Investigation of the runout modeling of debris flow using DAN3D

Abstract

Debris flows are a big threat for mountainous regions.<br />Predicting future events can help to mitigate disasters and porvide important information for building more efficient mitigation measures. In order to predict debris flows, numerous back-calculations of different events need to be performed in order to create a parameter dataset.<br />This thesis analyses the capabilities of the continuum dynamic model DAN3D modeling debris flow, and its performance to back-calculate the 2002 debris flow event "Seefeldbach" (Italy).<br />Analyzing the core equations helped to understand the software and showed a good overall inclusion of the major debris flow features.<br />The program can simulate the runoff of granular material over a complex 3D terrain, including the influence of its internal strength, material entrainment along the path and six different basal friction rheologies.<br />In order to understand the input parameters, a sensibility analysis was performed over an idealized topography. For this analysis, the Voellmy basal friction rheology was used. By variation of the input parameters, dependencies on relevant results (e.g runout distance) were found which can be used as a guideline for the back-analysis procedure. The results show that the unit weight cannot be used to improve the model and that the friction coefficient f has the biggest influence on the model.<br />Performing the back-analysis of the "Seefeldbach" event showed the urgent need of more incident data and that the correctness of the GIS data is of great importance. It was not possible to reproduce the pre-event topography and therefore some error was introduced into the model. The back-analysis was performed using both the Voellmy and frictional rheology. Due to the introduced errors, not all features of the runout behavior could be reproduced. Overall the deposit position and its heights could be simulated quite accurately by both rheologies. The model which uses the Voellmy rheology gave the best results, and is therefore recommended for modeling similar events.<br />

Murgänge stellen eine große Gefahr für gebirgige Gebiete dar.<br />Die Vorhersage solcher Prozesse kann dazu beitragen, das Schadenspotenzial zu verringern und Schutzbauten effizienter zu gestalten. Um jedoch solche Vorhersagen treffen zu können, sind noch zahlreiche Rückrechnungen verschiedenster Murgänge nötig um einen geeigneten Datensatz für die Eingabeparemeter zu erlangen.<br />Diese Diplomarbeit untersucht dieMöglichkeiten des Kontinuum DynamikModell DAN3D und seinen Fähigkeiten den Murgang "Seefeldbach" (2002, Italien) rückzurechnen.<br />Die Untersuchung der wichtigsten Formeln ermöglichte ein Verständnis des Programms und zeigte eine gute Einbindung der wichtigsten Eigenschaften eines Murganges. Das Programm kann den Fluss von granulärem Material über ein komplexes 3D Gelände modellieren und berücksichtigt den Einfluss der internen Festigkeit, Materialakkumulierung entlang des Abflusses und sechs verschiedene Rheologien als Fließwiderstand.<br />Um den Einfluss der Eingabeparameter verstehen zu können wurde eine Sensibilitätsanalyse an einem idealisierten Gelände durchgeführt.<br />Dabei wurde die Voellmy-Rheologie benützt. Durch diese Studie konnten Abhängigkeiten zu relevanten Resultaten (z.B. Auslauflänge) gefunden werden, welche als Richtwerte für Rückrechnungen dienen können.<br />Es zeigte sich, dass die Variation der Wichte des Murmaterials ein Modell nicht verbessern kann, sowie dass der "friction coefficient" f den größten Einfluss auf das Modell ausübt.<br />Die Rückrechnung des "Seefeldbach"-Ereignisses zeigte den dringlichen Bedarf an detailiertere Ereignisdokumentationen und dass die Richtigkeit der GIS-Daten wesentlich ist. Da es nicht möglich war die Topografie vor dem Ereigniss zu erstellen, ist das Modell nicht ganz korrekt.<br />Bei der Rückrechnung dieses Ereignisses wurde die Voellmy und Frictional Rheologie benützt. Durch die Fehler in der Geländetopografie konnte nicht das gesamte Abflussverhalten nachgebildet werden.<br />Insgesamt wurde die Lage und Höhe der Endablagerung recht gut rekonstruiert. Das Modell welches die Voellmy-Rheologie beinhaltet, lieferte die beste Anpassung an das Ereignis und kann deshalb empfohlen werden um ähnliche Prozesse zu modellieren.<br />