Risikomanagement extremer Hochwasserereignisse. Integrierte Konzepte für ein Hochwasserrisikomanagement. Technischer Hochwasserschutz

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1 BMBF- Fördermaßnahme Risikomanagement extremer Hochwasserereignisse Integrierte Konzepte für ein Hochwasserrisikomanagement Technischer Hochwasserschutz Querschnittsaufgaben o.univ.prof. Dieter Gutknecht

2 Hochwasserrisikomanagement BMBF-Förderaktivität Zielsetzung Integrierte Konzepte für ein Hochwassermanagement Technischer Hochwasserschutz Querschnittsaufgaben Ausrichtung auf Extremereignisse Leitthema: Integration, Kommunikation, Zusammenarbeit, Zusammenschau Aufbereitung der Inhalte: - Definition von 5 Diskussionsgruppen mit Unterthemen - Eingereichten Projektvorschläge Themen, Inhalte, Methoden,...

3 Informationen zum Hochwasserrisikomanagement Lessons Learned : Studien, Berichte, Leitlinien,... Analyse der Ereignisse Bewertung der Vorgänge und Maßnahmen Entwicklung von Konzepten, Handlungsanweisungen jüngste Berichte ( Auswahl ) für die Errichtung und Verbesserung von Schutzmaßnahmen 1998 SpektrumWasser 1; Hochwasser; Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft 2002 Hochwasser 2000 Les crues 2000; Ereignisanalyse- Fallbeispiele; BWG Bern 2003 Hochwasservorsorge in Deutschland; Lernen aus der Katastrophe 2002 im Elbegebiet, DKKV Schutz vor Hochwasser in Bayern; Strategie und Beispiele; Bayrisches Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen 2004 Ergebnisanalyse; Hochwasser August 2002 in den Ostererzgebirgsflüssen; Freistaat Sachsen 2004 Analyse der Hochwasserereignisse vom August Flood Risk; Synthesebericht; Österreich

4 Thema und Inhalt der Präsentation Zielvorgabe: Hinweise auf Entwicklungen, Defizite, Lösungsmöglichkeiten,... o Einbeziehung zusätzlicher Information extreme, historische Ereignisse o Prozess-Kenntnis und Information o Eingehen auf Vielfältigkeit der Ereignis-Situationen Szenarien - Bildung Monte Carlo Simulation o Abstützung der Untersuchungen auf mehr als einen Ansatz Kombinierter Ansatz o Aspekte der Umsetzung von Hochwasserberechnungen, Vorhersagen im Risikomanagement

5 Extreme Hochwasserereignisse was ist extrem? Begriffsbestimmung... außergewöhnlich, außerordentlich (groß), unverhältnismäßig... ein hohes, höchstes Maß erreichend... am äußeren Rand der Verteilung, selten, sehr selten Entstehungsbedingungen... Zusammentreffen selten auftretender Faktoren, Kombinationen, Überlagerungen Auswirkungen... Allgemein,... weil am Rande des Üblichen, des Berücksichtigten Außergewöhnliche Situationen... Folgen, Schäden, Beeinträchtigungen Rezeption schwierig,... bis fehlend,...geringe Beobachtbarkeit (Seltenheit) Einschätzung... braucht Antizipation, Voraus- Annahme,... auf wenig gesichertem Grund wie weit (Gegenstand der) Berücksichtigung... können uns nicht gegen alles schützen

6 Hochwasserrisikomanagement unter Unsicherheit Philosophie Facetten des Begriffs Unsicherheit Unsicherheit... - Bedrohungselement - Ungewissheit Unberechenbarkeit des Auftretens naturgegebene Ungewissheit wann, wo, wie groß, intensiv,...? - natürliche Variabilität - Unbestimmtheit - Zufälligkeit Niederschlagsprozess, Abflussprozess keine bzw. mangelhafte Absicherung... gegen Verletzlichkeit Unschärfe der Vorabschätzung der aktuellen Warnungen (Vorhersage) Ungewissheit zufolge des Auftretens unvorhergesehener Umstände Wirkungen im System Formen der Unsicherheit ( Uncertainty )...

