Jahrestagung SGmG, 2011

Mattertal – ein Tal in Bewegung Jahrestagung der Schweizerischen Geomorphologischen Gesellschaft (SGmG) 2011 29. Juni bis 1. Juli 2011 St. Niklaus (Mattertal, VS)

Jahrestagung SGmG, 2011

Allgemeine Informationen

Öffnungszeiten Tagungsbüro: Mittwoch, 29. 6. 2011 12.00 bis 18.30 Uhr Donnerstag, 30. 6. 2011 7.45 bis 12.15 und 13.30 bis 18.30 Uhr Freitag, 1. 7. 2011 nur über Notfallnummer erreichbar (siehe unten)

Rückgabe Namensschild: Wir möchten darum bitten, das Namensschild im Anschluss an die letzte Session am Donnerstag im Tagungsbüro abzugeben. Herzlichen Dank!

Tagungsort: Mehrzweckhalle, 3924 St. Niklaus Notfallnummer Tagungsbüro: Tel. 044 739 24 75

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Organisation

Eidg. Forschungsanstalt WSL Christoph Graf Forschungseinheit Lawinen, Murgänge und Steinschlag Zürcherstrasse 111 8903 Birmensdorf http://www.wsl.ch/sgmg2011/

Unter Mitarbeit von: Susanne Raschle, WSL Andrea Stocker, WSL Nico Grubert, WSL Sandra Gurzeler, WSL Jacqueline Annen, WSL Isabelle Gärtner-Roer, UNIZH, Präsidentin SGmG Reynald Delaloye, UNIFR, Vizepräsident SGmG Michelle Schneuwly (-Bollschweiler), UNIBE/UNIGE, Sekretariat SGmG Nikolaus J. Kuhn, UNIBAS, Kassier SGmG

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Jahrestagung SGmG, 2011

Einleitung

Die alle zwei Jahre stattfindende Jahrestagung der Schweizerischen Geomorphologischen Gesellschaft (SGmG) bringt junge und gestandene Forschende zusammen, welche sich mit der Geo­ morphologie in Berggebieten beschäftigen. Im Rahmen der Veranstaltung findet die General­ versammlung statt und im Anschluss an die Tagung werden Exkursionen in der Umgebung des Tagungsortes angeboten. Sie bieten die Möglichkeit, die präsentierten Themen zu vertiefen und fachliche Gespräche über weitere Themen zu führen. Der Anlass wird zudem durch einen geselligen Teil und ein Gastreferat abgerundet. Das Gastreferat und der anschliessende Apéro wird als öffentlicher Anlass angekündigt und ist frei zugänglich. Der Tagungsort ist in einer Region der Schweizer Alpen angesiedelt, welche seit jeher grossen und bekannten geomorphologischen Veränderungen unterliegt. Zwei Beispiele: Die schlimmste Katastrophe für Randa war der Bergsturz im Jahr 1991. Am frühen Morgen des 18.  Aprils stürzten nach diversen Steinschlagereignissen in den vorangehenden Wochen riesige Felsbrocken ins Tal. Am 9. Mai, drei Wochen später, rutschte der Berg weiter ab und Geröllmassen von total ca. 33 Mio m³ begruben grosse Teile des Weilers Lerch mit 33 Landwirtschaftsgebäuden und Ferienhäusern sowie sieben Pferden und 35 Schafen. Auch die Verbindungsstrasse nach Zermatt und die Strecke der Brig-Visp-Zermatt-Bahn (heute MGB) waren vom Ereignis betroffen. Eine mehrere Zentimeter mächtige Staubschicht bedeckte die Landschaft. Die durch das Tal fliessende Matter Vispa wurde durch die Ablagerungen gestaut und bedrohte mit ihren Wassermassen den Ort. Das Wasser wurde daraufhin mit Pumpen über das Hindernis gepumpt. Nach langen Regenfällen verschüttete der Dorfbach mit seinen mitgeführten Geschiebemassen die Pumpen, die daraufhin ausfielen. Aus diesem Grund wurden die tiefer gelegenen Ortsteile Randas am 16. Juni 1991 überschwemmt. Am 25. Juni 2001 kam es um 22 Uhr während niederschlagsfreiem Wetter zu einem Murgang, der grossen Schaden in der Ortschaft Täsch anrichtete. Durch die starke Schneeschmelze kam es am Weingartensee zum Überlaufen eines der Gerinne. Weiter wurde das Moränenmaterial im Dammbereich, einige Meter unterhalb des Überlaufs, durch eine temporäre Quelle stark aufgelockert. Da sich die Rückhaltesperre östlich von Täsch als zu klein erwies, wurden etwa 18 000 bis 20 000 m3 Murgangmaterial (entspricht einem Geschiebeanteil von 10 000 bis 12 000 m3) in Täsch abgelagert (Teysseire und Candolfi AG 2001). Bereits früher geschah ähnliches. Im warmen Sommer von 1980 floss viel Wasser in einen proglazialen See des südlichen Lappens des Weingartengletschers und der Seespiegel stieg stark an. Im August begann das Überlaufen des Sees, wobei sich ein Murgang bildete und unter anderem eine Wasserfassung der Grande Dixence SA ver­ stopfte. Ferner musste die Strasse zur Täschalp wegen Murganggefahr zeitweilig gesperrt werden (Aellen 1988: 52). An dieser Stelle gäbe es zahlreiche weitere Ereignisse aufzuzählen, welche die allgegenwärtige Präsenz von Naturgefahrenprozessen im Mattertal eindrücklich belegen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass sich zahlreiche Forschende den verschiedensten Aspekten dieser Region widmen. Ein Teil der aktuellen Forschungsarbeiten wird im Rahmen der Tagung 2011 in St. Niklaus präsen­ tiert und anlässlich von zwei Exkursionen besuchen wir einen der aktuellen “hot spots”, nämlich den Dorfbach Randa und sein Einzugsgebiet.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Damit die Tagungsbeiträge auch einer weiteren Leserschaft zugänglich gemacht werden können, ist im Anschluss an die Veranstaltung ein Tagungsband geplant, welcher eine Auswahl der Beiträge als Artikel enthalten wird. Der Band wird in englischer Sprache im Jahr 2012 erscheinen. Wir freuen uns auf eine spannende Tagung im Mattertal! Christoph Graf, Susanne Raschle, Andrea Stocker, WSL

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Jahrestagung SGmG, 2011

Standort

Wir geniessen in diesem Jahr Gastrecht in der Gemeinde St. Niklaus, welche uns ihre Mehrzweckhalle für den Präsentationsteil der Jahrestagung zur Verfügung stellt. St. Niklaus (sprich: Zaniglas) liegt im Mattertal, auch bekannt unter Nikolaital, auf 1120 m ü. M. Die Gemeinde weist einige rekordverdächtige Eigenschaften auf. Der tiefste Punkt liegt auf 900 m ü. M. (Kipfen), der höchste auf 4327 m ü. M. (Nadelhorn). Die 2400 Einwohner (sechstgrösste Gemeinde des Oberwallis) leben auf mehr als 25 verschiedenen Weilern verteilt, von denen Herbriggen und Gasenried, eigentliche Dörfer mit eigenen Schulen, Feuerwehren und Mehrzweckhallen bilden. St.  Niklaus ist wohl das längste Dorf des Oberwallis, da zwischen dem ersten Haus im Sälli bis zum letzten Wohngebäude in Breitmatten ca. 7.5 km liegen. Diese Art von Streusiedlung erfordert eine weitverzweigte und komplizierte Infrastruktur. Ist St. Niklaus ein Industrie- oder ein Bergdorf? Haupteinnahmequellen bilden einerseits die respektablen Wasserzinsen, andererseits die Steuereinnahmen der Scintilla (Bosch Elektrowerkzeuge). Weitere Einnahmen werden aus dem Tourismus generiert. Das Nikolaital, der grösste Seitenarm des über 130 km langen Rhonetals, ist ca. 35 km lang und erstreckt sich von Stalden bis zur Gobba di Rollin beim kleinen Matterhorn. Der tiefste Punkt des Tales liegt bei 800 m ü. M. bei Stalden und der höchste, die Monte Rosa Dufourspitze, erhebt sich 4634 m über das Meeresniveau. Von den 48 Viertausender der Schweiz befinden sich 33 rund um das Nikolaital, neun im Berner Oberland, drei im Unterwallis, zwei auf der rechten Seite des Saastals und einer im Kanton Graubünden. Eine solche Konzentration von Viertausender ist einmalig. Vom Mont Blanc abgesehen, finden wir im Nikolaital die neun höchsten Berge der Alpen (Dufourspitze 4634 m, Nordend 4609 m, Zumsteinspitze 4563 m, Dom 4545 m, Liskamm 4527 m, Weisshorn 4505 m, Täschhorn 4490 m und Matterhorn 4478 m). Die Dufourspitze ist sowohl der höchste Grenzgipfel der Schweiz als auch der zweithöchste Alpenberg. Der Dom ist der höchste ganz in der Schweiz gelegene Berg. Von St. Niklaus aus präsentieren sich uns mit dem Matterhorn, Weisshorn und Obergabelhorn die drei majestätischsten Berge. Weitere Informationen sind zu finden unter www.st-niklaus.ch

Dank Die Schweizerische Gemorphologische Gesellschaft bedankt sich bei der Gemeinde St. Niklaus, insbesondere bei der Gemeindepräsidentin, Frau Gaby Fux, für das Gastrecht und die unkom­ plizierte und grosszügige Zurverfügungstellung der Räumlichkeiten. Im Weiteren möchten wir ­unseren weiteren Sponsoren, der Matterhorn Gotthard Bahn und der Air Zermatt danken.

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Jahrestagung SGmG, 2011

Programm

Mittwoch, 29.6.2011 13:15

Begrüssung, Mehrzweckhalle, St. Niklaus Session I (chair: Christoph Graf, WSL)

13:30

Debris flows in the Zermatt since 1864 – a reconstruction of past events and their hydro-meteorological triggers

Michelle Schneuwly, UNIBE

13:50

The impact of debris flows on catchment wide denudation rates from cosmogenic nuclides

Florian Kober, ETHZ

14:10

Numerical modeling of debris flows with RAMMS – Alpine case studies

Yolanda Deubelbeiss, WSL und SLF

14:30

High-resolution digital elevation model (DEM) generation in high alpine terrain using airborne remote sensing techniques

Yves Bühler, WSL und SLF Mauro Marty, UNIBE

14:50

Pause

15:10

Murgangszenarien in Randa und Täsch VS: Impakt von Blockgletscher­aktivität, Permafrostdegradation und Gletscherrückzug auf zukünftige M ­ urgangaktivität und Gefahrenkartierung

Florian Frank, UNIZH

15:30

Modelling debris flow erosion

Brian McArdell, WSL

15:50

Rapidly moving rock glaciers in Mattertal

Reynald Delaloye, UNIFR

16:30

Posterpräsentation I, Mehrzweckhalle, St. Niklaus

poster

Gefahrenkartierung Mattertal: Grundlagenbeschaffung und numerische M ­ odellierung von Murgängen

Christoph Graf, WSL

poster

Evaluierung verschiedener hochauflösender digitaler Geländemodelle im Turtmanntal, Wallis

Johann Müller, Uni Bonn

poster

Climate change effects on sediment transport

Mélanie Raymond-Pralong

poster

Kinematische Entwicklung der heutigen Krise des Blockgletschers Grabengufer seit dem Juli 2009 (Randa, VS)

Marc Riedo, UNIFR

poster

Anwendung des Murgangmodelles RAMMS zur Gefahrenbeurteilung

Thomas Scheuner, Geotest AG

poster

Anpassung an den Klimawandel – Fallstudie Saastal

Severin Schwab, Geotest AG

poster

Geschiebeabschätzung im Dorf- und Wildibach (Randa) mit den Methoden Gertsch und SEDEX

Andrea Stocker, WSL

poster

Comportement géomorphologique des systèmes torrentiels du val d’Hérens: essai de typologie

David Theler, ecotec environnement SA

poster

Murgang Entrainment im Dorfbach, Randa (VS)

Christina Willi, UNIBE

19:30

Gemeinsames Nachtessen, Restaurant La Réserve, St. Niklaus 9

Mattertal – ein Tal in Bewegung

Donnerstag, 30. 6. 2011 08:15

Mehrzweckhalle, St. Niklaus Session II (chair: Nikolaus Kuhn, UNIBAS)

08:30

Kinematics of bedrock permafrost at Matterhorn Hörnligrat

Andreas Hasler, UNIZH

08:50

Temperature field of the Aiguille du Midi (Mont Blanc Massif) described by rock temperature measurements and modeling

Jeanette Noetzli, UNIZH

09:10

Determination of volumetric changes and kinematics in permafrost terrain combining terrestrial and airborne laser scanning with aerial photogrammetry and DGPS: Grabengufer, Mattertal

Robert Kenner, WSL und SLF

09:30

Pause

09:50

10 Jahre Temperatur- und Kinematikmessungen im Periglazial des Turtmanntals, Wallis

Isabelle Gärtner-Roer, UNIZH

10:10

Active layer development in five permafrost boreholes in Canton Valais

Evelyn Zenklusen Mutter, WSL und SLF

10:45

Posterpräsentation II, Mehrzweckhalle, St. Niklaus

poster

Year-round changes on snow cover on the east and north faces of Matterhorn

Stefano Bergamaschi, UNIFR

poster

X-Sense: Monitoring Alpine Mass Movements at Multiple Scales

Jan Beutel, ETHZ

poster

Dynamiques glaciaires et périglaciaires contemporaines dans les petites marges proglaciaires alpines

Jean-Baptiste Bosson, UNIL

poster

Modélisation à l’aide du machine learning de la répartition du pergélisol alpin dans les formations superficielles

Nicola Deluigi, UNIL

poster

Understanding the role of freezing in rock damage under natural conditions

Lucas Girard, UNIZH

poster

Denudation rates down the Matter-Valley – a cosmogenic nuclide approach

Florian Kober, ETHZ

poster

Permanent GPS monitoring of slope instabilities: case study at Dirru rockglacier, Mattertal

Philippe Limpach, ETHZ

poster

Monitoraggio DGPS di 11 rock glaciers nelle Alpi meridionali svizzere (periodo 2009–2011)

Stefano Mari, UNIFR

poster

Permafrost-related instabilities in a scree slope equipped with snow nets: Wisse Schijen, Randa

Marcia Phillips, WSL und SLF

poster

Structure interne et dynamique de fluage de l’éboulis “à galets” de Tsaté-Moiry (VS)

Cristian Scapozza, UNIL

poster

Characteristics of different mountain cryosphere-related debris slope movements

Vanessa Wirz, UNIZH

12:15

Mittagessen, Restaurant La Réserve, St. Niklaus

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Jahrestagung SGmG, 2011

Donnerstag, 30. 6. 2011 13:30

Generalversammlung Schweizerische Geomorphologische Gesellschaft (SGmG), Mehrzweckhalle, St. Niklaus 1. Begrüssung, Tagesordnung, Entschuldigungen 2. Protokoll der Generalversammlung 2010 (Fribourg) 3. Bericht der Präsidentin 4. Jahresabschluss/Bilanzen 2010 5. Programm 2011 6. Budget 2011 7. Junge Geomorphologen 8. Varia

14:15

Mehrzweckhalle, St. Niklaus Session III (chair: Michelle Schneuwly, UNIBE)

14:30

Soil Organic Matter – a “normal” sediment?

