Unsicherheitskaskade und explosion im Klimawandel

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1 Unsicherheitskaskade und explosion im Klimawandel Sehr grosse Unsicherheiten bei der Bestimmung der Bemessungssturmflut & des Bemessungseegangs. Wie gehen wir damit um? Unsicherheits -explosion! Gasemission & Treibhauswffekt Einfluss auf globalen Klimawandel Einfluss auf Sturmaktivität Einfluss auf regionalen & lokalen Klimawandel Einfluss auf Stürmflut und Seegang Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 1

2 Sturmflutkomponenten & nichtlineare Interaktionen Kurzfristige Komponenten Astronomische Tide Seiches (Resonanz) deterministisch + Coriolis-Kraft Inverse barometr, Effekte + Coriolis-Kraft Windstau Brandungs stau Fernwellen Meteorologisch (Stochastisch) + Coriolis-Kraft + Coriolis-Kraft Oberwasserzufluss Tide, Windstau Brandungsstau,, Externe Faktoren ) = Extreme Wasserstände Sekülarer Wasserspiegel Einfluss von Morphologie and Ingenieurmaßnahmen Langfristige Komponenten Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 2 Nichtlineare Interactionen: Weitgehend ungelöst

3 Schadenskategorien Direkt Indirekt Tangible Gebäüde Infrastrukturen etc.?? Intangible Verletzungen Todesfälle Quantifizierung Schäden und an Bewertung? Ökosystemen Schäden an Kulturgüter?? Tangible Produktionausfälle Einkommenausf. Inflation etc.???????? Wie werden tangible (monetäre) und intangible (nicht-monetäre) Schäden in die Risikoanalyse zusammengeführt? Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 3

4 [1 Leichtweiß-Institut für Wasserbau Abteilung Hydromechanik und Küsteningenieurwesen BMBF-Verbundvorhaben XtremRisK Überblick, Schlussfolgerungen und Ausblick Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Bürgerhaus Hamburg-Wilhelmsburg

5 1. Motivation, Ziele und Projektstruktur 2. Ergebnisse und offene Fragen im Überblick 3. Abschließende Bemerkungen und Ausblick

6 1. Motivation, Ziele und Projektstruktur Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 6

7 EU-Richtlinie 2007/60/EC über die Bewertung und das Management von Hochwasserrisiken Bewertung des Hochwasserrisikos ( ) Karten für Hochwassergefahren und -risiken ( ) Pläne für Hochwasserrisikomanagement ( ) Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 7

8 Zielsetzungen und Projektpartner. Zielsetzungen: Entwicklung von Methoden/Modellen zur Durchführung integrierter Risikoanalysen bei Sturmfluten: Berücksichtigung derzeitiger & künftiger (2100) Flutrisiken Methodik/Werkzeuge zur Bestimmung & Integration tangibler und intangibler Schäden Methodik zur Berücksichtigung der Risikoakzeptanz Anwendung für 2 ausgewählte Beispielgebiete: Hamburg: repräsentativ für urbanes Ästuargebiet Insel Sylt : repräsentativ für offene Küste einschließlich Herleitung möglicher Maßnahme für Risikoreduktion & -management für beide Demonstrationsgebiete Projektpartner: 3 Universitäten und 3 lokale Küstenschutzbehörden Beratende und kooperative Partner und andere Institutionen Projektdauer: Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 8

9 Untersuchungsgebiete Hamburg (urbanes Ästuargebiet) & Sylt (offene Küste) Auswahl von 3Teilgebieten in Hamburg & 2Teilgebiete für detaillierte Studien in XtremRisK Dänemark Sylt Ostsee Teil Innenstadt Polder Hamburg Süd Nordsee Schleswig- Holstein Hamburg Wilhelmsburg Westerland Hörnum Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 9

10 Organisationsstruktur von XtremRisK Durchführung einer integrierten Risikoanalyse in 4 Teilprojekten (TP) von der Risikoquelle bis zu den Risikoempfängern über Risikowege: TP1 - Risikoquelle - Sturmfluten (fwu Siegen & LSBG-Hamburg) TP2 - Risikowege Belastung & Versagenswahrsch. von HWS-Bauwerken (LWI) TP 3 - Risikoempfänger - Schadensermittlung und bewertung (TU- HH & LWI) TP4 - Risikoanalyse - Risikobewertung & Empfehlungen für Risikobeherrschung (LWI & alle XtremRisk-Partner) TP1: Sturmfluten TP2: Versagenswahrscheinlichkeit TP3: Schäden Risikoquelle Risikowege Risikoempfänger TP4: Integration (Risikoanalyse, Risikobewertung & Risikomanagement) Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 10

