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Newsletter - Oktober 2018

Dies ist der vierte Newsletter des Mobiliar Labs für Naturrisiken der Universität Bern. Er erscheint ca. zweimal pro Jahr und gibt Ihnen einen Überblick über unsere neusten praxisrelevanten Forschungsergebnisse sowie Hinweise zu Veranstaltungen des Labs. Die deutsche Version des Newsletters als PDF lesen Sie hier.

Vous pouvez lire la version française de la newsletter en cliquant ici.

Am Mittwoch, 14. November 2018 findet ab 16:30 Uhr die traditionelle Herbstveranstaltung des Mobiliar Labs für Naturrisiken statt. Sie beleuchtet das Überschwemmungsgedächtnis aus verschiedenen Perspektiven und spannt den Bogen von wissenschaftlichen Aspekten, über die praktische Sichtweise innerhalb eines Kantons, bis hin zur Perspektive einer Feuerwehr.

Hier finden Sie den Flyer zur Veranstaltung.

Abb. 1: Überschwemmte Reussebene vor Altdorf, August 1987

Mit seiner soeben gestarteten «Forschungsinitiative Hochwasserrisiko» will das Mobiliar Lab für Naturrisiken unter anderem bessere Entscheidungshilfen für das Hochwasserrisikomanagement schaffen.

Mit der «Forschungsinitiative Hochwasserrisiko ‒ vom Verstehen zum Handeln» ergänzt das Mobiliar Lab für Naturrisiken die traditionelle Hochwasserforschung um den Schadenaspekt. Zur Lancierung des diverse Forschungsprojekte umfassenden Vorhabens hat das Mobiliar Lab einen Kurzfilm produziert.

Ziel der von 2018 – 2020 dauernden Forschungsanstrengung sind unter anderem bessere Entscheidungshilfen für das Hochwasserrisikomanagement. Die verschiedenen Tools, die sich bis zum Ende der Projektdauer weiterentwickeln und laufend ergänzt werden, sollen die Behörden in Gemeinden und Kantonen – aber auch die Bevölkerung – dabei unterstützen, Hochwasserrisiken zu erkennen. Zudem werden die Tools ermöglichen, Schutzmassnahmen nachvollziehbar und risikobasiert zu priorisieren. Und nicht zuletzt fördert die «Forschungsinitiative Hochwasserrisiko» (hochwasserrisiko.ch) die allgemeine Sensibilisierung für Hochwasserrisiken.

Abb. 2: Auszug aus der Webseite hochwasserrisiko.ch. Sie bündelt die verschiedenen Webseiten der «Forschungsinitiative Hochwasserrisiko».

Seit kurzem ist die neue Webseite schadenpotenzial.ch online. Sie ermöglicht es, die Werte hochwassergefährdeter Schutzgüter miteinander zu vergleichen und so zukünftige Schadenschwerpunkte ausfindig zu machen.

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.

Soeben ist die «Entscheidungshilfe Oberflächenabfluss» erschienen. Das Handbuch bietet eine Übersicht verschiedener Werkzeuge zum Thema Oberflächenabfluss, charakterisiert sie und illustriert ihre Anwendung anhand einer typischen Fragestellung.

Im vergangenen Jahr wurde am Mobiliar Lab für Naturrisiken die Publikation «Werkzeuge zum Thema Oberflächenabfluss als Naturgefahr – eine Entscheidungshilfe» erarbeitet. 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. 5), 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 und die entsprechende PDF-Datei können bei der SGHL bezogen werden.

 

Das Fallbeispiel des Hagelereignisses vom 6. August 2018 im Entlebuch zeigt, was Hagelsensoren leisten können. Es belegt zudem, wie wichtig eine Kombination verschiedener Datenquellen ist, um den Hagel besser zu verstehen, Warnungen zu verbessern und Schäden zu reduzieren.

Am 6. August 2018 herrschte sonniges Hochdruckwetter mit Temperaturen bis 35 Grad. In der zweiten Tageshälfte entluden sich zuerst über den Bergen, anschliessend auch im Flachland lokal Gewitter. Eine der Gewitterzellen zog über Teile des Entlebuchs, wo erstmals Hagel von den neu installierten Hagelsensoren des Schweizer Hagelmessnetzes (vgl. Newsletter Mai 2018) registriert wurde. Was lässt sich aus den bei dieser Premiere gewonnen Daten lernen?

