Wie soll die Praxis bei der Abschätzung von Hochwasserabflüssen mit dem Phänomen der Klimaänderung umgehen?

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1 Wie soll die Praxis bei der Abschätzung von Hochwasserabflüssen mit dem Phänomen der Klimaänderung umgehen? 1. Einleitung (HW-Abschätzung, Dimensionierung und Climate Change) 2. Daten-Ausgangslage (CH) 3. Hochwassergeschichte 4. Hydrolog. Grundlagendaten (Abflussmessungen) 5. Reaktionsweise von EZG auf Starkregen 6. Vorregen 7. Schlussfolgerungen Dr. Simon Scherrer Scherrer AG Hydrologie und Hochwasserschutz 4153 Reinach (Schweiz)

2 1. Einleitung: Statements zu HW-Häufigkeiten und Climate Change (CC) IPCC (2013): There is high confidence that past floods larger than those recorded since 1900 have occurred during the past five centuries in northern and central Europe, western (...) CC-Hydro (2012): Die Abflussregimes hingegen, d. h. die jahreszeitliche Verteilung der Abflüsse, werden sich beinahe in der ganzen Schweiz verschieben. So wird im Winter in vielen Gebieten deutlich mehr und im Sommer weniger Abfluss erwartet ausser in den noch vergletscherten Gebieten. Damit wird sich im grössten Teil des Mittellandes die potenzielle Hochwasserzeit vom Frühsommer in das Winterhalbjahr verschieben und teilweise auch verlängern. Die Disposition für mittlere (in den Voralpen und Alpen) bzw. grosse (im Mittelland und Jura) Hochwasserereignisse dürfte sich in vielen Gebieten verschärfen. MeteoSwiss, ETH, NCCR Climate, and OcCC (2011): Zusammen mit diesen Änderungen der mittleren Temperatur und des mittleren Niederschlags ist auch eine Änderung im Charakter von Extremereignissen zu erwarten. Aufgrund dieses Berichtes ist von häufigeren, intensiveren un länger anhaltenden Wärmeperioden und Hitzewellen im Sommer auszugehen, während die Zahl der kalten Wintertage und Nächte vermutlich abnehmen wird. Projektionen der Häufigkeit und Intensität von Niederschlagsereignissen sind mit grösseren Unsicherheiten behaftet, markante Änderungen können jedoch nicht ausgeschlossen werden. Zusätzlich wird eine Verschiebung von festem Niederschlag (Schnee) hin zu flüssigem Niederschlag (Regen) erwartet, was das Überschwemmungsrisiko speziell in niedrigen Lagen vergrössern würde.

3 1.Einleitung: Dimensionierung von Hochwasserschutzmassnahmen Zeithorizont: Aspekte: Es können keine beliebigen Sicherheitsmargen beim Dimensionierungs-HW eingebaut werden Jahren (je nach Bauwerk) HW-Sicherheit, Kosten-Nutzenüberlegungen, Akzeptanz der Bevölkerung,etc.

4 1.Einleitung: Umgang mit CC bei der Dimensionierung von HW- Schutzmassnahmen Land Österreich Deutschland Schweiz Strategie Keine Klimafaktoren, pragmatischer Umgang Klimafaktoren werden berücksichtigt in gewissen Bundesländern (Baden-W.: HQ 100 : Faktor ; Bayern: Faktor 1.15) Keine Klimafaktoren, Fallweise geeignete Szenarien, schlimmster Fall berücksichtigen, Raumbedarf, Überlastfall.

5 1. Einleitung Umgang mit CC bei der Dimensionierung von HW- Schutzmassnahmen Folgerungen Die Einschätzung, wie stark sich eine Klimaänderungen auf die Grösse und Häufigkeit von HW-Abflüssen auswirken wird, sind mit vielen Unsicherheiten behaftet. HW-Schutz-Massnahmen beziehen sich auf nächste 50 bis 100 Jahre, deshalb kann der Einfluss von CC relevant sein. Mehr Gewissheit wäre aus der Sicht des Wasserbaus resp. HW-Schutzes daher wünschenswert. Je nach Land besteht unterschiedlicher Umgang mit der Situation. Keine allgemein gültigen Rezepte, wie mit CC bei der Bemessung von Bauwerken umgegangen werden soll. Wie kann man angesichts solcher ungewissen Prognosen bei der Hochwasserabschätzung vorgehen?

6 2. Daten-Ausgangslage in der Schweiz Niederschlagsmessungen Abflussmessungen

7 3. Hochwassergeschichte Hochwasserhäufigkeiten Pegel Vord. Frenke, Talhaus Bubendorf (Kt. BL, Tafel- und Faltenjura, 44 km2, Messreihe: , heute)

8 Erkundung historischer Hochwasser Hochwasser 1926

9 Erkundung historischer Hochwasser

10 Erkundung historischer Hochwasser 17. Jh. 18. Jh. Oberlauf Mittellauf Unterlauf 19. Jh. 20. Jh. Abflussmessungen

11 Hochwasserhäufigkeiten Pegel Vord. Frenke, Talhaus Bubendorf (Kt. BL)

12 Hochwasserhäufigkeiten Pegel Schächen-Bürglen (Kt. Uri, alpin 109 km2, Messreihe: 1912 heute, wenige Lücken)

13 13./14. Jh. Schaechen 109 km2, alpin 15./16. Jh. 17. Jh. 18. Jh. 19. Jh. 20. Jh.

