Murgangtestgelände Illgraben

Seit dem Jahr 2000 beobachtet die WSL spontan auftretende Murgänge am Illgraben, einem aussergewöhnlich aktiven Einzugsgebiet nahe der Ortschaft Susten (Leuk) im Wallis. Das Gebiet ist mit Messinstrumenten bestückt, mit deren Hilfe Informationen gesammelt werden, die unser Verständnis von Murgängen verbessern.

Forschung im Illgraben

Die Forschenden fühlen Murgängen im Illgraben gründlich auf den Zahn: Sie messen den Druck, die Geschwindigkeit, die Dichte, das Volumen, die Höhe jedes Murgangs. Dafür sind verschiedene Sensoren und Messgeräte im und um den Graben angebracht. Sie haben in verschiedenen Forschungsprojekten das Verständnis von Murgängen verbessert.

An Kabeln über dem Graben sind Radare und Videokameras angebracht. Eine der Kameras ist mit einem Scheinwerfer für Nachtaufnahmen verbunden. Die Radare messen die Höhendifferenz im Graben und ermitteln so die Dicke eines Murgangs. Ein Geofon registriert Vibrationen und bestimmt die Fliessgeschwindigkeit. Im Boden vergrabene Sensoren um das Gebiet herum messen die Bodenfeuchtigkeit und helfen so zu verstehen, wie Regen Murgänge auslöst. Eine Murgangwaage misst die vertikalen und horizontalen Kräfte der darüber fliessenden Murgänge.

Im Rahmen eines innovativen Projekts machen 3D-LiDAR-Scanner Bilder der Ereignisse. So lassen sich einzelne Felsbrocken verfolgen und die Fliesstiefe und das Volumen berechnen. Mit diesen Informationen wollen die Forschenden herausfinden, wie sich Murgänge bewegen.

Seismometer zeichnen die Erschütterungen auf, die Murgänge erzeugen. Sie messen auch Prozesse im schwer erreichbaren Einzugsgebiet, wo man keine Messinstrumente anbringen kann. Sie detektieren Murgänge äusserst schnell. Mittels intelligenter Algorithmen, die die seismischen Daten in Echtzeit auswerten, testet die WSL neue Ansätze für Alarmsysteme.

Auch Drohnenbefliegungen finden statt. Die Drohnen können im Gegensatz zu anderen Messmethoden ein sehr grosses Gebiet überwachen. Sie registrieren Veränderungen an den Hängen des Einzugsgebiets nach einem Murgang.

Gefahren abschätzen

Die verschiedenen Messgeräte werden auch von externen Partnern benutzt. So entwickelten beispielsweise Forschende der Universität Durham mit sorgfältig wiederholten Lasermessungen ein Murgang-Erosions-Modul. Dieses ist nun Teil des RAMMS:Debrisflow-Softwarepakets, welches das Fliessen von Murgängen simuliert. Es wird weltweit benutzt, um Gefahren abzuschätzen und Schutzmassnahmen zu designen.

Verfügbarkeit der Daten

Die wichtigsten Resultate der Messungen am Illgraben sind auf EnviDAT, dem Forschungsdatenportal der WSL, verfügbar. Da sich die Methoden zur Datenauswertung stetig verbessern, werden die Resultate laufend aktualisiert. Publikationen, welche die Daten, Methoden und Resultate beschreiben, sind auf DORA vorhanden und unten verlinkt.

Häufige Murgangaktivität

Andernorts sind Murgänge seltene Ereignisse, im Illgraben jedoch gibt es jährlich im Schnitt drei bis fünf. Er eignet sich deshalb besonders gut als Forschungsobjekt. Die geologischen Gesteinsformationen und -strukturen unter den steilen Hängen im oberen Einzugsgebiet begünstigen Murgänge. Wie genau, das erklärt François Dufour im folgenden Kurzvideo.

WSL-Publikationen

Murgänge und Hangmuren gefährden in gebirgigen Regionen Personen und Sachwerte. Im Rahmen des integralen Risikomanagements können neben der Berücksichtigung von Naturgefahren in der Raumplanung bauliche, organisatorische oder ingenieurbiologische Schutzmassnahmen getroffen werden.

