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Wie können sich Großstädte Hochwasserrisiken anpassen?

Wie können sich Großstädte Hochwasserrisiken anpassen?
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Sich verändernde Klimamuster führen zu immer unvorhersehbareren Wetterextremen, und Veränderungen der städtischen Infrastruktur erhöhen das Überschwemmungsrisiko in Städten auf der ganzen Welt.

Letzten November führten die starken Niederschläge in der italienischen Region Basilicata dazu, dass Matera, die Europäische Kulturhauptstadt 2019, von Schlammlawinen getroffen wurde. Laut Schätzungen der Behörden belief sich die Schadenssumme an Wohngebäuden, Geschäften und Infrastruktur auf mehr als 8 Millionen Euro. Der Taifun Hagibis, der schlimmste Sturm in Japan seit den späten 1950er-Jahren, beschädigte das Stromnetz und überflutete Städte im gesamten Land. Auch Regionen, in denen es normalerweise keine Überschwemmungen gibt, sehen sich immer öfter solchen Extremereignissen gegenüber.

Klimawandel beeinflusst Überflutungsmuster in Europa

Der Grund für Überflutungen an der Küste und in Flussregionen sind meist extreme Niederschläge, Schneeschmelzen, Sturmfluten und der Anstieg des Meeresspiegels. Diese Überflutungen beeinträchtigen sowohl Städte als auch das ländliche Leben. Die Überflutungstrends sind in ganz Europa variabel. Daran wird sich voraussichtlich auch nichts ändern, so die Europäische Umweltagentur (EUA), denn höhere Temperaturen könnten zu heftigeren Niederschlägen und längeren Trockenphasen führen. Schätzungen zufolge werden die meisten Regionen Europas im Laufe dieses Jahrhunderts im Winter 35 Prozent stärkere Niederschläge erleben, während die Sommer in südlicheren und südwestlicheren Regionen Europas trockener werden.

Quelle EUA: Euro-Cordex Datenveränderung von 1971–2000 bis 2071–2100 für das Szenario RCP8.5

Eine weitere EUA-Untersuchung zeigt, dass sich die vorhergesagten Änderungen der Niederschlagsmengen in Form von Flusshochwassern auswirken werden, die schon jetzt eins der häufigsten extremen Klimaereignisse in Europa sind. Laut Zukunftsschätzungen werden Jahrhundert-Hochwasser in Flüssen europaweit zunehmen. Ausgenommen davon sind nur nördliche Regionen sowie Südspanien und die Türkei.

Städtische Infrastruktur und Überschwemmungen: Ein Problemfall

Überschwemmungen aufgrund von Niederschlägen werden sich mit der Erhöhung der Temperaturen ebenfalls häufen, die Winter werden mit mehr Regen und weniger Schnee nasser werden, und in einigen europäischen Städten könnte das Überschwemmungsrisiko signifikant steigen. Im Vereinigten Königreich könnten 85 Prozent der an Flüssen gelegenen Städte in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts unter zunehmenden Hochwassern zu leiden haben, so eine Studie, die 571 Städte in ganz Europa betrachtet.

„In einer Zukunft, in der unsere Treibhausgasemissionen weiter steil ansteigen, zeigen die optimistischsten Vorhersagen, dass sich Flusshochwasser im Norden und besonders im Nordwesten Europas mehren werden“, so Dr. Selma Guerreiro, die an der Universität Newcastle in den Bereichen Hydrologie und Klimawandel forscht und Hauptautorin der Studie ist. „Im pessimistischsten Szenario werden die meisten europäischen Städte von einer Zunahme der Flusshochwasser getroffen.“

Die Studie zeigt auf, dass sich das 10-Jahres-Hoch der Wassermenge in Flüssen im Vereinigten Königreich, in Belgien, den Niederlanden und Skandinavien um bis zu 20 Prozent erhöhen könnte. Sollten die Treibhausgasemissionen weiter mit der aktuellen Geschwindigkeit ansteigen, könnten sich die Durchflussmengen in einigen europäischen Städten (z. B. Santiago de Compostela in Spanien, Cork in Irland und Braga in Portugal) sogar um mehr als 80 Prozent erhöhen.

