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:

Die Auswertung «Schadenpotenzial Oberflächenabfluss» zeigt für jede Gemeinde das Schadenpotenzial auf, das sich aus der Gefährdung von Gebäuden durch Oberflächenabfluss ergibt. Fazit: Oberflächenabfluss betrifft alle Gemeinden, das Schadenpotenzial ist sehr hoch und es lohnt sich, diesen Prozess in Zukunft in der Raumplanung miteinzubeziehen.

Das Mobiliar Lab hat eine Übersicht zum Schadenpotenzial durch Oberflächenabfluss in der Schweiz erstellt, sie basiert auf der «Gefährdungskarte Oberflächenabfluss». Das Schadenpotenzial durch Oberflächenabfluss wurde auf Gemeindeebene ausgewertet, wobei gefährdete Gebäude, Gebäudewerte, wohnhafte Personen und Beschäftigte analog zum Tool «Schadenpotenzial Hochwasser» berechnet wurden.

Die Auswertung zeigt, dass 62 Prozent der Gebäude durch Oberflächenabfluss gefährdet sind. Das sind rund 1,3 Millionen Gebäude mit einem Neuwert von 2’300 Milliarden Franken. Zudem wohnen 76 Prozent aller Menschen in der Schweiz in Gebäuden, die durch Oberflächenabfluss gefährdet sind. 89 Prozent der Beschäftigten arbeiten in solchen Gebäuden.

Mit der Überlagerung der Anzahl gefährdeter Gebäude mit dem Anteil gefährdeter Gebäude pro Gemeinde kann auf einfache Art gezeigt werden, welche Gemeinden beim Oberflächenabfluss besonders stark exponiert sind. Im «Leitfaden zur Methodik» wird dabei eine kurze Analyse der erkennbaren Kartenmuster aufgezeigt. 

Exposition der Gemeinden gegenüber Oberflächenabfluss pro Gemeinde.

In den meisten Kantonen sind in der gelben Gefahrenzone keine Massnahmen zum Hochwasserschutz erforderlich, doch sind in dieser Gefahrenzone 73 Prozent der Gebäude durch Oberflächenabfluss gefährdet. Das bedeutet, dass Objektschutzmassnahmen gegen Oberflächenabfluss hier auch gegen Hochwasser wirksam wären. In einem ersten Schritt lohnen sich Objektschutzmassnahmen daher vor allem bei Gebäuden in der gelben Hochwassergefahrenzone, die gleichzeitig auch durch Oberflächenabfluss gefährdet sind.

In vier Lernmodulen wird aktuelles Forschungs- und Praxiswissen zu Hagel und zu dem von Hagel ausgehenden Risiko in der Schweiz vermittelt. Die Inhalte richten sich an die Sekundarstufe II und knüpfen an Themen aus dem Fach Geografie an. Die im Zentrum stehenden Fragestellungen und Lernaufgaben bauen auf dem bestehenden Vorwissen der Lernenden auf und regen zum selbständigen Denken und Recherchieren an. In einer weiterführenden Aufgabenstellung kann das angeeignete Wissen in jedem Modul mit praxisnahen Beispielen angewendet und vertieft werden.

Die einzelnen Lernmodule können unabhängig voneinander im Unterricht eingesetzt werden, gleichzeitig weisen aber auch inhaltliche Verweise zwischen den Modulen auf bestehende Zusammenhänge.

Einführung – Entstehung von Hagel und Informationen zu den Lernmodulen

Modul 1 – Beobachtung und Messung von Hagel

Modul 2 – Hagelvorkommen in der Schweiz

Modul 3 – Hagelrisiko und Schutz vor Hagel

Modul 4 – Hagel, Klimawandel und Risikoentwicklung

Ableitung von Verletzlichkeitsfunktion an Autos.

Bei einem grossräumigen Extremszenario für die Schweiz schnellen die Schäden vielerorts praktisch gleichzeitig sprunghaft in die Höhe und können den bisherigen Beobachtungsbereich deutlich übersteigen. Diese und weitere Erkenntnisse konnte das Mobiliar Lab mithilfe seines neuen Tools Hochwasserdynamik gewinnen.

