Rapid-Action-Studien

GFZ Potsdam, KU Leuven, VU Amsterdam, TU Delft, ULiège, LIST, Utwente, RWTH Aachen, Deltares

Deutschland und BeNeLux

In Nordwesteuropa haben Flussüberschwemmungen in den letzten Jahrzehnten zugenommen, und es wird erwartet, dass sie auch in Zukunft zunehmen werden. Andere Studien deuten darauf hin, dass nur seltene Hochwasser in ihrem Ausmaß zunehmen, während häufige Hochwasser abnehmen könnten, was eine besondere Herausforderung für das Hochwasserrisikomanagement (HWRM) darstellen könnte. Das Ereignis im Jahr 2021 hat auch gezeigt, dass es notwendig ist, sich mit grenzüberschreitenden Hochwassern zu befassen. Da Hochwasser keine Grenzen kennt, sollte auch das Hochwasserrisikomanagement grenzüberschreitende Ansätze verfolgen.

Ziel dieser Studie ist es, einen umfassenden Überblick über die derzeitige Berücksichtigung des Klimawandels im HWRM in Deutschland und den BeNeLux-Ländern zu geben. Dabei geht es sowohl darum, wie der Klimawandel in die Hochwasserabschätzungen integriert wird (wie werden Szenarien entwickelt?), als auch darum, wie er in der Managementpraxis berücksichtigt wird (wie werden Szenarien und prognostizierte Veränderungen berücksichtigt?). Dies geschieht mit besonderem Interesse für das Hochwassermanagement in regionalen, grenzüberschreitenden Flusseinzugsgebieten.

Anhand von Literaturrecherchen und Interviews mit ausgewählten Akteuren wird der aktuelle Stand in den Ländern ermittelt und verglichen. In den Niederlanden wurden beispielsweise landesweite Hochwasserrisikoszenarien für ein hohes und ein niedriges CO2-Niveau sowie für eine nasse und eine trockene Zukunft mit Hilfe eines definierten Modellsatzes geschätzt. Im Gegensatz dazu haben in Deutschland bisher nur zwei Regionen Ansätze zur Berücksichtigung des Klimawandels im HWRM festgelegt, während andere Regionen auf eine verbesserte Wissensbasis warten.

Phase 1 (März - Juni): Sichtung der internationalen Literatur und Screening von Ansätzen in der Studienregion 

Phase 2 (Juli - Oktober): Vorbereitung des Konzepts und Befragung der Beteiligten 

Phase 3 (September - Dezember): Synthese und Empfehlungen 

Die Erstellung eines fundierten Überblicks über aktuelle Praktiken, Anforderungen und Bedenken der Interessengruppen ist ein wichtiger erster Schritt zu einem klimaresilienten grenzüberschreitenden HWRM in der Untersuchungsregion. Erwartetes Ergebnis: Zusammenfassung des (internationalen) Stands der Erkenntnisse, Sammlung von Ansätzen und Fragestellungen, Bedarf in regionalen Flusseinzugsgebieten, Empfehlungen zur Berücksichtigung des Klimawandels beim HWRM in grenzüberschreitenden Flusseinzugsgebieten.

• Gemeinsame Literaturrecherche (bis Juli)

• Befragung von Interessengruppen (Juli - Oktober)

• Veröffentlichung und Präsentation (Dezember)