Die Abb. 6 stellt die Situation am 6. August im Entlebuch dar. Die farbigen Flächen zeigen die Hagelwahrscheinlichkeit (POH – Probability of Hail) auf, welche für diesen Zeitpunkt aus den Wetterradardaten berechnet wurden. Die Darstellung zeigt, dass Hagel grundsätzlich in den Regionen registriert wurde (hell- und dunkelblaue Punkte, grüne Dreiecke), in denen die Hagelwahrscheinlichkeit hoch ist. Einzelne Einschläge – wie sie z. B. in Marbach, oder in Schüpfheim (ausserhalb des gefährdeten Gebiets), gemessen wurden – müssen mit Vorsicht genossen werden. Hier kann es sich um verfrachtete Hagelkörner, grosse Regentropfen oder um ein anderes Objekt handeln, die auf den Sensor trafen.

Was ebenfalls auffällt, ist, dass bereits auf kleinem Raum (bei Marbach) sehr grosse Unterschiede registriert wurden (kein Hagel – kleiner Hagel – mittlerer Hagel). Diese Messungen stützen den Fakt, dass Hagel sehr kleinräumig auftritt und deshalb eine genaue Warnung/Prognose schwierig ist.

Eine erste solche Messung ist sehr wertvoll, sie kann bestehende Thesen stützen, aber auch neue Fragen aufwerfen. Klar wird, dass viele Messungen nötig sind, um die Daten angemessen interpretieren und Aussagen treffen zu können. Dank der Installation weiterer 55 Sensoren in den Hagelregionen der Schweiz soll dies möglich werden.

Das Beispiel zeigt weiter, dass die einzigartige Kombination aus modernen Wetterradardaten, Beobachtungen aus der Bevölkerung, Daten der Hagelsensoren (und allenfalls Schadendaten) wichtig für die Analyse von Hagelevents ist, und schliesslich dazu beitragen kann, bessere Hagel-Warnungen/Kurzfristprognosen zu erstellen und Schäden zu reduzieren.

Newsletter - Mai 2018

Dies ist der dritte Newsletter des Mobiliar Labs für Naturrisiken der Universität Bern. Er erscheint ca. zweimal pro Jahr und gibt Ihnen einen Überblick über unsere neusten praxisrelevanten Forschungsergebnisse sowie Hinweise zu Veranstaltungen des Labs. Die deutsche Version des Newsletters als PDF lesen Sie hier.

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Überschwemmungsbilder können verhindern, dass Überschwemmungen und ihre Folgen vergessen gehen. Das neue «Kollektive Überschwemmungsgedächtnis» macht solche Bilder auf einer Webseite zugänglich und lädt die Bevölkerung dazu ein, selber Bilder hochzuladen.

Abb. 1: Überschwemmtes Seefeld in Sarnen im Juni 1970 (© unbekannt / aufbewahrt von: Staatsarchiv Obwalden). Abb. 2: Berner Matte im August 2005 (Mobiliar Lab für Naturrisiken / Luzius Thomi / CC BY-SA 4.0).

Jedes siebte Gebäude der Schweiz ist hochwassergefährdet, und vier von fünf Schweizer Gemeinden waren in den vergangenen 40 Jahren von Überschwemmungen betroffen. Obschon Hochwasser zum Teil grosse Schäden anrichten und den Direktbetroffenen stark zusetzen, gehen sie schnell wieder vergessen. Innerhalb weniger Jahren sind sie aus dem Bewusstsein der Bevölkerung verschwunden.

Mit dem Mitte Mai vom Mobiliar Lab für Naturrisiken lancierten «Kollektiven Überschwemmungsgedächtnis» soll sich das ändern. Die neue, interaktive Webseite www.überschwemmungsgedächtnis.ch macht Fotos von Hochwasserereignissen 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 auch Sie der Allgemeinheit und der Forschung Ihre Überschwemmungsbilder zur Verfügung – und gewinnen Sie am ab sofort laufenden Wettbewerb eines von fünf Geschenken am Wasser!

3D-Visualisierungen können für die Kommunikation von Hochwassergefahren von grossem Wert sein. Eine Machbarkeitsstudie, in der zwei Technologien miteinander verglichen wurden, hat gezeigt, dass Visualisierungen sowohl optisch ansprechend wie praxistauglich sein können.

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.

Das neue, interaktive Webtool zeigt, wie sich das Hochwasserrisiko an der Emme im Abschnitt zwischen Burgdorf und der Kantonsgrenze BE/SO in den letzten 200 Jahren verändert hat. Das Zusammenspiel aus Siedlungsentwicklung, Flussbau und Klimawandel ist dabei zentral.