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15 Hochwasserhäufigkeiten Pegel Töss-Neftenbach (Kt. ZH, 343 km2, Voralpin-Mittelland, Messreihe: 1915)

16 Erkundung historischer Hochwasser Schmocker, Naef, Margreth, Kienzler, Scherrer (2009)

17 3. Hochwassergeschichte Folgerungen - HW-Geschichte eines Gewässers: Überblickbare Perioden von Jahren sind möglich. - Die historischen Ereignisse lassen Pegelmessreihen bezüglich Repräsentativität in einem neuen Licht erscheinen. - Die Berücksichtigung historischer HW bei der HW-Abschätzung kann vor krassen Fehlabschätzungen schützen (siehe Frenke). - Das Klima ist und war nie stabil, auch die HW-Häufigkeiten nicht. Reicht der Rückblick in Zeitperioden z.b. des 19. Jh. zurück (rauheres Klima), so hat man HW-reichere Phasen abgedeckt. - Klimaaufschläge sind in solchen Fällen nicht (unbedingt) notwendig.

18 4. Hydrolog. Grundlagendaten Beispiel Abflussmessungen Lange Messreihen ermöglichen die Analysen von HW-Ereignissen. Lernen wie EZG reagieren. (HW-)Statistik (evtl. mit hist. HW ergänzen) Eichung von Niederschlag-Abflussmodellen. -> An den Abflussmessungen hängt einiges.

19 Abflussmessungen Der genaue Wasserstand in cm Quelle: BAFU, Therese Bürgi

20 Pegel der Lüssel in Erschwil

21 4. Hydrolog. Grundlagendaten Abflussmessungen / Pegel / Abfluss-Beziehung Pegel Lüssel, Erschwil (Kt. SO) Brücke schlägt zu. Beginn Druckabfluss Pegelhöhe [m] Abfluss strömend > Faktor 2! Rekonstruktion Hw von Fotos Eichmessungen PQ-Bez. ab , erweitert für Jahrbuch 2000 kstr=25 kstr=30 kstr=35 Abfluss schiessend Abfluss (m3/s) Abfluss [m3/s]

22 4. Hydrolog. Grundlagendaten Abflussmessungen müssen (für HW-Untersuchungen) verlässlich sein.

23 5. Reaktionsweise von Einzugsgebieten Gebietsverständnis der Abflussbereitschaft von EZG (Grunddisposition)

24 5. Reaktionsweise von Einzugsgebieten Hochwasser Juni 1987

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26 Grosse Anteile schwach reagierender Flächen -> schwache und verzögerte Abflussreaktion 6.1% 1.6% 14.7% 17.8% 26.2% 33.6% B 26

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29 Quelle: SAC-Flood, NFP 61, Naef et al.

30 Erkenntnisse zur Abflussbildung Die unterschiedliche Reaktionsweise von EZG auf Starkregen ist wichtig bei der HW-Abschätzung (unabhängig von CC). Rasch reagierende EZG und Flächen sind weniger kritisch bei CC, weil sie bei grösseren Niederschlägen leicht stärker reagieren. Kritsch können verzögert reagierende Flächen in sehr steilen Gebieten sein, weil sie u.u. während des HW entwässern und damit ein Schwellenverhalten einleiten können.

31 6. Niederschlag-Vorgeschichte (Vorregen) 6 x mehr Abfluss bei nassen Verhaeltnissen Ablauf Beregnungsversuch: 1. Tag: auf trockenen Boden m Niederschlag 2. Tag: auf nassen Boden Versuchswiederholung Standort 1: grosser Unterschied der Abflussreaktionen

32 6. Niederschlag-Vorgeschichte (Vorregen) Nur wenige Prozent mehr Abfluss bei nassen Verhältnissen

33 7. Schlussfolgerungen Hist. HW liefern wesentliche Erkenntnisse (Grösse extremer HW, Prozesswechsel, Reaktionsweise unter früheren (rauheren) klimatischen Bedingungen). Damit lässt sich besser beurteilen, ob Klimaaufschläge nötig sind. Hist. HW können Fehl-Abschätzungen verhindern. Abflussmessungen müssen verlässlich sein. Kenntnis der Gebietsreaktion liefert Ideen über die Reaktion unter Climate Change. Sensitivität der Gebietsreaktion bezüglich Vorfeuchte muss Flächendifferenziert betrachtet werden. HW-Abschätzungen sind von Unsicherheiten begleitet. Bevor CCAufschläge gemacht werden, sollten die EZG-Fakten zusammengetragen und ausgewertet werden.

34 Danke für die Aufmerksamkeit! 34

35 Literatur: Schmocker-Fackel, Naef F., Margreth M., Kienzler, Scherrer S. (2009): Häufiger Hochwasser? Lernen von der Vergangenheit für die Zukunft. SGHL-Tagung. MeteoSwiss, ETH, NCCR Climate, and OcCC, 2011): Szenarien zur Klimaänderung in der Schweiz (Swiss Climate Change Scenarios CH201 P., 1. Bundesamt für Umwelt BAFU (Hrsg.) (2012): Auswirkungen der Klimaänderung auf Wasserressourcen und Gewässer. Synthesebericht zum Projekt «Klimaänderung und Hydrologie in der Schweiz» (CCHydro). Bundesamt für Umwelt, Bern. Umwelt-Wissen Nr. 1217: 76 S. IPCC (2013) Climate Change The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change p.128