Nikolaus Kuhn, UNIBAS

14:50

Slope instabilities detection and monitoring with InSAR in the Valais Alps

Chloé Barboux, UNIFR

15:10

Murgang-Alarmsysteme im Bleniotal

Christoph Graf, WSL

15:30

Geschiebetransport in Gebirgsflüssen und Wildbächen

Dieter Rickenmann, WSL

15:50

Les apports de la tomographie électrique (ERT) pour l’aide à la connaissance du risque hydrologique en Valais. Le cas du Rhône entre Sion et Martigny

Laetitia Laigre, UNIL

16:10

Schlussdiskussion

Christoph Graf, WSL

16:45

Kurze Pause, Mehrzweckhalle, St. Niklaus

17:00

“Umgang der Matterhorn Gotthard Bahn mit Naturgewalten” Öffentl. Anlass mit Gastreferat von Herrn Willi In-Albon, MGB Mehrzweckhalle

18:00

Apéro, Meierturm, St. Niklaus (s. Karte S. 3)

18:00

Freier Eintritt Bergführermuseum, Mineralienaustellung und Heimatmuseum, Meierturm, St. Niklaus

18:30

Ausgabe PicNic für Exkursionen am Freitag, Meierturm, 1. Stock, St. Niklaus

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Freitag, 1. 7. 2011 Es werden zwei Exkursionen im Raum Randa angeboten. Exkursion I (Leitung: Reynald Delaloye): Galoppierende Blockgletscher im Mattertal am Beispiel Dirru und Grabengufer 06:15 06:38 06:47 10:00–11:30 11:30–12:15 13:00–13:45 14:00 14:30–15:00 15:00–15:45 16:15 16:32

Gepäckverlad Bahnhof St. Niklaus Abfahrt Bahnhof St. Niklaus Treffpunkt Bahnhof Herbriggen, Aufstieg Blockgletscher Dirru Mittagessen Blockgletscher Grabengufer Treffpunkt beider Gruppen Europahütte Steinschlag Murganggerinne und Monitoring Dorfbach Abschluss Randa Abfahrt Zug in Rt. Visp Bahnhof Randa

Anforderungen: – Physikalisch anstrengend (1300 m Höhenunterschied, mind. 6 Std. Marschzeit, steile, schmale Wege) ... durch ausserordentliche Landschaften! Weitere Infos: – PicNic (wird organisiert, fassen am Vortag, ab 18:30, Meierturm, St. Niklaus) – Gepäcktransport St. Niklaus – Randa für Gepäck, das nicht mit auf die Exkursion muss – Teilnehmerzahl: 20 Personen. Ein Exkursionsführer liegt den angemeldeten Personen als separate Beilage bei. 12

Jahrestagung SGmG, 2011

Exkursion II (Leitung: Christoph Graf): Randa, umgeben von Naturgefahren 07:15

Gepäckverlad

07:38

Abfahrt Bahnhof St. Niklaus

07:57

Treffpunkt Bahnhof Randa

8:00–8:30

Bergsturz Grossgufer Kegel Dorfbach

8:30–9:00

Lawinen Kegel Dorfbach

9:00–9:30

Gletscher Kegel Dorfbach

10:00–11:30

Murgänge Kegel Dorfbach

11:30–12:00

Murgangmonitoring Dorfbach

12:30–12:45

Mittagessen Lärchberg

13:00–13:30

Steinschlag Lärchberg

14:00

Treffpunkt Europahütte

14:15–15:00

Blockgletscher Grabengufer

16:15

Abschluss Randa

16:32

Abfahrt Zug in Rt. Visp Bahnhof Randa

Anforderungen: – Physikalisch anstrengend (1200 m Höhenunterschied, mind. 4 Std. Marschzeit, steile, schmale Wege) ... durch ausserordentliche Landschaften! Weitere Infos: – PicNic (wird organisiert, fassen am Vortag, ab 18:30, Meierturm, St. Niklaus) – Gepäcktransport St. Niklaus – Randa für Gepäck, das nicht mit auf die Exkursion muss – Teilnehmerzahl: 30 Personen Ein Exkursionsführer liegt den angemeldeten Personen als separate Beilage bei. 13

Mattertal – ein Tal in Bewegung

Durchführung und Ausrüstung Die Exkursionen finden nur bei guten Witterungsbedingungen statt. Die Entscheidung über die Durchführung wird am Donnerstag, 30. 6. 2011 getroffen und an der Tagung kommuniziert. Im Falle einer Nichtdurchführung wird ein (gekürztes) Alternativprogramm angeboten. Beide Exkursionen sind anspruchsvolle Bergwanderungen. Neben geeigneter Kleidung (Sonneund Regenschutz) sind Wander- oder Bergschuhe und gute Trittsicherheit notwendig. Die Marsch­ zeit beträgt zwischen 6 und 8 Stunden, insbesonder für die Exkursion I sind gute Ausdauer und Vertrautheit mit Wanderungen in alpinem Gelände Voraussetzung. Die Teilnahme an den Exkkursionen erfolgt auf eigene Verantwortung. Den Anweisungen der ­Exkursionsleitung ist unbedingt Folge zu leisten. Ein Gepäcktransport für Gepäckstücke, welche auf der Exkursion nicht benötigt werden, wird ­organisiert (St. Niklaus – Randa). Das Gepäck kann vor den Exkursionen am Bahnhof St. Niklaus in ein WSL-Fahrzeug verladen werden (Zeiten s. Programm Exkursionen).

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Jahrestagung SGmG, 2011

Abstracts

Für die Tagung wurden insgesamt 37 Beiträge in deutsch, englisch, französisch und italienisch angemeldet. Sämtliche Abstracts sind in der Reihenfolge des Programms aufgeführt. Die abstracts, Poster und Präsentationen bilden die Grundlage für eine Publikation zur Tagung, welche ab der zweiten Jahreshälfte 2011 zusammengestellt und 2012 erscheinen wird. Liste aller Beiträge (alphabetisch): Erstautor Barboux Chloé Bergamaschi Stefano Beutel Jan Bosson Jean-Baptiste

Titel

Slope instabilities detection and monitoring with InSAR in the Valais Alps Year-round changes on snow cover on the east and north faces of Matterhorn X-Sense: Monitoring Alpine Mass Movements at Multiple Scales Dynamiques glaciaires et périglaciaires contemporaines dans les petites marges proglaciaires alpines Bühler Yves High-resolution digital elevation model (DEM) generation in high alpine terrain using airborne remote sensing techniques Delaloye Reynald Rapidly moving rock glaciers in Mattertal Deluigi Nicola Modélisation à l’aide du machine learning de la répartition du pergélisol alpin dans les formations ­superficielles Deubelbeiss Yolanda Numerical modeling of debris flows with RAMMS – Alpine case studies Frank Florian Murgangszenarien in Randa und Täsch VS: Impakt von Blockgletscheraktivität, Permafrost­degradation und Gletscherrückzug auf zukünftige Murgangaktivität und Gefahrenkartierung Gärtner-Roer Isabelle 10 Jahre Temperatu- und Kinematikmessungen im Periglazial des Turtmanntals, Wallis Girard Lucas Understanding the role of freezing in rock damage under natural conditions Graf Christoph Gefahrenkartierung Mattertal: Grundlagenbeschaffung und numerische Modellierung von Murgängen Fabiana Gianora Murgang-Alarmsysteme im Bleniotal Hasler Andreas Kinematics of bedrock permafrost at Matterhorn Hörnligrat Kenner Robert Determination of volumetric changes and kinematics in permafrost terrain combining terrestrial and airborne laser scanning with aerial photogrammetry and DGPS: Grabengufer, Mattertal Kober Florian Denudation rates down the Matter-Valley – a cosmogenic nuclide approach Kober, Florian The impact of debris flows on catchment wide denudation rates from cosmogenic nuclides Kuhn Nikolaus Soil Organic Matter – a “normal” sediment? Laigre Laetitia Les apports de la tomographie électrique (ERT) pour l’aide à la connaissance du risque hydrologique en Valais. Le cas du Rhône entre Limpach Philippe Permanent GPS monitoring of slope instabilities: case study at Dirru rockglacier, Mattertal Mari Stefano Monitoraggio DGPS di 11 rock glaciers nelle Alpi meridionali svizzere (periodo 2009–2011) McArdell Brian Modelling debris flow erosion Müller Johann Evaluierung verschiedener hochauflösender digitaler Geländemodelle im Turtmanntal, Wallis Noetzli Jeanette Temperature field of the Aiguille du Midi (Mont Blanc Massif) described by rock temperature measurements and modeling Phillips Marcia Permafrost-related instabilities in a scree slope equipped with snow nets: Wisse Schijen, Randa Raymond-Pralong Mélanie Climate change effects on sediment transport Rickenmann Dieter Geschiebetransport in Gebirgsflüssen und Wildbächen Riedo Marc Kinematische Entwicklung der heutigen Krise des Blockgletschers Grabengufer seit dem Juli 2009 (Randa, VS) Scapozza Cristian Structure interne et dynamique de fluage de l’éboulis “à galets” de Tsaté-Moiry (VS) Scheuner Thomas Anwendung des Murgangmodelles RAMMS zur Gefahrenbeurteilung Schneuwly, Michelle Debris flows in the Zermatt since 1864 – a reconstruction of past events and their hydrometeorological triggers Schwab Severin Anpassung an den Klimawandel – Fallstudie Saastal Stocker Andrea Geschiebeabschätzung im Dorf- und Wildibach (Randa) mit den Methoden Gertsch und SEDEX Theler David Comportement géomorphologique des systèmes torrentiels du val d’Hérens: essai de typologie Willi Christina Murgang Entrainment im Dorfbach, Randa (VS) Wirz Vanessa Characteristics of different mountain cryosphere-related debris slope movements Zenklusen Mutter Evelyn Active layer development in five permafrost boreholes in Canton Valais

Seite 82 60 62 22 30 64 20 24 56 66 32 84 50 54 68 18 80 88 70 72 28 34 52 74 36 86 38 76 40 16 42 44 46 48 78 58

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Debris flows in the Zermatt since 1864 – a reconstruction of past events and their hydro-meteorological triggers Michelle Schneuwly-Bollschweiler1,2, Markus Stoffel1,2 1 Climatic Change and Climate Impacts Group (C3i), Institute of Environmental Sciences, University of Geneva, 7 route de Drize, CH-1227 Carouge-Geneva, Switzerland 2 Laboratory of Dendrogeomorphology (dendrolab.ch), Institute of Geological Sciences, University of Bern, Baltzerstrasse 1+3, CH-3012 Bern, Switzerland Keywords: Laboratory of Dendrogeomorphology (dendrolab.ch), Institute of Geological Sciences, University of Bern, Baltzerstrasse 1+3, CH-3012 Bern, Switzerland

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Jahrestagung SGmG, 2011

Through their unpredictable and sudden occurrence, debris flows represent a major hazard in the Zermatt valley as they do in many mountainous regions of the world. The understanding of the triggering factors of such events is crucial for hazard assessment, the forecasting of potential future events and for early warning systems. In the recent past, many studies have been published on debris-flow triggering, rainfall conditions, minimum thresholds, duration-intensity relationships or on antecedent moisture conditions. These studies were normally based on archival records or directly observed events and therefore often covered a rather limited temporal dimension. In the study we present here, the definition of triggering rainfall events is based on an unusually dense database and dates back to 1864. The assessment is based on tree-ring derived database of debris flows for eight torrents, three meteorological stations and four river gauging stations located in the Zermatt valley, Swiss Alps. We report on the i) timing and ii) duration of precipitation events, iii) the amount of rainfall involved, iv) changes in the seasonality of events, v) define minimum precipitation thresholds needed for the triggering of past debris-flow events, vi) assess the percentage of rainfall events with certain thresholds leading to the triggering of a debris-flow event and vii) explore the differences in characteristics between triggering and non-triggering rainfall events. Results show that the debris-flow season at the study location lasts from May to October with August being the month with the highest occurrence of debri flows. The duration of debris-flow season has extended in the past 150 years. At the turn of the century, the season was restricted to June to September. The analysis of the duration of rainfall event triggering debris flows evinced that more than half of the events were triggered by short-duration, high intensity convective rainfalls lasting at a maximum one day. Long-duration precipitation events gain of importance in triggering debris flows towards the end of the debris-flow season in September and October. Mimimum precipitation threshold suggest that total rainfall amounts responsible for the triggering of a debris flow can be as low as below 20 mm of precipitation in 24 h in periglacial environments.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

The impact of debris flows on catchment wide denudation rates from cosmogenic nuclides Florian Kober1, Kristina Hippe2, Bernhard Salcher1, Susan Ivy-Ochs3, Peter W. Kubik3, Lukas Wacker3 Institute of Geology, ETH Zürich, CH-8092 Zürich, [email protected] 2 Institute of Geochemistry and Petrology, ETH Zürich, CH-8092 Zürich 3 Institute of Ion Beam Physics, ETH Zürich, CH-8093 Zürich

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Keywords: debris flows, denudation rates, cosmogenic nuclides, Haslital-Aare

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Cosmogenic nuclides (10Be) have been widely used in order to obtain catchment wide denudation rates in alpine landscapes (e.g., Wittmann et al. 2007, Norton et al. 2011). Underlying assumptions in these studies are that sediment is well mixed and that denudation processes are steady in all compartments of the analyzed catchment. We have tested these assumption by obtaining a timeseries of denudation rates over 3 years (2008–2010) over seasonal and monthly periods (n=10). As target catchment the Haslital-Aare region upstream of Innertkirchen was selected, a catchment prone to severe debris flow events (e.g., 2010 Spreitgraben events). 10Be denudation rates vary by a factor of two over the years of study, with probably background denudation rates around 1mm/yr for the season 2008/2009, elevated signals by 70 % over the season 2009/2010 with moderate ­debris flow occurrences and a doubling of rates during the late summer 2010. Rates fall back to ~1.5  mm/yr at the end of the season 2010. Two sources may cause a non-steady denudation rate signal over a potential background rate that is either increased activity in the rock fall/moraine realm of the upper headwaters or attainment of a deeper zone of debris flow erosion in the lower debris flow track on the lower debris flow fan realm, or a combination of both. Sediment mixing downstream of the debris flow entry zones can be fast, at least on a seasonal scale, suggested by a model we are currently testing with cosmogenic 14C. Catchment wide denudation rates from cosmogenic nuclides using the assigned background denudation rate are 3–4 times higher than sediment yield data (Schlunegger and Hinderer, 2003) but are similar to central Alps cosmogenic nuclide derived denudation rates (Wittmann et al. 2007). Nevertheless, the study highlights the fact that perturbation of cosmogenic signals cannot be ­ignored in transient environments.

Literature Norton, K.P.; Von Blanckenburg, F.; DiBiase, R.A.; Schlunegger, F.; Kubik, P.W. (2010). Lithologic imprint on 10Be-derived denudation rates and the morphology of the Eastern and Southern European Alps. IJES DOI 10.1007/s00531-010-0626-y. Schlunegger, F.; Hinderer, M. (2003). Pleistocene/Holocene climate change, re-establishment of fluvial drainage network and increase in relief in the Swiss Alps. Terra Nova 15: 88-95. Wittmann, H.; von Blanckenburg, F.; Kruesmann, T.; Norton, K.P.; Kubik, P.W. (2007). Relation between rock uplift and denudation from cosmogenic nuclides in river sediment in the Central Alps of Switzerland. JGR-Earth Surface 112.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Numerical modeling of debris flows with RAMMS – Alpine case studies Yolanda Deubelbeiss1, Christoph Graf2, Marc Christen1 WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Flüelastrasse 11, CH-7260 Davos Dorf, [email protected] 2 Swiss Federal Research Institute WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Zürich

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Keywords: Debris flow modeling, RAMMS, Case study, Randa, Input hydrograph

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Debris-flow occurrence in Alpine torrents seems to have increased over the last few years in terms of frequency and magnitude – most likely due to glacier retreat and permafrost melting in high ­Alpine regions and possibly also due to more intense rainstorms. Additional debris material becomes available, which serves as starting material for catastrophic debris flow events after heavy rainfalls or snow melting. As a consequence, it is increasingly important to better understand the physical mechanisms governing mobilization, motion and deposition of debris flows. Numerical models, such as RAMMS (RApid Mass MovementS (Christen et al. 2010)) or FLO-2D (O’Brien et  al. 1993, Boniello et al. 2010) are used to study the dynamics of debris flows and are valuable tools for hazard assessment and the design of mitigation measures in inhabited Alpine regions. For the applied project “Hazard mapping in Mattertal (Valais, Switzerland): Data acquisition and numerical modeling of debris flows” we placed monitoring instruments in one of the mountain ­torrents (Dorfbach, Randa, Valais, Switzerland) including devices to measure front velocity and flow depths and a video camera providing visual information of debris flow events. The newly gained data from Dorfbach combined with existing data from Illgraben (Valais, Switzerland) and other locations in the Alps is used to investigate entrainment and deposition processes along the channel. The new knowledge on the dynamics helps to optimize the existing numerical debris-flow models. Modeling results serve as a basis for hazard mapping and planning of mitigation measures. We present 2D numerical simulations in a 3D terrain using RAMMS. The model is based on the 2D shallow water equations and incorporates an adapted Voellmy friction relation. We performed simulations for different scenarios in order to asses different flow paths and deposition areas, which may have disastrous consequences for the population and infrastructure in the Mattertal. The ability to incorporate mitigation structures helps to evaluate the dimensions and the position of such structures in order to protect the populated areas and lifelines. Comparison with natural events show that the reproduction of flow heights, run out distances as well as local deposition of material causing channel blockage are generally good but could be improved. The implementation of an input hydrograph allows a better control of the material that flows into the system. Debris material can be added to the system using a known hydrograph curve at a specific location. This is in difference to a block release where all material is accelerated at once depending on the slope angle and the friction coefficients. A hydrograph is commonly defined by using a constant input velocity while for a block release the velocity strongly depends on the height and velocity, which in turn depends also on the initial release height. This results in a transition, where hydrograph simulations show smaller heights and velocities than block release simulations. The transition takes place when the velocities of the block release are higher than the input velocity of a hydrograph. Because hydrograph curves can be calculated by measuring flow heights in the field it is suggested to use an input hydrograph for channelized debris flow simulations. Literature Christen, M.; Kowalski, J.; Bartelt, P.; RAMMS (2010). Numerical simulation of dense snow avalanches in threedimensional terrain. Cold Regions Science and Technology 63, 1–14. O’Brien, J.S.; Julien, P.Y.; Fullerton, W.T. (1993). Two-dimensional water flood and mudflow simulation, Journal of Hydraulic Engineering – ASCE 119 (2) 244–261. Boniello, M.A.; Calligaris, C.; Lapasin, R.; Zini, L. (2010). Rheological investigation and simulation of a debris-flow event in the Fella watershed. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 10, 989–997.