7 Einbeziehung historischer, extremer Ereignisse Absicherung des Extrapolationsbereichs bei der statistischen Analyse von Hochwasser-Reihen Information über Entstehungsbedingungen Frage der Verteilungsfunktion im Extrapolationsbereich... einheitliche gemeinsame Verteilung...? bi-modale, zusammengesetzte Verteilung (Vevjevich, 1987; Rossi et al.1984)...? Analyse von Extremereignissen... Erfassung der Merkmale extremer Ereignisse Erarbeitung von Hochwasser-Chronologien (z.b. Grünewald, 2005)

8 Einbindung historischer Hochwasserereignisse Absicherung des Extrapolationsbereichs (Schiller, 1986) Ausnahme: Juli intensive Dauerregen (Vb- Wetterlage) hauptsächlich Winterhochwasser Beobachtungen seit 1824 Absicherung durch historisch dokumentierte Hochwässer seit 1342

9 Einbeziehung von Prozess-Information Information, Kenntnisse über Entstehungsbedingungen Auslösendes Ereignis... Wettersituation, Zirkulationstyp; Niederschlag in Abhängigkeit von Strömungslage, geographischer Situation Vorbedingungen... Vorwetter; Schneelage; Feuchtezustand,... Ablaufcharakteristika... Abflussprozesse; Prozesse im Hochwasserschutz-System Zusammenwirken der verschiedenen Faktoren... Kopplung, Korrelation von Faktoren und Abläufen Schaffung von Grundlagen - Dokumentationen, Kataloge: Daten, Beobachtungen, Phänomene Einbeziehung unterschiedlicher Situationen, Fälle... Lernen aus Unterschieden (klein-mittel-groß-(sehr)groß; trocken-feucht; kurz-lang) Broaden the View... Verbreiterung der Beurteilungsbasis

10 Entstehungsbedingungen - Niederschlag Zirkulationsmuster außerordentlicher Niederschlags- Abfluss-Ereignisse in der Schweiz (Grebner und Grubinger, 2004) Grebner (1980; 1990); Grebner und Roesch (1999); Grebner et al. (2000) Bardossy and Plate (1992)

11 Einbeziehung von Kenntnissen um die Abflussprozesse Abflussentstehung Standort Einzugsgebiet Flussgebiet Prozess-Dynamik Prozess-Indikatoren Abfluss- (Reaktions-)Typen Hochwasser Typen Abflussvorgang in Flussstrecken und Überflutungsräumen Erfassung detailliert parametrisiert Prozesse im Hochwasserschutz-System (siehe Wirkungsketten-Modell: Merz et al.(2003;..) Abhängigkeit vom Maßstab

12 Einbeziehung von Prozess-Kenntnis: Abfluss-Typen (Naef, 2005; Naef und Scherrer, 2005) Gebietsunterteilung nach Abflussreaktionen (s. auch HADES)

13 Einbeziehung von Prozess-Indikatoren: Hochwasser-Typen Räumliche Verteilung der Häufigkeit des Auftretens der verschiedenen Hochwasser-Prozess-Typen (Merz und Blöschl, 2004) Short-rain floods Flash floods Long-rain floods Rain-on-snow floods Snow melt floods Auftreten der Typen abhängig von Lage des Gebiets Entstehung des Ereignisses Prozess-Typen... charakterisiert durch Wirken je anderer Einflussfaktoren auf Entstehung und Größe der Ereignisse

14 Szenarien-Bildung Definition von Szenarien Aussagekraft der Informationsbasis... Vorhandene Datensätze (Beobachtungsdauer; Einschluss von großen (extremen) Ereignissen Übertragbarkeit von Information... Von Ereignis zu (größerem) Ereignis Extrapolation? Von Gebiet zu Gebiet Regionalisierung? Zusammentreffen von Situationen... Z.B. von Ereignis und Vorgeschichte; Abfolge der Ereignisse...? Zuordnung von Wahrscheinlichkeiten zu bestimmten Szenarien...? Aussagen, Verwendung der Szenarien-Analyse im Risikomanagement-Prozess Wirkungsketten-Modell

15 Bildung von Szenarien Beispiel: Studie Alpenrhein (IRKA,2003) Definition der Szenarien aus den Faktoren Niederschlagstyp, -höhe, -dauer, Lage des Zentrums, Vorregen, eingelagerter Starkregen

16 Szenarienbildung Extremwertwahl: Übertragbarkeit von Extremwerten zwischen Gebieten Beispiel: KAMP-Hochwasser August 2002 (a) (a) Kamp river catchment Vienna (b) (b) Southern part of Lower Austria Entstehung der extremen Tagesniederschläge jeweils durch Vb-Wetterlage... gleiche meteorologische Situation...Kriterium

17 Szenarienbildung Zusammentreffen von Situationen Überlagerung von Zubringerund Hauptflusswelle: Augusthochwasser 2002, Kamp und Donau Außerordentliche Überschwemmungssituation im Tullner Feld