11 Konzept für integrierte Risikoanalyse und -management (nach Oumeraci, 2004) Gefährdung Vulnerabilität Risikoquelle Sturmflut Oberwasserzufluss Seegang Risikowege Einwirkungen & Widerstände Bauwerksversagen Bruchentwiclung & Überflutung Risikoempfänger Menschen Kulturgüter Ökosysteme Risikoakzeptanz Resilienz Risikowahrnung Risikkommunikation Iteration & updating Überflutungswahrscheinlichkeit, c P f Berechnetes Flutrisiko c c R = P E(D) f f Zu erwartende Schäden E(D) Tolerierbares Risiko t R f Iteration & updating Restrisiko: R - R t Vor Flutereignis (Rest) Risiko-Management Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 11 Während Flutereignis Nach Flutereignis

12 2. Ergebnisse und offene Fragen im Überblick Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 12

13 Beiträge (Projektstand März 2012) für 2,nd European Conf. on FLOODrisk Management, November 2012, Rotterdam 1. Oumeraci, H. et al: Integrated Flood Risk Analysis for Extreme Storm Surges at Open Coasts and in Estuaries: Background, Methodology, Key Results and Lessons Learned 2. Gönnert,G. & Gerkensmeier, B.: Development of extreme storm surge events 3. Wahl, T.; C. Mudersbach, C. & Jensen, J.: Statistical assessment of storm surge scenarios within integrated risk analyses 4. Naulin, M.; Kortenhaus, K. & H. Oumeraci, H.: Reliability Analysis and Breach Modelling of Flood Defences in an Integrated Risk Analysis 5. Ujeyl, G.; Pasche, E. :Evaluating direct damages of residential and commercial assets on a micro scale 6. Dassanayake, D.R.; Burzel, B. & Oumeraci, H.: Intangible Flood Losses: Methodologies for their Evaluation and Integration in Flood Risk Analysis 7. Burzel, B.; Dassanayake, D.R. & Oumeraci, H.: Spatial Modelling of tangible and intangible Losses in Integrated Risk Analysis Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 13

14 Schlüsselergebnisse & offene Fragen in TP1 1. Nichtlineare Interaktion zwischen Sturmflutkomponenten 2. Parametrisierung der gesamten Sturmflut-Ganglinie 3. Fülle der Sturmflut & praktische Bedeutung 4. Stochasticher Sturmflut generator (SSG) & Copulabasierte multivariate statistische Analyse (CMSA) 5. Komb. Wahrscheinlichkeit Fülle Scheitel Sturmflut 6. Hybrides Sturmflut-Modellsystem ANN & TELEMAC2D a. Fortführung der Untersuchungen über nicht lineare Wechselwikungen b. Systematischere Unsicherheitensanalysen c. Erweiterte Anwendungen der Copula-Funktionen Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 14

15 Schlüsselergebnisse & offene Fragen in TP2 1. Segmentierung der HW-Schutzlinien in beiden Untersuchungsgebieten 2. GZG für Dünen unter Wellendruckschlag and Wellenüberlauf 3. Verfahren für zeitabhängige Wellen-Überlaufvolumina 4. Probabilistische Analyse ganzer HW-Schutzlinien & Vereinfachungen je nach Wissenslücken 5. Modellierung von Deich- und Dünenbrüche, einschl. Bruchentwicklung a. Raumliche Variabilität and Längeneffekte b. Zeitabhängigkeit der Grenzzustandsgleichungen und der Fehlerbäume c. Zuverlässigkeitsanalyse von Punkt-Bauwerken (z.b. Fluttore) *Wichtige Anmerkung : Nichtberücksichtigung von a, b & c in den bisherigen Vorgehen führt leider zu Ergebnissen auf der unsicheren Seite. Daher weitere Forschung dringend erforderlich Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 15

16 Schlüsselergebnisse & offene Fragen in TP3 1. Mikro-skalige Ermittung der direkten ökon. Schäden & Aggregation auf makro-skaliger Ebene (FloReTo & GIS basiert) 2. Indirekte ökonomische Schäden infolge Störungen sozio-ökon. Aktivitivitäten durch direkte Flutschäden (ARIO-Modell von Hallegate) 3. Konzeptueller Rahmen für die Ermittlung/Bewertung intangibler lschäden und deren Integration mit tangiblen Schäden in Risikoanalysen 4. Modellierung von Todesfällen & Verletzungen (Anpassung des Modells von Penning-Rowsell auf den Küstenbereich) 5. Neues Verfahren zur Ermittlung kultureller Schäden durch Differenzierung zwischen physik.alischen & kulturellen Werten der Kuturgüter sowie deren Zusammenführung in eine sog. Cultural Loss Assessment Matrix (CLAM) 6. Berücksichtigung ökologischer Schäden in der Risikoanalyse auf der Grundlage des Ecosystem Services Approach 7. GIS-basierte Multi-Kriterienanalyse (MCA) auf der Grundlage der multi-attribute utility theory (MAUT) für die nicht-monetärische Integration tangibler und intangibler Schäden a. Indirekte ökonomische Schäden: Einsicht in die Beziehungen zwischen den Mechanismen der Wirschafts- & Finanzsektoren and der Naturkatastrophen (Leontief-Modell) b. Life quality index (LQI) für nicht-monetäre Integration tangibler & intangibler Schäden c. Harmonisierung der Risikoanalysen Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 16