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High-resolution digital elevation model (DEM) generation in high alpine terrain using airborne remote sensing techniques Yves Bühler1, Mauro Marty2,4, Hugo Raetzo3, Christian Ginzler4. 1 WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Flüelastrasse 11, 7260 Davos Dorf, [email protected] 2 Institute of Geography University of Berne, Hallerstrasse 12, 3012 Bern, [email protected] 3 Federal Office for the Environment FOEN, Worblentalstrasse 68, 3063 Ittigen, [email protected] 4 Swiss Federal Research Institute WSL, Zürcherstrasse 111, 8903 Birmensdorf, [email protected] Keywords: DEM, Remote sensing, numerical mass movement modeling, RAMMS, terrain change

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Up-to-date and accurate digital elevation models (DEM) are essential for many applications such as numerical modeling of mass movements (Bühler et al. 2011) or mapping of terrain changes. ­Today swisstopo provides digital Terrain models (DTM) and digital surface models (DSM) derived from airborne LiDAR data with a high spatial resolution of two meters covering the entire area of Switzerland below an elevation of 2000 m asl (swisstopo 2011). However, above an elevation of 2000 m asl, which is typical for high alpine terrain, the best product available is the DHM25 with a spatial resolution of 25 m. This spatial resolution is insufficient for many applications in complex terrain. In this study, we investigate the quality of digital surface models (DSM) derived from optoelectronic scanner data (ADS80, acquired in autumn 2010) using photogrammetric image correlation techniques based on the multispectral nadir and backward looking sensor data. As reference, we take a high precision airborne LiDAR data set (Vallet et al. 2000) with a spatial resolution of ca. 0.5 m acquired in late summer 2010 covering the Grabengufer/Dorfbach catchment near Randa, VS. We find significant difference in the quality of the DSM dependent on the chosen processing software and parameter setting. We demonstrate the effects of resulting DEM errors for debris flow modeling in the Dorfbach catchment using the numerical mass movement’s simulation software RAMMS (Christen et al. 2010).

Literature Bühler, Y.; Christen, M.; Kowalski, J. & Bartelt, P. (2011) Sensitivity of snow avalanche simulations to digital elevation model quality and resolution. Annals of Glaciology, 52 (58), 72–80. Christen, M.; Kowalski, J. & Bartelt, P. (2010) RAMMS: Numerical simulation of dense snow avalanches in threedimensional terrain. Cold Regions Science and Technology, 63, 1–14 swisstopo (2011). DOM / DTM-AV. http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/de/home/products/height/dom_dtm-av.html swisstopo (2011). DHM25. http://www.swisstopo.admin.ch/internet/swisstopo/de/home/products/height/dhm25.html Vallet, J.; Skaloud, J.; Koelbl, O.; Merminod, B. (2000) Development of a Helicopter-Based Integrated System for Avalanche Mapping and Hazard Management. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 33, 565–572.

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Murgangszenarien in Randa und Täsch VS. Impakt von Block­ gletscheraktivität, Permafrostdegradation und Gletscherrückzug auf zukünftige Murgangaktivität und Gefahrenkartierung Florian Frank1, Christian Huggel1, Brian W. McArdell2, Reynald Delaloye3 Geographisches Institut, Universität Zürich 2 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf 3 Geographisches Institut der Universität Fribourg Universität Fribourg

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Keywords: Murgang, Szenarien, Anriss, Gefahrenhinweiszonen,

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Die veränderten Klimabedingungen führten in den letzten Jahren bis Jahrzehnten zu neuen ­Instabilitäten von geologischen, glazialen und geomorphologischen Phänomenen im Alpenraum (Haeberli 1991, Haeberli 1999, Noetzli und Gruber 2005, Harris et al. 2009). Diese Masterarbeit befasst sich mit potentiellen Murgangszenarien der Zukunft. Dazu wurden die drei Murgänge von Dorfbach (Grabengufer), Wildibach (Gänder) und Rotbach (Weingarten) im Mattertal (Wallis VS, Schweiz) als Untersuchungsgebiete ausgesucht. Diese drei Murgangeinzugsgebiete am orographisch rechten Hang des Mattertals haben bezüglich Geologie (Paragneis, Eigenschaften des Lockermaterials), periglazialer Geomorphologie (Permafrost, Blockgletscherbewegungen, usw.) und Gletscherentwicklung (Rückzug mit potentieller Seebildung) ähnliche Ausgangsbedingungen (Graf und Mcardell 2005, Feldkartierung 2010, Swisstopo 2010, Linsbauer 2009), womit eine gewisse ­Vergleichbarkeit untereinander gegeben ist. Auf der Grundlage der aktuellen Situation im Jahr 2010 wurden als klimatische Randbedingung zur Abschätzung der zukünftigen Murgangs­ zenarien der extrapolierte Trend der mittleren Jahrestemperatur MAAT (Meteoschweiz 2011) für den Szena­rienzeitpunkt 2020 bzw. das OcCCKlimaszenario der Südschweiz (Meteoschweiz 2011, OCCC 2009) für den Szenarienzeitpunkt 2050 verwendet. Das erste Ziel der Arbeit bestand zum einen in der Entwicklung einer einfachen, GIS-basierten Methodik zur Ermittlung potentieller, zukünftiger Murganganrisszonen. Die Basis bildete ein ­digitales Geländemodell DTM-AV. Damit wurden die kritischen Hangneigungen bezüglich Murganganrisszonen (Silvaprotect-CH 2008, Haeberli und Maisch et al. 2009) ermittelt und eine modifizierte Form des Permafrostmodells PERMAKART (Haeberli 1975, Keller 1992, BAFU, 2006) implementiert. Abschliessend konnte so die totale Materialmobilisierbarkeit bezüglich Hangneigung und Permafrost quantifiziert und für die drei Szenarienzeitpunkte 2010, 2020 und 2050 klassifiziert werden. Die Resultate der entwickelten, GIS-basierten Methodik zeigten, dass sich die quantitative GIS­ Analyse zwar einfach und schnell auf grossräumige Gebiete anwenden lässt; sich jedoch nur in grossflächigen Geröllhalden im Permafrostbereich für eine erste Abschätzung der zukünftigen ­Murganganrisszonen eignet. Denn wenn gleichzeitig Blockgletscherbewegungen, Felsstürze oder Hangsackungen auftreten oder sich erste Murgangaktivitäten zeigen, sind situationsbezogene, qualitative Feldbegehungen und systematische Hangbewegungsmessungen gefordert, um die ­aktuelle Murgangsituation zu beurteilen und die zukünftige Entwicklung abschätzen zu können. Das zweite Ziel der Arbeit ist die Darstellung einer Gefahrenhinweiskarte für die drei Murkegel auf der Basis von modellierten Murgangszenarien. Auf der Grundlage der entwickelten, GIS-basierten Methodik zur quantitativen Abschätzung der Materialmobilisierbarkeit in Kombination mit einer qualitativen Beurteilung durch Feldbegehungen (Feldkartierungen 2010), differentielle GPS-Messungen und SAR-Interferometrie-Analysen der Universität Fribourg UniFr (Delaloye et al. Unver­ öffentlicht, Delaloye et al. In Press) wurden die potentiellen Worst Case Murgangszenarien (Einvs. Zwei-Schub-Szenarien) der Zukunft abgeschätzt und mit der Computersoftware RAMMS (SLF, Rammsworkshop 2010) modelliert. Die resultierenden, maximalen Fliesshöhen auf den Murkegeln dienten als Basis für die Gefahrenhinweiskartierung (BUWAL 1998, PLANAT 2000). Die Murganggefahren der Zukunft auf dem Dorfbach- und Wildibachkegel sind vergleichbar mit den heutigen Gefahren. Die Murgangaktivität und Intensität der einzelnen Ereignisse könnten sich

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aber in Zukunft noch wesentlich erhöhen und die Gefährdungssituation bei der Kantonsstrasse und der Bahnlinie noch verschlechtern. Gefragt sind deshalb eine systematische Überwachung der Einzugsgebiete und eine regelmässige Kontrolle der beiden Gebiete im Feld oder aus der Luft. Auf dem Wildibachkegel könnte das Ablagerungsbecken noch erweitert werden; bei der sehr aktiven Situation im Dorfbach sind mobile und komplexe Alarmsysteme (Sensalpin GMBH 2011) für die Strasse und Bahnlinie empfehlenswert. Die Gefahrensituation auf dem Rotbachkegel konnte aufgrund einer neuen Verbauungsmassnahme (Sedimentfänger plus Ablenkdamm) nicht abschliessend beurteilt werden. Es gibt jedoch Indizien, dass die vorhandene Verbauungsmassnahme im Extremfall nicht ganz ausreicht und eine geringe Murganggefahr für die Häuser auf dem Kegel besteht. Modellierungen mit aktuellen Geländemodellen DTM und verbesserten Simulationsmodellen könnten genauere Informationen über die tatsächliche Murganggefährdung auf dem Kegel geben.

Literatur Bundesamt für Landestopographie Swisstopo (2010). Geologische Spezialkarte des Mattertals. Kartenmassstab 1:100 000. Eingesehen bei der Dr. von Moos AG, Zürich. Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie, Meteoschweiz (2011). Das Klima in der Schweiz. Eidgenössisches Depar­ tement der Innern EDI. http://www.meteoschweiz.admin.ch/web/de/klima/klima_schweiz.html. Zugriff am 19. 1. 2011. Bundesamt für Umwelt BAFU (2006). Hinweiskarte der potentiellen Permafrostverbreitung in der Schweiz. Bundesamt für Umwelt, Bern. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft BUWAL (1998). Methoden zur Analyse und Bewertung von Naturgefahren. Eine risikoorientierte Betrachtungsweise. 1998. 247 S. http://www.bafu.admin.ch/publikationen/publikation/00866/ index.html?lang=de Zugriff am 24. 2. 2011. Delaloye, Prof. R.; Morard, S.; Abbet, D. (unveröffentlicht). Graben Gufer. Geophysikalische Untersuchungen auf dem Blockgletscher und Bewegungsmonitoring 2009-2013. Zwischenbericht (Juni-November 2009). Departement für Geowissenschaften, Universität Fribourg. Fribourg, 14. 12. 2009. Delaloye, R.; Morard, S.; Abbet, D.; Hilbich C. (in press). The slump of the Grabenguferrock glacier (Swiss Alps). Geography Unit, Department of Geosciences, University of Fribourg, Switzerland. Graf, Ch.; Mcardell, B. (2005). Die Murgangbeobachtungsstation Randa. Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL. 8903 Birmensdorf. Haeberli, W. (1975). Untersuchungen zur Verbreitung von Permafrost zwischen Flüelapass und Piz Grialetsch (GR). Mitteilungen der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie ETHZürich, 17, 221 p. Haeberli, W. (1991). Permafrost und Murgänge in der alpinen Periglazialstufe. Bündner Wald. 44, 59-64. HAEBERLI, W. (1999). Hangstabilitätsprobleme im Zusammenhang mit Gletscherschwund und Permafrostdegradation im Hochgebirge, Relief, Boden, Paläoklima. 14, 11–30. Haeberli, W.; Maisch et al. (2009). Skript zum Modul GEO411 Vertiefungsblock Geomorphologie. Abteilung 3G: Glaziologie, Geomophodynamik und Geochronologie. Geographisches Institut der Universität Zürich GIUZ. Harris, C. et al. (2009). Permafrost and climate in Europe: Monitoring and modelling thermal, geomorphological and geotech­nical responses, Earth-Science Reviews, doi:10.1016/j.earscirev.2008.12.002. http://www.sciencedirect.com Zugriff am 21. 1. 2011. Keller, F. (1992). Automated mapping of mountain permafrost using the program PERMAKART within the geographical information system ARC/INFO. Permafrost and Periglacial Processes, 3 (2). pp.133–138. Linsbauer, A.; Paul, F.; Künzler, M.; Frey, H.; Haeberli, W. (2009). Formation of new lakes in deglaciating regions of the Swiss Alps. Glaciology, Geomorphodynamics and Geochronology, Department of Geography, University of Zurich, Winterthurerstrasse 190, CH-8057 Zurich, Switzerland. Nationalen Plattform Naturgefahren PLANAT (2000). Empfehlungen zur Qualitätssicherung bei der Beurteilung von Naturgefahren im Sinne der Wald- und Wasserbaugesetzgebung. PLANAT-Reihe 2/2000. www.planat.ch/fileadmin/ PLANAT/planat_pdf/alle/R0006d.pdf; Zugriff am 24. 2. 2011.

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Noetzli, J.; Gruber, S. (2005). Alpiner Permafrost – ein Überblick. In: Lintzmeyer, K. (Ed.), Jahrbuch des Vereins zum Schutz der Bergwelt, Selbstverlag, Munich, 111–121. http://www.permos.ch/downloads/ArtikelPermafrost_VzSBJb2005.pdf Zugriff am 21. 1. 2011. Organe consultatif sur les changements climatiques OCCC (2009). Beratendes Organ für Fragen der Klimaänderung, Jahresbericht 2009. Schwarztorstrasse 9, 3007 Bern. Sensalpin GMBH (2011). Alarmsysteme für alpine Naturgefahren. http://www.sensalpin.ch/AlarmStat.htm Zugriff am 30. 4 2011. Silvaprotect-CH (2008). Schlussdokumentation vom 23. Januar 2008. Bundesamt für Umwelt BAFU, Abteilung Gefahrenprävention. Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK. WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF (2011). SLF – RAMMS-Workshop vom 28. April 2010 von Christen, M.; Bühler, Y.; Barthelt, P.; Margreth, S.; Stoffel, L.

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Modeling debris flow erosion

Brian W. McArdell1, Catherine Berger2, Peter Schuerch3, Alexander L. Densmore3, Nicholas J. Rosser3, F. Schlunegger4 1 Swiss Federal Research Institute WSL, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf, [email protected] 2 Emch+Berger AG Bern, Niederlassung Spiez, Seestrasse 7, CH-3700 Spiez 3 Durham University, Dept. of Geography, South Road, Durham, UK DH1 3LE 4 University of Bern, Institute of Geological Sciences, Balzerstrasse 1+3, CH-3012 Bern Keywords: Debris flow runout modeling, entrainment, field measurement

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Debris flows continue to threaten alpine communities and infrastructure, and it is apparent that the entrainment of sediment as a debris flow travels along a channel can cause the transformation of a small debris flow into a large and hazardous event. Recent observations of debris flow erosion at the Illgraben channel (Canton VS) provide insight on the entrainment process which will be useful for evaluating runout models for use in research and practice. Field observations using a new type of scour sensor indicate that debris flow erosion occurs at the head of debris flows in strongly channelized areas and that the duration of erosion is short, generally on the order of a few 10’s of seconds (Berger et al. 2011). The results of repeated high-resolution laser scans of a reach of the Illgraben channel along a moderately channelized reach downstream of the fan apex indicate that debris flow erosion increases as the flow depth increases (Schuerch et al., in press). There is no general agreement on a single mechanism of erosion in the literature, with the driving mechanisms ranging from relatively simple bulk flow approaches (e.g. shear-stress or discharge) to impacts due to collisions between large boulders in the flow and the channel bed (collisional stresses). Similarly, the response of the bed sediment to erosion by debris flows has been related to, for example, the moisture content of the bed or the geotechnical response of a water-saturated sediment layer undergoing rapid loading. Here we report on our initial efforts to model the entrainment by debris flows using the RAMMS (Rapid Mass Movements) 2D depth-averaged numerical simulation runout model under development at the WSL-SLF. In RAMMS it is possible to specify the thickness of sediment which is available for entrainment and a simplified mechanism of entrainment related to the bulk properties of the flow. While it is in principle possible to simulate the entrainment of sediment by debris flows using such a depth-averaged model, more work needs to be done to better understand the mechanism of erosion and the controls on the processes.

Literature Berger, C.; B.W. McArdell, B.W.; Schlunegger, F. (2011), Direct measurement of channel erosion by debris flows, Illgraben, Switzerland: Journal of Geophysical Research–Earth Surface., doi:10.1029/2010JF001722. Schürch, P.; Densmore, A.L.; Rosser, N.J.; McArdell, B.W. (in press). Dynamic controls on erosion and deposition on debris-flow fans. Geology. doi:10.1130/G32103.1.

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Rapidly moving rock glaciers in Mattertal

Reynald Delaloye, Chloé Barboux, Sébastien Morard, Damien Abbet, Vincent Gruber Department of Geosciences, Geography, University of Fribourg, Ch. du Musée 4, CH-1700 Fribourg, [email protected] Keywords: Rock glaciers, permafrost, destabilization, landslides, rock fall

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A regional study based on InSAR (synthetic aperture radar interferometry) satellite data dating back to the years 1995–1999 allowed to identify more than a ten of rock glaciers in the Valais Alps moving at a unusual rate of 1 cm/day or more (Delaloye et al. 2008). A systematical investigation of several of these rock glaciers has been initiated since 2005 in order to determine the timing, kinematics and possible causes and characters of the current destabilization processes. This ongoing study has a peculiar focus on the Mattertal region, where five of these rock glaciers (Grosse Grabe, Gugla, Dirru, Grabengufer, Gänder) are located in, all ending on a steep slope and directly supplying gullies and torrents in debris. The present contribution intends to overview and to discuss the crisis development and the current kinematical behavior of these rock glaciers. Beside confirming the earlier diagnostic based on former satellite data, repeated GPS surveys carried out bi-annually since 2007 on these rock glaciers have also shown current surface velocities that are in most cases significantly larger than a decade earlier. Moreover all rock glaciers display seasonal rhythms in their displacement rate that appear to be primarily in all cases a response to fluctuations in permafrost temperature and groundwater content. However, the current state of our inverstigation shows that the five rock glaciers provide almost five different temporal and geometrical development of the destabilization process. Whereas for instance the crisis of the Dirru rock glacier appears to be the final mechanical stage consecutive to the glacier invasion of its rooting zone during the Little Ice Age, the exceptional crisis of the Grabengufer was already preceeded by a former, even larger crisis that began around 1940. The Grosse Grabe rock glacier has splitted in two distinct parts, whereas the other rockglaciers not. A univoque explanation of the involved mechanisms is so far probably to exclude. If the destabilization of rock glaciers is certainly facilitated by the increase of permafrost temperature for the last two decades, it is also the result of the combined influence of different factors as the topography of the rock glacier bed or the geometrical changes of the rock glacier morphology with time. The latter could have been aggravating by external agents as a Little Ice Age glacier or a landslide.

