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SNF: Bild des Monats Mai 2008: Murgänge und Lawinen

SNF: Bild des Monats Mai 2008: Murgänge und Lawinen
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Bern (ots)

- Hinweis: Bildmaterial steht zum kostenlosen Download bereit  
     unter: http://www.presseportal.ch/de/pm/100002863 -
Im Herzen von Strömungen
Am Labor für Umwelthydraulik der ETH Lausanne simulieren 
Forschende mit Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) 
Murgänge und Lawinen. Ihr Ziel: die Vorgänge aus Sicht der 
Strömungslehre bis in feine Details zu verstehen. Durch ein tieferes 
Verständnis der Schlüsselprozesse könnten die kostspieligen 
Konsequenzen dieser Abflussphänomene eingedämmt werden.
In der Schweiz entfallen rund ein Drittel der von den kantonalen 
Versicherungen gedeckten Kosten auf hydrologische Risiken. Zu dieser 
Gruppe von Risiken gehören auch Lawinen und Murgänge. Das Team von 
Prof. Christophe Ancey widmet sich am Labor für Umwelthydraulik der 
ETH Lausanne mit Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds 
(SNF) der Erforschung dieser Phänomene unter dem Blickwinkel der 
Strömungslehre. Tatsächlich handelt es sich sowohl bei Lawinen als 
auch bei Murgängen um Mischungen eines Fluids (Luft bzw. Wasser) mit 
Partikeln (Schnee bzw. Felsfragmente). Ein tieferes Verständnis der 
Eigenschaften solcher Fluide ermöglicht eine bessere Vorhersage und 
Prävention und dadurch eine Eindämmung der Kosten dieser 
hydrologischen Risiken.
Durch Simulation vom Allgemeinen zum Speziellen
In ihrem Labor in Lausanne haben die Forschenden eine 
Versuchsanordnung eingerichtet, mit der diese Phänomene simuliert und
analysiert werden können. Während in der Natur jeder Murgang 
einzigartig und nicht wiederholbar ist, lässt er sich in der 
Simulation präzise reproduzieren und durch die gezielte Veränderung 
grundsätzlicher Parameter nach Belieben steuern. Dadurch können zwar 
vereinfachende, aber dennoch für zahlreiche Situationen gültige 
Schlüsse gezogen werden. Dazu mussten die Wissenschaftler bildgebende
Verfahren entwickeln, mit denen festgestellt werden kann, was im 
Inneren eines strömenden Fluids vor sich geht. Diese Verfahren und 
ihre Ergebnisse waren Gegenstand einer Reihe von kürzlich 
erschienenen Publikationen (http://lhe.epfl.ch/articles-en.html)
Bei einem dieser Verfahren wird ein Laser eingesetzt. Ein Teil der
in einem Fluid suspendierten Partikel wird mit Hilfe eines 
Fluoreszenzfarbstoffs markiert. Wenn dieser Farbstoff mit sehr kurz 
gepulsten Laserstrahlen angeregt wird, sendet er Licht aus, das von 
einer Kamera mit 28 Bildern pro Sekunde aufgezeichnet wird. Dadurch 
lassen sich die Bewegungen der Teilchen verfolgen und die 
rheologischen Eigenschaften des Fluids ableiten, das heisst 
Einsichten in die Art gewinnen, wie sich das Fluid unter äusseren 
Einflüssen verformt.
Eine einzigartige Versuchsanordnung
Wenn diese Eigenschaften bestimmt sind, untersuchen die Forschenden 
das Fliessverhalten unter dem Einfluss der Schwerkraft. Bei diesem 
Experiment wird sozusagen ein Staudammbruch simuliert: Das Fluid wird
in einem Behälter mit einer Schleuse zurückgehalten. Beim raschen 
Öffnen der Schleuse stürzt das Fluid heraus und strömt einen 
abfallenden Kanal hinunter. Der Laser ist so ausgerichtet, dass sich 
die Bewegungen auf mehreren parallelen Ebenen entlang der 
Fliessrichtung bestimmen lassen. Diese Versuchsanordnung ist 
einzigartig und stellt einen innovativen Ansatz zur Untersuchung von 
Strömungen im Nichtgleichgewicht dar.
Für die Lausanner Wissenschaftler ist diese Rückkehr zur 
klassischen experimentellen Arbeit grundlegend. Heute stützen sich 
Vorhersagen zu natürlichen Risiken immer stärker auf Computermodelle.
Ein erheblicher Teil der Modellierung beruht dabei jedoch auf 
Analogien mit einem bekannten Phänomen, wobei bestimmte Parameter 
entsprechend angepasst werden - zum Beispiel indem sie auf 
Geländedaten abgestimmt werden. Dieser Ansatz ist nicht ungefährlich.
Christophe Ancey nennt dazu ein Beispiel: «An der Front beträgt die 
Dicke einer Lawine Null. Bei einigen Modellen ist aber ein Wert von 
Null für die Dicke ausgeschlossen. Um die Schwierigkeit zu umgehen, 
wird deshalb auf einen mathematischen Trick zurückgegriffen. Durch 
den Trick ist die Position der Front jedoch nicht genau bestimmbar. 
Das ist insbesondere störend, wenn eine Gefahrenkarte erstellt wird, 
in der gerade diese Position festgelegt werden soll.» Christophe 
Ancey ist überzeugt, dass solche Probleme durch ein besseres 
Verständnis der Schlüsselprozesse dieser Phänomene gelöst werden 
können.
Texte und Bilder dieses Berichts können auf der Website des 
Schweizerischen Nationalfonds herunter geladen werden. 
http://www.snf.ch > Medien > Bild des Monats

Kontakt:

Prof. Christophe Ancey
Laboratorium für Umwelthydraulik
ETH Lausanne
1015 Lausanne
Tel. +41 (0)21 693 32 87
E-Mail christophe.ancey@epfl.ch

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