18 Einsatz der Szenarienberechnung zur Abschätzung von Extremhochwassern Studie Alpenrhein (IRKA, 2003) Annahmen bei der Definition der Szenarien zur Abschätzung extremer Hochwasserabflüsse: wirkungsvollere Position des NS- Feldes höhere Schneefallgrenze längere NS- Dauer höhere NS- Intensität (Vorregen und Schneeschmelze) Ergebnisse der Szenarienberechnung Statistische Auswertung der Messungen

19 Untersuchung unter Einsatz mehrerer Methoden, Modelle... Kombinierter Absatz Grundprinzip... Verschiedene Ansätze (Methoden, Modelle,... ) tragen einander ergänzende Information bei nutzen verschiedene Daten bringen verschiedene Aspekte ins Spiel (Einflussfaktoren, Voraussetzungen,... ) Kombination... Gewichtung der Aussagen nach Zuverlässigkeit der Unterlagen, Daten Zutreffen der zugrundeliegenden Annahmen Erfüllungsgrad der Voraussetzungen Abwägen der Unsicherheiten - Formalisiert... MC-Simulation; Bayes-Ansatz; Fuzzy-Ansatz - Auf Basis Plausibilitätsprüfung Anwendungen: z.b. - Extremwert-Schätzung - Ensemble-Prognosen -?... in Kommunikationsprozessen...?

20 Kombinierter Ansatz - Beispiele Mehr-Säulen -Ansatz: Voneinander unabhängige Ermittlung des Bemessungshochwasserwertes nach den Ansätzen - Hochwasserstatistik - Regionale Hochwasserstatistik - NA-Modellierung - GRADEX Verfahren (Entwurf für einen Leitfaden zur Ermittlung des Bemessungshochwassers für Talsperren; Interner Bericht für Staubeckenkommission beim BMLFUW, Wien, 2003; Entwurf in Diskussion)

21 Mehr-Säulen -Ansatz: Zusammenschau der Ergebnisse nach verschiedenen Methoden NA-Modellierung mit verschiedenen Annahmen Regionale Statistik Gradex Gradex

22 Kombinierter Ansatz unter Verwendung von Monte Carlo-Simulation Model Instrumentation Rhine [Diermanse... et al. 2005] initiiert durch RIZA, Beiträge von KNMI, BfG, WL/ Delft Hydraulics Künstlich erzeugte (generierte) Reihen der Scheitelabflüsse aufbauend auf... Stochastischer (Niederschlags-)Regengenerator (KNMI) Hydrologisches Modell... HBV (BfG) Hydraulisches Modell... SOBEK WL/ Delft Hydraulics Generierte Reihen von Scheitelabflüssen Wahrscheinlichkeitserwartung generierte Verteilungsfunktion Schätzwert für f r Bemessungsabfluss

23 Wirkungsketten - Konzept DFNK-Cluster Risikoanalyse Hochwasser Berücksichtigung der gesamten Wirkungskette Starkniederschlag Abflussbildung Abflusskonzentration in den Teileinzugsgebieten Wellenablauf im Gewässersystem Versagen von Schutzeinrichtungen Überflutungen - Verluste HAZARD VULNERABILITY Risk Probability of occurience intensity dwelling exposure manufacturing susceptibility water depth RETURN INTERVAL DISCHARGE < 0,5 m 0,5-2 m > 2 m 50-year flood buildings, not affected RELATIVE DAMAGE WATER DEPTH RETURN PERIOD DIRECT ECONOMIC DAMAGE buildings, affected by 50-year flood Hochwasserrisiko aus der Interaktion von Gefährdung und Vulnerabilität (aus Merz und Thieken, 2004)

24 Einsatz der Monte Carlo Simulation im Rahmen des Wirkungsketten - Ansatzes Wahrscheinlichkeit (Schaden >= S) [1/a] 0.1 Unschärfe der Verteilungsfunktion 0.01 Mittlerer Schaden +/- eine Standardabweichung der Unsicherheit durch die Q-Statistik +/- eine Standardabweichung der Gesamtunsicherheit Wahrscheinlichkeit (Schaden >= S) [1/a] Mittlerer Schaden +/- eine Standardabweichung der Unsicherheit durch die HQ-Beziehung +/- eine Standardabweichung der Gesamtunsicherheit Unschärfe der W- Q-Beziehung Sachschaden S [Mio. DM] Wahrscheinlichkeit (Schaden >= S) [1/a] 0.01 Gesamt-Unsicherheit Mittlerer Schaden /- eine Sachschaden Standardabweichung S [Mio. DM] der Unsicherheit durch die Schadenfunktion +/- eine Standardabweichung der Gesamtunsicherheit Unschärfe der Schadensfunktion Sachschaden S [Mio. DM] Abschätzung von Hochwasserrisiken und ihrer Unsicherheiten (Thieken et al., 2002; Merz et al., 2003)