Literature Delaloye, R.; Strozzi, T.; Lambiel, C.; Perruchoud, E.; Raetzo, H. (2008). Landslide-like development of rockglaciers detected with ERS-1/2 SAR interferometry. Proceedings of the FRINGE 2007 Workshop, Frascati, Italy, 26–30 November 2007 (ESA SP-649).

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Gefahrenkartierung Mattertal: Grundlagenbeschaffung und numerische Modellierung von Murgängen Christoph Graf1, Yolanda Deubelbeiss2, Yves Bühler2, Lorenz Meier2, Brian W. McArdell1, Marc Christen2, Perry Bartelt2 1 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, 8903 Birmensdorf, [email protected] 2 WSL Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Flüelastrasse 11, 7260 Davos Keywords: Gefahrenkartierung, Murgang, numerische Modellierung, RAMMS, remote sensing, Szenarienbildung, Mattertal

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Der Rückzug des Permafrostes im hochalpinen Gelände führt zu einer Abnahme der Kohäsion von alpinen Hängen. Dadurch steht zusätzliches Lockermaterial zur Verfügung, welches durch Erosionsprozesse in die Gerinne transportiert wird und zum Beispiel bei Starkniederschlagsereignissen als Ausgangsmaterial für katastrophale Murgangereignisse dienen kann. Siedlungsgebiete und Verkehrswege in den Alpentälern sind dadurch mit einer sich verändernden Gefahrenlage konfrontiert. Aktuelle Beobachtungen zeigen, dass Gebiete im Mattertal, Kt. Vallis von Hanginstabilitäten, ausgelöst durch Permafrostschwund und rasch bewegenden Blockgletschern, sehr stark betroffen sind. Die Verlagerung von Lockermaterial ist entsprechend gross und Veränderungen in der Hangund Gerinnetopographie sind beträchtlich. Bereits sind Forschungsaktivitäten von verschiedenen Gruppen im Gang. Aus diesen Gründen ist der Kanton Wallis mit der Bitte an die WSL herangetreten, die Forschungsaktivitäten in diesem Gebiet zu koordinieren und selber Forschungsprojekte im Zusammenhang mit der Modellierung von Murgangereignissen und der Überwachung der Ge­ rinne anzugehen. Mit dem numerischen Massenbewegungsmodell RAMMS können Murgänge simuliert und verschiedene Gefährdungsszenarien analysiert werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sind wertvoll für die Planung zukünftiger Schutzmassnahmen. Abgeschlossene und laufende Forschungs­arbeiten an der WSL und am SLF zeigen deutlich, dass die Qualität und Aussagekraft von Modellierungsresultaten massgeblich von der Qualität der verwendeten digitalen Geländemodelle und den getroffenen Annahmen bezüglich Erosion und Ablagerung abhängen. Über die Sensitivität der numerischen Modellierung auf diese Parameter ist aber bis heute noch zu wenig bekannt. Das Projekt wird im Auftrag der Gemeinden Randa und St. Niklaus und in enger Zusammenarbeit mit der Dienststelle für Wald und Landschaft (DWL) des Kantons Wallis durchgeführt. Die Dienst­ stelle für Strassen- und Flussbau (DSFB) des Kantons Wallis und die Matterhorn-Gotthard-Bahn (MGB) sind im Projekt involviert.

Literatur Deubelbeiss, Y.; Graf C.; McArdell, B.; Bartelt, P. (2010): Numerical modeling of debris flows – Case study at Dorfbach, Randa (VS). Swiss Geoscience Meeting. Fribourg Deubelbeiss, Y.; Graf, C.; McArdell, B.; Bartelt, P. (2011): Numerical modeling of debris flows – Case study at Dorfbach, Randa (Valais, Switzerland). Geophysical Research Abstracts Vol. 13, EGU2011-5681. EGU General Assembly 2011, Vienna.

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Evaluierung verschiedener hochauflösender digitaler Geländemodelle im Turtmanntal, Wallis Johann Müller1, Isabelle Gärtner-Roer2, Christian Ginzler3, Gunter Menz1 Geographisches Institut, Universität Bonn, Meckenheimer Allee 166, 53115 Bonn, [email protected] 2 Geographisches Institut, Universität Zürich, Winterthurerstr. 190, 8057 Zürich, [email protected] 3 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, 8903 Birmensdorf, [email protected]

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Keywords: Fernerkundung, Periglazial, Digitale Höhenmodelle

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Die voranschreitende Entwicklung der flugzeuggestützten Fernerkundung bezüglich räumlicher und zeitlicher Auflösung lässt viele neue Anwendungsmöglichkeiten in den Umwelt- und Geo­ wissenschaften zu. So können zeitlich und räumlich hochauflösende Datensätze für die frühzeitige Erkennung und Beobachtung von potentiell gefährlichen Prozessen wie z.B. gravitativen Massenbewegungen herangezogen werden. Der alpine Raum eignet sich mit seiner hohen Prozess­ dynamik besonders, um entsprechende Methoden zu entwickeln und zu verbessern. Die komplexe Topographie im Hochalpin stellt jedoch hohe Ansprüche an die Aufnahmestrategien und die Prozessierung der Datensätze, sodass verlässliche Höhenmodelle erst in den letzten Jahren ­verstärkt Verwendung finden. (Kääb et al. 2005) Am Beispiel eines hochalpinen, periglazial geprägten Hängetals (Hungerlitälli im Turtmanntal) werden in diesem Beitrag die digitalen Höhenmodelle verschiedener Sensorsysteme hinsichtlich ihrer absoluten Genauigkeit im Hochgebirge analysiert. Besonders bei multitemporalen Analysen (z.B. Blockgletscherkinematik) (Roer et al. 2005) mit Zeitschnitten von verschiedenen Sensorsystemen und Prozessraten im Zentimeter- bis Dezimeterbereich ist eine absolute Genauigkeitsanalyse für eine aussagekräftige Vergleichbarkeit notwendig. Entsprechende Qualitätsmerkmale sollten daher für die einzelnen digitalen Höhenmodelle entwickelt werden (Papasaika 2010). Verschiedene Sensorsysteme der hochauflösenden flugzeuggestützten Stereobildaufnahme und ein flugzeuggestützter Laserscan können anhand von terrestrischen Referenzmessungen (Tachymeter) vali­ diert und anschliessend verglichen werden. Bei diesem Beitrag handelt es sich um die vorläufigen Ergebnisse einer angehenden Diplomarbeit am geographischen Institut der Universität Bonn in Kooperation mit der Universität Zürich und der WSL Birmensdorf.

Literatur Kääb et al. (2005): Remote Sensing of glacier- and permafrost-related hazards in high mountains: an overview. In: Natural Hazards and Earth System Sciences 5: 527–554. Papasaika, H.; Baltsavias, E. (2010): Quality Evaluation of DEMs. In Tate, N. & Fisher, P. (Eds.): Accuracy 2010 – Proceedings of the Ninth International Symposium on Spatial Accuracy Assessment in Natural Resources and Environmental Sciences. Roer, I.; Kääb, A.; Dikau, R. (2005): Rockglacier kinematics derived from small-scale aerial photography and digital airborne pushbroom imagery. In: Zeitschrift für Geomorphologie 49: 73–87.

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Climate change effects on sediment transport

Mélanie Raymond Pralong, Jens M. Turowski, Dieter Rickenmann, Alexander Beer Swiss Federal Research Institute WSL, Mountain Hydrology and Torrents, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf; email: [email protected] Keywords: sediment transport, mountain stream, climate change, geomorphology

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Climate change will affect the hydrological regime and related sediment transport of glaciated ­alpine catchments. A future higher bedload transport to hydropower catchments might in particular increase the lake reservoir sedimentation, turbine abrasion and water intake sediment filling generating higher exploitation and maintenance costs. In this study we analyse the impact of climate change on bedload transport in glacierized catchments used by hydropower companies in the ­Mattertal in the Valais, Switzerland. We estimated the future bedload transport for the periods 2021–2050 and 2070–2099 using hourly discharge data based on several regional climate scenarios from the IAC-ETH Zurich and corresponding glacier volume loss as given by the University of Zurich and VAW-ETH Zurich. We ­calibrated a discharge-based bedload transport equation with information on observed sediment volumes in settling basins of water intakes, using observed discharge and streambed characteristics as input (Chiari and Rickenmann 2010, Nitsche et al. subm.). To evaluate the future erodible sediment volumes in catchments, we combine field measurements data with GIS-based geomorphological information, and we applied an empirical approach for the estimation of the sediment yield based on reservoir sedimentation (Beyer-Portner and Schleiss 2000). This approach is based on characteristic parameters of the catchments such as the area covered with vegetation or mean summer precipitation.

Literatur Beyer-Portner, N.; Schleiss, A. (2000). Bodenerosion in alpinen Einzugsgebieten in der Schweiz. Wasserwirtschaft 90: 88–92. Nitsche, M.; Rickenmann, D.; Turowski, J.M.; Badoux, A.; Kirchner, J.W. (subm.): Performance of flow resistance and bedload transport equations accounting for large-scale roughness in steep mountain streams. Water Resources Research, submitted 2011. Chiari, M.; Rickenmann, D. (2011). Back-calculation of bedload transport in steep channels with a numerical model, Earth Surface Processes and Landforms, 36, 805–815.

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Kinematische Entwicklung der heutigen Krise des Blockgletschers Grabengufer seit dem Juli 2009 (Randa, VS) Marc Riedo, Sophie Gachet, Chloé Barboux, Reynald Delaloye Department der Geowissenschaften, Geographie, Universität Fribourg, Ch. du Musée 4, CH-1700 Fribourg, [email protected] Keywords: Grabengufer, Permafrost, Destabilisierung, Kamera, Kinematik, terrestrische Messungen.

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Mindestens seit dem Winter 2008/2009 durchläuft der Blockgletscher Grabengufer oberhalb von Randa (VS) eine ausserordentliche Krise, deren Kinematik ab dem Juli 2009 mit verschiedenen Methoden überwacht und gemessen wird. Neben einer automatischen Kamera welche laterale Bilder des Blockgletschers aufnimmt, werden auch noch Tachymetriemessungen und Messungen mit einem differenziellen und einem permanenten GPS durchgeführt. Zusätzlich wurden auch ­terrestrische interferometrische Radarmessungen vorgenommen, dies sowohl im Sommer wie auch im Winter. Wegen der extrem starken Bewegung des Blockgletschers und den häufigen ­Steinschlägen war es oft nötig das Messdispositiv auf dem Blockgletscher zu adaptieren oder zu erneuern. Die Kombination von den Resultaten der verschiedenen Methoden gibt zurzeit eine so weit wie möglich detaillierte Übersicht der kinematischen Entwicklung der Krise seit dem 1. Juli 2009. Die maximalen Geschwindigkeiten wurden zwischen dem Beginn des Sommers 2009 und Februar 2010 gemessen. Dabei erreichte die mittlere Zone des Blockgletschers Geschwindigkeiten von mehr als 40 m/Jahr und die Stirnzone gar welche von bis zu 150 m/Jahr. Nach einer raschen ­Abnahme im Spätwinter 2010 haben sich die Geschwindigkeiten während des Sommers 2010 ­nochmals erhöht. Sie erreichten aber nur etwa 30 bis 70 % der Werte von der zweiten Hälfte 2009. Die Geschwindigkeitsabnahme war im hinteren Bereich des Blockgletschers sowie auf seiner nördlichen Seite am grössten. Anhand einer Felsstufe, welche gut auf einem Swisstopo Luftbild von 1930 und noch gering auf den Luftaufnahmen von 1982 und 1988 sichtbar ist, lässt sich die geometrische Entwicklung der Deformation in der Stirnzone des Blockgletschers gut nachvollziehen. Im Winter 2010 haben die Geschwindigkeiten des Blockgletschers nochmals deutlich abgenommen. Die Abnahme der Bewegung im Winter 2010 begann aber schon rund zwei Monate früher als die Abnahme im Jahr zuvor. Gegen Ende April 2011 erreichten die Geschwindigkeiten mit 2 bis 10  m/Jahr ihren tiefsten Wert seit dem Beginn der Überwachung. Nach den Spitzenwerten vom Sommer/Herbst 2009 hat die Aktivität des Blockgletschers tendenziell (und wahrscheinlich definitiv) abgenommen. Ein besonderer Dank geht an die Firmen Gamma Remote Sensing, Aufdenblatten Geomatik, ­Geosat und Alpug für ihre Leistungen, wie auch zur Gemeinde Randa, dem Kanton Wallis und dem Bundesamt für Umwelt für ihre verschiedenen Unterstützungen.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Anwendung des Murgangmodelles RAMMS zur Gefahren­ beurteilung Thomas Scheuner, Severin Schwab GEOTEST AG, Birkenstrasse 9, 3052 Zollikofen, [email protected] Keywords: Murgangmodellierung, Prozessintensitäten, Gefahrenkartierung, Risikoanalyse, Schutzmassnahmen

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Jahrestagung SGmG, 2011

Murgänge stellen in Gebirgsregionen für Menschen und Sachwerte ein bedeutendes Gefahren­ potenzial dar. Um Schutzmassnahmen gegen Murgänge planen und umsetzen zu können, sind gute Gefahrengrundlagen unabdingbar. Zentrales Element ist hierbei eine möglichst präzise und damit parzellenscharfe Gefahrenkarte, die Auskunft über die zu erwartenden Intensitäten und Wiederkehrperioden von Prozessen für einen bestimmten Bereich oder Standort gibt. In der ­Schweiz werden Murgänge im Siedlungsbereich mit der anerkannten Methodik nach BWW et al. (1997) beurteilt. Die Zuweisung zu einem Gefahrenbereich hat für die betroffenen Gebäude­ eigentümer oft weitreichende Konsequenzen (Objektschutzmassnahmen, Bauverbot, usw.). Für den beurteilenden Experten ist es daher wichtig, insbesondere die Abgrenzung der Gefahren­ bereiche aufgrund einer möglichst fundierten Datenlage begründen zu können. Die Wirkungsbereiche von potenziellen Murgängen werden häufig im Gelände gutachterlich anhand der Topographie ausgeschieden. Wie sich in der Praxis zeigt, sind aber sowohl Fliesswege als auch die zur Bestimmung der Intensitäten benötigten Parameter Fliessgeschwindigkeit und Fliesshöhe im Gelände nicht immer eindeutig festzulegen. Das Murgangmodell RAMMS der Eidg. Forschungsanstalt WSL hat sich hierzu als ein wertvolles Hilfsmittel erwiesen. Das Modell wurde dabei vornehmlich zur Abschätzung von physikalischen Kenngrössen (primär Fliesshöhe und Fliessgeschwindigkeit) und damit zur Abgrenzung von Intensitäten eingesetzt. In Kombination mit der gutachterlichen Gefahrenbeurteilung können somit ­belast- und nachvollziehbare Gefahrenkarten erarbeitet werden. Diese wiederum bilden die Basis für Schutzmassnahmen und Risikoanalysen. Allerdings sind komplexere Phänomene wie Verklau­ sungen oder Erosionserscheinungen bis anhin nicht oder nur erschwert modellierbar. Die gutach­ terliche Gefahrenbeurteilung bleibt auch mit einem sehr guten Modellierungsresultat unabdingbar. Die Verifikation der Modellierungsresultate durch Geländebegehungen und/oder Ereigniskataster an zahlreichen Fallbeispielen (vgl. Poster-Präsentation) bestätigen unsere Erfahrung, dass RAMMS die gutachterliche Gefahrenbeurteilung ideal ergänzt und nicht nur die Qualität der Resultate, sondern auch deren Belastbarkeit und Nachvollziehbarkeit massgebend erhöht. RAMMS ist damit ein wichtiges Element im Gefahrenmanagement und ein gutes Hilfsmittel bei der Risiko­ kommunikation.

