Modellering af lavinesikring i skove

To EPFL-studerende har sammenlignet en skovs evne i Vaud Canton til at beskytte mod laviner før og efter den blev hærget af brand i 2018. Deres metode kunne anvendes på andre skovklædte skråninger, bidrage til at styrke lokale genplantningsstrategier.

Udbredt tørring som følge af klimaændringer driver en stigning i skovbrande rundt om i verden. Ved slutningen af ​​det 21. århundrede, Schweiz forventes at opleve mange flere brande mellem maj og november, end det gør i dag. Ifølge eksperter, de værst ramte områder vil være Aare-dalen og lavlandet i Bern Kanton. Der forventes moderate stigninger i Ticino Canton og Engadin, mens større områder af Valais Canton sandsynligvis vil blive sat i brand. Disse brande kan udløse erosion og kompromittere skovenes beskyttende rolle. "Skovbrande vil blive almindelige i Schweiz, " forudsiger Johan Gaume, som leder EPFL's Snow and Avalanche Simulation Laboratory (SLAB). "Den gode nyhed er, at i modsætning til andre klimaforandringer, vi ser på ret lange tidsskalaer."

I 2018, en brand ødelagde seks hektar træer i Les Voëttes, en skovklædt skråning i bjergkæden Diablerets i Vaud Canton. Gaume og Xingyue Li, en postdoc ved SLAB, var ivrige efter at lære mere om, hvorvidt og hvordan skaderne kunne have påvirket skovens evne til at beskytte sig mod laviner om vinteren. Så de bad to kandidatstuderende i miljøteknik om at undersøge sagen for deres designprojekt, arbejder direkte med Vaud Cantons miljøafdeling (DGE).

Kortlægning af lavinerisiko

Ved hjælp af en digital model udviklet hos SLAB, eleverne udarbejdede et nyt lavinerisikokort for at informere DGE's genplantningsstrategi. De fandt ud af, at selvom fremtidige laviner vil bevæge sig hurtigere ned ad skråningen ved Les Voëttes, den relativt lave gradient vil forhindre dem i at nå nedenstående huse. Den udvidede lavinerisikozone omfatter kun én ekstra hytte, der tidligere lå uden for grænsen.

De studerende kom med to anbefalinger til DGE:at plante tætte klynger af træer på meget lokale steder for at forbedre stabiliteten, og at anvende tilfældige plantemønstre på tværs af resten af ​​skoven for at give øget beskyttelse. "Mindre, ikke-farlige laviner spiller en nøglerolle i at støtte biodiversiteten, " siger Francesc Molné, en af ​​de to kandidatstuderende, der arbejdede på Designprojektet. "I økosystemer som disse, planter og dyreliv er tilpasset disse typer begivenheder, så det er vigtigt, at de fortsætter«.

"Vores resultater var stort set i overensstemmelse med, hvad vi forventede, men de er mindre alarmerende end DGE's egne forudsigelser, " siger medstuderende Clara Streule. "Vi ved, at træer holder noget af sneen tilbage under en lavine, " tilføjer Molné. "EPFL-simuleringsmodellen tager højde for den rumlige fordeling af træer med en høj grad af nøjagtighed. Den model, som DGE bruger" - RAMMS-modellen udviklet ved WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF - "er ikke helt så præcis på den front. Måske er det der forskellen ligger."

Flere parametre

De ingeniørstuderende tilføjede flere parametre i modellen, som alle har indflydelse på, hvor hurtigt en lavine bevæger sig, og hvordan den opfører sig. Disse omfattede den præcise placering og layout af overlevende og beskadigede træer, terrænets eksponering og topografi, og forskellige typer sne (nysne, våd sne, og pakkede og tætpakkede vindplader). Molné og Streule brugte en drone til at tage luftfotos af området, som de kombinerede ved hjælp af fotogrammetri. De gennemsøgte også historiske optegnelser for regionen, ved at bruge de tungeste snefaldstal i de sidste 100 år i deres model.

"Det, jeg fandt mest interessant, var at sætte vores tro på en digital model for at komme med effektive løsninger, samtidig med at man erkender modellens grænser og forstår, hvordan forskellige faktorer påvirkede slutresultatet, " siger Molné. Streule bemærker:"Det komplekse terræn gjorde den topografiske undersøgelse udfordrende. Programmering af dronens flyvevej satte vores matematiske færdigheder på prøve – jeg nød virkelig at smøge ærmerne op og anvende den teori, vi havde lært i klassen på et praktisk problem." Hun tilføjer:"Det lærte mig også at lave anbefalinger til Vaud Canton en vigtig lektie om min fremtidige karriere. Hvis vi ikke kan vende klimaændringerne, en stor del af mit job vil være at finde måder at tilpasse vores livsstil og skærme os selv mod dens værste virkninger."

Flere samarbejder på vej

De studerendes metode kunne anvendes til beskyttelse af skove i hele Europa. "Denne pilotundersøgelse var en chance for at teste vores digitale model, " siger Gaume. "Nu er vi ivrige efter at se, hvor langt vi kan tage det." Hans entusiasme deles af Vaud Canton. "Denne forskning giver os ny indsigt i, hvordan skovklædte skråninger beskytter mod laviner i lav højde og vil hjælpe med at forbedre vores skovvedligeholdelsesstrategi, " forklarer Jean-Louis Gay fra DGE's Forestry Inspectorate Division. "Vi vil arbejde med EPFL igen på andre steder i kantonen." En videnskabelig artikel baseret på elevernes arbejde er også under værker.