Erfassen komplexer Waldstrukturen im Steinschlag-Schutzwald

An bewaldeten Hängen ist der Wald eine wirksame biologische Schutzmaßnahme, die zunehmend in Schutzkonzepten gegen Naturgefahren berücksichtigt wird. Bei einem Anprall eines Steins auf einen Baum wird seine kinetische Energie teilweise oder ganz abgebaut. Im letzteren Fall bleibt der Stein am Stamm liegen. Wie effektiv die Schutzwirkung eines Bestandes ist, hängt insbesondere von der Grundfläche des Bestandes, der bewaldeten Hanglänge, der Durchmesserverteilung der Bäume und der horizontalen Waldstruktur (z. B. Lücken in der Falllinie) ab. Wenn man wissen will, wo der Wald als alleinige Schutzmaßnahme ausreicht, um das Steinschlagrisiko auf ein gesellschaftlich akzeptiertes Maß zu begrenzen, muss seine Wirkung auf das Steinschlaggeschehen realistisch eingeschätzt werden. Zudem sind Kenntnisse um die Waldwirkung nötig, um zu entscheiden, ob ergänzende technische Schutzmaßnahmen (z. B. Steinschlagnetze) wegen der Schutzwirkung des Waldes auf geringere Energien bemessen werden können und dadurch kostengünstiger ausfallen.

Ein Schwerpunkt der LWF im Projekt "RockTheAlps" liegt auf dem Erfassen des Bestandesaufbaus unterschiedlicher Steinschlagschutzwälder mithilfe eines terrestrischen Laserscanners (TLS). Auf Grundlage dieser Daten wollen wir Erkenntnisse sammeln, wie gut Schutzwaldbestände mit unterschiedlicher Baumartenzusammensetzung und Struktur, wie sie im bayerischen Alpenraum typischerweise vorkommen, vor Steinschlag schützen. Die Schutzwirkung lässt sich mit Steinschlagsimulationen, die den Waldaufbau berücksichtigen, ermitteln. Anhand der Simulationsresultate mit und ohne Berücksichtigung von Wald können Aussagen zur Schutzwirkung des untersuchten Bestandes gemacht werden. Die Grundlage hierzu ist die vollständige Erfassung der Waldstruktur. Dies erfolgt entweder durch manuelle Vollaufnahme des Waldbestandes oder durch Einsatz eines Laserscanners. Der Einsatz eines 3D-Laserscanners in Steillagen ist derzeit noch die Ausnahme. Im Rahmen des Projekts testen wir, wie mithilfe des Laserscanner die komplexen Strukturen im steilen Bergwald erfasst werden können.

Nach dem automatischen Segmentieren der gesamten Punktwolke in einzelne Baum-Punktwolken mussten diese teils noch geringfügig manuell am Bildschirm nachbearbeitet werden. Insbesondere haben wir dabei in einzelnen Fällen noch zusammenhängende Baumgruppen getrennt und tief hängende Äste sowie talseitige Wurzelanläufe ausgeschnitten. Nach dem Bereinigen wurde die überwiegende Anzahl an Bäumen mit dem TLS-Verfahren erkannt (Anzahl Bäume manuelle Messung = 320, Anzahl Bäume TLS = 310). Über Kreisanpassungs-Algorithmen wurden die BHD-Werte aus den Baum-Punktwolken errechnet und für jeden Baum visuell am Bildschirm kontrolliert. Zu Schwierigkeiten bei der Auswertung können unter anderem Geländeabschattungen, zu geringe Punktdichten im Stammbereich, schräg stehende Bäume, nur halbseitig gescannte Bäume oder tief hängende Äste führen. Nach Ausschluss unplausibler Kreisanpassungen zeigen die BHD-Werte eine gute Übereinstimmung zwischen manueller Messung und TLS-Verfahren (Abb. 7a, b). Die mittlere absolute Abweichung zwischen den BHD-Werten beider Verfahren beträgt für den Untersuchungsbestand 1,3 cm. So betrug der BHD-Mittelwert beim TLS 25,34 cm gegenüber 25,73 cm bei der manuellen Messung. Die Mediane beider Verfahren waren mit 22,80 cm sogar identisch.

Anhand der Stammfußpunkte und BHDs aus den TLS-Punktwolken kann der steile Bergwaldbestand in 3D-Steinschlagmodellen abgebildet werden. Mit Steinschlagmodellen, die den Wald mit seiner steinschlaghemmenden Wirkung berücksichtigen (z. B. RockyFor3D), soll in weiteren Schritten ermittelt werden, welchen Schutz typische Schutzwaldbestände vor Steinschlaggefahren bieten.