25 Aspekte der Umsetzung im Risikomanagement Versagensverhalten von Hochwasserschutzbauten Restrisiko-Betrachtung Risiko-Betrachtung bei verschiedenen Schutzgraden im System Wahrnehmung des Hochwasser-Risikos Vorhersage und Warnung

26 Hochwasserrisiko: Versagensverhalten von Schutzbauwerken Versagenssituationen Mehr Stufen - Ansatz Schadenshöhe 1 2 Bemessungsereignis Größe des Hochwassers 1... plötzliches, vollständiges Versagen 2... sequenziell zunehmendes Versagensausmaß Minor (2005)... Zur Überlastbarkeit von Hochwasserschutzbauten LfU (2005)... Leitfaden Überströmbare Dämme

27 Hochwasserrisiko Rolle des Restrisikos Risikobeeinflussung durch technische Infrastruktur und weitergehende Hochwasservorsorge Extrembeispiel (aus Schmidtke, 2004)

28 Risiko-Situation in einem beeinflussten Tal - Attenuation of flood peaks and retention of small floods by reservoirs - Little impact on extreme floods (such as the 2002 flood) Spillway of the Ottenstein dam (arch dam) in the Kamp catchment during the 2002 flood. The measured discharge was close to the design flood. - Deceptive sense of safety, people living in the downstream valley tend not to be prepared - Flood peak in August 2002 in the Kamp catchment in Austria was close to the design value of the spillways of the dams in the catchment

29 Wahrnehmung des Hochwasserrisikos Zeitlicher Verlauf von subjektiv wahrgenommenem und tatsächlichem Risiko (aus Schmidtke, 2004)

30 Vorhersage und Warnung

31 Ausbau der Warnsysteme Mehrstufiges Warnsystem Frühwarnung Vorwarnung Warnung Einbeziehung von Niederschlagsvorhersagen auf Basis von Numerischen Wetterprognosemodell-Prognosen Radardaten Beispiel: INCA (ZAMG Wien, Haiden et al. 2004) Abflussmodelle: Modelltyp, Modellkalibrierung, - validierung Erfassung der Unsicherheit Nachführung Ensemble-Vorhersagen Kombinierter (Bayes-) Ansatz Umsetzung in die lokale Situation

32 Mehr(3)-stufiges Warnsystem: Beispiel Kamp-Tal Forecast accuracy Deterministic forecasts (flooding levels) + meteorolog. Nowcasting Probabilistic forecasts (potential flooding) Observed Rain + Rainfall-Runoff Models Pre-warning Early warning Lead time (hours) 48

33 Umgang mit Ungewissheit und Unschärfe Probabilistische Prognosen Arbeiten mit möglichen Situationen... Monte Carlo Simulation Zufallsbestimmte Eingabe von - Anfangs- und Randbedingungen - Zustandsgrößen - Modellgrößen... Modellparameter, Modellstruktur Monte Carlo Simulation ( Ziehen aus einer Verteilung ) führt zu Ensemble von Modellausgängen (... Prognosen... ) Beispiele: Wettervorhersage, ECMWF-Modell > 50 künftige Wetterabläufe

34 Umgang mit der Ungewissheit in der Abflussmodellierung Berücksichtigung der Ungewissheit bezüglich eines optimalen Modells ( Modellstruktur, Modellparameter) und bezüglich der Zustandsgrößen durch Simulation mit verschiedenen, vordefinierten, Modellversionen Multi-model ensemble - Prognosen Auswertung der Ensemble-Prognosen: Gewichtetes Mittel Fraktile... Z.B. 25%- und 75%-Wert Maximum, Minimum, (Max-Min)-Wert Berechnung von Vergleichs-, Analogie Fällen (siehe z.b. Todini, 2004,2005)

35 Umsetzung der Vorhersagen in die lokale Situation Abstimmung mit Warn-, Alarm-, Einsatzplänen Kommunikation der Unsicherheit

36 3-stufiges Warn-System Frühwarnung ( 1 bis 4 Tage )... Basis: Wetter- und Niederschlagsprognose Information an Landeswarnzentrale Vorwarnung (bis 24 h) Wetter- und Niederschlagsprognose Lokale Einsatzzentren Eigentliche Hochwasserwarnung Prognose auf Basis von Niederschlag- und Abflussbeobachtungen Information an Einsatzkräfte