Mit dem neuen Tool Hochwasserdynamik lassen sich erstmals für grosse Teile der Schweiz die konkreten Auswirkungen extremer, noch nie so aufgetretener Niederschlagsszenarien zeigen. Das «Denken des Undenkbaren» ermöglicht eine bessere Vorbereitung auf solche Extremereignisse. Das Tool simuliert den Ablauf des ausgewählten Niederschlagsereignisses sowohl in seiner räumlichen wie zeitlichen Entwicklung und Dynamik. Dadurch eröffnet es einen neuen Blick auf Hochwasserereignisse mit deren Auswirkungen und trägt als Übungstool für den Bevölkerungsschutz dazu bei, die Notfallplanung zu verbessern und Schäden zu mindern.

Das Mobiliar Lab setzt das Tool auch zu Forschungszwecken ein und hat die Simulationsresultate detailliert ausgewertet. Eine der wichtigsten daraus gewonnenen Erkenntnisse ist die sehr grosse überregionale Betroffenheit bei einem grossräumigen Extremszenario. Der Umstand, dass grosse Schäden an vielen Orten innerhalb des modellierten Einzugsgebiets fast gleichzeitig auftreten, führt innert Kürze zu einer komplexen und schwierig zu bewältigenden Situation, die bei den Einsatzkräften zu erheblichen logistischen und personellen Engpässen führen kann. Um auf solche Ereignisse effektiv reagieren zu können, ist eine koordinierte überregionale Notfallplanung zentral. Zudem ist es wichtig, den Zeitpunkt des zu erwartenden Überlastfalls zu kennen.

Weiter zeigen die Resultate der Simulationen, dass in einzelnen Fliessgewässern Hochwasserabflüsse auftreten können, deren Wassermengen den bisherigen Erfahrungs- und Beobachtungsbereich teilweise massiv überschreiten. Entsprechend ist mit deutlich höheren Schäden zu rechnen als mit jenen des Jahrhunderthochwassers von 2005. Es drängt sich daher auf, auch solche «undenkbaren» Situationen in die Präventionsplanung miteinzubeziehen.

Die ausführlichen Erkenntnisse lassen sich unter dem entsprechenden Menüpunkt innerhalb des Hochwasserdynamik-Tools nachlesen.

Die Übersicht über die gleichzeitig betroffenen Gewässerabschnitte für ein ausgewähltes Extremniederschlagsszenario zeigt die räumlichen Abhängigkeiten.

Bereich Bildung auf der Landingpage hochwasserrisiko.ch: Erstellung von Lernmodulen, die die bestehenden Hochwasserrisiko-Tools einbezieht. Anknüpfung an gymnasiale Lehrpläne und didaktische Expertenbegleitung ist sichergestellt.

Online-Tool zeigt: Drohende Hochwasserschäden werden unterschätzt

Mögliche Hochwasserrisiken wurden in der Schweiz bis anhin unterschätzt. Gebiete, in denen nur eine geringe Hochwassergefährdung besteht, sind vielerorts dicht bebaut, deshalb fallen die möglichen Gebäudeschäden in ihrer Summe viel stärker ins Gewicht als bisher angenommen. Das zeigt ein neues Online-Tool, das am Mobiliar Lab für Naturrisiken der Universität Bern entwickelt wurde.

Vier von fünf Schweizer Gemeinden waren in den vergangenen 40 Jahren von Überschwemmun-gen betroffen. Das sorgte nicht nur für viel Beeinträchtigungen bei der betroffenen Bevölkerung, sondern auch für hohe Kosten. Viele Überschwemmungsgebiete sind heute mit Gebäuden und Infrastrukturanlagen aller Art überbaut, deshalb ist ein adäquater Schutz nötig, um grosse Schäden zu verhindern. Gerade die aktuelle Pandemie zeigt, dass die Kenntnisse über die möglichen Auswirkungen eines Ereignisses zentral sind, um die richtigen Massnahmen zu ergreifen.

