Umsetzungsprojekte

Die Umsetzungsprojekte greifen Erkenntnisse aus der Forschung auf und überführen diese in die Praxis. Sie spannen einen Bogen zwischen den gefährlichen Prozessen (z. B. Sturm, Hagel, Hochwasser) auf der einen und dem Schadenpotenzial sowie der Verletzlichkeit potentiell ausgesetzter Objekte auf der anderen Seite und verfolgen so einen risikobasierten Ansatz.

Die Umsetzungsprojekte sollen den Wissenstransfer zwischen Forschung und Praxis und umgekehrt fördern und werden in Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft, Verwaltung und Praxis durchgeführt.

Folgende Umsetzungsprojekte werden durchgeführt:

In Hochwassersituationen führt von Fliessgewässern mitgeführtes Schwemmholz regelmässig zu Problemen. An natürlichen oder künstlichen Verengungen des Gerinneprofils können sich Verklausungen bilden. Die dadurch entstehenden Rückstaueffekte können Überschwemmungen auslösen und hohe Schadenssummen verursachen. Insbesondere Extremereignisse wie das Hochwasser vom August 2005, bei welchem schweizweit über 110‘000m3 Schwemmholz mobilisiert und alleine in Bern durch die Verklausung der Mattenschwelle und der nachfolgenden Überflutung des Mattequartiers Schäden von rund 50 Mio. CHF verursacht wurden (Bezzola & Hegg 2007) verdeutlichen, dass die Berücksichtigung der Schwemmholzdynamik in Hochwassersituationen ein wichtiger Bestandteil eines erfolgreichen Risikomanagements ist.

Abbildung 1: Verklausung der Matteschwelle und Überschwemmung des Mattequartiers während dem Ereignis im Jahre 2005. Fotos: srf.ch, blick.ch

Weil direkte Beobachtungen dieser Prozesse schwierig und selten sind, stellen numerische Modelle eine vielversprechende Alternative dar. Das hier vorgestellte Modell “LWDsimR” ist eine Adaption des Modells von Mazzorana et. al. (2011) und ermöglicht eine vektorbasierte und objekt-orientierte 2D Simulation der Schwemmholzdynamik in hochwasserführenden Fliessgewässern, die auf einer unstrukturierten Mesh-Geometrie und hydrodynamischen 2D Überflutungsmodellen basiert. Mobilisierung, Transport, Deposition sowie Verklausungen an künstlichen Hindernissen können so für jeden einzelnen Baum zeitlich und räumlich hoch aufgelöst simuliert werden. Dies ermöglicht die Ausscheidung möglicher Mobilisierungs- und Depositionsflächen, eine Identifikation kritischer Gerinneabschnitte sowie ein Tracking der Transportwege des Schwemmholzes. Zudem lassen sich die während eines bestimmten Hochwasserereignisses zu erwartende Schwemmholzvolumen abschätzen.

Abbildung 2: Räumliche und zeitliche Verteilung von simuliertem Totholz Dynamiken in Uttigen (links) und der Zulg in Steffisburg (rechts). Kartengrundlage: swisstopo Reproduced by permission of swisstopo (BA17018)

Der auf der Programmiersprache R basierende Code des Modells ist open source und kann über Zenodo (mit Anleitung) oder den direkten Link (nur Zip-Datei) heruntergeladen werden. Des Weiteren stehen Skripte für das Pre- und Postprocessing der Daten sowie ein Beispieldatensatz zur Verfügung.

Ausführliche Informationen zur Verwendung des Modells sowie zur Aufbereitung der benötigten Daten und Auswertung der Resultate gibt das User Manual (PDF, 1.0 MB). Ein detaillierter Beschrieb des Modells und der Transportgleichungen findet sich bei Mazzorana et. al. (2011). Informationen zur vektorbasierten Version in R gibt Galatioto (2016).

Referenzen:

Bezzola, G. R. & Hegg, C. (2007): Ereignisanalyse Hochwasser 2005, Teil 1 – Prozesse, Schäden und erste Einordnung. Bundesamt für Umwelt BAFU, Eidgenössische Forschungsanstalt WSL. Umwelt-Wissen Nr. 0707. 215 S.

Galatioto, N. (2016): Modellierung der Schwemmholzdynamik hochwasserführender Fliessgewässer. Masterarbeit. Geographisches Institut, Universität Bern.

Mazzorana, B., Hübl, J., Zischg, A. P. & Largiader, A. (2011): Modelling woody material transport and deposition in alpine rivers. In: Natural Hazards, 56, 2: 425–449.

Das Projekt „Monitoring der Hochwasserrisiken in der Schweiz“ ist ein praxisnahes Forschungsprojekt des Mobiliar Lab für Naturrisken der Universität Bern und des Bundesamts für Umwelt, Abteilung Gefahrenprävention. Beide Institutionen beteiligen sich an der Finanzierung des Projekts.

Die laufende Vorstudie erarbeitet einen Überblick über den „state of the art“ bezüglich dem Monitoring von Hochwasserrisiken, sowohl im wissenschaftlichen Bereich wie auch in der politischen Praxis. Zentrale Aspekte der Untersuchung sind vorhandenes Wissen, Instrumente und angewendete Methoden. Die gewonnenen Erkenntnisse aus der Vorstudie dienen der Präzisierung von Fragestellungen, Zielsetzung und Methoden eines folgenden Hauptprojekts.