37 Risikokommunikation

38 Risiko-Kommunikation: Hochwassergefahren bewusst machen Wahrnehmung von Naturgefahren (nach FloodRisk Projekt; Untersuchung Wagner und Suda,2004) Wahrnehmung in der Bevölkerung gespalten Grundsätzliches Verständnis von/für Naturgefahren in Allgemeinen Unzurreichendes Bewusstsein für die reale, lokale Gefahrensituation, nicht realistisches, subjektives Sicherheitsgefühl Schwierigkeit der Schaffung eines Bewusstsein für das Restrisiko Problematik des raschen Abklingens des Interesses nach einem Ereignis bei den nicht Betroffenen (...Medien..!) Katastrophenvorsorge ist kein Politikfeld, das dauerhaft auf der politischen Agenda steht (DKKV 29, S.123)

39 Risiko-Kommunikation: Hochwasser und Hochwassergefahr in den Medien Martina Bach und Barbara Strobl: Das Hochwasser 2002 in den österreichischen Medien. Hausarbeit zur Vorlesung Wasserwirtschaft für Raumplaner (2003) ORF- Pressespiegel: 408 Artikel (1. Und 31. August 2002) 75 Artikel: APA Meldungen Tagesgeschehen Politische Reaktion Österreich-weite Tageszeitungen 44 Kurier 36 Neue Kronen-Zeitung 26 Standard 23 Presse Maßnahmen - Diskussion (1) Aktuelle Lage Ursachen/ Schuldige - Suche (2) Hilfs- und Rettungsaktionen; Schicksale (3) Spendenaktionen (Rufnummern, Hotlines) Berichte in nahezu allen Ressorts Chronik Innenpolitik Wirtschaft Leben

40 Risiko-Kommunikation: Einbeziehung von BürgerInnen, Betroffenen,... Stakeholdern Beispiel: TISZA Studie (IIASA): Stakeholder Views on Flood Risk Management in the Upper Tisza Basin, Hungary (Linnerooth-Bayer, 2002) Fragestellungen an die Beteiligten: What are the most serious negative consequences of floods? What measures do you think would be most effective for reducing flood losses? Would you agree that the (Hungarian) government should pay (fully or in part) for risk reducing investments in upstream countries? After a major flood, the Hungarian government should compensate

41 Antworten aus der TISZA-Studie, z.b. zur Frage: Effektiveste Maßnahmen zur Reduktion von Hochwasserschäden 74 % Damm-, Deich-Erhöhung -> auch nach HW2002 von Gemeinden Wunsch nach höheren Dämmen vorgebracht 61 % Aufforstung im Einzugsgebiet... geprägt von Umwelt- und Natur-Situation im Gebiet 45 % Erhaltung und Erneuerung der Entwässerungssysteme... spezifische Situation im Gebiet Rang 1 bis 3: Maßnahmen technischer Art, durchzuführen von Gebietskörperschaften Weitere Ränge: deutlich geringere Bedeutung zugewiesen % Bauverbot in gefährdeten Gebieten 21 % Entfernung (Rückversetzung) von Deichen 14 % Aus-/Umsiedlung aus möglichen Überschwemmungsgebieten 10 % Information über Risken und Möglichkeiten zu deren Begegnung Nr. 32

42 Integrieren: Erkenntnisse, Erfahrungen Konzepte Möglichkeiten, Beschränkungen Wissenschaftlicher Bereich Forschung Praxis-Bereich Zwischen Disziplinen Workshops Fallstudien Fachübergreifende, gemeinsame Studien Kommunikation

43 Kommunikation Wahrnehmung Offenheit Unterschiedliche Ansätze, Kenntnisse Denkweisen ( Schulen ) Vorstellungswelten ( Lebenshintergrund ) Einflussfaktoren auf das Gelingen von Kommunikation Integration spielt sich im Kopf ab!!

44 Hochwasserrisikomanagement... Zielsetzung der BMBF-Förderaktivität Projektübergreifende Zusammenarbeit? Kommunikation Synergieeffekte? Synthesemöglichkeiten? Gemeinsames Ergebnis? Vernetzung Integration LEITTHEMA Zusammenschau

45

46 Hochwasserrisikomanagement BMBF-Förderaktivität Integrierte Konzepte für ein Hochwasserrisikomanagement Technischer Hochwasserschutz Querschnittsaufgaben Ausrichtung auf Extremereignisse Basis für die Diskussion Vorbereitung durch Koordinatoren Definition von 5 Diskussionsgruppen Eingereichte Projektvorschläge (Themen, Inhalte, Methoden) Leitthema: Integration, Kommunikation, Zusammenschau,...

