Waldparametrisierung

Für kleinere und mittlere Blockgrössen bedeutet ein dichter Wald ein starkes Hindernis, indem durch wiederholte Baumkontakte ständig Energie vernichtet und im Idealfall der stürzende Block aufgehalten wird.

Die Interaktion zwischen dem Sturzblock und dem Baumstamm wird in ROFMOD als elastoplastischer Stoss zwischen zwei Massenpunkten berechnet.

In Kapitel Übersicht zu ROFMOD wird festgehalten, dass ROFMOD ein deterministisches Modell ist. Das ist jedoch nur dann korrekt, wenn Modellierungen ohne Wald durchgeführt werden. Wenn mit Wald modelliert wird, rechnet ROFMOD mit einigen probabilistischen Teilmodellen. Dies ist notwendig, um die im Feld beobachtete weite Streuung der Reichweiten, Sprunghöhen und Sturzenergien aufgrund der direkten Waldwirkung abbilden zu können.

Die direkte Waldwirkung kann in ROFMOD 5.0 alternativ mit zwei Ansätzen modelliert werden:

(A)Modus "Normal":
Definition der Walddichte (Anzahl Stämme/ha) sowie der Verteilung der Stammdurchmesser (mit zwei Verteilungsparametern a, b).
Für jeden Stammkontakt wird zufällig ein Stammdurchmesser aus der Verteilung gewählt, die spezifische Trefferdistanz x (parallel zum Geländeprofil) berechnet nach welcher anschliessend der Treffer modelliert wird.

Grafik Stammdurchmesser-Verteilung
Für die Waldmodellierung mit Modus (A) müssen zwei Parameter a, b definiert werden, welche die Stammdurchmesser-Verteilung definieren. ROFMOD 5.0 bietet dem Anwender ein Grafikfenster, welches die resultierende Verteilung für die definierten Werten a, b anzeigt. Ebenfalls wird die maximale Baumhöhe dargestellt.

(B)Modus "Distance":
Definition eines fixen Stammdurchmessers, der Trefferdistanz x sowie der mittleren Geländeneigung im relevanten Waldabschnitt.
Nach der Distanz x (parallel zum Geländeprofil) wird jeweils ein Treffer modelliert.

ROFMOD 5.0 berücksichtigt folgende Faktoren:

•Die bei den Reaktionen beteiligten Stammdurchmesser werden entsprechend definierter Stammdurchmesser-Verteilungen (Wald-Bestandestypen) zufällig generiert (nur Modus A).

•Die Wiederholungsrate der Kontaktreaktionen (Trefferdistanz x) ist abhängig von der gewählten Stammzahl/Fläche, dem mittleren Stammdurchmesser des betreffenden Bestandestyps und dem mittleren Durchmesser des stürzenden Blockes (für Modus A automatisch berechnet, für Modus B durch Anwender definiert).

•Gleichverteilte, zufällige Variation der Zentralität des Aufpralles (Streifung bis Volltreffer) bewirkt unterschiedliche Ablenkungen und Energieverluste (beide Modi).

•Die an der Reaktion beteiligte Holzmasse wird entsprechend der Trefferhöhe, der Aufprallgeschwindigkeit und dem Stammdurchmesser berechnet. Dadurch können sämtliche Effekte vom elastischen Ausweichen kleiner Stämme bis zum Bruch von grossen Bäumen simuliert werden (beide Modi).

•Begrenzung Baumhöhe: Wenn die Sturztrajektorien höher als 60 * Stammdurchmesser über dem Profil verlaufen, werden keine Treffer modelliert. Sobald die Flughöhe des Sturzblocks kleinergleich der Baumhöhe ist, erfolgt sofort ein Treffer. Diese Limitierung der Baumhöhe mit diesem "Schlankheitsgrad" ist zur Zeit fixiert (bei beiden Modi).

Wichtige Hinweise

Aufgrund der in der Waldmodellierung impliziten Zufallsfaktoren lässt sich die Waldwirkung generell nur mit einer grossen Anzahl modellierter Stürze (mind. 100) erfassen.

Im Feld kann oft beobachtet werden, dass einzelne Blöcke ohne (oder mit sehr wenigen) Baumtreffer kurze Waldabschnitte passieren können. Es ist deshalb für die Modellierung von Profilen mit relativ kurzen (< 150 bis 300m) Waldabschnitten empfehlenswert, jeweils auch ein Szenario für eine Modellierung ohne Wald durchzuführen.

Modellierung mit Modus (A) oder Modus (B) – zur Trefferdistanz

ROFMOD berechnet die Trefferdistanz x wie folgt:

F = Waldfläche (1 ha), n = Stammzahl /ha,
sdm = Stammdurchmesser, bd = Blockdurchmesser

Aus obiger Formel ist der reziproke Zusammenhang zwischen n (Stammzahl/ha) und x (Trefferdistanz) ersichtlich.

Oft erscheint es einfacher, die Trefferdistanz x, also die potentielle Distanz zwischen zwei Baumtreffern, zu schätzen und somit den Wald gemäss Modus (B) zu modellieren. Dies hat den Vorteil, dass die zeitaufwändige und manchmal schwierige Bestimmung der Anzahl Stämme pro ha entfällt.
Zudem haben viele, v.a. bewirtschaftete Wälder eine sehr geringe Variabilität bezüglich des Stammdurchmessers und können mit einem fixen, mittleren Stammdurchmesser gut beschrieben werden.

Bei Wahl von Modus (B) ist jedoch zwingend zu beachten, dass eine im Feld geschätzte Trefferdistanz sich immer auf die zu erwartende Grösse des Sturzblockes bezieht: Ein kleiner Block/Stein hat im identischen Waldabschnitt eine grössere Trefferdistanz als ein massiger Block.

Wählbare zufällige Variation für die Trefferdistanz x:

In ROFMOD 5.0 wird für jeden Sturzblock bei Eintritt in den Wald, ausgehend von der berechneten Trefferdistanz x gemäss obiger Formel, eine eigene Trefferdistanz gerechnet.

Dabei wird die Trefferdistanz als normalverteilte Zufallszahl mit folgenden Kenngrössen definiert:

Mittelwert = Trefferdistanz , Standardabweichung = k * Trefferdistanz.

Die Skalierung der Streuung (k) wurde defaultmässig auf k=0.1 (=10%) festgelegt, kann aber in der Simulation unter "Simulation/Advanced Simulation Parameters"/"Random Part of Hit Distance" verändert werden. Wird k=0 gesetzt, so erfolgt der erste Baumtreffer immer nach derselben Trefferdistanz, ohne zufälligen Anteil.