WSL Berichte 1022020
Verfügbare Sprachen: DeutschFranzösischEnglisch

Aus dem Schwerpunkt: DIE NATUR BESTIMMT, WANN’S LOS GEHT. Was passiert im Innern eines Murgangs? Wann transportiert ein Bach Steine und Geröll? Grossversuche in Wildbächen liefern Antworten.

WSL-Magazin Diagonal 16/12016
Verfügbare Sprachen: DeutschEnglischFranzösisch

Der vorliegende Bericht fasst die Erkenntnisse zusammen, die auf der Anwendung des Programms sedFlow in fünf Gebirgsflüssen der Schweiz basieren. sedFlow wurde zur eindimensionalen Simulation des Geschiebetransportes in steilen Gerinnen entwickelt.

WSL Berichte 242015
Verfügbare Sprachen: Deutsch

Dieser Bericht fasst die Resultate eines Forschungsprojekts zusammen, das zum Ziel hatte, ein Konzept für flexible Murgangbarrieren zu entwickeln. Das Konzept beinhaltet Laborversuche, voll instrumentierte Feldinstallationen und die entsprechenden numerischen Simulationen.

WSL Berichte 82014
Verfügbare Sprachen: Deutsch

Aus dem Schwerpunkt: DOPPELPASS. David Bresch, Global Head Sustainability bei der Swiss Re: «Das Risikomanagement beginnt bei der Wahrnehmung des Risikos.»

WSL-Magazin Diagonal 14/12014
Verfügbare Sprachen: DeutschFranzösisch

Wissenschaftliche Publikationen

Bolliger D., Schlunegger F., McArdell B.W. (2024) Comparison of debris flow observations, including fine-sediment grain size and composition and runout model results, at Illgraben, Swiss Alps. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 24(3), 1035-1049. https://doi.org/10.5194/nhess-24-1035-2024 Institutional Repository DORA

Aaron J., Spielmann R., McArdell B.W., Graf C. (2023) High‐frequency 3D LIDAR measurements of a debris flow: a novel method to investigate the dynamics of full‐scale events in the field. Geophys. Res. Lett. 50(5), e2022GL102373 (10 pp.). https://doi.org/10.1029/2022GL102373Institutional Repository DORA

Belli G., Walter F., McArdell B., Gheri D., Marchetti E. (2022) Infrasonic and seismic analysis of febris-flow events at Illgraben (Switzerland): Relating signal features to flow parameters and to the seismo-acoustic source mechanism. J. Geophys. Res. F. 127(6), e2021JF006576 (20 pp.). https://doi.org/10.1029/2021JF006576Institutional Repository DORA

Hirschberg J., McArdell B.W., Bennett G.L., Molnar P. (2022) Numerical investigation of sediment‐yield underestimation in supply‐limited mountain basins with short records. Geophys. Res. Lett. 49(7), e2021GL096440 (10 pp.). https://doi.org/10.1029/2021GL096440Institutional Repository DORA

Meyrat G., McArdell B., Ivanova K., Müller C., Bartelt P. (2022) A dilatant, two-layer debris flow model validated by flow density measurements at the Swiss illgraben test site. Landslides. 19, 265-276. https://doi.org/10.1007/s10346-021-01733-2 Institutional Repository DORA

Walter F., Hodel E., Mannerfelt E.S., Cook K., Dietze M., Estermann L., … Molnar P. (2022) Brief communication: an autonomous UAV for catchment-wide monitoring of a debris flow torrent. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 22(12), 4011-4018. https://doi.org/10.5194/nhess-22-4011-2022 Institutional Repository DORA

Walter F., Chmiel M., Hovius N. (2022) Debris flows at Illgraben, Switzerland - from seismic wiggles to machine learning. Geomech. Tunnel. 15(5), 671-675. https://doi.org/10.1002/geot.202200039 Institutional Repository DORA

Wenner M., Allstadt K., Thelen W., Lockhart A., Hirschberg J., McArdell B.W., Walter F. (2022) Seismometer records of ground tilt induced by debris flows. Bull. Seismol. Soc. Amer. 112(5), 2376-2395. https://doi.org/10.1785/0120210271 Institutional Repository DORA