47 BMBF-Förderinitiative - Themenbereiche Integrierte Konzepte für ein Hochwasserrisikomanagement operationelles Hochwasserrisikomanagement Hochwasservorhersage und Frühwarnung Analyse historischer Hochwasserereignisse transdisziplinäre Betrachtungen von Extremhochwasser und deren Folgen Hochwasservorsorge Technischer durch risikobasierte Hochwasserschutz Ansätze Deichsicherheit, Deichmonitoring und Verteidigung Bewirtschaftung von Talsperren und Retentionssystemen Management urbaner Ver- und Entsorgungsinfrastruktur im Hochwasserfall risikobasierte Zuverlässigkeitsanalyse für Querschnittsaufgaben Hochwasserschutzbauwerke Bildung Vernetzung Hochwasserbewusstsein Risikokommunikation

48 Unsicherheit Ungewissheit - Uncertainty Apel, H., Thieken, A.H., Merz, B., Blöschl, G. (2004): Flood risk assessment and associated uncertainty. Natural Hazards and Earth System Sciences 4, Uncertainty Aleatory uncertainty... variability, objective uncertainty, stochastic uncertainty, stochastic variability, inherent variability, randomness... Epistemic uncertainty... subjective uncertainty, lack-of- or limited knowledge uncertainty, ignorance, specification error...

49 Analyse historischer Hochwasserereignisse Differenzierung nach Saison Winterhochwasser Sommerhochwasser Unterschiede zwischen Winter- und Sommerhochwassern Plausibilität, Gültigkeit der Verwendung einer einzigen Verteilungsfunktion...? Besitzen Hochwasserkollektive mit Werten im Extrembereich bi-modale, zusammengesetzte Verteilungen (z.b. Vevjevich, 19..; Rossi and )...?

50 Einbindung historischer Hochwasser Verteilungsfunktion im Extrapolationsbereich Studie Alpenrhein (IRKA, 2003) Jährlichkeiten > 15 Jahre maßgebende Prozesse? Verteilung? zunehmende Abweichungen von der Regressionsgeraden

51 Entstehungsbedingungen - Niederschlagsverteilungen Felder der Tagesniederschläge der Zirkulationstypen (Grebner und Grubinger, 2004)

52 Einbeziehung historischer Hochwasserereignisse Verteilungsfunktion im Extrapolationsbereich Studie Alpenrhein (IRKA, 2003) Jährlichkeiten > 15 Jahre maßgebende Prozesse? Verteilung? zunehmende Abweichungen von der Regressionsgeraden

53 Auftreten von historischen Extremereignisse Erhebung anhand von Chroniken, Archiven; Feldstudien Example: Spullersee study Lech (Gutknecht et al., 2004) Example: Torrent catchment Klingfurth (Watzinger und Gutknecht, 2000) 1824 Flood mark of 1824 at 300 year old bridge corresponds to flood observed in 2000 => Ranking of highest observed floods within a longer time period

54 Definition von Szenarien Entstehungsbedingungen, Niederschlagsverteilungen Niederschlagsszenarien auf Basis beobachteter historischer Ereignisse (Studie Alpenrhein (IRKA,2003)) Nordalpin zentrierter Starkniederschlag ( treten seltener auf ) Südalpin zentrierter Starkniederschlag

55 Mehr-Säulen-Modell: Übersicht über die verwendeten Daten und Methoden Daten Abfluss Niederschlag Meteorologie Gebiet Nachbargebiete täglich zeitlich höher aufgelöst Temperatur, Wind, Taupunkt Einzugsgebietseigenschaften Regionalisierungsmethoden lokal regional Hochwasserstatistik probabilistischer Ansatz geeichtes Modell synthetisches Modell regionalisierte Parameter Niederschlag- Abflussmodellierung deterministischer Ansatz Sensitivitätsanalyse Methoden

56 Mehr-Säulen-Modell: Berücksichtigung der Unsicherheitswolken in den Elementen der Abflussberechnung Niederschlagsdaten Meteorologische Daten Abflussdaten Tages-N Hochaufgelöste Daten Meteorologische Parameter seltener Ereignisse kleine große Gebietsdaten Einzugsgebiete topografischgeologische Daten Böden

57 Philosophie des Einsatzes von Monte Carlo Simulation im Rahmen von Model Instrumentation Rhine Generieren von (sehr) langen Reihen Umgehung der Problematik der Extrapolation Erzeugung neuer, in gleicher Weise möglicher Ereignisse und Ereignisabfolgen Möglichkeit der Angabe von Schwankungsbereichen Modellierung der Abflussentstehung und des Ablaufs der Hochwasserwellen (deterministisch) Möglichkeit der Berücksichtigung von Einwirkungen im oberstromigen Gebiet auf die Ausbildung der Hochwasser (Hochwasserganglinien- Charakteristik) - natürliche Gegebenheiten - Veränderungen durch Maßnahmen Analyse der Auswirkung verschiedener Ereignisse