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.

Die interaktive Karte auf www.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.

Hagel verursacht in der Schweiz Jahr für Jahr Millionenschäden. Dank einer weltweit einzigartigen Kombination von Radardaten, Beobachtungen aus der Bevölkerung und Daten von neuen Hagelsensoren will das Mobiliar Lab die Hagelwarnung verbessern. Und Sie können uns dabei unterstützen!

Hagel tritt kleinräumig und unberechenbar auf, ist schwer vorhersagbar und eine genaue Messung am Boden ist bis anhin praktisch unmöglich. In Gewitterwolken kann Hagel mit Hilfe von Wetterradaren aber bereits heute erkannt werden. Eine Forschungsarbeit des Mobiliar Labs für Naturrisiken und der MeteoSchweiz hat anhand von Radardaten gezeigt, dass insbesondere in der Napfregion, dem Jura und dem Südtessin die Hagelwahrscheinlichkeit hoch ist (s. Abb. 5).

Dieses Wissen reicht aber nicht aus, um präzise Hagelwarnungen und -prognosen zu erstellen. Dafür braucht es genaue Messungen am Boden, dank denen sich das Auftreten von Hagel verifizieren lässt. Anschliessend gilt es, diese Daten in einem Computermodell weiterzuverarbeiten.

Die Hagelmeldefunktion in der App der MeteoSchweiz, in der Nutzerinnen und Nutzer ihre Beobachtungen zu Hagel erfassen können, liefert der Forschung bereits seit drei Jahren wertvolle Hinweise. Über 53‘000 bisher erfasste Meldungen sind für die Verbesserung der Hagelwarnungen von grosser Bedeutung. Trotzdem können diese Angaben Messstationen nicht vollständig ersetzen – auch in Kombination mit anderen Methoden nicht.

Deshalb wird ab Frühling 2018 in den drei Hagel-Hotspots der Schweiz ein durch die Mobiliar Genossenschaft finanziertes Hagelmessnetz mit 80 vollautomatischen Sensoren installiert (s. Abb. 5). Sie messen Korngrösse, Aufprallenergie und Zeitpunkt des Hagelschlags. Die Kombination aus Radardaten, Beobachtungen aus der Bevölkerung, Hagelschäden an Fahrzeugen und Daten der Hagelsensoren stellt eine Premiere dar und ist weltweit einzigartig. Sie soll dazu beitragen, den Hagel besser zu verstehen, Warnungen und Prognosen zu verbessern und Schäden zu verringern.

Bereits jetzt existiert eine automatische Kurzfristprognose, die für gewisse Anwendungen praxistauglich ist. Doch wegen der hohen Anzahl von Fehlalarmen kann sie noch nicht verbreitet eingesetzt werden.

Sie können uns dabei unterstützen, die Hagelwarnung weiter zu verbessern! Vor allem wenn Sie selbst in einer Region mit hoher Hagelwahrscheinlichkeit wohnen oder arbeiten, eignen Sie sich ausgezeichnet als Test-User unserer Hagelwarnung. Registrieren Sie sich unter www.hagelforschung.ch mit Ihrem Wohn-/Arbeitsort und Ihrer Handynummer. Einige Minuten vor einem erwarteten Hagelschlag erhalten Sie eine Warnung per SMS. Dank Ihrem anschliessenden Feedback helfen Sie mit, die Warnung weiter zu verbessern und Schäden zu minimieren!

Newsletter - Februar 2018

Dies ist der zweite Newsletter des Mobiliar Labs für Naturrisiken der Universität Bern. Er erscheint ca. zweimal pro Jahr und gibt Ihnen einen Überblick über unsere neusten praxisrelevanten Forschungsergebnisse sowie Hinweise zu Veranstaltungen des Labs. Die deutsche Version des Newsletters als PDF lesen Sie hier.

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Welche Rolle spielt der Niederschlag für die Verursachung von Oberflächenabfluss? Ein Forschungsprojekt des Mobiliar Lab hat gezeigt, dass die meisten Schäden erst bei der Überschreitung von relativ hohen Niederschlagsschwellenwerten entstehen.

Abb. 1: Bei einem Gewitter mit heftigen Niederschlägen hat sich Oberflächenabfluss gebildet. Wie die übriggebliebenen Spuren beweisen, verliess das Wasser die Strasse und floss über die Wiese. Quelle: Daniel Bernet.