In der Schweiz verursachen Hochwasserereignisse immer wieder Schäden in Millionenhöhe. Dank der Gefahrenkarten ist bekannt, wo Überschwemmungen auftreten können. Doch wie viele Gebäude stehen in den Hochwassergefahrengebieten, welchen Wert weisen sie auf, und wie viele Personen leben in diesen Gebäuden? Das Mobiliar Lab für Naturrisiken der Universität Bern ist diesen Fragen nachgegangen und hat die Webseite www.hochwasserrisiko.ch entwickelt: Sie zeigt, basierend auf den Gefahrenkarten, die potenziell gefährdete Bevölkerung bzw. Gebäude und Gebäudewerte pro Gemeinde, Bezirk und Kanton.

Schweizweit liegen 270’000 Gebäude mit einem Neuwert von insgesamt 480 Milliarden Franken in einem Hochwassergefahrengebiet, bewohnt werden sie von rund 1.1 Millionen Personen. Betrachtet man den Anteil betroffener Personen oder Gebäude an der Gesamtbevölkerung bzw. am Gebäudebestand, dann ist vor allem der Alpenbogen (z. B. das Wallis, Nidwalden und das St. Galler Rheintal) stark gefährdet. Legt man den Fokus auf die Anzahl an gefährdeten Personen und Gebäuden, so stechen das Mittelland und die Städte (vor allem Zürich, aber auch St. Gallen, Biel oder Luzern) heraus. Ganz besonders betroffen ‒ nämlich sowohl bezüglich Anteil wie auch Anzahl gefährdeter Personen und Gebäude ‒ sind das Rhonetal (VS), die Region Interlaken, die Region um den Vierwaldstättersee, die Linthebene (GL, SG, SZ) und das St. Galler Rheintal.

Bedürfnisse der Bevölkerung an App-basierte Unwetterwarnungen und Verhaltenstipps erkennen als Basis für die Optimierung der Kommunikation von Unwetterwarnungen.

Testphase mit einigen hundert Benutzern im Sommer 2015.

Hagelforschung

Was macht Hochwasserschutzprojekte erfolgreich? Das Mobiliar Lab für Naturrisiken hat 71 Projekte hinsichtlich deren Planung und Wirksamkeit untersucht. Ziel war es, Erkenntnisse zu Ablauf und Nutzen von Hochwasserschutzprojekten und zur Risikoentwicklung zu gewinnen.

Dieser Bericht untersucht die Rolle und Perspektive Schweizer Gemeinden in der Planung und Umsetzung von Hochwasserschutzprojekten. Die Analyse fokussiert auf die drei Kernthemen Projektablauf (Projektinitiierung, Begleitung von Versicherungen etc.), Nutzen (ökonomisch, ökologisch, sozial) und Risiko (risikobasiertes Vorgehen, Risikoentwicklung etc.) und geht dabei der Frage nach, was Hochwasserschutzprojekte erfolgreich macht. Dazu wurden 71 Hochwasserschutzprojekte durch eine Auswertung der technischen Projektberichte, einer Onlineumfrage und Interviews mit kommunalen Projektverantwortlichen erfasst. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden anschliessend durch weitere Akteure im Schweizer Hochwasserschutz reflektiert.

Hochwasserschutzprojekte werden mehrheitlich nach eingetretenen Überschwemmungsereignissen geplant und umgesetzt. Eine systematische Koordination der zentralen wasserbaulichen Massnahmen mit organisatorischen oder raumplanerischen Massnahmen zur Risikominimierung findet nicht grundsätzlich statt. Ansätze zur Kombination von Hochwasserschutz mit ökologischen, wirtschaftlichen oder gesellschaftlichen Zusatznutzen sind vorhanden, das Potential wird aber nicht voll ausgeschöpft. Kurzfristig reduzieren die untersuchten Massnahmen das Risiko nachweislich. Die zukünftige Risikoentwicklung ist ungewiss. Das Risiko dürfte sich aufgrund der sozio-ökonomischen Entwicklung (Bevölkerungswachstum, Bautätigkeit etc.) langfristig aber erhöhen. Der Einfluss von Versicherungen und allgemein Dritter ist im Schweizer Hochwasserschutz vernachlässigbar. Finanzielle Beteiligungen Dritter an Hochwasserschutzmassnahmen können jedoch helfen, den Projektablauf zu beschleunigen.

Der frühe Einbezug der betroffenen Akteure und der regelmässige Austausch unter diesen sind wichtige Faktoren für ein erfolgreiches Hochwasserschutzprojekt. Weiter ist eine räumliche (z.B. Einzugsgebietssicht, Koordination mit Unterlieger) und sektorale (z.B. Schnittstellen zu Infrastrukturprojekten, Revitalisierung, Naherholung) Vernetzung von Hochwasserschutzprojekten zu fördern, da diese nachweisbar Mehrnutzen generiert. Auch braucht es eine Grundlage für risikobasiertes und proaktives Handeln. Versicherungen könnten hier durch ihre Expertise zur Entwicklung eines Risikomonitorings einen wertvollen Beitrag zu einer langfristigen Sicherung des angestrebten Sicherheitsniveaus im Hochwasserschutz leisten.

Weitere Informationen zu erfolgreichen Hochwasserschutzprojekten finden sie hier.

Erstellung einer schweizweiten Gefahrenkarte für Winterstürme basierend auf Datenreihen der letzten 150 Jahre unter der Leitung des BAFU und MeteoSchweiz.

Erarbeiten einer nationalen Gefahrenkarte für Hagel.

Nutzer melden über die MeteoSchweiz-App Hagelbeobachtungen und leisten somit einen grossen Mehrwert, da ein Bodenmessnetz fehlt.

Untersuchung des Zusammenhangs von Hagelaktivität auf dem Radar und Schäden an Personenwagen.

Entwicklung einer Methode zur Aufbereitung von Karten der Hagelaktivität des Vortages.

Aufbereitung einer räumlich und zeitlich hochaufgelösten Datensammlung für Schäden und Bestandesdaten als zentrale Grundlage für aktuelle und weitere Projekte.