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Das Forschungsprojekt KlarWeg ist in mehrere aufeinander aufbauende Arbeitspakete unterteilt, die jeweils von einem der Projektpartner geleitet werden und an denen mehrere Partner inhaltlich beteiligt sind.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die vorgesehenen Arbeitspakete; ein Klick auf die Nummer oder den Titel führt direkt zur Beschreibung des Arbeitspakets. Zur Bezeichnung der Projektpartner in der Tabelle werden die folgenden Akronyme verwendet:
- Universität Göttingen, Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie – GOE
- Wald und Holz NRW, Forstliches Bildungszentrum für Waldarbeit und Forsttechnik – FBZ
- Technische Universität Köln, Kölner Labor für Baumaschinen – THK
- Unterauftragsnehmer Fischer Teamplan Ingenieurbüro GmbH – FTI
- Unterauftragsnehmer UNIQUE forestry and land use GmbH – UNIQ
Arbeitspakete des Projektes "KlarWeg"
| Arbeitspaket | Titel | Verantwortlicher Partner | Beteiligte Partner |
|---|---|---|---|
| AP 1 | Entwicklung/Adaption von GIS-Analysen (GIS-Tools) | GOE | FTI; UNIQ |
| AP 2 | Anpassungen bestehender Wegeneubau- und Instandhaltungsrichtlinien | GOE | FTI; UNIQ; THK |
| AP 3 | Prüfung und Empfehlung technischer Innovationen/Adaptionen | THK | - |
| AP 4 | Kosten-Wirksamkeits-Analyse des Einsatzes von Starkniederschlags- und Risikobereichsanalysen in drei Modellgebieten | GOE | UNIQ; FTI |
| AP 5 | Erstellung moderner Schulungs- und Wissensdokumentationen | FBZ | GOE |
Arbeitspaket 1: Entwicklung/Adaption von GIS-Analysen (GIS-Tools)
Entwicklung einer Schadenssystematik zur Beurteilung von klimaänderungsbedingten Schäden an der Wegeinfrastruktur, Methodenentwicklung zur Risikobereichslokalisierung, Maßnahmenkatalog mit ad hoc-Möglichkeiten der Schadensprävention für bestehende Wege als Beitrag zum zu erstellenden Regelwerk „Klimasmarte Wege 1.0“ (AP 2).
- Es werden Schäden an der Waldwegeinfrastruktur aufgrund von Starkniederschlägen und verlagerten Niederschlagszeiten analysiert. In niederschlagsreichen Regionen und insbesondere nach Starkniederschlägen werden typische Schadbilder mit ihren Umgebungsbedingungen identifiziert und hinsichtlich möglicher Ursachenkategorien z.B. Geländemorphologie (Senken-, Staubereiche), Ausbaustufe (Dimensionierung von Entwässerungseinrichtungen, Profilierung) und Wegeerhaltungsqualität (Graben- und Durchlasspflege, Profilierung) untersucht und bewertet. Aus den Ergebnissen wird eine Schadenssystematik generiert, die eine Grundlage für die Teilarbeitspakete (b) und (c) bildet.
- Es wird eine GIS-gestützte Methode entwickelt, die es erlaubt Risikobereiche bei Starkniederschlägen im Wald (Wege/Ortschaften) zu lokalisieren.
- Auf der Grundlage der Schadenssystematik (a) erfolgt eine Ursachenanalyse zu den Schadensbildern, um entsprechende Maßnahmen zur Risikoverringerung zu entwickeln. Daraus soll ein Maßnahmenkatalog entstehen, der zum einen Möglichkeiten der ad hoc-Prävention aufzeigt, zum anderen Revierleiter und andere mit Wald befassten Personen für mögliche Gefahren sensibilisiert. Best Practice Beispiele, auch aus anderen Ländern, wie der Schweiz, werden darin vorgestellt. In verschiedenen Modellgebieten, in denen Schäden durch Starkniederschläge zu erwarten sind, sollen zudem geeignete Maßnahmen identifiziert, getestet und evaluiert werden.
- Lokalisierung von Gebieten mit hohem Risikopotential (für die drei Modellregionen in AP 4), um passende Standards für die Klimaanpassung der Wege zu erproben (aus einem zu erstellenden Regelwerk „Klimasmarte Wege 1.0“).
Arbeitspaket 2: Anpassungen bestehender Wegeneubau- und Instandhaltungsrichtlinien
Entwicklung eines Regelwerks „Klimasmarte Wege 1.0“ aus der Anpassung bestehender Wegebaustandards und Instandsetzungsrichtlinien an internationale Standards und an Anforderungen im Klimawandel.