Aus diesem Grund sind schweizweit für das ganze Siedlungsgebiet detaillierte Gefahrenkarten erstellt worden. Bloss: Diese Karten zeigen nur, wie häufig und wie intensiv Überschwemmungen sein können. Informationen darüber, was genau gefährdet ist, und wie hoch das Schadenausmass bei einem Hochwasser sein könnte, fehlen. «Für eine ganzheitliche Sicht im Risikomanagement sind solche Informationen aber zentral», sagt Margreth Keiler, Professorin für Geomorphologie und Risiko an der Universität Bern und Co-Leiterin des Mobiliar Labs für Naturrisiken der Universität Bern, «denn geringe Gefährdung bedeutet nicht automatisch auch geringen Schaden.» Auch die Kantone und der Bund tragen dem Rechnung und erarbeiten deshalb vermehrt Risikoübersichten.

Schadensimulator zeigt mögliches Schadenausmass für jede Gemeinde

Das Mobiliar Lab für Naturrisiken der Universität Bern unterstützt diese Bestrebungen für eine gesamtheitliche Sicht im Risikomanagement mit dem heute lancierten Schadensimulator (www.schadensimulator.ch). Dieses neue Webtool ergänzt die Gefahrenkarten mit den Auswirkungen von Hochwassern, wodurch Hochwasserrisiken besser erkennbar werden. Der Schadensimulator basiert auf neuentwickelten Modellen und statistischen Analysen, die neben Überschwemmungsschäden der vergangenen Jahre die Lage der Gebäude in den Gefahrenzonen und Informationen zu den Gebäuden berücksichtigen. Der Simulator weist für jede Gemeinde der Schweiz aus, wie gross das mögliche Schadenausmass bei einem Hochwasser ist. Mit seiner Hilfe lässt sich zudem simulieren, wie sich das mögliche Schadenausmass in Zukunft verändern könnte, zum Beispiel wenn die bestehenden Bauzonen überbaut werden. Der Schadensimulator ist deshalb eine wichtige Entscheidungshilfe für Behörden, Planerinnen und Ingenieure.

Grosse Schäden trotz geringer Gefährdung

Auf dem Schadensimulator basierende Forschungsarbeiten des Mobiliar Labs für Naturrisiken belegen, dass mögliche Schäden in Gebieten, in denen nur eine geringe Hochwassergefährdung besteht (gelbe Zonen auf der Gefahrenkarte), massiv unterschätzt wurden. Der Grund: Zwar sind die Schäden bei einem einzelnen Gebäude gering, doch weil die gelben Zonen oftmals stark überbaut sind, ist die Gesamtschadensumme hier auch im Vergleich mit den stärker gefährdeten blauen und roten Zonen sehr hoch. Gerade die gelbe Gefahrenzone wird aber bis heute oft vernachlässigt, um Risiken zu reduzieren. So werden hier – im Gegensatz zur blauen Zone – in den meisten Kantonen beim Um- oder Neubau von Gebäuden von den Bauherren keine spezifischen Massnahmen gegen Hochwasser verlangt.

Dank Schutzmassnahmen an Gebäuden Schäden reduzieren

Die Forschungsarbeiten mit dem Schadensimulator zeigen auch, wie sich die bauliche Verdichtung auf die durch Hochwasser gefährdeten Werte auswirkt. Geht man davon aus, dass bis im Jahr 2040 schweizweit ein Drittel der verfügbaren Bauzonenreserven überbaut werden, könnten die gefährdeten Gebäudewerte um 5.3 Mrd. Franken zunehmen. Würden die verfügbaren Bauzonenreserven schweizweit sogar komplett überbaut, könnten die gefährdeten Gebäudewerte um 16.6 Mrd. Franken zunehmen. 

Die höheren Schäden, die durch einen Anstieg der gefährdeten Gebäudewerte verursacht werden, lassen sich allerdings mit geeigneten Massnahmen begrenzen. «Angesichts des hohen möglichen Schadenausmasses wären Massnahmen auch bei einer geringen Hochwassergefährdung wichtig», erklärt Margreth Keiler. Sogenannte Objektschutzmassnahmen beispielsweise könnten schon mit tiefen Kosten eine grosse Wirkung erzielen. Solch kleine bauliche Anpassungen sind etwa erhöhte Türschwellen oder Lichtschächte, die verhindern, dass Wasser ins Gebäude eindringen kann. Soll das mögliche Schadenausmass entscheidend vermindert werden, reicht es allerdings nicht, nur bei Neubauten Objektschutzmassnahmen vorzuschreiben, betont Keiler: «Dann müssen sie zwingend auch an bestehenden Bauten realisiert werden.»

