Quantifizierung des Einflusses des Klimawandels auf Hochwasserabflüsse

Ausgangslage – eine neue Risikokarte für den Kanton Zürich
Seit 2017 verfügt der Kanton Zürich über eine Hochwasser-Risikokarte. Die Hochwasser der letzten Jahre und das zunehmende Schadenpotenzial zeigten, dass sich das Risiko verändert hat. Daher soll die Risikokarte überarbeitet werden. Bei der geplanten Neuberechnung der Risikokarte soll künftig auch der Einfluss veränderter klimatischer Bedingungen bis Mitte und Ende des Jahrhunderts berücksichtigt werden.

Forschungsprogramm Klimawandel und Risikoanalyse
Um die hydrologischen Veränderungen durch den Klimawandel zu quantifizieren und offene Fragen zu beantworten, braucht es verlässliche Datengrundlagen und geeignete Methoden. Die nachfolgend aufgeführten Fragestellungen standen im Zentrum der Studie.

Zur Klärung dieser Fragen und zur Schaffung geeigneter Datengrundlagen hat das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kanton Zürich (AWEL ZH) 2023 das Forschungsprogramm Klimawandel und Risikoanalyse gestartet.

Vorabklärungen Klimawandel und Hydrologie
Im ersten Projektteil führten geo7 und die WSL Vorabklärungen zum Einfluss des Klimawandels auf die Hydrologie durch. Die wichtigsten Erkenntnisse für kleine Einzugsgebiete (< 20 km²) sind:

• Eine Fortschreibung von Trends kurzzeitiger Starkniederschläge aus der Vergangenheit in die Zukunft scheint nicht zielführend.
• Abschätzungen zukünftiger kurzzeitiger Starkniederschläge bis Mitte und Ende des Jahrhunderts können besser mit Klimamodellen und/oder numerischen Wettergeneratoren projiziert werden.
• Die meisten, in der heutigen Praxis verwendeten Methoden zur Hochwasserabschätzung berücksichtigen die Auswirkungen des Klimawandels nicht.
  Lesen Sie dazu den Blogbeitrag Hochwasserschätzmethoden in der Praxis.
• Faktenblätter zu hydrologischen Abschätzverfahren beschreiben deren Hintergründe und bilden die Grundlage für eine vergleichbare Anwendung.
• Die Projektion von Veränderungen der Hochwasser bedarf prozess-basierte Modelle, welche nicht nur die Veränderung der Starkniederschläge, sondern auch die Veränderung der Vorfeuchte berücksichtigen können.

Ausführliche Informationen zum Projektteil 1 finden Sie im Technischen Bericht Projekt 1: Hydrologie des Forschungsprogramms Klimawandel und Risikoanalyse. 

Quantifizierung Einfluss des Klimawandels auf die Hydrologie
Im zweiten Projektteil stand die Quantifizierung des Einflusses des Klimawandels auf die Hydrologie im Kanton Zürich im Zentrum. geo7 konzentrierte sich auf kleine Einzugsgebiete (< 40 km²), während die WSL zusätzlich auch meso-skalige Einzugsgebiete (> 40 km²) untersuchte. In der Ingenieurpraxis existiert für beide Einzugsgebietsgrössen derzeit noch keine etablierte Methodik zur Berücksichtigung des Klimawandels bei der Hochwasserabschätzung.

Um den Einfluss veränderter Niederschläge und Bodenfeuchteverhältnisse abzubilden, nutzte geo7 das von geo7 entwickelte Niederschlag-Abflussmodell Qsim. (Weitere Informationen finden Sie im Blogbeitrag Vom Starkniederschlag zur Hochwasserganglinie) Entscheidend war bei dieser Fragestellung das Zusammenspiel von künftig intensiveren Starkniederschlägen und tendenziell trockeneren Böden.

Im Fokus standen Simulationen von seltenen Hochwasserereignissen (HQ30, HQ100, HQ300) für die klimatischen Verhältnisse Mitte (2040) und Ende des Jahrhunderts (2080).

Die Modellierungen mit Qsim von geo7 zeigen:

• In den Pilotgebieten steigen die simulierten Hochwasserspitzen bis Mitte und insbesondere bis Ende des Jahrhunderts an – teils deutlich.
• Die Zunahme der projizierten Starkniederschläge übersteuert die Wirkung der im Mittel trockeneren Böden.
• Selbst bei überdurchschnittlich trockenen Vorfeuchtebedingungen steigen die Hochwasserspitzen bis zum Ende des Jahrhunderts an oder bleiben zumindest gleich wie heute.

Zusätzlich wurden die Ergebnisse der Qsim-Simulationen von geo7 mit Simulationen des Wasserhaushaltsmodells PREVAH der WSL verglichen. Beide Modelle zeigen eine ähnliche Tendenz zu häufigeren und intensiveren Hochwassern, obwohl sich die Resultate je nach Modellansatz und räumlicher Auflösung unterscheiden.

Die Ergebnisse zur Hydrologie werden ab 2025 durch die Egli Engineering AG bei der Umsetzung der Risikokarte Zürich angewendet.

Grundlagen für detaillierte Risikoanalysen
Die gebietsspezifischen Simulationen mit Qsim eignen sich besonders für detaillierte Analysen in kleineren Gebieten – etwa zur Überarbeitung von Gefahrenkarten oder zur Planung von Schutzmassnahmen unter Berücksichtigung von Starkniederschlags- und Vorfeuchteszenarien.

Ausführliche Informationen finden Sie im Bericht des zweiten Projektteils "Quantifizierung des Einflusses des Klimawandels auf die Hydrologie" des Forschungsprogramms Klimawandel und Risikoanalyse. 

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Weitere Informationen zum Angebot von geo7 finden Sie unter geo7.ch/geo7-tools/