Oberflächenabfluss verursacht rund die Hälfte aller Überschwemmungsschäden. Doch unter welchen Voraussetzungen tritt er überhaupt auf? Um diese Frage beantworten zu können, hat das Mobiliar Lab in einem aktuellen Forschungsprojekt versucht, die Schäden ausschliesslich mit dem Faktor Niederschlag zu erklären. Dabei hat sich gezeigt, dass den meisten Schadenereignissen lokal tatsächlich extreme Niederschläge vorangegangen sind. Im Vorfeld hat es meistens sehr heftig und/oder sehr viel geregnet. Daraus lassen sich Niederschlagsschwellenwerte ableiten, die für die Entstehung von Schäden überschritten werden müssen. Natürlich können auch andere Faktoren eine wichtige Rolle spielen – trotzdem lassen sich anhand der Niederschlagsmengen die zu erwartenden Schäden bereits erstaunlich gut voraussagen. Diese neuen Erkenntnisse helfen, künftig Schäden durch Oberflächenabfluss besser vorauszusagen und damit auch zu vermindern oder gar zu verhindern.

Konkrete Oberflächenabfluss-Ereignisse und deren Bewältigung wurden an der Herbstveranstaltung 2017 des Mobiliar Lab eindrücklich anhand von Beispielen aus den Kantonen Schaffhausen und Nidwalden illustriert. Experten aus Forschung und Praxis haben an diesem Anlass zudem erläutert, welchen Stellenwert Oberflächenabfluss schweizweit hat, wie er modelliert werden kann und wie ihn die Versicherungen berücksichtigen. Die gut besuchte Veranstaltung wurde mit einer Diskussion über den künftigen Umgang mit Oberflächenabfluss abgerundet.

Müssen Fachleute konkrete Fragestellungen im Zusammenhang mit Oberflächenabfluss beantworten – z. B. um die Gefährdung eines Wohnquartiers zu bestimmen –, stehen ihnen heute unterschiedliche Methoden und Produkte zur Verfügung. Doch es fehlt eine Übersicht dieser Angebote, und es existiert keine Entscheidungshilfe, die aufzeigt, welche Werkzeuge für welchen Zweck geeignet sind. Diese Grundlagen werden zurzeit am Mobiliar Lab zusammen mit Fachleuten aus unterschiedlichen Bereichen erarbeitet und im Verlauf dieses Jahr als Handbuch veröffentlicht.

Kontakt: daniel.bernet@giub.unibe.ch

Einfache Analysemethoden unterschätzen generell den Wert von hochwasserexponierten Gebäuden. Eine neue Studie zeigt, dass dies bei Nutzen-Kosten-basierten Entscheiden zum suboptimalen Einsatz von Ressourcen für Schutzmassnahmen führen kann.

In Risikoanalysen zur Abschätzung der Folgen von Naturgefahrenereignissen fliessen Gebäudewerte meist als Durchschnittswerte ein. Sehr gebräuchlich sind Einheitswerte pro Gebäude oder pro Gebäude-Kubikmeter. In Studien auf überregionaler Ebene werden die Gebäudewerte oft über einen nach Nutzung differenzierten Flächenansatz, das heisst über Durchschnittswerte pro Quadratmeter Landfläche, berücksichtigt. Am Beispiel der Hochwasserexposition in der Schweiz hat das Mobiliar Lab untersucht, wie weit die verschiedenen Methoden das Resultat beeinflussen. Basierend auf einem Datensatz von über einer halben Million Gebäudeversicherungspolicen vergleicht diese Untersuchung insgesamt fünf verschiedene Methoden zur Ermittlung der Werte potenziell von Hochwasser betroffener Gebäude.

Abb. 2: Wird das Gebäudevolumen in die Schätzung einbezogen, resultiert ein realistischer Gebäudewert. Quelle: Raoul Kern.

Während die räumliche Verteilung der exponierten Werte mit allen fünf Methoden vergleichbar ist, bestehen bei den absoluten Expositionswerten grosse, methodenbedingte Unterschiede. Über die ganze Schweiz beträgt der Wert der Gebäude in hochwassergefährdeten Gebieten je nach Methode zwischen 310 und 540 Milliarden Franken. Am grössten sind die Unterschiede in den Gebieten mit extrem hohen Expositionswerten (vgl. Abb. 3). Modelle ohne Einbezug der Gebäudevolumen unterschätzen den Wert der exponierten Gebäude, was bei Nutzen-Kosten-basierten Entscheiden zum suboptimalen Einsatz von Ressourcen für Schutzmassnahmen führen kann.

