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Artikel

Autor(en): Peter Bebi, Jean-Marie Putallaz, Marius Fankhauser, Ueli Schmid, Raphael Schwitter, Werner Gerber
Redaktion: WSL, Schweiz
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Die Schutzfunktion in Windwurfflächen

Windwürfe gehören zusammen mit anderen natürlichen Störungen wie Feuer und Borkenkäferkalamitäten zu den grössten Bedrohungen unserer Schutzwälder. Ein Windwurf verändert die Waldstruktur schlagartig, wobei wesentliche Qualitäten eines funktionstüchtigen Schutzwaldes von einem Tag auf den anderen in Frage gestellt sind. Eine Zwischenbilanz zur Naturgefahrensituation auf Windwurfflächen in den ersten 20 Jahren nach dem Wintersturm Vivian von 1990.

Morsche Stämme bewegen sich talwärts
Abb. 1 - Erhöhte Oberflächenrauigkeit dank liegendem Sturmholz. Die Stämme sind inzwischen morsch und bewegen sich talwärts.
Foto: Ulrich Wasem (WSL)
 

Lawinenanrisse und Steinschlag werden stark von der Oberflächenrauigkeit beeinflusst. Daher scheint die Annahme plausibel, dass ungeräumte Windwurfflächen vor Lawinenanrissen und Steinschlag zunächst besser zu schützen vermögen als geräumte Flächen (Abb. 2). Tatsächlich deuteten erste Beobachtungen und Forschungsresultate auf belassenen Vivianflächen darauf hin, dass zumindest kurzfristig ein gewisser Naturgefahrenschutz bestehen bleibt. Allgemein ging man aber davon aus, dass sich das liegende Holz zersetzt, bevor der Nachfolgebestand die Schutzwirkung übernehmen kann, weshalb ein zeitliches Fenster mit reduzierter Schutzwirkung spätestens 20 Jahre nach dem Sturm zu erwarten war.

Untersuchungen und Beobachtungen von Naturgefahrenprozessen in Windwurfflächen haben inzwischen in vielerlei Hinsicht bestätigt, was bereits kurz nach dem Sturm Vivian vermutet wurde: Die erhöhte Oberflächenrauigkeit auf Windwurfflächen (Abb. 1) vermag die beeinträchtigte Schutzfunktion des ehemaligen Bestandes mindestens teilweise zu kompensieren. Obwohl der Naturgefahrenschutz 20 Jahre nach Vivian insbesondere auf den belassenen Flächen ein erwartetes Minimum erreicht haben dürfte, gab es abgesehen von Rutschungen und Muren während einzelner Unwetterereignisse nur relativ wenige Beobachtungen von Massenbewegungen auf Windwurfflächen.

Nun ist es Zeit für eine Zwischenbilanz, die wir im Folgenden für die drei Naturgefahrenprozesse Lawinen, Steinschlag und Rutschungen/Murgänge separat durchführen. Sie basiert auf:

  1. wiederholten Zugversuchen und Langzeitbeobachtungen in der belassenen Windwurffläche Cavorgia/Disentis
  2. der Erfassung der Schutzwirkung in 26 Windwurfflächen
  3. Daten von Naturgefahrenprozessen auf Windwurfflächen, die im Ereigniskataster "StorMe" registriert sind
   
Schematische Darstellung der Schutzwirkung auf Windwurfflächen  
Abb. 2 - Schematische Darstellung der Schutzwirkung auf Windwurfflächen im Laufe der Zeit.
Grafik: nach BAFU (2008)

 
   

Lawinenschutz: Tests bestanden – alles gut?

Die meisten der 26 untersuchten Windwurfflächen erfüllten 20 Jahre nach dem Sturm keines der folgenden aus der Literatur abgeleiteten Kriterien für Lawinenschutzwälder: Lückengrösse, Stammzahl, Kronendeckungsgrad und Baumhöhe relativ zur möglichen Schneemenge. Dennoch ist es eine Tatsache, dass nur wenige Lawinen in den Sturmflächen beobachtet wurden. Offenbar hat die nach dem Sturm verbliebene Bodenrauigkeit insbesondere in nicht oder nur teilweise geräumten Flächen zu einem weit besseren Lawinenschutz beigetragen, als dies aufgrund der nicht oder höchstens teilweise erfüllten Anforderungsprofile befürchtet werden musste.

Um Hinweise auf das Zusammenspiel von Stammbewegungen und den dafür nötigen Schneemassen auf belassenen Windwurfflächen zu finden, wurden Untersuchungen zur Verschiebung, Wirkhöhe und Stabilität von liegenden Stämmen durchgeführt (Abb. 3). Daraus geht hervor, dass in steilen Hängen mit zunehmender Zersetzungsdauer der Stämme und bei genügend mächtiger Schneedecke durchaus Kräfte wirken, die punktuell zu grösseren Stammverschiebungen führen können, denn die Wirkhöhen und die Widerstände der sich mittlerweile stark zersetzenden Stämme in der Windwurffläche Cavorgia/Disentis betrugen 20 Jahre nach dem Sturm
nur noch rund 40% der Anfangswerte. Trotzdem sind im Beobachtungszeitraum nur sehr wenige Lawinen in Windwurfflächen angerissen.