58 Berücksichtigung des Restrisikos Maßnahmen mit unterschiedlichen Schutzgraden flood characteristics type size peak discharge volume time distribution spillway, gate characteristics 1000 year flood... 10,000 year flood 100 year flood reservoir characteristics size dam height surface area flood control volume freeboard operating/ management rules regular operating rule advance water level lowening river course (channel and flood plain) characteristics channel conveyance capacity morphology "old" villages "new" buildings infrastructure motorways railroads pipelines flood plain How to manage the exposure to the greater risk? => The optimist s view: We do hope that such an event never occurs

59 Niederschlagsprognose: Grundkonzept des Systems INCA (Haiden, 2005) Algorithmische Synthese aus allen verfügbaren Datenquellen Stündlich bzw. 15-minütig aktualisierte Prognose Modellprognosen Stationsbeobachtungen Radar- und Satellitendaten Hochauflösende Topographiedaten INCA Hochauflösende Analyse- und Prognosefelder Dt=1h (15min), Dx=1km

60 Quantitative Niederschlagsprognose nach INCA Konzeption für das Kamp- und das Donau-Modell ( Haiden et al., 2004, ZAMG Wien ) Unterscheidung nach Prognosen im Nowcasting-Zeitraum (1 bis 6 Stunden) Basis: INCA Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis: Kombinationsansatz unter Einbeziehung von Stationsniederschlägen, Radarbildauswertungen und Modellprognosen (ALADIN-Vienna) Längerfristige Prognosen (bis 24 bzw. 48 Stunden) Basis: Prognosen der beiden Modelle ALADIN und ECMWF Gewichtete Kombination

61 Niederschlagsanalyse und vorhersage (Haiden, 2005) Analyse (+00 h) Kombination Radar+Stationsdaten Nowcasting (bis max +06 h) Extrapolation der Analyse mittels Verlagerungsvektoren Kurzfrist (bis +36 h) ALADIN Niederschlagsprognosen 1 Gewicht +06 h +36 h

62 Zuflussganglinienmodul Modell OÖ-NÖ-Donau Erstellung mehrerer Prognosen mit verschiedenen Modellen UH-Modell Konfig-4 UH-Modell Konfig-3 UH-Modell Konfig-2 UH-Modell Konfig-1 Heilig-Modell HBV-TU 1h-Basis gewichtetes UH-Modell Gewichtung aufbauend auf "hydrologischen Situationen" "gewohntes Ergebnis" ist auch vorhanden Systemzustand wird aktuell gehalten HBV-TU auf Tages-/12h-/6h-/1h-Basis (?), kontinuierlich Kriterium zum Einschalten der kurzfristigen Modellierung, z.b.: N-Prognose überschreitet Grenzwert Σ

63 Parallelberechnung mit 2 Modellen - Beispiel Block Modell Abflussbeiwert Unit Hydrograph Beobachtung HBV

64 Ereignisabflussbeiwerte Veränderung mit dem Anfangsfeuchtezustand 1. Sommer/Winter -Typ Hochwasser 2. Durchfluss zu Beginn des Ereignisses, Q 0

65 Umgang mit der Unsicherheit Arbeiten mit mehreren möglichen Eingängen verschiedene mögliche Entwicklungen Q a b c Arbeiten mit Begrenzungen (o... oben; u... unten) Arbeiten mit einem probabilistischen Ereignis(ablauf) - Feld Q o Q 90% u 50% 10%

66 SAMBA Andreade-Leal, R.N., Bachhiesl, M., Drabek, U., Gutknecht, D., Kirnbauer, R. (2002)

67 Datum Datum Datum Datum Umsetzung in die lokale Situation Vergleichsbasis Warnmarken HWW-Modell Kärnten Visualisierung: schematischer Längenschnitt eines Flussgebietes Arnoldstein W (cm) Q (m3/s) Reisach N (mm) Weidegg Nassfeld N(mm) N(mm) N (mm) WS3: WorstCase >>HQ100 WS2: großflächige Überfl WS1:erste Überschwemmungen mit Siedlungen Aufnahmevermögen des Flusses Hochwasseralarmierung Ist-Zustand Pegel Rattendorf Pegel Rattendorf Pegel Hermagor Pegel Rattendorf Flusskilometer km Prognose HQ (m3/s) HQ (m3/s) Datum Datum