Es wurden eine Datenbank und ein Abfragesystem erarbeitet, das für alle vermessenen Flussabschnitte vorprozessierte Überflutungskarten untersucht und mittels Ähnlichkeitsanalysen die Überflutungskarten aus der Datenbank extrahiert, die am besten mit vorhergesagten Hochwasser-Ganglinien entsprechen.

Beim Hochwasserrisikomanagement hat die Wahl der Verletzlichkeitsfunktionen einen bemerkenswerten Einfluss auf die Gesamtunsicherheit der Modellierung von Hochwasserschäden. Die räumliche Übertragbarkeit empirischer Verletzlichkeitsfunktionen ist begrenzt, was die Notwendigkeit der Berechnung und Validierung regionsspezifischer Verletzlichkeitsfunktionen zur Folge hat. In datenarmen Regionen ist diese Option jedoch nicht durchführbar. Im Gegensatz dazu können in diesen Regionen die physikalischen Prozesse von Hochwasserauswirkungsmodellketten aufgrund der Verfügbarkeit von globalen Datensätzen entwickelt werden. In diesem Umsetzungsprojekt haben wir eine synthetische Verletzlichkeitsfunktion entwickelt und in eine Modellkette eingebaut. Die Funktion basiert auf Expertenheuristiken an gezielten Stichproben repräsentativer Gebäude. Wir wandten die Vulnerabilitätsfunktion in einem mesoskaligen Flusseinzugsgebiet an und evaluierten die neue Funktion, indem wir die resultierenden Hochwasserschäden mit den von anderen Ansätzen berechneten Schäden verglichen, (1) ein Ensemble von aus der Literatur verfügbaren Verletzlichkeitsfunktionen, (2) eine daten-getriebene Verletzlichkeitsfunktion, die mit regionsspezifischen Daten kalibriert wurde, und (3) die Verletzlichkeitsfunktion, die im Schweizerischen Hochwasserrisikomanagement häufig verwendet wird. Die Ergebnisse zeigen, dass Heuristiken eine wertvolle Alternative für die Entwicklung von Hochwasserauswirkungsmodellen in Regionen ohne oder mit nur wenigen Daten über Hochwasserschäden sein können.

Aufbau einer internen Datenbank zur zentralen Verwaltung von grossen Geodatenbeständen für das Mobiliar Lab.

Für einen risikobasierten und ganzheitlichen Umgang mit Naturgefahren ist eine umfassende Information der Bevölkerung notwendig. Bis heute werden dafür zur visuellen Unterstützung hauptsächlich Karten oder Filme von Hochwassersimulationen in 2D verwendet. Karten machen die Gefahr aber nicht «erlebbar» – dies im Gegensatz zu historischen Fotos aus dem Kollektiven Überschwemmungsgedächtnis. Zudem sind Karten für viele Menschen nicht einfach lesbar. Wir gehen von der Hypothese aus, dass 3D-Simulationen oder virtuelle Realitäten die Hochwassergefahr für Nichtspezialisten besser begreifbar machen können. Diese Hilfsmittel sollen dort eingesetzt werden, wo historische Fotos als Beweis und zur Sichtbarmachung der Gefahr fehlen. Visualisierungen eignen sich aber auch, um eine Vorstellung von künftigen Ereignissen zu vermitteln.

In einer soeben abgeschlossenen Machbarkeitsstudie des Mobiliar Labs wurde die 3D-Darstellung einer Hochwassersimulation mit zwei verschiedenen Technologien umgesetzt und geprüft, ob eine Anwendung in der Praxis machbar ist. Der erste Ansatz basiert auf einem Web-Framework, das sich in jedem modernen Browser betreiben lässt, während der zweite mit einer Game-Engine erstellt wurde, für deren Nutzung die Installation eines Programms nötig ist. Obwohl beide Technologien Vor- und Nachteile aufweisen, hat die Machbarkeitsstudie gezeigt, dass für künftige Anwendungen in 3D in den meisten Fällen das Web-Framework zu bevorzugen ist. Viele Elemente, wie etwa das digitale Höhenmodell, Orthophotos oder swissBUILDINGS3D, sind mit geringem Aufwand integrierbar. Zudem können beliebig grosse geographische Regionen dargestellt werden und die Anwendung läuft im Browser auf verschiedenen Endgeräten.

