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Hochwasserrisiko in Südwestdeutschland

Schwere Hochwasserereignisse führen immer wieder in Deutschland zu schweren Schäden in Milliardenhöhe – wie die Ereignisse 2002 und 2013 an Elbe und Donau gezeigt haben. Basierend auf einem fachübergreifenden Forschungsprojekt zwischen IMK-TRO, IWG und GPI kann zukünftig das Risiko großräumiger Überschwemmungen mit Hilfe eines neu entwickelten Ansatzes abgeschätzt werden.

Die schwersten Hochwasser der vergangenen Jahre ereigneten sich im August 2002 und Juni 2013 entlang der Elbe und der Donau mit einem Gesamtschaden beider Ereignisse von rund 22 Milliarden Euro. Vergleichbare Überschwemmungen in Baden-Württemberg entlang des Rheins und seiner Nebenflüsse ereigneten sich zuletzt Anfang der 1990er Jahre.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „FLORIS“ (Flood Risk – Hochwasser-Risiko) war das Ziel ein Hochwasserrisikomodell für die Bundesländer Baden-Württemberg, Hessen und Thüringen zu entwickeln, um somit zukünftig das Risiko in diesen Regionen besser abschätzen zu können. Die Arbeiten erfolgten in Kooperation mit der SV SparkassenVersicherung.

Da Analysen von Schröter et al. (2015) gezeigt haben, dass derartige Ereignisse durch unterschiedliche meteorologische und hydrologische Situationen und Bedingungen ausgelöst werden können, wurden zunächst am IMK-TRO die meteorologischen Bedingungen im Vorfeld und während schwerer Hochwasser analysiert und mithilfe statistischer Verfahren extrapoliert, um einen umfangsreichen Ereigniskatalog zu erstellen. Hierzu wurde ein stochastische Niederschlagsmodell (SPM; Ehmele, 2018; Ehmele und Kunz, 2018) entwickelt, dass hochaufgelöste Niederschlagsereignisse (1 x 1 km²) konzipiert. Dabei wird ein vereinfachter  aber nach wie vor physikalisch belegbarer Ansatz zur Beschreibung der Niederschlagsbildung über Gebirgen verwendet und durch weitere Terme ergänzt, die die Niederschlagsbildung durch andere physikalische Prozesse beschreibt. Die Lösung über eine Fourier-Transformation ermöglicht die Simulation vieler Ereignisse in kürzester Zeit. Es zeigte sich, dass mit der gewählten Methode, obgleich der gewählten Vereinfachungen, sehr realistische Niederschlagsmengen und räumlichen Verteilungen simuliert werden können (Abb. 1).

Abbildung 1: Vergleich der stärksten 200 Niederschlagsereignisse aus Beobachtungen (links, Quelle: REGNIE, DWD) und 10.000 stochastisch simulierten Ereignissen (rechts, SPM). Abgebildet ist das Niederschlagsfeld des 90%-Perzentils, des jeweiligen Datensatzes (Ehmele und Kunz, 2018).

Auf Basis des so gewonnenen Ereigniskatalogs wurden anschließend vom Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) hydrologische und hydraulische Simulationen durchgeführt, aus denen anschließend mit neu entwickelten Vulnerabilitätskurven das Hochwasserrisiko (GPI) abgeschätzt werden kann.

Mehr dazu auch unter der Projektseite: http://www.imk-tro.kit.edu/5195_6248.php

Weiterführende Literatur:

Ehmele, F. (2018): Stochastische Simulation großflächiger, hochwasserrelevanter Niederschlagsereignisse. Dissertation. Wissenschaftliche Berichte des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie, Band 76, KIT Scientific Publishing, Karlsruhe, Deutschland. doi:10.5445/KSP/1000080495.

Ehmele, F. und M. Kunz (2018): Flood-Related Extreme Precipitation in Southwestern Germany: Development of a Two-Dimensional Stochastic Precipitation Model. Hydrol. Earth. Syst. Sci. Discuss. doi:10.5194/hess-2018-147, in review.

[Arbeitsgruppe: Atmosphärische Risiken]