Chmiel M., Walter F., Wenner M., Zhang Z., McArdell B.W., Hibert C. (2021) Machine learning improves debris flow warning. Geophys. Res. Lett. 48(3), e2020GL090874 (11 pp.). https://doi.org/10.1029/2020GL090874Institutional Repository DORA

Hirschberg J., Fatichi S., Bennett G.L., McArdell B.W., Peleg N., Lane S.N., … Molnar P. (2021) Climate change impacts on sediment yield and debris-flow activity in an alpine catchment. J. Geophys. Res. F. 126(1), e2020JF005739 (26 pp.). https://doi.org/10.1029/2020JF005739Institutional Repository DORA

Hirschberg J., Badoux A., McArdell B.W., Leonarduzzi E., Molnar P. (2021) Evaluating methods for debris-flow prediction based on rainfall in an Alpine catchment. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 21(9), 2773-2789. https://doi.org/10.5194/nhess-21-2773-2021 Institutional Repository DORA

McArdell B.W., Sartori M. (2021) The Illgraben torrent system. In E. Reynard (Ed.), World geomorphological landscapes. Landscapes and landforms of Switzerland. Cham: Springer. 367-378. https://doi.org/10.1007/978-3-030-43203-4_25 Institutional Repository DORA

Zhang Z., Walter F., McArdell B.W., de Haas T., Wenner M., Chmiel M., He S. (2021) Analyzing bulk flow characteristics of debris flows using their high frequency seismic signature. J. Geophys. Res. B. 126(12), e2021JB022755 (19 pp.). https://doi.org/10.1029/2021JB022755Institutional Repository DORA

Zhang Z., Walter F., McArdell B.W., Wenner M., Chmiel M., de Haas T., He S. (2021) Insights from the particle impact model into the high-frequency seismic signature of debris flows. Geophys. Res. Lett. 48(1), e2020GL088994 (11 pp.). https://doi.org/10.1029/2020GL088994Institutional Repository DORA

de Haas T., Nijland W., McArdell B.W., Kalthof M.W.M.L. (2021) Case report: optimization of topographic change detection with UAV structure-from-motion photogrammetry through survey co-alignment. Front. Remote Sens. 2, 626810 (9 pp.). https://doi.org/10.3389/frsen.2021.626810Institutional Repository DORA

de Haas T., Nijland W., de Jong S.M., McArdell B.W. (2020) How memory effects, check dams, and channel geometry control erosion and deposition by debris flows. Sci. Rep. 10(1), 14024 (8 pp.). https://doi.org/10.1038/s41598-020-71016-8Institutional Repository DORA

Marchetti E., Walter F., Barfucci G., Genco R., Wenner M., Ripepe M., … Price C. (2019) Infrasound array analysis of debris flow activity and implication for early warning. J. Geophys. Res. F. 124(2), 567-587. https://doi.org/10.1029/2018JF004785 Institutional Repository DORA

Walter F., Burtin A., McArdell B.W., Hovius N., Weder B., Turowski J.M. (2017) Testing seismic amplitude source location for fast debris-flow detection at Illgraben, Switzerland. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 17(6), 939-955. https://doi.org/10.5194/nhess-17-939-2017 Institutional Repository DORA

McArdell B.W. (2016) Field measurements of forces in debris flows at the Illgraben: implications for channel-bed erosion. Int. J. Eros. Control Eng. 9(4), 194-198. https://doi.org/10.13101/ijece.9.194 Institutional Repository DORA

Schürch P., Densmore A.L., Ivy-Ochs S., Rosser N.J., Kober F., Schlunegger F., … Alfimov V. (2016) Quantitative reconstruction of late Holocene surface evolution on an alpine debris-flow fan. Geomorphology. 275, 46-57. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2016.09.020 Institutional Repository DORA

Bennett G.L., Molnar P., McArdell B.W., Schlunegger F., Burlando P. (2013) Patterns and controls of sediment production, transfer and yield in the Illgraben. Geomorphology. 188, 68-82. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2012.11.029 Institutional Repository DORA

Bennett G.L., Molnar P., Eisenbeiss H., McArdell B.W. (2012) Erosional power in the Swiss Alps: characterization of slope failure in the Illgraben. Earth Surf. Process. Landf. 37(15), 1627-1640. https://doi.org/10.1002/esp.3263 Institutional Repository DORA