Quelle: Climate ADAPT / EUA

Doch nicht nur Regen führt zu einer höheren Überschwemmungswahrscheinlichkeit in Städten. Niedrig gelegene Stadtteile werden zunehmend auch durch Überschwemmungen in Folge eines Anstiegs des Meeresspiegels und von Sturmfluten bedroht. In vielen Teilen Europas könnten laut Fachleuten Überschwemmungen im Laufe des Jahrhunderts bis zu 10 Mal häufiger auftreten. Ohne Anpassungsmaßnahmen und ohne eine signifikante Senkung der Treibhausgasemissionen könnten die von Überflutungen in Küstengebieten verursachten jährlichen Durchschnittsschäden in 17 wichtigen EU-Küstenstädten von etwa 1 Milliarde Euro (2030) auf 31 Milliarden Euro (2100) steigen. Die betroffene Bevölkerung wird ohne Anpassungsmaßnahmen ebenfalls zunehmen – von 102.000 Menschen heute auf 530.000 bis 740.000 Menschen 2050. Andere Studien sagen voraus, dass Überflutungen in Küstengebieten ohne Anpassungsmaßnahmen in Europa wirtschaftliche Schäden von bis zu 1 Billion Euro pro Jahr verursachen könnten. Grund dafür sind die ansteigenden Temperaturen. Ab 2050 werden Überflutungen in Küstengebieten durch den schnelleren Anstieg des Meeresspiegels vier Mal so viel Schaden verursachen wie Überschwemmungen aufgrund von Flusshochwassern.

Anpassungsmaßnahmen erfordern stadtspezifische Klimadaten

„Ohne Anpassungsmaßnahmen sehen wir uns einem drei- bis sechsfachen Anstieg des Flusshochwasserrisikos sowie drei bis sechs Mal schlimmeren Schäden gegenüber“, so Dr. Peter Salamon, Senior Researcher an der Gemeinsamen Forschungsstelle (GFS) der EU. „Wir müssen uns selbst für das optimistische 1,5-Grad-Celsius-Szenario anpassen, und das ist auch möglich. Doch dazu braucht es eine Reihe von Maßnahmen.“

Um die städtische Infrastruktur, die Wirtschaft und die Bevölkerung vorzubereiten, ist es unerlässlich, zukünftige Überflutungen vorhersagen zu können. Doch das ist kein leichtes Unterfangen. „Die Unwetter, die in Städten für Überflutungen sorgen, sind von kurzer Dauer und deshalb nur schwierig vorherzusagen“, erklärt Prof. Günter Blöschl, Direktor des Zentrums für Wasserwirtschaftliche Systeme der Technischen Universität Wien. „Wir wissen, dass diese Unwetter schon jetzt häufiger und intensiver auftreten“, so Dr. Guerreiro. „Es werden momentan speziell […] Modelle entwickelt, die diese Art von Unwetter simulieren sollen, doch es ist noch zu früh, um zu sagen, wie viel schlimmer diese Überschwemmungen werden.“ Verschiedene Projekte beschäftigen sich mit den verschiedenen Faktoren von Überschwemmungen, um die verfügbaren Daten zu verbessern und informierte Adaptionsmaßnahmen zu ermöglichen.

Der Copernicus-Klimawandeldienst arbeitet mit verschiedenen Partnern zusammen und betrachtet spezifische, „kritische“ Regenereignisse, um einen Service zu entwickeln, der eine Gesamtbetrachtung des Überschwemmungsrisikos durch extreme Niederschläge in Städten erlaubt. „Die Niederschlagsdaten dieser Ereignisse könnten genutzt werden, um Wirkungsmodelle zu erstellen, die die Wassertiefe, potenziell überschwemmte Gebiete und Schäden bestimmen“, sagt Dr. Paola Mercogliano, Senior Researcher am CMCC (Euro-Mediterranean Center on Climate Change, Euro-mediterranes Zentrum für Klimawandel). „Der gleiche Ansatz könnte auch für Evaluationen eventueller zukünftiger Veränderungen des Regenrisikos in städtischen Gebieten aufgrund von menschengemachten Klimaveränderungen genutzt werden.“

Quelle: Climate ADAPT / EUA

Kopenhagen, das von Sturzfluten gefährdet ist, und andere Städte haben den Service getestet. „Öffentliche Verwaltungen, lokale Behörden und Versicherungsunternehmen oder Instanzen, die Wirkungsmodelle erstellen, sind an der Nutzung dieser Daten interessiert“, so Dr. Mercogliano. „Das CMCC leitet das Projekt des Copernicus-Klimawandeldienstes und will mithilfe von Daten aus der Vergangenheit einen Katalog der extremen Regenereignisse in Europa erstellen und, wo möglich, diese Ereignisse mit Schäden in Zusammenhang bringen.“

In Rotterdams Stadtstruktur ist der Hochwasserschutz fest integriert. Die Behörden dort wollen die Stadt bis 2025 für Klimaveränderungen rüsten. Die Maßnahmen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Überschwemmungen umfassen unter anderem eine Landerweiterung im Hafengebiet, eine Verstärkung des Küstenschutzes, die Begrünung von Flussufern und Dächern und die Anpassung von städtischen Räumen – es wurden beispielsweise unterirdische Wasserspeicher gebaut und blau-grüne Korridore errichtet, die einen natürlichen Wasserkreislauf unterstützen und die städtische Infrastruktur schützen. Die niederländische Hafenstadt will andere Überflutungsrisikostädte unterstützen, indem Anpassungen an den Klimawandel mit der Stadtentwicklung kombiniert werden.