17 Schlüsselergebnisse & offene Fragen in TP4 1. GIS-basiertes Konzept für räumliche Modellierung verschiedener Schadenskategorien & Aggregation in integrierte Risikoanalyse (CRA*) 2. MCA- basierte Integration tangibler/intangibler Schäden in GIS 3. Berücksichtigung der Dimension Zeit bei der Schadensmodellierung (z.b. loss-of-life-modellierung) als Unterstützung für die Entwicklung von Maßnahmen zur Reduzierung des Flutrisikos 4. Ansätze zur Risikokartierung als Unterstützung des Kommunikationsprozesses für das Management von Flutrisiken 5. Methoden zur Berücksichtigung der Risikoakzeptanz a. Systematische Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysie & Vereinfachungen b. Dreistufige Decision Support System (DSS) c. Kopplung von CRA mit numerischen Modellen sowie mit Zuverlässigkeits- & Unsicherheitsanalysen. Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 17 *CRA= Cellbased Risk Assessment

18 GIS-basierte Integration tangibler/intangibler losses Überflutungwahrsch. (P f ) X Flutschäden (D i ) = Flutrisiko (R i ) Intangible Schäden Menschenleben, D LL R LL = P f D LL + Verletzungen, D PI R PI = P f D PI + Kulturgüter, D CL R CL = P f D CL + Ökosysteme, D ENL R ENL = P f D ENL + Tangible Schäden Überflutungwahrsch. (P f ) + Direkte ökon. Schäden, D DEL Indirekte ökon. Schäden, D IEL R DEL = P f D DEL R IEL = P f D IEL Gesamte Schäden, D TOT R TOT = P f D TOT (D TOT = D LL w LL +D PI w PI +D CL w CL +D ENL w ENL +D DEL w DEL +D IEL w IEL ) w LL : Wichtung für Menschenleben w PI : Wichtung für Verletzungen w CL : Wichtung für Kulturgüter w ENL : Wichtung für Ökosysteme w DEL : Wichtung für direkte ökon. Schäden w IEL : Wichtung für indirekte ökon. Schäden R i : Risiko für Schadenskategorie D i durch Überflutung mit Wahrscheinlichkeit P f Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 18

19 3. Abschließende Bemerkungen und Ausblick Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 19

20 Höchster Detaillierungsgrad der Anaysen. Warum? Detaillerungsgrad so hoch gehalten wie ihn der Wissenstand & die verfügbaren Resourcen in XtremRisk für neue Entwicklungen (von der Risikoquelle bis zu den Risikoempfängern) ermöglichten. Daher stellt XtremRisk die detaillierste Risikoanalyse ihrer Art dar. Deshalb wird sie (mit einigen Ergänzungen) als 3. Stufe im geplanten DSS dienen. Dieser Detaillerungsgrad war auch deshalb erforderlich, um:. Die Lücken in Grundlagenwissen, Methoden & Modellen besser identifizieren zu können. Die Priorisierung von F & E Vorhaben besser zu definieren. Die Moglichkeiten für Vereinfachungen in den ersten beiden Stufen des geplanten DSS effektiver zu untersuchen & diese besser im dreistufigen DSS zu definieren. Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 20

21 Ausblick. Vereinfachung der entwickelten Methoden zur Implementierung der EU- Hochwassermanagementrichtlinie in Zusammenarbeit mit den Küstenländern (Einzelvereinbarungen). Schliessen der Wissenslücken hinsichtlich zeitabhängiger Versagensformen von HWS-Bauwerken und zeitabhängiger Fehlerbaumanalysen (DFG-Anträge). Weiterentwicklung des hybriden Sturmflut-Modells (DFG & DAAD).... Verbundprojektantrag (BMBF bzw. EU) zur Entwicklung eines modularen dreistufigen DSS zur Durchführung integrierter küstenbezogener Flutrisikoanalysen & -management, einschliesslich Sicherheitsüberprüfung & risikobasierter MIU für HWS-systeme: 1. Machbarbarkeit 2. Vorentwurf 3. Detail. Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 21

22 website Hocine Oumeraci XtremRisK-Abschlusskonferenz 14. November 2012 Folie 22