Berger C., McArdell B.W., Schlunegger F. (2011) Direct measurement of channel erosion by debris flows, Illgraben, Switzerland. J. Geophys. Res. F. 116, F01002 (18 pp.). https://doi.org/10.1029/2010JF001722Institutional Repository DORA

Berger C., McArdell B.W., Schlunegger F. (2011) Sediment transfer patterns at the Illgraben catchment, Switzerland: Implications for the time scales of debris flow activities. Geomorphology. 125(3), 421-432. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.10.019 Institutional Repository DORA

Schürch P., Densmore A.L., Rosser N.J., McArdell B.W. (2011) Dynamic controls on erosion and deposition on debris-flow fans. Geology. 39(9), 827-830. https://doi.org/10.1130/G32103.1 Institutional Repository DORA

Badoux A., Graf C., Rhyner J., Kuntner R., McArdell B.W. (2009) A debris-flow alarm system for the Alpine Illgraben catchment: design and performance. Nat. Hazards. 49(3), 517-539. https://doi.org/10.1007/s11069-008-9303-x Institutional Repository DORA

McArdell B., Bartelt P., Kowalski J. (2007) Field observations of basal forces and fluid pore pressure in a debris flow. Geophys. Res. Lett. 34(7), 1-4. https://doi.org/10.1029/2006GL029183 Institutional Repository DORA

Projekte

Seismometers detect extremely weak ground unrest. We leverage this sensitivity with intelligent algorithms to design detection schemes for avalanches, debris flows, rock falls and other catastrophic Alpine mass movements.

Alpine regions are subject to dangerous rapid mass movements like debris flows, avalanches and rock falls. Applying intelligent algorithms to seismograms of such events we propose to increase warning and monitoring capabilities.

Ziel des Projektes ist es, den Beitrag der Oberflächenerosion aus vegetationslosen Flächen entlang von Gerinnen zur gesamten Geschiebelieferung in kleinen, steilen Einzugsgebieten abzuschätzen.

Landslides and debris flows are hazardous phenomenon in Switzerland and worldwide. We combine field measurements, numerical modelling and laboratory experiments to further our mechanistic understanding of the motion of these types of mass movements.

Externe Projekte

Framework for Process Cascade Modelling of Rapid Mass Movements

Das CCAMM II Projekt am SLF untersucht den Einfluss des Klimawandels auf alpine Massenbewegungen und die damit einhergehenden neuen Herausforderungen. Im Rahmen des Arbeitspackets 4.3 nutzen die Forschenden den Illgraben für Tests. Sie wollen herausfinden, wie man die Bodenfeuchtigkeit in die Vorhersage des Abflusses von Massenbewegungen miteinbeziehen kann.

TREBRIDGE

In diesem Projekt wird Oberflächenexpositionsdatierung von Sedimenten am Illgraben und in der Rhone verwendet, um den langfristigen Sedimentaustrag aus dem Illgraben einzugrenzen. Der Illgraben wird auch als Vergleichseinzugsgebiet für die anderen Untersuchungsstandorte in diesem interdisziplinären Projekt dienen. WSL Kontaktperson: Brian McArdell

NWO VENI - Impact or shear?

Das Ziel diesess Projekts der Universität Utrecht ist es, die Mechanismen der Sohlenerosion durch Experimente und Feldmessungen zu entschlüsseln. Dies wird eine genauere Schätzung des Volumens von Murgängen ermöglichen, was eine bessere Vorhersage der Gefahren und eine bessere Schadensbegrenzung erlaubt. Das Projekt wird auch durch ein Video beschrieben. WSL Kontaktperson: Brian McArdell

Projektname

In diesem Projekt, an dem auch der USGS-Hydrologe Dr. Ben Mirus beteiligt ist, werden wir untersuchen, wie Murgängen und Erdrutschen im oberen Einzugsgebiet ausgelöst werden. Uns interessiert auch, wie Wasser im Gerinnebett Sedimente in Murgängen mitreisst - ein Prozess, der die von Murgängen ausgehende Gefahr erheblich erhöhen kann.

 

Multimedia

×