- Es erfolgt eine Analyse und Bewertung anerkannter Modelle zur Bestimmung von Geländewasserabflussmengen unter Klimawandelbedingungen zur angepassten Dimensionierung von Wasserableitungseinrichtungen, wie z.B. Großdurchlässen, Durchlässen und Entwässerungsgräben. Es gibt auf der einen Seite eine Reihe von Modellen (HEC, Nasim, Larsim etc.) auf der anderen Seite eine Reihe von anerkannten vereinfachten Ansätzen (SCS, Horton, Holtan etc.). es wird eine angepasste Vorgehensweise für den forstlichen Gebrauch entwickelt und vorgeschlagen.
- Maßnahmen zur dezentralen Wasserableitung sowie zur Erhaltung der ständigen Betriebsbereitschaft der Wegeinfrastruktur werden entwickelt (einschl. Maßnahmen zur Wasserrückhaltung, zur Hang- oder Böschungssicherung, etc.).
- Es werden Anpassungsbedarfe bei Wegeprojektierung, Wegeprofilierung und -oberflächenausformung, Dimensionierung und Ausformung der Entwässerungseinrichtungen (inkl. Verteilungsgräben sowie Rückhalte oder Versickerungsbereichen), Wasserableitung aus bergseitigen Entwässerungsgräben (Dimensionierung und Frequenz), Dimensionierung von Durchlässen, Böschungswinkelgestaltung und -ausformung aufgezeigt und in Form neuer Kennwerte und Berechnungsmethoden in der Richtlinie dokumentiert.
- Die zur Umsetzung der angepassten Richtlinie erforderlichen technischen Maßnahmen werden an neue Anforderungen unter Klimawandelaspekten (Beanspruchung der Deckschicht bei Starkniederschlägen; Querabschläge etc., aber auch „intelligente“ Wasserrückhaltung, dezentrale Abführung in Waldbestände) und innovative Bautechniken ausgerichtet und zusammen mit den Richtlinien textlich und graphisch als Regelwerk „Klimasmarte Wege 1.0“ dokumentiert.
Arbeitspaket 3: Prüfung und Empfehlung technischer Innovationen/Adaptionen
Betrachtung der maschinenseitigen Anforderungen und Konzepte zur Umsetzung im wassergebundenen Wegebau.
- Prüfung und Empfehlung von Innovationen/Adaptionen bestehender maschinentechnischer Standards im wassergebundenen Wegebau Europas und weltweit bei Wegeneubau und Instandsetzung (Aufnahme (Materialwerbung), Aufbereitung/ Anreicherung und Wiedereinbau/ Verdichtung von Wegebaumaterial). In AP3 soll die Beurteilung der maschinentechnischen Umsetzbarkeit der in AP2 beschriebenen Maßnahmen erfolgen, da diese unmittelbar in geänderte Anforderungen an den Einbauprozess und an die verwendeten Baumaschinen resultieren. Dazu werden die maschinenseitigen Anforderungen an Baumaschinen zum Bau und der Instandhaltung von Wald- und Forstwegen ermittelt und ggf. aktualisiert. Zur Ermittlung dieser Anforderungen sind Kenntnisse über die auf die Baumaschine wirkenden Belastungen sowie deren fahrdynamische Analyse notwendig.
- Ein geeignetes System, um dies zu ermöglichen, ist eine Kombination aus Inertialsystem und (RTK-)GNSS Sensorik. Das System ist in der Lage die Position des Trägerfahrzeuges, etwa eines Geländewagens innerhalb der Grenzen des (RTK-) GNSS genau zu bestimmen. Weiterhin kann das System die Beschleunigung in, sowie die Drehrate um alle drei Raumachsen erfassen. Es ist somit möglich eine Orientierung im Raum zu gewährleisten. Bei Signalverschattung durch die Vegetation wird das RTK-GNSS Signal möglicherweise ungenaue Positionsdaten liefern. Dieser Fehler wird bei Verwendung des vorliegenden Systems durch die Inertialsensorik kompensiert und lässt eine weiterhin genaue Positionsbestimmung zu. Das genannte System erfüllt im vorliegenden Projekt zwei Aufgaben: 1. Bestimmung der Fahrbahnparameter Längs- Querneigung, Fahrbahnebenheit (Längs/Quer), Querprofil, Wegschäden (Schlaglöcher). 2. Referenzsystem für die Verwendung weiterer Sensorik, bspw. 2D Laserscanner oder Kamerasysteme zum Aufbau durchgängiger 3D-Punktewolken der Wegeoberflächen sowie des Umfeldes.
- Unter Verwendung des genannten Systems und etwaiger 3D-Laser-Messtechnik lässt sich der Zustand des Waldweges und im Besonderen dessen Befahrbarkeit für Baumaschinen und Transport-LKW beurteilen. Dies ist ein wesentlicher Faktor bei der Beurteilung bestehender Standards im technischen Wegebau und deren Anwendbarkeit auf den Waldwegebau. Die Eignung von bestimmten Maschinentypen wie Bagger, LKW, Straßenfertiger, Walzen, etc. für den Waldwegebau lässt sich nur aufgrund der durch das vorliegende Sensorsystem und dessen Einsatz in den gemäß AP1 spezifizierten Modellgebieten beurteilen. In diesem AO werden außerdem Konzepte und Maßnahmen zur Maschinenanpassung und zur Anpassung des Einbauprozesses erarbeitet und in das Regelwerk „Klimasmarte Wege 1.0“ aufgenommen.