   
Zugversuche in der Windwurffläche Uaul Cavorgia bei Disentis  
Abb. 3 - Zugversuche in der Windwurffläche Uaul Cavorgia bei Disentis (Kanton Graubünden).
Foto: Peter Bebi (WSL)

 
   

Man könnte dies damit erklären, dass die Winter seit 1990 nicht besonders schneereich waren. Ein Überblick über langjährige Messreihen von maximalen Schneehöhen auf der Alpennordseite (Abb. 4) zeigt jedoch, dass diese Annahme nicht eindeutig zutrifft. Es ist in den für die Windwurfflächen relevanten Höhenlagen kein klarer Trend in Richtung abnehmender maximaler Schneehöhen ersichtlich, und es zeigt sich, dass es auch nach 1990 Winter mit grossen Schneemengen gab, deren Last zumindest ein ernstzunehmender Test für das sich setzende Sturmholz war.

   
Maximale Schneehöhen pro Jahr in schneereichen Lagen der Alpennordseite  
Abb. 4 - Maximale Schneehöhen pro Jahr in schneereichen Lagen der Alpennordseite. Besonders schneereiche Lawinenwinter sind mit Jahreszahlen gekennzeichnet. Höhe: Stationshöhe in m ü. M.
 
   

Dass die Rolle der erhöhten Bodenrauigkeit für den Lawinenschutz vielfach eher unterschätzt wird, zeigen Beobachtungen und Forschungsergebnisse ausserhalb von Windwurfflächen. Untersuchungen weisen beispielsweise darauf hin, dass die maximal tolerierbare Grösse einer Bestandeslücke, um Lawinen insbesondere bei Gleitschneesituationen zu verhindern, sehr stark von der Oberflächenrauigkeit abhängt. Wenn eine kleine Lawine im Waldbereich anreisst, können Jungbäume und Bodenrauigkeitselemente im Anriss- und Beschleunigungsbereich (oberste 100–150 m) bereits erheblich dazu beitragen, dass der Lawine Masse und damit Energie entzogen wird und sie so weiter unten von Bäumen gestoppt werden kann. In steilen Windwurfflächen (> ca. 35°) ist es deshalb wichtig, dass keine grösseren Abschnitte (> ca. 15–20 m Lückenlänge) ohne wirksame Oberflächenrauigkeitselemente entstehen.

Liegen gelassenes Sturmholz trug zwar auch 20 Jahre nach Vivian noch zu einer erhöhten Bodenrauigkeit bei, es hatte in dieser Zeit aber bereits mehr als die Hälfte seiner ursprünglichen Wirkung eingebüsst. Die Qualität der Restwirkung wird sehr stark von Standorteigenschaften, der Struktur des Ausgangsbestandes und der Verankerung des Sturmholzes im Boden beeinflusst. Ob die Schutzfunktion ohne entscheidende Einbussen erhalten werden kann, hängt auch davon ab, wie rasch die abnehmende Wirkung des belassenen Holzes durch die aufkommende Verjüngung kompensiert werden kann. Gruppenweise und kleinstandörtlich angepasste Ergänzungspflanzungen im belassenen Bestand sind eine effiziente Variante zur Verkürzung der Zeit mit ungenügender Schutzfunktion (Abb. 6).

Steinschlagschutz: lose Steine hinter zerfallendem Holz

Auf nicht oder nur teilweise geräumten Flächen bot das verbliebene Sturmholz in den ersten Jahren zumeist einen guten Steinschlagschutz, teilweise sogar einen besseren als der Ausgangsbestand (Abb. 5). Allerdings nimmt die Wirkung der sich zersetzenden Stämme mit der Zeit ab, wodurch sich die Steine hinter den liegenden Baumteilen auch wieder bewegen können. Durch die ständigen Wachstums- und Mortalitätsprozesse finden solche Umlagerungs- und Loslösungsprozesse zwar grundsätzlich in jedem Steinschlagschutzwald statt. Sie sind insbesondere in lange nicht mehr genutzten Steinschlagschutzwäldern stets zu beachten. In nicht oder nur teilweise geräumten Windwurfflächen dürften die Dynamik der Zerfallsprozesse und die Gefährdung durch lose Steine vielfach besonders hoch sein. Es sind jedoch in den untersuchten Naturereigniskatasterdaten nur sehr wenige Sturz- und Steinschlagereignisse aus Windwurfflächen verzeichnet.

   
aufgefangene Steine auf Windwurffläche  
Abb. 5 - Steine, die von einem Stirzel (kurzes stehendes Totholz) auf einer Windwurffläche aufgefangen wurden.
Foto: Werner Gerber (WSL)

 
   

Rutschungen und Muren: Wie lange dauert die reduzierte Schutzwirkung?