68 Vorbeugung gegen Fehleinschätzungen

69 Retentionsvolumina einzelner Donauabschnitte Scheiteldurchfluss (m³/s) Flussabschnitt Überflutungsfläche (km²) Retentionsvolume n (Mio. m³) Abwinden Asten Wallsee - Mitterkirchen Wallsee Mitterkirchen - Ybbs-Persenbeug Ybbs-Persenbeug - Melk Melk - Altenwörth Altenwörth - Greifenstein Greifenstein - Freudenau Donau östlich von Wien große Retentionsvolumina in den großen Beckenlandschaften jedoch: Anteil der zurückgehaltenen Wassermengen nur bis zu 6% der Hochwasserfracht im August 2002 Nr. 12

70 Scheitelreduktion durch Rückhalt in Seen und Überschwemmungsgebieten Seen... Salzkammergut, große Hochwässer Überschwemmungsgebiete... Donau, HW ΔHQ = f(a E /A See ) Salzkammergutseen (Studie) ΔHQ (%) Tullnerfeld Machland A E / A See (-) Nr. 13

71 Verbesserung der Warnsysteme Einführung eines mehrstufigen Warnsystems mit den Stufen Frühwarnung Behörde, zentrale Warndienststelle, Verständigung der Mitarbeiter Vor-Warnung Bereitschaftsdienst, Vorbereitung auf Einsatz Warnung Einsatzkräfte Erstellung eines genauen Planes über Verständigung der betroffenen Dienste und Kräfte je nach Warnstufe

72 Wirksamkeit von technischen Maßnahmen zur Vergrößerung des Abflussraumes der Flüsse Durchfluss Q Füllung des Retentionsraumes Scheitelreduktion Entleerung Durchfluss Q Scheitelreduktion Füllung des Retentionsraumes Überschwemmungsgebiet Entleerung Zufluss Zufluss Retentionsraum groß, gesteuert Zeit Deichrückverlegung Zeit Retentionsraum ungesteuert Polder groß, gesteuert Nr. 15

73 Zusammentreffen von Einflussfaktoren bei der Abflussentstehung Simulationsergebnisse flood peak (mm/h) precip (mm) duration (hrs) r.coeff return period 1 flood peak (mm/h) precip (mm) duration (hrs) r.coeff return period '4largest_1' '4largest_2' '4largest_3' '4largest_4' precip (mm/h) Simulationsergebnisse auf Basis des Derived Distribution Concept Ansatzes (Sivapalan et al., 2005; Blöschl, 2005) time

74 Diskussionsgruppen Diskussionsgruppe_1 Frühwarnung, Vorhersage, operationelles Hochwassermanagement Verbesserung (einzelner) Komponenten gekoppelte dynamische Betrachtung im Sinne der Wirkungskette Hochwasser Weitergabe der Warnungen, Informationen Verlängerung der Vorhersagezeiträume (NS- Prognosen) Umsetzung von Vorhersagen in die lokale Situation Bezug zur Wirkungskette Zusammenhänge Vorhersage Ist bei Unfall Konzept Kärnten Propabilistische Vorhersagen,...

75 Diskussionsgruppen Diskussionsgruppe_2 Extreme/ historische Ereignisse Datenquellen Übertragbarkeit/ Szenariengenerierung Anwendung von Modellen Modellkalibrierung/ -validierung...? Abschätzung extremer Abflüsse Absicherung der Durchfluss- Angaben Szenarienbildung Modellierung unter dem Aspekt Extrapolation Prozess- Orientierung Kombinierter Ansatz Simulationsmethoden

76 Diskussionsgruppen Diskussionsgruppe_3 Sicherheit technischer Schutzanlagen, risikobasierte Bemessung Versagensarten, Versagensszenarien Quantifizierung von Auswirkungen Kriterien zur Risikoakzeptanz Abschätzung extremer Abflüsse Simulationsmethoden - Kombinierter Ansatz Umgang mit Unsicherheit Versagensfälle im System Umgang mit Ungewissheit Extremereignisse in einem beeinflussten System (Speicher) Talsituation unterhalb/ Sich... Bemessungsangaben/ Länder Beispiel Aachen =

77 Diskussionsgruppen Diskussionsgruppe_4 Risikokommunikation, Bildung, Stärkung des Hochwasserbewusstseins Kommunikationsmittel/ -hindernisse Produkte Kommunikation: Grundlagen. Hindernisse, Formen Beispiel TISZA Ke... Materialien Ke.. TEMPUS... CS

78 Diskussionsgruppen Diskussionsgruppe_5 Projektübergreifende Zusammenarbeit im Elbegebiet raum- und themenübergreifend abgestimmte fachliche Grundlagen projektübergreifender Diskussionsprozess Integrationsfördernde Projekte Projektzusammenarbeit Bezüge, Rückwirkungen