Die Machbarkeitsstudie hat ergeben, dass sich 3D-Visualisierungen von Hochwasserereignissen mit überschaubarem Aufwand umsetzen lassen, sofern entsprechendes Wissen und die nötigen Grundlagen vorhanden sind. Aufgrund ihrer Annäherung an die Realität eignen sie sich zur Information und zur Sensibilisierung der Bevölkerung.

Rafael Wampfler, Dr. Andreas Paul Zischg, Markus Mosimann

Abb.1: Screenshots der beiden 3D-Visualisierungen desselben Hochwassers: links das Resultat des Web-Frameworks und rechts dasjenige der Game-Engine.

Seit Beginn des 19. Jahrhunderts veränderte sich die Emme aufgrund von flussbaulichen Massnahmen von einem breiten Flusslauf mit geringen Tiefen zu einem eng kanalisierten Gewässer mit stark eingetiefter Gerinnesohle. Die Fläche des Flusslaufes reduzierte sich auf weniger als die Hälfte. Nicht nur der Flusslauf selbst war grossen Veränderungen ausgesetzt, sondern auch das Umland mit dessen Siedlungsentwicklung. Der Gebäudebestand nahm von 1820 bis heute von rund 600 auf ca. 6‘500 Gebäuden zu.

Abb. 1: Die Regler erlauben eine isolierte Betrachtung der vier Faktoren Siedlung, Flusslauf, Grösse des Hochwassers und „Klimazuschlag“. Das Hochwasserrisiko ist einerseits in Form von überschwemmten Flächen sichtbar. Andererseits wird es für den simulierten Abschnitt mit Frankenbeträgen angegeben.

Die interaktive Karte auf risikodynamik.ch ermöglicht eine isolierte Betrachtung der Faktoren, die das Hochwasserrisiko beeinflussen. Diese isolierte Betrachtungsweise zeigt eindrücklich die Auswirkung der verschiedenen Faktoren auf Schadenpotenzial und Hochwasserrisiko. Einerseits liess sich das Hochwasserrisiko zwischen 1820 und 2016 durch Verbauungen stark reduzieren – heute sind durch Hochwasserschutzbauten 1‘305 Gebäude geschützt. Andererseits zeigt sich, dass das Siedlungswachstum zu einer deutlichen Erhöhung des Schadenpotenzials und damit auch des Hochwasserrisikos geführt hat. Insgesamt, so zeigt eine Simulation auf der interaktiven Karte, hat sich das Hochwasserrisiko seit 1820 in etwa halbiert.

Zusätzlich lässt sich auch ein potenzieller Einfluss des Klimawandels auf das Hochwasserrisiko darstellen. Der Klimawandel wird tendenziell zu häufigeren und grösseren Hochwassern führen. In Kombination mit dem zu erwartenden Siedlungswachstum dürfte das Hochwasserrisiko in Zukunft weiter zunehmen. Eine vorausschauende Raumplanung verhindert einen starken Anstieg des Hochwasserrisikos, senken lässt es sich hingegen durch zusätzliche Schutzmassnahmen.

In der Schweiz verursachen Hochwasser regelmässig Schäden in Millionenhöhe. Bund, Kantone und Gemeinden geben jährlich Hunderte Millionen Franken aus, um Bevölkerung und Sachwerte vor Überschwemmungen zu schützen. Die Hochwassergefahrenkarten zeigen mit hoher räumlicher Auflösung, wo, wie häufig und wie intensiv Hochwasserereignisse auftreten können. Werden die Gefahrenkarten in Kombination mit sozioökonomischen Daten wie Bevölkerungszahlen oder Gebäudewerten räumlich analysiert, so lassen sich die Schadenschwerpunkte künftiger Ereignisse abschätzen. Und diese Information wiederum hilft mit, den Bedarf an Schutzmassnahmen zu eruieren und diese zu priorisieren.