Sturmflutsperrwerk in Rotterdam

JPI, ein nationenübergreifendes Forschungsprogramm, arbeitet mit den Städten Birmingham, Brüssel und Rotterdam zusammen, um FloodCitiSense zu entwickeln, ein Crowdsourcing-Frühwarnsystem für Überschwemmungen in Städten aufgrund von Regen. Die Bevölkerung in den Städten soll Daten zu Regenmengen und Überschwemmungen mithilfe von kostengünstigen Sensoren und digitalen Tools bereitstellen und so den Behörden dabei helfen, Anpassungsmaßnahmen vorzunehmen und Schäden zu reduzieren.

Das Europäische Hochwasser-Frühwarnsystem, Teil des Copernicus-Dienstes für Katastrophen- und Krisenmanagement, ist das erste System, das Flusshochwasser auf dem gesamten Kontinent überwacht und vorhersagt und den Behörden der Länder zusätzlich mittelfristige Vorhersagen (3–10 Tage) zur Verfügung stellt, um eine bessere Vorbereitung zu ermöglichen. „Viele unserer Nutzenden sind nicht so sehr daran interessiert, wie stark der Flusspegel ansteigt, sondern fragen, was das für Auswirkungen haben wird“, so Dr. Salamon. „Das geht über hydrologische Modelle hinaus, und wir kombinieren Wetter- und Hydrologiedaten mit Wirkungsmodellen, um ein Testgebiet für neue Ideen und Trends zu entwickeln, die die Behörden der Länder dann nutzen und testen können.“ 2018 startete auch das Global Flood Awareness System der GFS und des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW). Laut Salamon wird aktuell daran gearbeitet, mithilfe von Daten von Copernicus-Satelliten einen permanenten globalen und extrem detaillierten Überflutungsüberwachungsdienst zu entwickeln.

Auch nichteuropäische Städte wie Tokio nutzen die Daten zu extremen Regenereignissen, Überflutungshäufigkeiten etc. des Copernicus-Klimawandeldienstes, um ihre Anpassungsmaßnahmen zu verbessern. Die japanische Hauptstadt hat bereits 2 Milliarden US-Dollar in den Bau des Metropolitan Area Outer Underground Discharge Channel, des weltgrößten Flutumleitungssystems, investiert. Die Anlage kann überschüssige Wassermengen aus kleinen Flüssen in den Edo leiten, der als Hauptfluss größere Wassermengen führen kann. Mit zunehmenden Überschwemmungsrisiken werden Klimadaten lokalen Behörden dabei helfen, kleine und mittelgroße Gebiete in der Stadt vor den Gefahren zu schützen.

Quelle: Copernicus-Klimawandeldienst, hydrologische Extreme in der Megastadt Tokio

Für Überschwemmungen in Küstengebieten will der Copernicus-Klimawandeldienst in naher Zukunft hochqualitative Klimadaten zu Sturmfluten, Tiden und Wellen sowie den Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs in europäischen Küstengebieten bereitstellen. Um die Daten für den Copernicus-Dienst für Europäische Sturmfluten zu entwickeln, wurde mit verschiedenen Flutrisikostädten wie Venedig und Kopenhagen zusammengearbeitet. „Wir haben gemeinsam Indikatoren für Überschwemmungen in Küstengebieten entwickelt, die unseren Nutzenden beim Flutrisikomanagement und bei der Planung helfen sollen“, so Dr. Kun Yan von Deltares, einem niederländischen Forschungsinstitut, das mit dem Copernicus-Klimawandeldienst zusammenarbeitet. Die Klimadaten, die sowohl historische Daten als auch Vorhersagen umfassen, helfen bei der Erstellung von Überflutungs-Indikatoren. „Diese Indikatoren helfen uns dabei, die Häufigkeit und die Schwere von Überflutungen an einem bestimmten Ort zu verstehen“, erklärt Dr. Yan. „Dies hilft beim Design von Hochwasserschutzanlagen, -frühwarnsystemen und bei der besseren Planung und dem besseren Management von Küstenzonen im Rahmen des Klimawandels.“