Von allen Massenbewegungen werden flachgründige Rutschungen wahrscheinlich am stärksten durch Windwürfe begünstigt. Als Folge der geringeren Interzeption nach Sturmschäden gelangen mehr Niederschläge in den Boden, was den Porenwasserdruck ansteigen lässt und damit die Scherfestigkeit des Bodens verringert. Zudem werden bei Windwürfen Wurzeln aus dem Boden gerissen und Wurzelstöcke ausgedreht, womit Wasser in den Boden infiltrieren kann und so Ausgangspunkte für Rutschungen entstehen können. Und auch wenn Stämme nicht entwurzelt, sondern gebrochen werden, lässt spätestens zwei bis drei Jahre nach dem Sturm die Bodenarmierung durch Wurzelverstärkung stark nach.

Die Wurzeln der Folgevegetation können erst nach Jahrzehnten diejenigen des Ausgangsbestandes kompensieren. Deshalb ist sowohl auf belassenen als auch auf unbelassenen Windwurfflächen während mehrerer Jahre mit einer grösseren Rutschungsintensität zu rechnen, wobei durch unsorgfältigen Maschineneinsatz erzeugte Bodenwunden die Gefahr verschärfen. Wie lange es dauert, bis die neuen Wurzeln die stabilisierende Wirkung der abgestorbenen Baumwurzeln kompensieren können, ist wahrscheinlich stark vom Standort und von der Baumart abhängig.

Potenzieller Einfluss von Borkenkäferbefall und Waldbrand

Grossflächige Windwürfe in Fichtenwäldern lösen bekanntlich häufig Folgeschäden durch den Buchdrucker (Ips typographus) aus, was den Entscheid, ob und wie eine Windwurffläche geräumt werden soll, wesentlich beeinflusst. Bezüglich der Auswirkungen des Buchdruckerbefalls auf die Schutzfunktion gibt es auf den ersten Blick viele Parallelen zu Sturmschäden: Die Interzeption nimmt ab, befallene Bäume fallen um, verkeilen sich ineinander und haben damit für eine gewisse Zeit eine ähnliche Wirkung wie vom Wind geworfene Bäume.

Im Unterschied zu Windwürfen gibt es aber nach Borkenkäferbefall weniger Entwurzelungen. Die Bäume brechen erst mehrere Jahre nach dem Absterben und bleiben als Stirzel (kurzes stehendes Totholz) stehen, was bezüglich des Erhalts einer gewissen Schutzfunktion und der kontinuierlichen Nachliefererung von relativ gut konserviertem Totholz positiv bewertet werden. In Käferbeständen bleibt die Schutzfunktion somit in der Regel länger erhalten.

Potenziell gravierende Folgeschäden nach Windwürfen könnten bei entsprechend ungünstigen Witterungsbedingungen durch Brände erwartet werden. Gerade solche Störungs- respektive Gefahrenkaskaden tragen dazu bei, dass auch der nächste Sturm sehr hohe Anforderungen an die Einschätzung der Naturgefahrensituation stellen wird.

   
gepflanzte Fichten auf Sturmfläche  
Abb. 6 - Diese Fichten wurden ein Jahr nach Vivian (1991) zwischen die liegenden Bäume auf einer belassen Sturmfläche in Pfäfers (Kanton St. Gallen) gepflanzt. Aufnahme im Jahr 2014.
Foto: Raphael Schwitter

 
   

Folgerungen

Die erhöhte Oberflächenrauigkeit auf Windwurfflächen wirkte bisher gut. Behandlungsvarianten, welche das Liegenlassen von Sturmholz nach Vivian einschlossen, können deshalb heute aus dem Blickwinkel des Naturgefahrenschutzes meistens als geglückte Experimente bezeichnet werden. Wo wenig Aussicht besteht, dass die nach 20 Jahren stark nachlassende Wirkung des Sturmholzes rechtzeitig durch Naturverjüngung kompensiert wird, kann die Handlungsoption "belassen und bepflanzen" erfolgversprechend sein, weil damit die heikle Zeitperiode mit verminderter Schutzwirkung stark verkürzt wird. Auf sehr steilen Flächen mit schlechter Verankerung der Stämme sind auch gemäss aktuellem Kenntnisstand oft temporäre Verbauungen erforderlich.

Flachgründige Rutschungen haben im Vergleich zu anderen Naturgefahren auf den Windwurfflächen öfter zugenommen und zeigen, dass sowohl in belassenen als auch in geräumten Flächen mit einem Zeitfenster mit reduzierter Schutzwirkung gegenüber Rutschungen gerechnet werden muss. Die grossen standortbedingten Unterschiede im Wirkungsgefüge und in der Zeitdauer der Folgeprozesse bestätigen, dass es kein allgemeingültiges Rezept für den Schutz vor Naturgefahren auf Sturmflächen gibt. Die Planung von Massnahmen zum Schutz vor Naturgefahren nach Windwürfen muss auf der Ebene der Einzelfläche erfolgen.

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