mineralogischen Eigenschaften (4 Ereignisse) analysiert, um zu untersuchen, ob die Eigenschaften der feinkörnigen Matrix Einfluss auf die Dynamik der Trümmerströme haben. Schließlich wurden Felddaten aus verschiedenen Trümmerströmen wie Fließgeschwindigkeiten und -tiefen statistisch mit den Korngrößenverteilungen, den mineralogischen Eigenschaften und den Simulationsergebnissen verglichen, um die entscheidenden Variablen zu identifizieren, die die Kinematik dieser Ströme steuern. Die Simulationsergebnisse weisen auf mehrere ideale Lösungen hin, die von den Coulomb- und turbulenten Reibungsparametern (μ und ξ, respektive) abhängen. Darüber hinaus zeigen die Modellierungsergebnisse, dass die Coulomb- und turbulente Reibungen eines Flusses mit der Froude-Zahl in Beziehung stehen, wenn die Fließgeschwindigkeit < 6–7 m s−1 beträgt. Es wird auch gezeigt, dass die Korngröße von Feinsedimenten oder die Mineralogie von Tonpartikeln eines Flusses weder mit der Fließgeschwindigkeit und -tiefe korreliert, noch zur Quantifizierung der Reibung in der Voellmy-Reibungsrelation verwendet werden kann. Dies deutet darauf hin, dass das Reibungsverhalten eines Flusses durch andere Eigenschaften wie die Reibung, die durch das teilweise fluidisierte grobkörnige Sediment erzeugt wird, kontrolliert werden kann. Dennoch sind die Flusseigenschaften gut mit dem Flussvolumen korreliert, aus dem die meisten anderen Parameter abgeleitet werden können, was mit der gängigen Ingenieuspraxis übereinstimmt.