Literatur BWW, BRP, BUWAL (1997). Berücksichtigung der Hochwassergefahren bei raumwirksamen Tätigkeiten.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Anpassung an den Klimawandel – Fallstudie Saastal

Severin Schwab1, Michèle Bättig2 1 GEOTEST AG, Birkenstrasse 15, CH-3052 Zollikofen, [email protected] 2 econcept AG, Gerechtigkeitsgasse 20, CH-8002 Zürich, [email protected] Keywords: Klimaänderung, Saastal

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Die Klimaänderung ist bereits feststellbar und wird sich gemäss wissenschaftlichen Prognosemodellen weiter verstärken (Beniston et al. 2003a und 2003 b, Bloetzer et al. 1998). Da die Alpen als besonders sensibler Lebensraum gelten (CIPRA 2002, ClimChAlp 2008a), in welchem die Auswirkungen des Klimawandels ausgeprägter sein dürften als in anderen Regionen, wurden in einem breit angelegten Projekt die Auswirkungen der Klimaänderung in einer alpinen Fallstudienregion analysiert und mögliche Anpassungsoptionen aufgezeigt. Als Fallstudienregion wurde in diesem Projekt das Saastal mit seinen vier Gemeinden Saas-Almagell, Saas-Balen, Saas-Fee und SaasGrund ausgewählt. Die Studie untersuchte die Auswirkungen des Klimwandels auf vier wichtige Bereiche für das Saastal und untersuchte dabei auch die Wechselwirkungen zwischen diesen Bereichen. Die vier Bereiche bildeten je ein Teilprojekt: – Wasser – Siedlung/Infrastruktur – Biodiversität – und Tourismus. In diesen vier Teilprojekten wurden – basierend auf einheitlichen Klimaszenarien – die Auswirkungen der Klimaänderung beschrieben, der Handlungsbedarf aufgezeigt und schliesslich Handlungs­optionen für die Anpassung an die Klimaänderung erarbeitet. Basierend auf den verschiedenen aufgezeigten Handlungsoptionen wurden Empfehlunen für die zukünftige Entwicklung des Saas­tals, unter Berücksichtigung der Klimaänderung, entworfen. Gesamthaft verfolgte das Projekt folgende Zielsetzungen: 1. Basierend auf den erarbeiteten Anpassungs- und Handlungsoptionen werden Empfehlungen für die zukünftige Entwicklung in der Fallstudienregion erarbeitet, die als Grundlage für politische, wirtschaftliche und versicherungsrelevante Entscheidungen in den Bereichen Raum- und ­Ressourcennutzung dienen. 2. Da es sich bei der Studie um ein Pionierprojekt handelte, wurde ein Vorgehensmodell für die Durchführung eines analogen Projektes in einer anderen Region entwickelt. Da die natürlichen, historischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen in jeder Region einzigartig sind, können ­direkte Analogieschlüsse aus den Resultaten dieser Studie nur bedingt gezogen werden. 3. Es wurden offene Fragen und weiterer Forschungsbedarf identifiziert, so dass die prioritären Forschungsfelder aus Sicht der Projektpartner der öffentlichen und privaten Forschungsinsti­ tutionen mitgeteilt werden können. 4. Die Ergebnisse des Projektes werden im Poster mit Fokus auf das Teilprojekt Siedlung / Infrastruktur präsentiert, welches sich inbesondere mit den Naturgefahren beschäftigte. Literatur Beniston, M.; Keller, F.; Goyette, S. 2003a: Snow pack in the Swiss Alps under changing climatic conditions: an empirical approach for climate impacts studies. Theor Appl Climatol 74: 19–31 Beniston, M.; Keller, F.; Koffi, B.; Goyette, S. 2003b: Estimates of snow accumulation and volume in the Swiss Alps under changing climatic conditions. Theor Appl Climatol 76: 125–140. Bloetzer, W.; Egli, T.; Petrascheck, A.; Sauter, J., Stoffel, M. 1998: Klimaänderung und Naturgefahren in der Raumplanung. Nationales Forschungsprogramm “Klimaänderungen und Naturkatastrophen” (NFP 31), Synthesebericht. CIPRA 2002: Klimawandel und Alpen. Ein Hintergrundbericht. http://www.cipra.org/de/alpmedia/publikationen/164. ClimChAlp 2008a: Klimawandel, Auswirkungen und Anpassungsstrategien im Alpenraum. Common Strategic Paper. http://www.climchalp.org/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=106&&Itemid=125. 43

Mattertal – ein Tal in Bewegung

Geschiebeabschätzung im Dorf- und Wildibach (Randa) mit den Methoden Gertsch und SEDEX Andrea Stocker1, Eva Frick2, Eva Gertsch3, Hans Kienholz4 1 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, 8903 Birmensdorf, [email protected] 2 tur gmbh, Promenade 129, 7260 Davos, [email protected] 3 belop gmbh, Tulpenweg 2, 6060 Sarnen, [email protected] 4 KiNaRis, Cäcilienstrasse 31, 3007 Bern, [email protected] Keywords: Geschiebeabschätzung, Feststofffracht, Gertsch, SEDEX, Dorfbach, Wildibach

Um eine mögliche Geschiebefracht für ein mögliches 100-jährliches Ereignis im Dorf- und Wildibach (beide Randa) zu ermitteln, wurden die neuen Geschiebeabschätzmethoden Gertsch (Gertsch 2009) und SEDEX (Frick et al. 2011) auf die beiden Einzugsgebiete angewandt. Methode Gertsch (Gertsch 2009) Das Geschiebeabschätzverfahren Gertsch wurde durch die Analyse von 58 in den Schweizer ­Alpen abgelaufenen Grossereignissen mit Wiederkehrperioden gleich oder grösser 100 Jahren ­entwickelt. Um Schwellenwerte, Muster, Tendenzen und Bedingungen zu erfassen, wurden diese 58 Wildbäche untersucht und aus den gewonnen Erkenntnissen ein Geschiebeabschätzverfahren in Excel entwickelt (Hang- und Gerinnebeurteilungsmatrix). Das Verfahren wurde an 43 Wildbach­ einzugsgebieten validert.

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Methode SEDEX (Frick et al. 2011) SEDEX ist eine neue Beurteilungssystematik unter Miteinbezug von bestehenden Methoden, ­Diskussionen in Workshops, neuen Forschungserkenntnissen und Erfahrungen aus der Praxis. Im Entwurfsstadium testeten Experten aus Verwaltung, Praxis und Wissenschaft die Methodik und die Rückmeldung flossen wiederum in die Optimierung von SEDEX ein. Das Ziel von SEDEX ist ein praxistaugliches klar strukturiertes Beurteilungsverfahren für die Abschätzung von ereignisspezifischen Feststofffrachten in Wildbächen mit einem hohen Grad an Nachvollziehbarkeit sowie der Möglichkeit die vorhandenen Unsicherheiten offenzulegen. Eine gut strukturierte Systematik soll eine qualitativ bessere Beurteilung ermöglichen. Resultate und Schlussfolgerungen Zur Bestimmung einer möglichen Kubatur für den Dorf- und Wildibach wurden mögliche Szenarien definiert und durchgerechnet. Für ein Gerinne wie der Dorfbach Randa ist es schwierig Szenarien zu bilden, da die zukünftige Entwicklung des Blockgletschers sehr unklar ist. In einem solchen Fall kann mit SEDEX beispielsweise auch einfach das Feststoffpotential abgeschätzt werden. Ein Murgang im Wildibach Randa wird in Zusammenhang mit einem Ausbruch einer Wassertasche im Gletschervorfeld erklärt, welche schwierig zu quantifizieren ist. Dementsprechend ist es angenehm, wenn das Ausbruchsvolumen bei Gertsch nicht bestimmt werden muss, sondern durch auswählen des Negativfaktors1 “Flutwelle” in die Beurteilung einfliesst. Die Ereigniskubatur des Wildibachs hängt stark mit dem Ausbruchsvolumen in der Wassertasche zusammen. Die Resultate der Abschätzungen zwischen den Methoden sind im Wildibach einheitlicher als ­diejenigen im Dorfbach. Beim Dorfbach wurde über alle Szenarien hinweg eine durchschnittliche Geschiebefracht von 204 500 m3 abgeschätzt und beim Wildibach 53 100 m3. Mit beiden Methoden wurden plausible Resultate bezüglich der Feststoffabschätzungen erzielt und es konnten interessante Eigenheiten der Methoden Gertsch und SEDEX festgestellt werden. Literatur Gertsch, E., 2009: Geschiebelieferung alpiner Wildbachsysteme bei Grossereignissen – Ereignisanalysen und Entwicklung eines Abschätzverfahrens. Dissertation am Geographischen Institut der Universität Bern. Frick E., Kienholz H., Romang H., 2011: SEDEX Anwenderhandbuch. Geographica Bernensia P42. Geographisches Institut der Universität Bern. Frick, E.; Hiller, R.; Kienholz, H.; Romang, H., 2010: SEDEX (SEDiments and EXperts). Anleitung. Entwurf November 2010. Geographisches Institut der Universität Bern. Frick, E.; Hiller, R.; Kienholz, H.; Romang, H., 2007: SEDEX (SEDiments and EXperts). Eine praxistaugliche Methodik zur Beurteilung der Feststofflieferung in Wildbächen. Entwurf September 2007. Geographisches Institut der Universität Bern. Stocker A., 2010: Vergleich der Geschiebeabschätzverfahren Gertsch und SEDEX – Anwendung auf 15 Wildbach­ein­ zugsgebiete in der Schweiz. Unveröffentlichte Masterarbeit am Geographischen Institut der Universität Bern.

Negativfaktoren sind spezielle Konstellationen oder Prozesse, welche zu speziell grossen Ereignissen führen können.

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Comportement géomorphologique des systèmes torrentiels du val d’Hérens: essai de typologie David Theler1, Benoît Maillard1, Emmanuel Reynard2 1 Ecotec Environnement SA, TechnoArk 10, CH-3960 Sierre. [email protected] 2 Institut de Géographie, Université de Lausanne, Bâtiment Anthropôle CH-1015 Lausanne Keywords: Systèmes torrentiels, géomorphologie, lave torrentielle, cartographie, Val d’Hérens

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Les laves torrentielles sont un vecteur majeur de sédiments en milieu alpin, dont l’occurence est contrôlée par une combinaison de paramètres environnementaux (géologiques, géomorphologiques, topographiques, hydrologiques, climatiques) et anthropiques. Si les facteurs conduisant au déclenchement de laves torrentielles (conditions climatiques et hydrologiques) restent aléatoires et difficilement maitrisables, la recherche concernant le fonctionnement géomorphologique des ­systèmes torrentiels offre des perspectives intéressantes. L’étude de l’influence des prédispositions fixes des bassins versants (contexte géomorphologique, topographie, morphométrie) sur leur ­propension à produire des laves torrentielles se justifie notamment par l’ampleur de plusieurs événements survenus lors de la dernière décennie, parfois sous-estimée dans certaines études de dangers hydrologiques. En 2010, le Service des forêts et du paysage (SFP) du canton du Valais a initié un projet de ­recherche appliquée en géomorphologie torrentielle à l’échelle du Val d’Hérens (Valais, Suisse). Dans un premier temps, les systèmes les plus actifs ont été sélectionnés selon leur propension à engendrer des laves torrentielles. Nous avons pour cela cartographié les chenaux de laves torrentielles visibles sur les photographies aériennes sur l’ensemble du territoire. Une attention particulière a été portée sur les systèmes où des laves atteignent le cône de déjection et où des dépôts marqués sont connectés au réseau hydrographique pérenne. Dans ces bassins versants, les ­volumes de matériaux mobilisables ont également été estimés. Une typologie géomorphologique des bassins versants a été établie sur la base de paramètres morphométriques caractérisant les hydrosystèmes (coefficient d’érosion, coefficient de Gravelius, courbes hypsométriques et densité de drainage). Les différents contextes géomorphologiques ont également été appréhendés de façon qualitative. L’élaboration d’une typologie des bassins ­versants avec leur propension à engendrer des laves torrentielles doit permettre à terme de mieux identifier les contextes géomorphologiques favorables au déclenchement de laves torrentielles.

Literature Theler, D. (2010). Contribution à la cartographie géomorphologique de la dynamique sédimentaire des petits bassins versants torrentiels. Thèse de doctorat: Institut de Géographie, Université de Lausanne.

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Murgang Eintrainment im Dorfbach, Randa (VS)

Christina, Willi Universität Bern, Hallerstr. 12, 3012 Bern, [email protected] Keywords: Debris flows, Entrainment, Sediment transfer pattern, Erosion and deposition, Cross sections, Dorfbach

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Im Rahmen des Forschungsprojektes Gefahrenkartierung Mattertal VS: Grundlagenbeschaffung und numerische Modellierung von Murgängen (Graf et al. 2010) der WSL wird im kommenden Sommer 2011 im Dorfbach in Randa die hier vorgestellte Masterarbeit durchgeführt. Das Masterprojekt hat zum Ziel, einen Beitrag zur Quantifizierung der Geschiebeprozesse zu leisten und ­räumlich-zeitliche Veränderungen im Gerinne zu charakterisieren. Das Poster stellt das Konzept der Arbeit vor. Die Arbeit kombiniert Fernerkundungs- und Feldmethoden. Aus LiDAR-Daten von vor und nach dem ersten grossen Ereignis werden die ereignisspezifischen Geländeveränderungen hergeleiten. Zwei Murgangbeobachtungsstationen der WSL im Dorfbach liefern Daten, anhand derer die Murgänge charakterisiert werden können (Graf et al. 2010). Zusätzlich scannen zwei neu installierte Laserscanner regelmässig Querprofile. Sie sollen präzisere Informationen zum Murgangvolumen, den Geschwindigkeiten und der Körnung liefern und eine Aussage über die lokalen Gerinnever­ änderungen zulassen. Die Kombination von LiDAR- und Laserscanner-Daten mit Schätzwerten der abgelagerten Feststoffmengen wird eine Aussage über die mobilisierten Feststofffrachten im Gerinne erlauben. Die regelmässige Vermessung von Querprofilen und dem Talweg im Transitbereich und auf dem Kegel ergänzen die Fernerkundungsanalysen. Sie geben präzise Auskünfte über die saisonalen und ereignisspezifischen punktuellen Veränderungen im Gerinne. Neben quantitativen Aussagen zur Gerinnegeometrie dienen die Querprofile in Kombination mit den Höheninformationen aus den LiDAR-Daten auch der Charakterisierung räumlich-zeitlicher Veränderungen. Ergänzend werden Luftbilder, die hauptsächlich seit den 80er-Jahren vorliegen, beigezogen. Sie werden qualitativ analysiert und dienen einerseits als Grundlage für die Planung der Feldarbeiten, andererseits als ergänzende Interpretationshilfe für die Erhebungen vom Sommer 2011. Unter ­Vorbehalt der schlechten Auflösung können aus den Luftbildern auch Höhenmodelle generiert werden, die zusätzlich quantitative Informationen zu den längerfristigen Gerinneveränderungen liefern. Die Kombination der Analyseresultate soll schliesslich eine Schätzung des Geschiebeertrages pro Laufmeter und eine Prognose der kurzfristigen räumlich-zeitlichen Gerinneveränderungen unter Berücksichtigung der stark variablen Disposition im Einzugsgebiet des Dorfbachs ermöglichen.

Literatur Graf, C.; Bühler, Y.; Christen, M.; Deubelbeiss, Y.; McArdell, B.; Meier, L.; Bartelt, P. (2010). Forschungsantrag. Gefahrenkartierung Mattertal VS: Grundlagenbeschaffung und numerische Modellierung von Murgängen. Begleitung von Ingenieurbüros. Birmensdorf/ Davos, Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL

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Kinematics of bedrock permafrost at Matterhorn Hörnligrat

Andreas Hasler1, Stephan Gruber1, Jan Beutel2 1 Glaciology, Geomorphodynamics and Geochronology, Department of Geography, University of Zurich, Switzerland, [email protected] 2 Computer Engineering and Networks Laboratory, ETH Zurich, Switzerland Keywords: Bedrock permafrost, rock kinematics, cleft dilatation, slope instability, climate change impact

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The mechanisms that control climate-dependent rock fall from permafrost mountain slopes are ­currently poorly understood. In this study, we present the results of an extensive rock slope monitoring at Matterhorn (Switzerland) with a wireless sensor network: A negative dependency of cleft expansion on temperature prevails at all observed clefts for most of the year. At many clefts this is interrupted by a period with increased opening and shearing activity in summer, which lasts from sustained melt to initial refreeze within the cleft. Based on these empirical findings we identify two distinct process regimes. In combination with current theories and laboratory evidences on rock slope movement and stability we postulate that I) the negative temperature dependency is caused by thermo-mechanical forcing and is reinforced by cryogenic processes during the freezing period and, II) the enhanced movement in summer originates from hydro-thermally induced strength reduction in rock fractures containing perennial ice. The irreversible part of I) would slowly modify the geometric settings and cleft char-acteristics of permafrost rock slopes on the long-term, while thawing related processes II) can affect the stability within hours or weeks. Such short-term stability minima may activate rock masses subject to the slow changes. Thermo-mechanical models or statistical analysis of cleft movements are possible ways to test Hypothesis I. Further, hydro-thermal and thermo-mechanical modelling of the cleft conditions may lead to a spatial and temporal differentiation of strength reduction the related instabilities in the future.

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Temperature field of the Aiguille du Midi (Mont Blanc Massif) described by rock temperature measurements and modeling Jeannette Noetzli1, Philip Deline2, Ludovic Ravanel3 University of Zurich, Department of Geography, Winterthurerstrasse 190, 8057 Zurich, Switzerland, and EDYTEM Lab, Université de Savoie, CNRS, 73376 Le Bourget-du-Lac, France, [email protected], 2 EDYTEM Lab, Université de Savoie, CNRS, 73376 Le Bourget-du-Lac, France, [email protected] 3 EDYTEM Lab, Université de Savoie, CNRS, 73376 Le Bourget-du-Lac, France [email protected]

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Keywords: mountain permafrost, rock temperatures, heat conduction, numerical modeling

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Ground temperatures in steep bedrock permafrost react directly, fast and sensitively to changes in atmospheric conditions making their observation important for monitoring purposes. Further, changes in thermal conditions and cleft ice in rock walls can influence stability conditions for infrastructure or rock fall occurrence. With its easy accessibility, the extreme three-dimensional and steep geometry of a rock pillar with rock faces exposed to all aspects, and the high elevation (3842  m asl) the Aiguille du Midi in the Mont Blanc massif has become an important site to study bedrock permafrost. Research and measurement activities are undertaken by an international group of researchers since 2005 and include near surface temperature measurements, a weather station, ERT profiles, and since October 2009 three shallow boreholes of 11 m depth perpendicular to the surface. In order to understand the transient three-dimensional thermal processes in the rock pillar and to simulate scenarios of their possible future development we complement the point measurements by numerical modeling studies. In this presentation we focus on the analysis of measured temperature data as well on a 2D temperature field of a horizontal slice through the boreholes. The 2D slice is simulated including heat conduction in a homogeneous subsurface, an initialization procedure and effects of latent heat. Based on rock surface temperatures measured at different aspects a ­parameterization of the boundary conditions as a function of aspect has been applied. Comparison of the simulated temperature field with the first complete year of borehole temperatures shows the dominating influence of heat conduction in the rock pillar and 3D effects of the ­geometry, but also deviations from this pattern mainly due to the cooling influence of air circulation in fractures or a thin snow cover in non-vertical but still steep rock. Further, the fast reaction of such extreme topography to temperature changes at the surface is shown, both the simulated effects of latent heat and recent warming are small.