Basierend auf den Gefahrenkarten können auf der Webseite «Schadenpotenzial Hochwasser» (schadenpotenzial.ch) schweizweit die potenziell von Hochwassern betroffenen Schutzgüter dargestellt werden. Und dies in verschiedenen räumlichen Einheiten (Ort / Quartier, Gemeinde und Kanton sowie für ein Hexagonraster). Folgende Schutzgüter stehen zur Auswahl:

  • Gebäude (gesamt, differenziert nach Nutzung)
  • Gebäudewerte
  • Personen (wohnhafte Personen, Arbeitsplätze)
  • Spitäler, Kulturgüter, Schulen und Hochschulen, Alters- und Pflegeheime

Mit verschiedenen Analysewerkzeugen lassen sich die absoluten und relativen Werte der hochwassergefährdeten Schutzgüter einfach miteinander vergleichen.

Die interaktive Webseite überschwemmungsgedächtnis.ch macht Bilder von Überschwemmungen aus der ganzen Schweiz öffentlich zugänglich. Einerseits stammen die Bilder aus bestehenden Bildarchiven. Andererseits soll die Bildersammlung mit Hilfe der Bevölkerung laufend weiterwachsen. Dabei werden mehrere Ziele verfolgt: Erstens sollen der Bevölkerung die Hochwasserrisiken in Erinnerung gerufen werden, zweitens dienen vergangene Überschwemmungsbilder der Forschung für die Validierung von Simulationen, und drittens stellen sie für Fachleute in der Praxis eine Hilfe bei der Gefahrenbeurteilung dar.

Alle Bilder des «Kollektiven Überschwemmungsgedächtnisses» werden auf einer Schweizer Karte geografisch verortet und enthalten weitere Informationen, wie etwa zum Urheber oder zur möglichen Weiterverwendung der Bilder. Die Angaben zu Ort und Zeitpunkt der Überschwemmung erlauben es, die Bilder entsprechend gefiltert anzuzeigen. Die hochgeladenen Bilder werden manuell am Mobiliar Lab validiert und anschliessend auf der Webseite publiziert. Stellen doch auch Sie der Allgemeinheit und der Forschung Ihre Überschwemmungsbilder zur Verfügung!

Lesen Sie hier die Medienmitteilung.

Wie gross, so die zentrale Fragestellung der Untersuchung, ist bei Hochwasserereignissen der Anteil der Hausratschäden am Gesamtschaden und damit die Verletzlichkeit dieses Bereichs? Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, wurden konkrete Schadensfälle analysiert und so Grundlagen und Methoden erarbeitet, um Schäden am Hausrat in Risikoanalysen miteinzubeziehen. Zur Begriffsklärung: Hausrat gehört zur sogenannten Fahrhabe. Unter Verletzlichkeit oder Schadengrad wird der beschädigte Anteil am Gesamtwert des Objekts verstanden.

Obwohl der Schadengrad des Hausrats generell höher liegt als jener der Gebäude, übersteigt der Hausratschaden an einem Objekt in vielen Fällen nicht den entsprechenden Gebäudeschaden. Diese Feststellung erstaunt nicht, berücksichtigt man, dass die Versicherungssumme der Gebäude im Mittel das Sechsfache des Hausrats beträgt und somit stark beschädigter Hausrat gleich viel Schaden verursacht wie ein schwach beschädigtes Gebäude. Sie können mehr über die Methode in dieser Studie lesen.

Fig. 1: Floods not only affect buildings, but also cause significant damage to household contents. These should therefore be included in risk assessments. Source: Norbert Büchel

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 der Fachartikel (PDF, 3.6 MB). Ein detaillierter Beschrieb des Modells und der Transportgleichungen findet sich bei Mazzorana et al. (2011). Informationen zur vektorbasierten Version in R gibt Zischg et al. (2018).

Referenzen:

Zischg, A.P.; Galatioto, N.; Deplazes, S.; Weingartner, R.; Mazzorana, B. Modelling Spatiotemporal Dynamics of Large Wood Recruitment, Transport, and Deposition at the River Reach Scale during Extreme Floods. Water 2018, 10, 1134. https://doi.org/10.3390/w10091134 .

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.