VU Amsterdam, Université de Liège, GFZ Potsdam

Ahrtal, Vesdretal and Limburg

Nach den europäischen Überschwemmungen von 2021 wurden in den betroffenen Regionen in Belgien, Deutschland und den Niederlanden mehrere unabhängige Datenerhebungsinitiativen durchgeführt. Die daraus resultierenden Datensätze auf Objektebene enthalten wertvolle ergänzende Informationen über Gefahrenmerkmale, die Anfälligkeit exponierter Vermögenswerte und sozioökonomische Faktoren, die die Anpassungsfähigkeit der Haushalte und Gemeinden bestimmen. Bisher wurden diese Datensätze unabhängig voneinander oder in Teilmengen analysiert, aber keine frühere Studie zielte darauf ab, neue wissenschaftliche Erkenntnisse aus der Zusammenführung aller vorhandenen Datensätze zu gewinnen. Eine solche ganzheitliche Betrachtung bietet das Potenzial, die Robustheit und statistische Aussagekraft früherer Analysen zu stärken, neue Erkenntnisse über die Mechanismen von Hochwasserschäden zu gewinnen, signifikante Muster zwischen den Regionen (in Bezug auf Gefahr, Anfälligkeit, Schäden und Bewältigungskapazitäten) aufzudecken und mögliche Verzerrungen aufzudecken, die sich aus der Erhebung von Daten zu unterschiedlichen Zeitpunkten und mit unterschiedlichen Mitteln (z. B. persönliche Erhebungen vs. Online-Erhebungen) ergeben. Sie wird auch dazu beitragen, eine gemeinsame Grundlage für nachfolgende Analysen zu schaffen, wie z. B. die Verbesserung von Hochwasserschadensmodellen, Bewertungsmodellen zur Simulation von Anpassungseffekten und die Feinabstimmung von Forschungsfragen, die im Rahmen der  JCAR-ATRACE geplanten Doktorandenforschung behandelt werden sollen (Kopplung von Mensch-Wasser-Systemen, Schadensmodellierung ...)

Vergleich von Erhebungen in den Niederlanden, Deutschland und Belgien, um länderübergreifende Unterschiede und Gemeinsamkeiten bei der Anpassung von Haushalten an Hochwasser und der Wirksamkeit solcher Anpassungsmaßnahmen zu bewerten.

• Systematischer Vergleich und Zusammenführung der in den bereits durchgeführten Umfragen verwendeten Fragebögen;  

• Abgleich der in den verschiedenen Erhebungen erfassten Variablen, um einen harmonisierten Datensatz zu erstellen;  

• Datenexploration, deskriptive Statistik und Analyse (Merkmalsextraktion, Regressionen ...) vorwiegend auf der Grundlage von Regressionsmethoden;  

• Beschreibung der wichtigsten Faktoren für die Anpassung der Haushalte an Hochwasser in den drei Ländern.  

Verbreitung der Studienergebnisse durch eine gemeinsame wissenschaftliche Veröffentlichung.

TU Delft, ULiège, RWTH Aachen, Deltares

Limburg, Wallonien, Nordrhein-Westfalen

Frühere Untersuchungen zum Hochwasser 2021 haben gezeigt, dass in den grenzüberschreitenden Einzugsgebieten der Benelux+-Region Daten von guter Qualität fehlen, die für die Entwicklung zuverlässiger hydrologischer und hydraulischer Modelle von zentraler Bedeutung sind. Dies unterstreicht die Notwendigkeit neuer und innovativer Feldinstrumente in den Benelux+-Flusseinzugsgebieten, um relevante Informationen über hydrologische und hydraulische Parameter zu sammeln. Darüber hinaus erfordern die hohen Schäden, die während des Hochwassers von 2021 durch vom Wasser mitgeführte Trümmer verursacht wurden, ein Verständnis ihrer Eigenschaften im gesamten Flusseinzugsgebiet, einschließlich Größe, Volumen und Ankunftszeit.

Um diese Probleme zu lösen, verfolgt diese Studie drei Hauptziele: (1) Identifizierung geeigneter Standorte in den Niederlanden, Belgien, Deutschland und Luxemburg, an denen diese neuen Messinstrumente installiert werden sollen. Dies geschieht in Zusammenarbeit mit lokalen Partnern und Behörden, gemeinsam mit ULiège und (möglicherweise) der RWTH Aachen. (2) Auswahl der wichtigsten hydraulischen/hydrologischen Parameter, die an jedem Standort überwacht werden sollen, einschließlich Niederschlag, Verdunstung, Bodenfeuchte, (Grund-)Wasserstand, Oberflächengeschwindigkeiten, Abflüsse und Eigenschaften von wassergetragenem Geschiebe. (3) Installation von Überwachungssystemen mit Sensoren und Videokameras in der Nähe bestehender Wasserbauwerke, die für den Wassertransport bei Hochwasser entscheidend sind. Die Large Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) wird auch mit OpenRiverCam durchgeführt, um die Fließgeschwindigkeiten und Abflüsse an der Oberfläche zu schätzen. Bei Treibgut und Trümmeransammlungen wird die Bildverarbeitung der gesammelten Daten auch eine statistische Charakterisierung der wichtigsten Merkmale von im Wasser befindlichem Treibgut ermöglichen, einschließlich Größe, Volumen, Ankunftsintensität und Ansammlungsmechanismen.