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Determination of volumetric changes and kinematics in perma­ frost terrain combining terrestrial and airborne laser scanning with aerial photogrammetry and DGPS: Grabengufer, Mattertal Robert Kenner1, Yves Bühler1, Delaloye Reynald2, Leo Jörger3, Marcia Phillips1 WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Flüelastrasse 11, CH-7260 Davos Dorf, [email protected] 2 Dept. of Geosciences, University of Fribourg, CH-1700 Fribourg 3 Forstrevier Inneres Nikolaital, CH-3928 Randa

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Keywords: Laserscanning, rockfall, surface changes, permafrost dynamics

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A starting zone of significant rockfall activity is located above the highly dynamic Grabengufer rock glacier above Randa (Mattertal, Valais). The largest recent rockfall event occurred on September 22nd 2010 and caused damage to a suspension bridge on the Europaweg hiking trail. The scar is located at about 2850 m a.s.l. on the margin of a large zone of subsidence dominating the rock ­glacier and the coalescent gullies. Extensive terrain monitoring has been carried out in the area since 2009. A series of 50 points have been permanently monitored by DGPS on the rock glacier and in the subsidence zone. Reflectors for referencing have been installed on the rock glacier, in the subsidence zone and the surrounding rockwalls. A helicopter-airborne laser scan (ALS) was performed on August 31st 2010 and to determine the volume of the September rockfall event, ­terrestrial laserscanning (TLS) of the scar and surroundings was carried out on October 7th. Here we explore the compatibility of ALS, TLS and aerial photogrammetry to survey the volumetric changes and kinematics of permafrost terrain, using DGPS and tachymetry measurements as ­control data. A rockfall volume of ca. 4300 m3 and, in the rock glacier sector visible from the TLS base station, creep of up to 1.7 m between August 31st and October 7th 2010 were identified by combining ALS and TLS data. The velocity of the visible part of the rock glacier is concomitant with the DGPS / ­tachymetry data. Creep rates over a period of 4 years were determined for the subsidence zone by combining ALS data with a 2006 Swisstopo orthophoto using conventional photogrammetric matching techniques. Overall creep rates could thus be defined with high spatial resolution. The 4-year creep rates derived from the DGPS measurements were used as a reference to eliminate possible offsets between the datasets. Differential movements of up to 2 m over 4 years, in agreement with the existing DGPS-derived values could be identified in the zone of subsidence. It is not possible to determine the 4-year creep rates of the rock glacier by combining photogrammetry and ALS, due to strong changes in surface texture caused by the exceptional displacement of the rock glacier during that period (40 to > 200 m). The combination of measurement systems used is otherwise very well adapted to this type of highly dynamic permafrost terrain.

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10 Jahre Temperatur- und Kinematikmessungen im Periglazial des Turtmanntals, Wallis Isabelle Gärtner-Roer1, Johann Müller2, Patrick Thee3 Geographisches Institut, Universität Zürich, Winterthurerstr. 190, 8057 Zürich, [email protected] 2 Geographisches Institut, Universität Bonn, Meckenheimer Allee 166, 53115 Bonn, [email protected] 3 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, 8903 Birmensdorf, [email protected]

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Keywords: Periglazial, Blockgletscher, Fernerkundung

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Vor 10 Jahren startete das Monitoring im Periglazial des Turtmanntals (Wallis), mit dem Ziel einer regionalen Analyse des Permafrostvorkommens sowie der Blockgletscherbewegungen (Nyenhuis 2005, Roer 2005). Neben der Installation einer Klimastation und vieler GST (Ground Surface ­Temperature) – Logger, lag der Fokus auf der geomorphologischen Kartierung und der digitalen Photogrammetrie; letztere, um die Blockgletscherkinematik seit 1975 zu quantifizieren. Mittlerweile liegen Temperaturmessreihen vor, welche die langjährige Entwicklung, die interanuellen Unterschiede und die Extremereignisse (e.g. Sommer 2003) aufzeigen. Darüberhinaus existieren lange Kinematikreihen jährlicher terrestrischer Vermessungen für 2 Blockgletscher, sowie die 35jährige (1975–2010) Reihe der regionalen Blockgletscherbewegung, basierend auf digitaler ­Photogrammetrie. Gerne möchten wir die langen Reihen, sowie die neuesten Messergebnisse aus dem Turtmanntal präsentieren.

Literatur Nyenhuis, M. (2006). Permafrost und Sedimenthaushalt in einem alpine Geosystem. Bonner Geographische Abhand­ lungen 116: 142. Roer, I. (2007). Rockglacier kinematics in a high mountain geosystem. Bonner Geographische Abhandlungen 117: 217.

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Active layer development in five permafrost boreholes in Canton Valais Evelyn Zenklusen Mutter, Marcia Phillips WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Flüealstrasse 11, 7260 Davos Dorf, [email protected] Keywords: Active layer thickness, Alpine permafrost, borehole temperatures, ice-bearing layers, active layer deepening, taliks

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The active layer is the topmost part of permafrost which undergoes thawing in summer and complete refreezing in winter. Its thickness is defined thermally as being the maximum seasonal depth of penetration of the 0 °C isotherm into the ground (Burn 1998). In the Swiss Alps active layer ­thicknesses typically range from 0.5 m to 8 m depth depending on the site characteristics ­(PERMOS 2010). Due to its influence on slope and infrastructure stability the active layer plays a crucial role in mountainous terrain. The size and extent of natural hazards triggered in permafrost regions is to a large extent dependent on the volume of material available in the active layer. This study compares the thermal properties of active layers at five different sites in Canton Valais. Whereas the active layer thickness remains relatively constant over the years at one site, larger interannual variations occur at three others and the active layer has been completely destroyed at another. The mean active layer thickness ranges from about 2 m to more than 5 m. Ground temperatures either measured or interpolated at a predefined characteristic depth (Zenklusen Mutter and Phillips, accepted) are used to analyse and compare the different thermal stages during the annual development of the active layer at the sites. Furthermore the daily relation between air ­temperature and active layer development is investigated. The results reveal that ice-bearing layers within the ground can often prevent or at least delay further active layer deepening. However, ­lateral thermal disturbances due to naturally or artificially induced water or air flows can induce ­rapid active layer deepening, degradation or even talik formation.

Literature Burn, CR. (1998). Short Communication: The Active Layer: Two Contrasting Definitions. Permafrost and Periglacial Processes 9: 411–416. PERMOS (2010). Permafrost in Switzerland 2006/2007 and 2007/2008. In J. Noetzli, D. Vonder Muehll (eds), Glaciological Report Permafrost No. 8/9 of the Cryospheric Commission of the Swiss Academy of Sciences (pp. 19–20). Langnau am Albis, Switzerland : Ebnöther Joos AG print and publishing. Zenklusen Mutter, E.; Phillips, M. (accepted). Active layer development in ten boreholes in Alpine permafrost terrain. Permafrost and Periglacial Processes (accepted).

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Year-round changes on snow cover on the east and north faces of Matterhorn Bergamaschi Stefano1, Delaloye Reynald1 1 Department of Geosciences, Geography, Universtiy of Fribourg, Ch. du Musée 4, CH-1700 Fribourg, [email protected] Keywords: snow cover, ice aggradation, snow-ice transition, solar radiation, Matterhorn

Fig. 1: Thermal image of Matterhorn recorded the 22. 5. 2010, h 12:00. Differencing between the east face where melting seems to occur and north face completely under 0° are observable.

Fig. 2: Solar radiation calculated the 29th June 2010 between 11:00 and 12:00 on the East (left) and on the North (right) face of the Matterhorn.

Fig. 3: Examples of snow cover changes on the Matterhorn between winter (left) and summer (right). Strongest and controversial differences are observable on the upper part of the north face between winter (bare rock) and summer (important snow layer) and on the east/lower north parts, showing a well defined opposite situation depending on the season.

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During the last century many ice carapaces adhering on steep slopes at high altitude in the Alps have partly or even complete disappeared. Between two phases of significant ice losses during the 1940s and since the end of the 1980s the ice coverage on steep slopes has nevertheless tended to slightly increase (Delaloye 2008). The process of snow-ice transition and the consequent ice aggradation on steep slope is obviously different from the firnification process occurring on glacier and remain nowadays not completely understood. Indeed it is assumed that: – process of melt-water refreezing by snow cover is the main cause of ice formation – spring and fall represents the most favorable seasons for ice formation due to the high frequency of melting/freezing phases. – considering that snow accumulation on rock walls during winter is difficult to obtain because of extreme cold temperatures, climatic factors controlling the evolution of ice cover on steep slope differencing from glaciers. Being an isolated peak, on the Matterhorn (Mattertal, Valais) during all the yearlong is possible to observe the changing in snow cover both on the east and north faces, where, depending on the orientation, solar radiation plays a dominant role during different periods of the year. In order to detect the where and when melting freezing process occur, systematic remote measurements of the surface temperature of Matterhorn are taken for 24 hours (interval of 4 hours) with clear sky once a month for all the yearlong (2010) thanks to a thermal camera (mod. FLUKE TiR) (Fig.1). Values obtained by those “in-situ” measurements permits to define the differences in space (east and north face at different altitudes) and time (diurnal/nocturnal and seasonal) of surface temperatures and compare such values with the air temperature recorded at the Solvayhütte located at 4003 m asl on the Hornliridge. (CLIMAP) Moreover, other parameters influencing the snow cover on the two faces are taken in consideration as the inclination, the morphological features of the mountain (surface relief) and especially the direct solar radiation, calculated on both faces for all the yearlong with the Solar Analyst Software (ArgGis 9.1.3) (Fig. 2). Concentrating on the periods where snow accumulation followed by melting process occurs, permit to clarify the interconnection of the most influencing parameters causing the phenomena of snow ice transition and seasonal snow cover changes on Alpine’s slope and to explain the different and sometimes contradictory aspects that the Matterhorn reveals during different seasons (Fig.3). Literature Delaloye, R. 2008. “Parois glacier…parois rocheuses: l’évolution séculaire des grandes faces alpines”. Klimaveränderungen auf der Spur. Jahrestagung der Schweizerischen Geomorphologischen SGmG, Samedan 2007, pp. 93–104.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Dynamiques glaciaires et périglaciaires contemporaines dans les petites marges proglaciaires alpines Bosson Jean-Baptiste1, Lambiel Christophe1 Institut de Géographie, Université de Lausanne, Anthropole, Quartier Dorigny, CH-1015 Lausanne, [email protected], [email protected]

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Keywords: Marge proglaciaire, permafrost, intéraction permafrost-glaciers, crise morphogénétique

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Les marges proglaciaires alpines de haute montagne, situées dans les étages morphodynamiques périglaciaire et glaciaire (au dessus de l’isohypse 2 °C), connaissent actuellement une forte activité géomorphologique. Si la cryogenèse est parfois limitée voire interompue et si le volume de glace diminue, l’enterrement de la glace sous une couverture détritique est fréquente (voir par exemple Ackert 1998 ou Bosson 2010), ralentissant ainsi l’ablation. Dans ce prolongement, un continuum de formes aux dynamiques complexes (du glacier au glacier rocheux, en passant par le debris covered glacier) existe dans ces environnements (Brazier et al. 1998). La répartition du permafrost dans les marges proglaciaires alpines résulte des perturbations ­thermiques et dynamiques du terrain engendrées par l’avancée glaciaire du Petit Age Glaciaire (Delaloye 2004). Des permafrosts anciens sont parfois recouverts et/ou déplacés (Monnier 2007). L’aggradation récente du permafrost dans ces environnements paraît moins fréquente. Toutefois, le développement exceptionnellement rapide de formes périglaciaires dans le cratère du Mont Saint Helens (Haugerund et al. 2004) témoigne du potentiel de formation de néopermafrost dans les ­accumulations sédimentaires récement exposées aux conditions atmosphériques. Ce poster présente un projet de thèse débuté en octobre 2010 à l’Université de Lausanne. Cette recherche se propose d’étudier les dynamiques glaciaires et périglaciaires actuelles dans les ­petites marges proglaciaires d’altitude en tentant de répondre aux questions suivantes: – Comment se répartissent les différents types de la glace présents dans ces marges proglaciaires? Quelles en sont les sont les caractéristiques (épaisseur, origine)? – Quelles sont les caractéristiques thermiques du sol? Les conditions topo-climatiques actuelles permettent-elles le maintien ou la formation de permafrost dans les zones récemment déglacées? – Quelle est la rhéologie des matériaux non consolidés présents dans ces marges proglaci-aires  (rythme d’évolution des parties de glace enterrée, vitesses de fluage des sédiments gelés, etc.)? La réponse à ces questions passera par l’acquisition de nombreuses données de terrain (tomographie électrique, monitoring thermique de la surface du terrain à haute résolution spatiale, DGPS, lidar terrestre, etc.). Deux sites d’études principaux seront investigués: Tsarmine (Alpes pénniques, Arolla – VS) et le complexe de Pierrre Ronde – Les Rognes (massif du Mt-Blanc, Saint-Gervais, France). Références Ackert, R.P. Jr. (1998). A Rock Glacier/Debris-covered Glacier System at Galena Creek, Absaroka Mountaims, Wyoming. Geogr. Ann., 80 A (3–4): 267–276. Bosson, J.-B. (2010). Contribution à l’étude du patrimoine géomorphologique de la Réserve Naturelle des ContaminesMontjoie et démarche de géovalorisation. Mémoire de master. Institut de Géographie, Université de Lausanne. Brazier, V.; Kirkbride, M.P.; Owens, I.F. (1998). The relationship between climat and rock glacier distribution in the Ben Ohau Range, New Zealand. Geogr. Ann., 80 A (3-4): 193–207. Delaloye, R. (2004). Contribution à l’étude du pergélisol de montagne en zone marginale. GeoFocus vol. 10, Thèse, Département de Géosciences – Géographie, Université de Fribourg. Haugerund, R.; Harding, D.; Queija, V.; Mark, L. (2004). Elevation change at Mt St Helens, September 2003 to October 4–5, 2004. USGS – NASA. Disponible sur: http://vulcan.wr.usgs.gov/Volcanoes/MSH/Eruption04/LIDAR/framework.html Monnier S. (2007). Du glacier au glacier rocheux, depuis la fin du Petit Âge Glaciaire, au pied du Mont Thabor (Alpes du Nord, France). Quaternaire, 18 (3): 283–294.

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Modélisation à l’aide du machine learning de la répartition du pergélisol alpin dans les formations superficielles Nicola Deluigi1, Christophe Lambiel1, Mikhaïl Kanevski2 1 Institut de Géographie, Université de Lausanne, Anthropole, Quartier Dorigny, CH-1015 Lausanne, [email protected], [email protected] 2 Institut de géomatique et d’analyse du risque, Université de Lausanne, Amphipôle, Quartier UNIL Sorge, CH-1015 Lausanne, [email protected] Keywords: permafrost, modelisation, machine learning, chimney effect, regional scale

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La plupart des modèles de distribution spatiale du pergélisol alpin existants montrent généralement une corrélation entre l’occurrence de pergélisol et l’augmentation de l’altitude (Keller et Hoelzle 1996; modèle de l’OFEV). Ce constat s’avère valide à l’échelle régionale. Cependant, à une échelle géographique plus locale, ils ne permettent pas de refléter la très forte discontinuité spatiale du pergélisol de montagne, comme par exemple le fait que le pergélisol soit généralement présent uniquement dans la moitié inférieure d’un éboulis (Lambiel et Pieracci 2008). Cette recherche se propose d’établir un nouveau modèle empirico-statistique de la répartition du pergélisol dans les formations superficielles (éboulis, glaciers rocheux, dépôts morainiques), en tenant compte des dernières connaissances acquises sur le terrain. L’objectif est d’établir un modèle qui soit le plus fiable possible à l’échelle locale. La modélisation a été établie à partir de variables caractérisant la région Mont Fort – Mont Gelé (Verbier-Nendaz, VS) et testée sur la feuille 1: 25 000 Rosablanche. Les variables utilisées sont ­l’altitude, la température moyenne annuelle de l’air, la radiation solaire directe, l’exposition, les glaciers, les marges proglaciaires, les glaciers rocheux, les éboulis ou encore les surfaces végétales. Ces dernières ont été tirées de manipulations du MNT25 et de la couche de surfaces primaires de Swisstopo. Le jeu de données a été complété par des mesures empiriques récoltées au cours des dernières années par l’Institut de Géographie de l’Université de Lausanne (IGUL). La modélisation a été effectuée en utilisant des séparateurs à vaste marge (Support Vector Machines – SVM) ­(Kanevski et al. 2009). Cette méthode se base sur un ensemble de techniques d’apprentissage supervisé, permettant de résoudre des problèmes de discrimination non-linéaire. La limite inférieure de la ceinture du pergélisol pour les formations superficielles et pour les parois rocheuses ont été ajoutées au modèle dans un deuxième temps.