Im Herbst 2018 ist die am Mobiliar Lab für Naturrisiken erarbeitete Publikation «Werkzeuge zum Thema Oberflächenabfluss als Naturgefahr – eine Entscheidungshilfe» erschienen. Ihr Hauptziel besteht darin, Fachpersonen bei der Auswahl der geeigneten Werkzeuge für die Beurteilung eines konkreten Falls zu unterstützen.

Nach der Erläuterung des aktuellen Wissensstands zur Thematik folgt im Handbuch das zentrale Entscheidungsschema (s. Abb.), das die acht Werkzeuge hinsichtlich Einsatzzweck, Branche und Aufwand charakterisiert. Im Anschluss daran werden die Werkzeuge mithilfe eines Faktenblatts einzeln vorgestellt. Ihre Anwendung wird schliesslich anhand einer typischen Fragestellung in einem exemplarischen, gemeinsamen Untersuchungsgebiet illustriert.

 

Die Autoren stellen in der Publikation jeweils Werkzeuge vor, die sie grösstenteils selbst entwickelt haben. Erarbeitet wurden die Beiträge vom Mobiliar Lab für Naturrisiken, von Agroscope, vom Büro geo7 und von der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen, VKF. Folgende Werkzeuge sind Teil des Handbuchs: Gefährdungskarte Oberflächenabfluss, Erosionsrisiko- und Gewässeranschlusskarte, punktuelle Gefahrenabklärung, Modellierung von Phosphorverlusten, feinskalige Modellierung von Oberflächenabfluss, Toolbox zur Schadendaten-Klassierung, Beobachtungsdaten von Oberflächenabfluss-Ereignissen und Gebäudeschutzmassnahmen gegen Oberflächenabfluss.

Ein zusätzliches, für eine Fachpublikation eher überraschendes Element, stellt ein Beitrag der Schweizer Künstlerin Ester Vonplon dar. Ihre Fotoserie ist in der Buchmitte als sogenanntes Insert platziert. Dieser künstlerische Beitrag soll den Leserinnen und Lesern einen Zugang zur Thematik eröffnen, der über die wissenschaftliche Auseinandersetzung hinausgeht. Er regt uns alle zum Nachdenken an, indem die Frage aufgeworfen wird, wie wir künftig mit der Natur umgehen werden.

Die Entscheidungshilfe Oberflächenabfluss liegt sowohl in Buchform als auch als PDF-Datei vor. Sie wurde in der Reihe «Hydrologie der Schweiz» publiziert. Herausgeber sind die Schweizerische Gesellschaft für Hydrologie und Limnologie (SGHL), die Schweizerische Hydrologische Kommission (CHy) der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz (SCNAT) sowie das Mobiliar Lab für Naturrisiken. Das Buch kann bei der CHy bezogen werden. Die PDF-Datei kann über die unten aufgeführten Links heruntergeladen werden.

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.giub.unibe.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.

Das Mobiliar Lab für Naturrisiken und das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz haben in den Jahren 2015-2018 eine neue kurzfristige Hagelwarnung getestet. Die Hagelwarnung hat sich über die 4 Jahre markant verbessert. Die Resultate des Projekts werden weiter analysiert und die Hagelforschung weiter vorangetrieben, um in Zukunft noch präzisere Hagelwarnungen versenden zu können.

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.

Die Schäden von sieben historischen Stürmen (inkl. Lothar) wurden in Abhängigkeit der Böenspitze modelliert. Eine eindeutige Beziehung zwischen Böenspitze und Schadengrad konnte jedoch auf der verfügbaren Datenbasis nicht hergeleitet werden.

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

Vulnerabilitätsfunktion Hagel – Fahrzeugschäden wurde erstellt.

Eine nationale Gefahrenkarte für Hagel wurde erarbeitet und die Ergebnisse publiziert: http://dx.doi.org/10.1002/qj.2771.

Nutzer melden über die MeteoSchweiz-App Hagelbeobachtungen und leisten somit einen grossen Beitrag an die Hagelforschung. Die gemeldeten Hagelbeobachten schliessen eine Lücke zwischen den Wetterradar-Hagel-Algorithmen und den im Frühjahr installierten Hagelsensoren des Projekts "Das Schweizer Hagelmessnetz".

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.