Insgesamt wird diese Studie es ermöglichen, ein harmonisiertes hydrologisches/hydraulisches Beobachtungssystem für mehrere Flusseinzugsgebiete in der grenzüberschreitenden Region zu entwerfen und zu installieren, mit dem Ziel, grenzüberschreitende Überwachungsnetze zu stärken. Darüber hinaus wird diese Studie die Grundlage für die Datenerhebung bilden, die für die nachfolgende Doktorandenforschung im Rahmen des JCAR-Projekts von zentraler Bedeutung sein wird.

1. Identifizierung geeigneter Standorte für die Installation der Instrumente
   

2. Auswahl der Überwachungsparameter
   

3. Installation der Überwachungssysteme 

4. Alle Maßnahmen werden vor dem Sommer 2024 durchgeführt. 

RWTH University Aachen, Institute of Hydraulic Engineering and Water Resources Management

Rur catchment (Germany, the Netherlands and Belgium)

The “stress test Rur” aims to gain a better understanding on how the Rur catchment reacts under extreme conditions. The objective is to explore the consequences of such a ‘stress’ on the system, and to identify different types of measures and their effects on mitigating the extreme consequences.

By carrying out this stress-test we will further develop the stress test approach such that the stress test Rur can become a guideline for other stress tests on the same catchment or other catchments in the cross-border area between the Netherlands and Northrhine-Westfalia.

Additionally, this stress-test explicitly uses a transboundary approach. We consider the catchment, and additionally focus on the region near the Dutch-German border. The consequences of these measures are being investigated, with a focus on cross-border effects. For example, what do measures in Germany mean for water safety in the Netherlands, and vice versa? These measures are not confined by borders and are primarily assessed based on their effectiveness, not their feasibility.

The stress test consists of three main phases:  

1. Scoping and starting points  

2. Analysis system working and  

3. Screening of measures.  

The phase “scoping and starting points” includes

• A comprehensive description of the study area and the water system.

• An inventory of available models of several types (hydrological models, hydraulic models, reservoir models, water balance models and other models) is compiled to support a selection of models for later phases of the stress test.

• A stakeholder overview (governmental organizations, private organizations, and research organizations) for the different countries (Germany, the Netherlands, Belgium) with type and structure, responsibility, interests and tasks, challenges, and resources.

• An overview of the institutional framework will be prepared as a table where corresponding organizations in different countries are related to each other.

The analysis phase is the core activity of the stress test. This activity involves defining and creating scenarios, executing model runs and analyzing the model results. Key aspect of the analysis is the failure of a system. What exactly a failure is, must be defined during the first phase and be refined during the analysis phase.

First, a base scenario will be developed that is expected to stress the system until it fails under extreme hydrological conditions. This base scenario will be accompanied by other scenarios. Scenarios are fed to a model or a set of models (e. g. hydrological model and a reservoir model). Model results are then evaluated to recognize bottle necks and critical states (e. g. flood threshold crossed) in the hydraulic system and its infrastructure.

The third phase focuses on mitigation measures aiming to reduce the negative impact of the hydrological stress and explore the solution space of measures. Starting point is a so-called long list of any potential measures, no matter if these are applicable for the catchment at hand (Rur) or not. The measures are categorized (physical measures, organizational measures, technical solutions, nature-based solutions) and reflect the flood risk management cycle. From this long list, measures are selected based on the results of the stress test. Measures that are already planned, executed or have been identified as possible options (Masterplan Inde und Vicht) are taken into account. Selected measures are evaluated with the help of the models.

• Description of the study area
  

• Model inventory
  

• Stakeholder analysis
  

• Institutional framework
  

• Scenario definition
  

• Application of hydrological models
  

• Definition of indicators for system failure
  

• Identification of measures
  

• Evaluation of measures with the help of models 

The stress test provides a better understanding of possible consequences of extreme flood events and identifies potential measures to mitigate negative consequences. Ideally, the results flow into the processes of spatial planning (development of master plans) and operational flood management (flood early warning), especially within the international context.

Once completed, this stress test gives example for other stress tests in the same region or in other catchments.

July 10, 2024: Meeting with Wasserverband Eifel-Rur to design details of the Stress test Rur

September 10, 2024: presentation at the International Meuse Symposium