FLOODCHANGE - Entzifferung von Flusshochwasserveränderungen

Hintergrund und Ziele

In rezenten Jahren sind vermehrte schwere und verheerende Überflutung eingetreten. Die Anzahl und Größe der Überflutungen scheinen zugenommen zu haben, jedoch sind diese Veränderungen nicht eindeutig und überraschenderweise sind die genauen Ursachen der Veränderungen unbestimmbar. Auslöser wie ⁠Klima⁠- und Landnutzungsänderungen spielen bekanntermaßen eine entscheidende Rolle, dessen komplexen Wechselwirkungen bei der Hochwasserentstehung konnten bisher noch nicht entwirrt werden.

Die Hauptziele dieses Projekts bestehen darin, zu verstehen, wie Landnutzungs- und Klimaveränderungen in Flusshochwasseränderungen eingehen und welche Faktoren diese Beziehung steuern und welche Unsicherheiten damit verbunden sind. Die Beziehung wird aufgebrochen, indem die Veränderung zwischen den Überschwemmungen und deren Auslöser im Einzelnen für verschiedene Überflutungsarten (z.B. Sturzfluten, Überschwemmungen ausgelöst von Regen auf Schnee und große synoptische Überschwemmungen) analysiert werden. Anschließend werden Daten aus Einzugsgebieten in Transekten in ganz Europa verwendet, um ein wahrscheinliches Hochwasseränderungsmodell zu erstellen, das explizit die Veränderungsmechanismen beschreibt. Das Modell ist unkonventionell, weil es keinem reduktionistischen Ansatz nachgeht, sondern die dominanten Überflutungsveränderungsprozesse auf Ebene der Einzugsgebiete konzeptualisiert. Dieses Modell wird anhand von langen, hochwertigen Hochwasserdatenreihen getestet und verwendet die zeitliche und räumliche Variabilität der Daten, um die Empfindlichkeit von Hochwasser auf Klima- und Landnutzungsänderungen zu quantifizieren und die damit verbundenen Unsicherheiten abzuschätzen.

Zum ersten Mal wird es möglich sein, die Auswirkungen von ⁠Landnutzung⁠ und Klima auf Überschwemmungen zu systematisieren. Dies ist ein entscheidender Schritt, um vorherzusagen, wie sich Hochwasser in Zukunft verändern wird.

Laufzeit

bis

Untersuchungsregion/-raum

Land
  • europaweit

Schritte im Prozess zur Anpassung an den Klimawandel

Schritt 1: Klimawandel verstehen und beschreiben

Ansatz und Ergebnisse 

Die Hauptziele dieses Projekts bestehen darin, zu verstehen, wie Änderungen in Landnutzung und Klima in Flusshochwasserveränderungen eingehen und welche Faktoren diese Beziehung steuern und welche Unsicherheiten damit verbunden sind.

Eine Flutdatenbank von mehr als 5000 Flussmessstationen in Europa wurde zusammengestellt, ergänzt durch vorhandene Datenbanken. Die Analysen deuten darauf hin, dass sich die Hochwasser in den letzten fünf Jahrzehnten hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs (Jahreszeit) und ihrer Größenordnung verändert haben. Dabei wurde die Saisonalität als neuer Indikator verwendet, um klimabezogene Prozesse im Zusammenhang mit sich ändernden Überschwemmungen zu identifizieren. Die wärmeren Temperaturen haben in ganz Nordosteuropa zu früheren Überschwemmungen der Schneeschmelze im Frühjahr geführt. Verspätete Winterstürme, die mit der Erwärmung der Polarwärme einhergehen, haben zu späteren Überschwemmungen im Winter in der Nordsee und in einigen Sektoren der Mittelmeerküste geführt. Frühere Bodenfeuchtigkeitsmaxima haben in Westeuropa zu früheren Winterfluten geführt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Flutbeobachtungen auf kontinentaler Ebene ein deutliches Klimasignal vorliegt. Die Größe der Überschwemmungen änderte sich mit den saisonalen Veränderungen, wobei in Nordwesteuropa die Überschwemmungen zunahmen und im restlichen Europa komplexere Muster auftraten. Die Analysen wurden bis in das 16. Jahrhundert hinein erweitert, indem Aufzeichnungen aus historischen Archiven und andere historische Beweise untersucht haben und es wurde festgestellt, dass die Existenz alternierender Hochwasserperioden und Überflutungsperioden aufgrund der Klimavariabilität über Jahrhunderte hinweg ein verbreitetes Phänomen war.

Es wurde eine neue Methode entwickelt, um beobachtete Überschwemmungsänderungen ihrem Treiber zuzuschreiben. Die neuartige Methode bewertet die Flutveränderungen zahlreicher Einzugsgebiete in einer Region gemeinsam in Abhängigkeit von der Einzugsgebietskala. Diese regionale Methode ist in der Lage, Überschwemmungsänderungen klarer zu identifizieren und sie ihren Treibern zuzuschreiben als die herkömmlichen stationären Methoden. Flächennutzung in kleinen Einzugsgebieten ist tendenziell ein wichtiger Treiber für Überschwemmungsveränderungen, während Arbeiten an Flüssen ein wichtiger Treiber in großen Einzugsgebieten sind. Das Klima ist in allen Skalen ein wichtiger Treiber, insbesondere bei Einzugsgebieten von einigen hundert oder einigen tausend Quadratkilometern.

Parameter (Klimasignale)
  • Flusshochwasser
  • Sturzfluten
Weitere Parameter 

Durch Regen-auf-Schnee verursachte Überschwemmung, große synoptische Überflutung

Schritt 2a: Risiken erkennen und bewerten (Klimafolgen/-wirkungen)

Analyseansatz 

Basierend auf gekoppelten Wasser- oder sozio-hydrologischen Modellen, wurden potenzielle langfristige Wechselwirkungen zwischen hochwasserbezogenen Entscheidungen (Flächennutzungsplanung, Bau von Hochwasserschutzmaßnahmen), Überschwemmungsgrößen (Änderungen der Überschwemmungen durch Flusstraining, Klimavariabilität und Klimawandel und Landnutzungsänderung) und ihre Unsicherheiten, die zu unterschiedlichen Mustern des Wirtschaftswachstums führen, untersucht.
Eine wichtige Erkenntnis ist, dass abwechselnde Überschwemmungsarme und Überschwemmungsperioden zu einem Verlust des gesellschaftlichen Gedächtnisses des Überschwemmungsbewusstseins führen können, was das Hochwasserrisiko über das hinaus erhöht, was erwartet werden würde, wenn Hochwasser zufällig auftreten würde. Das Projekt bewertete auch die Auswirkungen der Projektergebnisse auf die Bewertung und das Management von Hochwasserrisiken. In Anbetracht der komplexen, nicht-linearen Prozesswechselwirkungen, die schwer zu quantifizieren sind, haben Resilienz-basierte Maßnahmen zum Hochwassermanagement, die für eine Vielzahl unterschiedlicher Situationen gut funktionieren, klare Vorzüge.

Wer war oder ist beteiligt?

Förderung / Finanzierung 

Förderung durch ERC-AG - ERC Advanced Grant

Projektleitung 

Technische Universität Wien

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Handlungsfelder:
 Wasserhaushalt, Wasserwirtschaft