Références Kanevski, M.; Pozdnoukhov, A.; Timonin, V. (2009). Machine Learning for Spatial Environmentla Data. EPFL Press, Lausanne. Keller, F.; Hoelzle, M. (1996). PERMAKART und PERMAMAP. In: Haeberli, W.; Hoelzle, M.; Dousse, J.-P.; Ehrler, C.; Gardaz, J.-M.; Imhof, M.; Keller, F.; Kunz, P.; Lugon, R.; Reynard, E. (1996). Simulation der Permafrostverbreitung in den Alpen mit geographischen Informationssystemen. Arbeitsbericht NFP 31, Zürich, Hochschulverlag AG an der ETHZ, 35–46. Lambiel, C.; Pieracci, K. (2008). Permafrost distribution in talus slopes located within the alpine periglacial belt (Swiss Alps). Permafrost and Periglacial Processes, 19: 293–304. Office fédéral de l’environnement (2005). Carte de l’extension potentielle du pergélisol en Suisse.

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Understanding the role of freezing in rock damage under natural conditions Lucas Girard1, Stephan Gruber1, Samuel Weber1, David Amitrano2 Glaciology, Geomorphodynamics & Geochronology, Dep. Of Geography, University of Zürich, [email protected], [email protected] 2 Institut des Sciences de la Terre, CNRS – Université Joseph Fourier, Grenoble, France, [email protected]

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Keywords: rock mechanics, micro-seismicity, cryo-deformation, frost weathering, rock fall ­pre-conditioning

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The formation of ice within rock is an important driver of near-surface frost weathering and rock damage at the depth of several meters (Murton et al. 2006), and in steep terrain, this process may be crucial for the slow preconditioning of rock fall from warming permafrost areas (Gruber and Haeberli 2007). However, the transfer of corresponding theoretical insight and laboratory evidence to natural conditions characterized by strong spatial and temporal heterogeneity is nontrivial. To prepare corresponding characterization of rock fracture in natural conditions, we investigate the seismic activity induced by natural thermal cycling and freeze/thaw in a high altitude rock face. We present results from a 4-day experiment carried out at Jungfraujoch (Berner Oberland, 3500 m a.s.l.) that attest the feasibility of such measurements. The seismic activity measured shows ­scaling properties, a characteristic feature of rock fracturing dynamics. The connections between the temporal evolution of the seismic activity, the rock temperature and the availability of liquid water gives insights on the role of freezing in rock damage. We finally present the setup of continuous monitoring site (seismic activity, rock temperature and liquid water content) that aims at providing an in-depth characterization of rock damage in high ­alpine rock walls.

References Murton, J.B.; Peterson, R.; Ozouf, J.C. (2006). Bedrock fracture by ice segregation in cold regions, Science, 314 (5802), 1127–1129. Gruber, S.; Haeberli, W. (2007). Permafrost in steep bedrock slopes and its temperature- related destabilization following climate change. Journal of Geophysical Research-Earth Surface, 112 (F2), 10.

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Denudation rates down the Matter-Valley – a cosmogenic nuclide approach Florian Kober1, Kristina Hippe2, Bernhard Salcher1, Susan Ivy-Ochs3, Peter W. Kubik3, Lukas Wacker3 Institute of Geology, ETH Zürich, CH-8092 Zürich, [email protected] 2 Institute of Geochemistry and Petrology, ETH Zürich, CH-8092 Zürich 3 Institute of Ion Beam Physics, ETH Zürich, CH-8093 Zürich

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Keywords: denudation rates, cosmogenic nuclides, perturbation, Mattertal

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We have tested the downstream evolution of denudation rates from cosmogenic nuclides (10Be, 14 C) in the Matter and Saas Valleys. Both valleys are dominated by typical para-to periglacial landforms and processes that are modified by frequent landslides, rock falls and repeated debris flow events. While it is known that sediment released from glacial forefields and in transient environments can have a variable, even high, impact on cosmogenic nuclide derived catchment wide denudation rates, little is also known about downstream mixing of sediment and potential incorporation of landslide and debris flow derived material from tributary catchments. In the Matter Valley preliminary results of nuclide concentrations show an increase downstream, with concomitant decrease in catchment wide denudation rates. This is modulated by the hypsometrically controlled production rate of cosmogenic nuclides and the corrections applied to topographic and snow shielding. 10Be denudation rates of ~1 mm/yr in the headwater near Täsch are lowered by 20 % down the course of the Matter, indicating some admixing of sediment that had longer residence times on hillslopes (or records lower denudation rates). This affect is currently ­being explored with cosmogenic 14C, that yields preliminarily much higher denudation rates by a factor of 3–4. However, the 10Be denudation rates in the lower river course that integrate over the last ~600 yrs are in perfect agreement with sediment yield denudation rates near Visp of 0.8 mm/yr (integrating over a few decades) (Schlunegger and Hinderer 2003). This suggests long term steady denudation rates for the last century and is one of the rather rare cases where these two denudation rate measures match. Similar, in an effort to predict alpine scale denudation rates via drainage density measures, the Matter (and also Saas Valley) rates are within uncertainties in the predicted range of 1–1.2 mm/yr. However, for the sampling year of 2010, no major debris flow or rock fall deposits entering the modern stream were recorded and are also not detected in the nuclide inventory. If such events would have occurred they would readily perturb the cosmogenic signal (see Kober et al. abstract Haslital).

Literature Schlunegger, F.; Hinderer, M. (2003). Pleistocene/Holocene climate change, re-establishment of fluvial drainage network and increase in relief in the Swiss Alps. Terra Nova 15: 88–95.

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Permanent GPS monitoring of slope instabilities: case study at Dirru rockglacier, Mattertal Philippe Limpach Geodäsie und Geodynamik Labor, Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, ETH Zürich, 8093 Zürich, [email protected] Keywords: permanent GPS monitoring, slope instability, surface motion, velocity variations

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The Geodesy and Geodynamics Lab of ETH Zurich is operating a test network for GPS monitoring on Dirru rockglacier in the Mattertal since June 2009. The goal of the test network is to investigate the potential of low-cost GPS receivers for a precise monitoring of slope instabilities in mountain areas. The test network consists of three permanent GPS stations: a reference station placed within a ­stable area and two stations on the rockglacier. The GPS data processing is based on differential carrier phase techniques. Daily station coordinates as well as kinematic coordinates with sampling intervals of 30 s are computed at cm-level accuracy. The time series of 2 years of GPS data shows the capability of the low-cost system to reliably observe station velocities in the order of 1.0 to 2.5 cm/day. It also allowed to detect seasonal velocity variations in the order of 0.5 cm/day, as well as inter-annual variations of the velocity pattern. Investigations are in progress to assess the correlation between the observed surface velocities and meteorological influences. By providing continuous observations of surface motion, the GPS-based permanent monitoring can help to strengthen the understanding of processes linked to permafrost-related slope instabilities. In addition, it is a powerful tool to enhance monitoring and early-warning systems, in order to improve the prevention and mitigation of impacts of natural hazards on infrastructure and human life, and to support local decision-making processes. The results of the test network are used as a feasibility study for X-Sense, a project for monitoring alpine mass movements at multiple scales. X-Sense is an interdisciplinary project regrouping computer engineering, geodesy, remote sensing and geography. In the course of the X-Sense project, the test network is being augmented with improved GPS stations since winter 2010/2011.

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Monitoraggio DGPS di 11 rock glaciers nelle Alpi meridionali svizzere (periodo 2009–2011) Stefano Mari1, Cristian Scapozza2, Reynald Delaloye1, Christophe Lambiel2, Giulia Ramelli2, Damien Abbet1, Ruggero Mari 1 Department of geosciences, Geography, University of Fribourg, Switzerland 2 Institute of geography, University of Lausanne, Switzerland Keywords: rock glacier dynamics, permafrost, DGPS monitoring, Swiss Alps

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Nelle Alpi meridionali svizzere solo pochissimi studi sulla dinamica dei rock glaciers sono stati ­svolti finora. Le conoscenze in questo campo per questo particolare contesto morfoclimatico sono quindi ancora limitate. Lo scopo di questo studio è quello di approfondire la conoscenza della ­dinamica del permafrost al Sud delle Alpi studiando i movimenti stagionali e annuali di alcuni rock glaciers a lungo termine, anche per verificare l’attendibilità degli spostamenti InSAR rilevati in ­precedenza (vedi Mari et al. 2011) e, non da ultimo, per un confronto tra differenti rock glaciers ­appartenenti a varie regioni del Sud delle Alpi. Per questo lavoro sono stati scelti 11 siti ripartiti in maniera relativamente uniforme nel Ticino settentrionale e nella regione del San Gottardo. Questi rock glaciers occupano dei versanti di differente orientazione e sono situati ad altitudini comprese tra 2200 e 2600 m. La scelta dei siti è stata definita in base a criteri di facile accessibilità e sulla base dell’analisi di immagini di interferometria radar da satellite (InSAR) (vedi Mari et al. 2011). I primi risultati del monitoraggio svolto con l’ausilio del GPS differenziale (DGPS) mostrano che tutti i rock glaciers studiati sono attivi. A livello qualitativo, i risultati ottenuti con il DGPS riflettono quindi quelli ottenuti tramite InSAR. A livello quantitativo, invece, le basse velocità in gioco per alcuni rock glaciers rendono l’errore dello strumento troppo importante per rilevamenti a corto termine (fino a 6 mesi), ciò che non permette al momento di proporre delle analisi più approfondite sul comportamento di questi rock glaciers. Nonostante ciò, i dati raccolti fino a ora permettono di esporre alcune considerazioni preliminari: 1) dove è stato possibile misurare 2 volte l’anno, le velocità estive di rock glaciers sembrano essere generalmente superiori a quelle invernali, 2) i rock glaciers di Prosa Nord (regione del San Gottardo) e di Stabbio di Largario (Valle di Blenio) mostrano una dinamicità decisamente maggiore, con valori di spostamento medi di 30–50 cm/anno. Sarà importante in ­futuro continuare questo monitoraggio a lungo termine alfine di poter confrontare, da una parte, i differenti siti tra loro, d’altra parte, il Sud delle Alpi con altre regioni dell’arco alpino sottomesse a condizioni climatiche differenti.

Referenze Mari, S.; Delaloye, R.; Scapozza, C.; Strozzi, T. (2011). Inventario dei movimenti di terreno per analisi dei segnali InSAR nelle Alpi meridionali svizzere (periodo 1994–2007). In: Lambiel, C.; Reynard, E.; Scapozza, C. (éds.), La géomorphologie alpine: entre patrimoine et contrainte. Actes du colloque de la Société Suisse de Géomorphologie, 3–5 septembre 2009, Olivone (pp. 145–159). Lausanne: Institut de géographie, Université de Lausanne, Géovisions n° 36.

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Permafrost-related instabilities in a scree slope equipped with snow nets: Wisse Schijen, Randa Marcia Phillips WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Flüelastrasse 11, 7260 Davos Dorf, [email protected] Keywords: Permafrost, borehole temperatures, active layer, slope deformation, snow nets

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Wisse Schijen is a 40° steep avalanche starting zone at 3010–3140 m ASL above Randa in the Mattertal (Valais, Switzerland). It is a blocky scree slope underlain by ice-rich sediments and bedrock in a zone of subsidence. Eight rows of snow nets were built for avalanche defence in 1990/1991. Permafrost monitoring was started in 1999 to investigate the effects of the ice-bearing, unstable ground on the structures. Three 5 m boreholes equipped with inclinometer tubing were instrumented with UTL-1 temperature loggers for hourly temperature measurements. Borehole inclinometer measurements were carried out yearly until strong deformations hindered the measurements in 2007. Two new 12 m boreholes were drilled and instrumented in 2008. 40 anchor heads of the snow nets and the lids of the boreholes are surveyed yearly using a Wild TC 1610 theodolite. Active layer depth is 1.7–2.0 m and the active layer is located within the scree. Mean annual ground temperatures in the permafrost range between -0.5 and -1.5 °C, ideal thermal conditions for the creep of icy sediments. Slope deformation occurs to a depth of 8 m within the bedrock, with the strongest deformations occuring in the unconsolidated material in the topmost 3 m. Mean annual creep rates of the surveyed points vary between 3 and 11 cm y -1 with maxima of over 25 cm in summer 2003. The inclinometer borehole measurements register near-surface creep of up to 7 cm y -1. Particularly high creep rates were registered during summer heatwaves and following snow-rich winters. Whereas the duration of the active layer in summer does not appear to influence creep rates, snow melt infiltration and the number of thawing degree-days registered in the course of the summer are of particular significance. The combination of high creep rates, differential creep, settlement and sporadic rock fall causes considerable damage to the snow nets, several of which had to be repaired and equipped with ­specially adapted floating foundations in 2008 after a service-life of only 17 years (Phillips and ­Margreth 2008).

Literature Phillips, M.; Margreth, S. (2008). Effects of ground temperature and slope deformation on the service life of snowsupporting structures in mountain permafrost: Wisse Schijen, Randa, Swiss Alps. Proceedings 9th International Conference on permafrost, vol. 2, 1417–1422. Eds. D.L. Kane, K.M. Hinkel. Institute of Northern Engineering. University of Alaska Fairbanks.

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Structure interne et dynamique de fluage de l’éboulis “à galets” de Tsaté-Moiry (VS) Cristian Scapozza, Christophe Lambiel, Nicola Deluigi, Laura Bernasconi Institut de géographie, Université de Lausanne, Anthropole – Dorigny, 1015 Lausanne, Suisse nom.pré[email protected] Keywords: pebbly talus slope, rock glacier, permafrost, solifluction, Electrical Resistivity Tomography (ERT), Swiss Alps

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Le versant d’éboulis au nord-est de la Pointe du Tsaté (Val d’Anniviers, Valais), situé entre 2680 et 2900 m d’altitude, constitue un exemple typique d’éboulis “à galets” (pebbly talus slope) de la zone périglaciaire alpine. Ce site présente à la fois des formes de fluage superficielles, dues à la solifluxion, et plus profondes, dues à reptation du pergélisol, comme en témoignent les deux glaciers rocheux situés dans la partie occidentale du versant (Lambiel 2011). La lithologie du site, composée de calcschistes et de serpentinites de la Nappe du Tsaté, détermine de manière importante les caractéristiques morphologiques et la dynamique de fluage des différentes formes qui ­composent le versant. Les matériaux de surface constitués par des cailloux et graviers dans une matrice très fine permettent en effet de stocker d’importantes quantités d’eau. Cette étude s’est concentrée dans la partie orientale et centrale du versant, constituée par un éboulis soliflué et par le glacier rocheux de Tsaté-Moiry 2. Les tomographies des résistivités électriques (ERT) et les températures de la surface du sol ont permis de déterminer la structure et la répartition du pergélisol dans le versant et de proposer des considérations sur le rôle de l’eau ­liquide dans le fluage des formes et dans la formation et la préservation du pergélisol. Ces données montrent que, en raison de la lithologie particulière du site qui influence de manière très ­importante la taille des éléments constituant l’éboulis, les valeurs de résistivité normalement ­utilisées pour définir la répartition du pergélisol dans les éboulis “à blocs” (bouldery talus slope) ne sont pas valables ici. Ces éboulis “à galets”, en raison de leur granulométrie, sont donc soumis à des conditions rhéologiques et d’évolution (formation, saturation, déformation) du pergélisol très particulières.

Références Lambiel, C. (2011). Le glacier rocheux déstabilisé de Tsaté-Moiry (VS): caractéristiques morphologiques et vitesses de déplacement. In: Lambiel, C.; Reynard, E.; Scapozza, C. (éds.) La géomorphologie alpine: entre patrimoine et contrainte. Actes du colloque de la Société Suisse de Géomorphologie, 3–5 septembre 2009, Olivone (pp. 211–224). Lausanne: Institut de géographie, Université de Lausanne, Géovisions n° 36.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Characteristics of different mountain cryosphere-related debris slope movements Vanessa Wirz, Stephan Gruber Geographsches Insitut, Universität Zürich, Winterthurerstr. 190, 8057 Zürich, [email protected] Keywords: permafrost, slope movement phenomena, temporal and spatial velocity fluctuations

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Knowledge about processes and factors affecting slope instabilities is essential, for detecting and monitoring of potentially hazardous slopes. Most scientific studies concentrate on specific and known types of mass movement (e.g. rock glacier creep), but there is ample evidence of fast changes, especially with respect to movement in permafrost, and associated new phenomena. Thus, the aim of this study is to detect, characterize and understand differing slope movements in alpine environments, trying to undestand the broader range of phenomena and processes. To achieve this, the measurement methods differential GPS (Global Positioning System), with a high temporal, and interferomertric synthetic aperture radar (InSAR), with a high spatial coverage, will be applied. This PhD is part of X-Sense, a joint technology project between different research groups ­(geodesy, computer engineering, remote sensing and geography). The study site (Matter valley, Switzerland) includes exceptionally fast rock glaciers as well as various slopes where clear ­evidence for movement, e.g open fractures, exist. The underlying mechanisms causing such movements however require further research. The objective of this presentation is a) to give an overview of various phenomena of slope movements observed, b) to explain the research strategies to analyze their spatial patterns and temporal (seasonal and intra-annual) velocity-fluctuations and c) to formulate hypotheses on the influencing factors.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Soil Organic matter – a “normal” sediment?