Arbeitspaket 4: Kosten-Wirksamkeits-Analyse des Einsatzes von Starkniederschlags- und Risikobereichsanalysen in drei Modellgebieten
Ein transparenter Nutzenbewertungsansatz für den Vergleich „Standard-Vorgehen“ vs. „Vorgehen Klima 1.0 mit Risikobereichslokalisierung und Starkniederschlagsanalyse“ liegt vor. Drei Kosten-Wirksamkeits-Vergleiche für Waldbestände, Waldfunktionen und Waldwege sind in realen Gebieten durchgeführt.
- Entwicklung einer Kosten-Wirksamkeits-Methodik, die Handlungsalternativen für Maßnahmen zur Klimaanpassung für Dritte nachvollziehbar vergleich- und bewertbar macht. Beurteilt werden Effekte verbesserter Wegebaustandards (Weglinien, Oberfläche, Böschungen, Wasserableitung und Gewässerquerungen) auf Geländewasserhaushalt und damit auf Wald, Waldfunktionen, Wirkung auf Lebensräume, Holztransport, Forstschutz sowie Erosionseffekte in der Umgebung.
- Durchführung von Fallstudien in den drei ausgewählten Modellregionen mit hohem Risikopotential (AP 1). Innerhalb der Starkniederschlagsgebiete im zweiten Schritt mittels Risikobereichsanalyse Identifizierung jener Bereiche (Wald/Wege), für die Anpassungsmaßnahmen an Starkniederschlägen 1. zum kontrollierten Wasserabfluss/Rückhaltung sowie 2. für den Erhalt der Wegeinfrastruktur erforderlich sind.
- Vor-Ort-Analyse der in (b) identifizierten Waldbereiche: Geologie/Boden, Waldzustand, Waldfunktionen, Wasserbewegung, Waldwege, Wasserinfrastruktur. Durchführung eines Kosten-Bewertungs-Vergleichs mittels Excel-Tool aus (a) für zwei Fallgruppen: 1. Fortführung „business as usual“ (=aktuelle RLW 2016) und 2. Durchführung Anpassungsmaßnahmen bei Wassermanagement/Waldwegen (Regelwerk „Klimasmarte Wege 1.0“).
Arbeitspaket 5: Erstellung moderner Schulungs- und Wissensdokumentationen
Entwicklung und Erstellung einer zielgruppenorientierten Lernplattform mit Klima-Wege-Wiki, Online-Kurs Wegebau im Klimawandel für Praktiker, VR-Schulungsmaterial und Web-GIS-Plattform zur Dokumentation von Schadereignissen.
- Die technischen Möglichkeiten und Alternativen eines webbasierten Learning Management Systems werden im Hinblick auf die praxisorientierte Verwendung im Projekt geprüft und umgesetzt mit dem Ziel der Erstellung einer modernen Schulungs- und Wissensdokumentation (unter Einbeziehung externer Dienstleister). Basierend auf den Projekterkenntnissen soll auf dieser Expertenplattform ein „Klima-Wege-Wiki“ etabliert werden.
- Auf der Plattform soll ferner eine Lerneinheit für Praktiker als Online-Kurs zum Thema „Klimawandelangepasste Methoden des Wasser(ver)baus“ erarbeitet und angeboten werden. Als einfach zu bedienende Web-GIS-Applikation werden der Anpassungsfortschritt und die Schadereignisse auf Revierebene dokumentiert sowie die Umsetzung in die Praxis und der Wissenserhalt über das Projektende hinaus gewährleistet.
- Technisch werden Schulungsinhalte und Praxisbeispiele durch den Einsatz einer Virtual-Reality-Technik unterstützt. Mittels App kann diese auf handelsübliche Smartphones aufgespielt werden. Der digitale Inhalt (Augmented und Virtual Reality – AR und VR) wird mit marktgängiger Hard- und Software erzeugt (z.B. 360°-Kameras, Rendersoftware). Die VR-Inhalte sollen für Schulungen eingesetzt oder auch im Internet zur Verfügung gestellt werden. Mit einer einfachen (und kostengünstigen) VR-Brille, in die das Smartphone eingelegt wird (Google Cardboard) oder über gängige VR Systeme (z.B. Google Daydream, Samsung Gear VR oder Windows Mixed Reality) erfolgt die Betrachtung. Dies stellt einen bundesweit neuen Ansatz für den wichtigen Wissens- Praxis-Transfer dar.