Nikolaus J. Kuhn University of Basel, Geography, Environmental Sciences, Basel, Switzerland, [email protected] Keywords: soil erosion, organic Carbon, climate change, spatial data, catchments, geomorphology

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The effects of lateral movement of organic Carbon (OC) by soil erosion through terrestrial into aquatic ecosystems on global biogeochemical cycles, and thus climate change, is subject to a ­controversial debate. A key issue for geomorphic research is the lack of spatial data and models to simulate the transfer of OC from hillslopes to waterways. Comparison of soil and rill sediment properties in the Spangerbach catchment in the Eifel region of Germany illustrates that erosion models have to capture the soil and sediment properties which determine resistance to erosion, transport and deposition of particles varying in size, density, shape and OC content. We argue that settling velocity of soil and sediment particles offers a direct physical connection between soil or sediment and its susceptibility to erosion and should thus be developed into an erodibility parameter. Texture, OC and nutrient content of varying classes of ­particles with similar settling velocity can be determined easily and thus added to settling velocity specific erosion models. Key contributions of Geomorphology to the integration of settling velocity as a particle specific erodibility parameter are i) the development of relationships which relate flow hydraulics to the effects of particle density and shape to their resistance to entrainment, transport and deposition; ii) the identification of a limited number of settling velocity classes that represent the full range of sediment properties relevant for transport, deposition and sediment properties such as OC; iii) the development of parameters describing the changes of sediment settling velocities while transported through a catchment; iv) the spatially distributed simulation of concentrated flow hydraulics across landscapes to model erosion and selective deposition; and v) tracking changes of OC content in the soil profile by simulating a 3-dimensional spatial soil domain.

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Mattertal – ein Tal in Bewegung

Slope instabilities detection and monitoring with InSAR in the Valais Alps Chloé Barboux1, Reynald Delaloye1, Christophe Lambiel2, Tazio Strozzi3, Claude Collet1, Hugo Raetzo4 1 Department of Geosciences, Geography, University of Fribourg, Ch. du Musée 4, CH-1700 Fribourg, {name.surmame}@unifr.ch 2 Institute of Geography, University of Lausanne, [email protected] 3 Gamma Remote Sensing, Worbstrasse 225, CH-3073 Gümligen, Switzerland, [email protected] 4 Federal Office for the Environment, Worblentalstrasse 68, CH-3063 Ittigen, Switzerland, [email protected] Keywords: InSAR, rock glaciers, landslides, permafrost creep, monitoring, risk management

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Jahrestagung SGmG, 2011

InSAR (space-borne Synthetic Aperture Radar interferometry) has revealed to be a useful tool for a large-scale survey of permafrost creep as it contributes to provide a regional overview of surface displacement at mm to cm resolution over alpine areas, where dense vegetation is no longer ­present. The capability of InSAR for detecting and inventorying both location and magnitude of slope instabilities in a mountain periglacial environment has been successfully tested in the Swiss Alps (Lambiel et al. 2008, Delaloye et al. 2007). Such results contribute to the finer assessment of the ongoing sediment transfer in the catchments of many alpine torrents and can be seen also as a useful tool for early natural hazard management and process understanding of slope movement in permafrost areas. The present contribution first intends to overview the use of InSAR to detect and monitor slope ­instabilities in the Valais Alps. Since 2005 large inventories containing a total amount of more than 2000 moving objects (rock glaciers, landslides) have been elaborated using a large set of InSAR data (ERS 1–2 and JERS data archive from 1991 to 2000) (Delaloye et al. 2006, 2008, 2010). ­Velocities of the detected landforms range from a few centimetres to several meters per year. In ­particular, fast moving slopes were detected thanks to 1 day and 3 days repeat cycle of ERS-1/2. This regional study allowed identifying 11 rock glaciers in the Valais Alps, 5 of which are located on the Mattertal region, moving at an unusual rate of 1 cm/day or more (Delaloye et al. 2008). Then, the analysis of available data provided by the ERS-1/2, ENVISAT ASAR, JERS, ALOS PALSAR and TerraSAR-X satellites has permitted for the last years the systematic detection of mass wasting in the periglacial belt of various regions of the Swiss Alps. InSAR data have been verified on different selected sites with known phenomena. Finally, in the context of climate change and in view of natural hazard risk management there is a great need to investigate automated methods to detect and monitor slope instabilities at both local and regional scales. InSAR appears to be the method of choice for this kind of large-scale survey. In this perspective future projects will be presented.

Literature Delaloye, R.; Lambiel, C.; Lugon, R.; Raetzo, H.; Strozzi, T. (2006). ERS InSAR for detecting slope movement in a periglacial mountain environment (western Valais Alps, Switzerland). High Mountain Proceedings of the 9th International Symposium on High Mountain Remote Sensing Cartography (HMRSC-IX), Graz, Austria, 14–15 Sept. 2006 Delaloye, R.; Lambiel, C.; Lugon, R.; Raetzo, H.; Strozzi, T. (2007). Typical ERS InSAR signature of slope movements in a periglacial mountain environment (Swiss Alps). Proceedings of the Envisat Symposium, Montreux, Switzerland, 23–27 April 2007. Delaloye, R.; Strozzi, T.; Lambiel, C.; Perruchoud, E.; Raetzo, H. (2008). Landslide-like development of rockglaciers detected with ERS-1/2 SAR interferometry. Proceedings of the FRINGE 2007 Workshop, Frascati, Italy, 26–30 November 2007 (ESA SP-649, February 2008) Delaloye, R.; Strozzi, T.; Lambiel, C.; Barboux, C.; Mari, S.; Stocker, A.; Techel, F.; Raetzo, H. (2010). The contribution of InSAR Data to the early detection of potentially hazardous active rock glaciers in mountain areas. Proceedings ESA Living Planet Symposium 2010, Bergen, Norway (ESA SP-686) Lambiel, C.; Delaloye, R.; Strozzi, T.; Lugon, R.; Raetzo, H. (2008). ERS InSAR for Assessing Rock Glacier Activity. Proceedings of the 9th International Conference on Permafrost, Fairbanks, Alaska, USA, June 29–July 3, 2008

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Murgang-Alarmsysteme im Bleniotal

Fabiana Gianora1, Dario Somaini1, Roberto Gardenghi2, Alexandre Badoux3, Christoph Graf3 1 Gianora e Associati, studio d’ingegneria SA, Via Parallela 15, 6710 Biasca, [email protected] 2 New Celio Electronics GmbH, Centro BlenioArt, 6715 Dongio, [email protected] 3 Eidg. Forschungsanstalt WSL, Zürcherstrasse 111, 8903 Birmensdorf, {vorname.name}@wsl.ch Keywords: Murgang, Alarmsystem, Monitoring, Organisatorische Massnahmen

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Der Bundesrat will die Warnung und Alarmierung bei Naturgefahren optimieren. Er hat im Mai 2007 einem entsprechenden Massnahmenpaket des Bundesamtes für Bevölkerungsschutz BABS zuge­ stimmt. Dabei geht es insbesondere um personelle Verstärkungen bei betroffenen Fachstellen, die Schaffung eines nationalen Melde- und Lagezentrums, die Notstromversorgung für die Alarmierungssysteme, Verbesserungen bei den Vorhersagemodellen, den Aufbau einer Informations­ plattform über Naturgefahren sowie die Verbesserung der Information der Bevölkerung. Neben ­baulichen Massnahmen werden demnach auch organisatorische Lösungen ins Auge gefasst. Im Bleniotal zwischen Biasca und Olivone sind die beiden Wildbäche Crenn und Dö bekannt für ihre “buzze”. So wird im lokalen Dialekt bei einer Naturkatastrophe das Hochwasserereignis genannt. Derartige Ereignisse gefährden in erster Linie die Kantonsstrasse zwischen Lottigna und Torre. In den letzten Jahrzehnten führte dies mehrmals zu Sachschäden, bisher sind aber glück­ licherweise keine Personenschäden zu verzeichnen. Für beide Gerinne, welche kurz nach der Querung der Kantonsstrasse zusammen fliessen, wurde je ein Detektionssystem evaluiert und im Rahmen eines gesamten Schutzkonzepts ein Alarm­ system projektiert. Es sieht vor, den gefährdeten Strassenabschnitt im Ereignisfall zu sperren und eine lokale Umleitung des Strassenverkehrs in Comprovasco, resp. Aquila zu aktivieren. Das System erkennt Murgänge selbstständig und aktiviert im Ereignisfall automatisch die entsprechenden Signale. Um eine zuverlässige Detektion des Ereignisses zu ermöglichen und möglichst wenige Fehlalarme auszulösen, wurde ein redundantes System bestehend aus 2 Geophonsensoren mit einem ­gekoppelten Niederschlagsmesser entwickelt. Die Kosten für die gesamte Anlage beläuft sich bei einer Betriebsdauer von 10 Jahren auf ca. 1/3 der Kosten für bauliche Massnahmen. Weiter der­artige Anlagen sind für weitere Wildbäche im Bleniotal in Planung, so etwa für den Torrente ­Riascio in der Gemeinde Blenio südlich von Olivone. Am Riale Vallone nördlich von Biasca, wo ­bereits massive bauliche Massnahmen realisiert worden sind, entsteht ein ähnliches System ohne ­Warneinrichtungen, welches dem Monitoring des Gerinnes und dem Auslenkbauwerk dient.

Literatur 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: 517–539. Graf, C.; Badoux, A.; McArdell, B.W., (2009) Alarmsystem Illgraben – Erfahrungen während der Pilotbetriebsphase. Wasser Energ. Luft 101, 2: 101–107. Graf, C.; Badoux, A.; Dufour, F.; Fritschi, B.; McArdell, B.W.; Rhyner, J.; Kuntner, R.; Teysseire, P.; Nigg, U., (2007) Alarmsystem für murgangfähige Wildbäche – Beispiel Illgraben. Wasser Energ. Luft 99, 2: 119–128. Progetto definitivo “Sistema d’allarme riali Crenn e Dö per la messa in sicurezza della strada cantonale Lottigna – Torre”, marzo 2011, Consorzio Arginatura “Alta Blenio”.

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Geschiebetransport in Gebirgsflüssen und Wildbächen

Dieter Rickenmann, Jens Turowski, Alexandre Badoux, Manuel Nitsche, Johannes Schneider, Mélanie Raymond, Florian Heimann, Alexander Beer Eidg. Forschungsanstalt WSL, Gebirgshydrologie und Wildbäche, Zürcherstrasse 111, CH-8903 Birmensdorf, [email protected] Keywords: Geschiebetransport, Gebirgsflüsse, Wildbäche, Messung, Berechnung

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Wie gut kann man Geschiebetransport in Gebirgsflüssen und Wildbächen messen, und wie genau sind diesbezügliche Berechnungen? In Gebirgsflüssen und Wildbächen mit rauher Sohle und mit typsicherweise kleinen Abflusstiefen im Verhältnis zu den grösseren Körnern auf der Sohle wird der Geschiebetransport mit den meisten Berechnungsansätzen zum Teil massiv überschätzt. ­Messungen zum Geschiebetransport sind daher von grosser Bedeutung, um die Gültigkeitsbereiche von verschiedenen Berechnungsansätzen besser beurteilen zu können. Die Forschungsanstalt WSL arbeitet seit über 20 Jahren mit der indirekten Messung des Geschiebetransportes mit Geophon-Sensoren. Kürzlich wurde die Messanlage im Erlenbach erweitert, so dass dort genauere Eichmessungen möglich sind (Rickenmann et al. subm.). Geophon-Messanlagen sind inzwischen in einigen Gebirgsbächen und Flüssen in Österreich, der Schweiz und in Israel installiert. Eine wichtige Rolle bei der Berechnung des Geschiebetransportes in Gebirgsflüssen und Wildbächen spielen die hohen Fliesswiderstände und die damit verbundenen Energieverluste (Rickenmann und Recking, in press). Mit Daten zum Geschiebetransport aus mehreren Wildbächen und Gebirgs­ flüssen der Schweiz wurden kürzlich verschiedene Ansätze zur Berücksichtigung solcher Energieverluste bewertet (Nitsche et al. subm.). Weiter wurden Beobachtungen und Berechnungen zum Geschiebetransport bei Wasserfassungen im Kanton Wallis (u.a. im Mattertal) miteinander verglichen.

Literatur Nitsche, M.; Rickenmann, D.; Turowski, J.M.; Badoux, A.; Kirchner, J.W. (subm.): Performance of flow resistance and bedload transport equations accounting for large-scale roughness in steep mountain streams. Water Resources Research, submitted 2011. Rickenmann, D.; Turowski, J.M.; Fritschi, B.; Klaiber, A.; Ludwig, A. (subm.): Improved sediment transport measurements in the Erlenbach stream including a moving basket system. Earth Surf. Process. Landforms, submitted 2011. Rickenmann, D.; Recking, A. (in press): Evaluation of flow resistance equations using a large field data base. Water Resources Research.

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Les apports de la tomographie électrique (ERT) pour l’aide à la connaissance du risque hydrologique en Valais. Le cas du Rhône entre Sion et Martigny. Laetitia Laigre1, Emmanuel Reynard1, Gilles Arnaud-Fassetta2, Ludovic Baron3 Institut de Géographie, Université de Lausanne, UNIL-Dorigny, CH-1015 Lausanne, [email protected] 2 Université Paris 12 Créteil, Val-de-Marne, Laboratoire de Géographie Physique (LGP) CNRS 3 Institut de Géophysique, Université de Lausanne, UNIL-Sorge, CH-1015 Lausanne

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Keywords: Hydrogeomorphology, palaeoenvironments, hydrological risk, river management, Rhône river valley, Valais

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La connaissance du fonctionnement hydrologique passé d’un cours d’eau est essentielle pour ­l’appréhension de sa dynamique future. Or, dans la vallée du Rhône très peu d’études ont jusqu’ici caractérisé l’activité paléohydrologique du fleuve. La définition des anciens styles fluviaux (méandres, tressage, anastomose), des métamorphoses associées, et des facteurs responsables permettent de comprendre la dynamique naturelle d’un cours d’eau (sans intervention directe de l’homme par l’endiguement). Pour cela, la structuration des unités sédimentaires composant la plaine alluviale apporte de riches informations sur des changements de l’hydrodynamisme et des modifications mophologiques qui en découlent. Mais, il est généralement difficile d’observer directement l’architecture des sédiments à des profondeurs importantes. La tomographie de résistivité électrique (Electrical Resistivity Tomography, ERT) est un outil qui permet d’obtenir une image ­indirecte en 2D de la structure sédimentaire grâce à la mesure des différences de résistivités des matériaux au passage d’un courant électrique. Les caractéristiques physiques de chaque classe granulométrique (galets, graviers, sables, limons, argiles) vont déterminer les paramètres de diffusion du courant électrique. Les zones résistantes apparaissant après modélisation caractérisent généralement la présence de matériaux grossiers que l’on peut associer à la charge de fond de paléochenaux. Il est ainsi possible de localiser d’anciens chenaux en profondeur. Une campagne de mesures géoélectriques a été menée sur un secteur située entre Riddes et Martigny. Deux sites ont été préférentiellement sondés, autour de paléochenaux préalablement individualisés à partir d’un modèle numérique à haute résolution (MNT-LIDAR): un premier autour de Saillon-Saxon et un second en amont de Martigny. Les tomographies obtenues mettent en évidence l’existence de plusieurs zones résistantes réparties ponctuellement en profondeur. Celles-ci caractériseraient d’anciens chenaux appartenant à une même bande de tressage. Ceci avait été mis en évidence sur les cartes anciennes de la période 1800–1900 (Reynard et al. 2009, Laigre et  al. 2010), mais les observations faites ici sont bien antérieures à cette période vu les profondeurs auxquelles sont situées ces zones résistantes. Les tomographies montrent donc bien que des phases d’hydrodynamisme intense ont contribué, avant le Petit Age Glacaire, au développement de bandes de tressage du Rhône. Ainsi, au delà des connaissances plus générales sur le fonctionnement hydrologique du Rhône qu’apporte l’utilisation de l’ERT, la caractérisation des bandes actives de tressage passées peut être d’une précieuse aide pour l’appréciation de l’évolution future plus “naturelle” qu’est celle préconisée par le projet de 3ème Correction du Rhône.

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The Swiss Geomorphological Society The Swiss Geomorphological Society (SGS) was founded in 1946 by a Geomorphological Working Group at the University of Basel. Today’s 200 members come from a wide range of disciplines, from universities, administration and also from private companies. The SGS is a member society of the Swiss Academy of Science (SCNAT), of the Swiss Association of Geographers (ASG), and of the International Association of Geomorphologists (IAG).

Goals The Swiss Geomorphological Society invigorates geomorphology in science and practice, through the ­support of young scientists at universities, and by fostering relationships with associated scientific fields and the public services.

Geomorphology Geomorphologists study processes, forms, materials and evolution of landscapes at Earth‘s surface. In the context of global change, geomorphologists develop and promote the understanding of natural processes in geosystems and the relationships between societies and nature. More information: www.geomorphology.ch

Become a member? Print and fill out and send to: Dr Isabelle Gaertner-Roer, Swiss Geomorphological Society, University of Zurich-Irchel Department of Geography, Winterthurerstr. 190, 8057 Zurich

Membership  Single Member

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Annual Membership Fee: Single Member: CHF 30.– / € 20; Student/Pensioner: CHF 15.– / € 10; Group: CHF 90.– / € 60. Name:_______________________________________________________________________________ First name:____________________________________________________________________________ Institute: _____________________________________________________________________________ Adress: ______________________________________________________________________________ Country:______________________________________________________________________________ E-Mail:_______________________________________________________________________________ Phone:_________________________________________

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