Die Studie kann eingesehen werden und es ist auch möglich, sich in den noch laufenden, offe-
nen Review-Prozess einzubringen.

Abb. 3: Modellbedingte Unterschiede in den Extremwertverteilungen: Vergleich der fünf Gebäudewertmodelle mittels empirisch-kumulativer Verteilungsfunktionen (n= 100’000). Dargestellt werden Extremwerte (oberste 2 %) hochwasserexponierter Gebäude in der Schweiz, aggregiert auf Hexagone von 10 km2.

Hausratschäden machen durchschnittlich 20-32 Prozent der Hochwasserschäden aus. Diese Erkenntnis geht aus einer Studie hervor, für die das Mobiliar Lab Gebäude- und Hausratschäden miteinander verknüpft und statistisch untersucht hat.

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.

Abb. 4: Hochwasser verursachen neben Gebäude- auch erhebliche Hausratschäden. Letztere müssen in Risikoanalysen ebenfalls einbezogen werden. Quelle: Norbert Büchel.

Für die Kantone Obwalden, Tessin, Uri, Schwyz und Wallis wurden Schadenanteile des Hausrats von durchschnittlich 20-32 Prozent des Gesamtschadens ermittelt. Dabei hat sich gezeigt, dass Schäden am Hausrat einen relevanten Anteil an den Gesamtschäden haben. Bei Risiko- oder Kosten-Nutzen-Analysen zu Hochwasserschutzprojekten sollte deshalb als Zusatzinformation angegeben werden, ob und wie diese Schäden berücksichtigt wurden.

Für die Analyse wurden Gebäude- und Hausratschadendaten der Mobiliar Versicherung aus den erwähnten GUSTAVO-Kantonen miteinander verknüpft. Das Hauptergebnis dieses Projekts wird eine Verletzlichkeitsfunktion zur Ermittlung von Hausrat- bzw. Fahrhabeschäden bei Risikoanalysen sein. Die Methode wird in Kürze auf www.mobiliarlab.unibe.ch veröffentlicht.

Modellsimulationen erlauben es, Hochwasserschäden abzuschätzen. Dafür muss allerdings die Qualität der Modelle sichergestellt sein, was ohne Ereignisdokumentation schwierig ist. Zur Qualitätskontrolle beitragen können Versicherungsdaten.

Für die Analyse von möglichen Schäden durch Hochwasser sind Simulationsmodelle erforderlich, die den Hochwasserablauf gut vorhersagen können. Bevor diese Modelle für eine Prognose zum Einsatz kommen, muss nach der Güte und Qualität der Modelle gefragt werden. Dabei werden meistens frühere Hochwasserereignisse nachsimuliert und die Modellergebnisse mit der Realität verglichen. Wenn keine detaillierte Ereignisdokumentation vorhanden ist, ist eine Qualitätskontrolle aber bisher nicht möglich.

Im Zeitalter von Big Data können auch Daten von Versicherungen einen wertvollen Beitrag für wissenschaftliche Fragestellungen liefern. In einer neuen Publikation hat das Mobiliar Lab einen Weg aufgezeigt, wie sich mit ortsgenauen Schadendaten die Qualität von Hochwassersimulationen beurteilen lässt. In dieser Veröffentlichung werden verschiedene Indizes zur Beschreibung der Modellgüte aufgelistet und diskutiert. Es hat sich gezeigt, dass mit dem Hochwassersimulationsmodell BASEMENT (www.basement.ethz.ch) vergangene Hochwasserereignisse auch ohne Kalibrierung sehr gut nachmodelliert werden können. Schadenberechnungen können deshalb gut darauf aufbauend konzipiert werden.

Abb. 5: Vergleich zwischen der simulierten Überschwemmungsfläche, der Ereignisdokumentation und der Versicherungsschäden. Quellen: swisstopo (BA17073), Kanton NW (Dokumentation), Nidwaldner Sachversicherung (Schäden).

Die Vorteile von Versicherungsdaten gegenüber herkömmlichen Ereignisdokumentationen bestehen darin, dass Erhebungen konsequent und relativ homogen über die Zeit gemacht werden können. Zudem können auch kleinere Ereignisse dokumentiert werden. Die grössten Herausforderungen bei der Verwendung von Versicherungsdaten ist, dass die Daten aus Datenschutzgründen nur erschwert verfügbar sind und dass sie sorgfältig aufbereitet werden müssen. So gilt es einerseits, die Gebäude etwa hinsichtlich Baujahr zu überprüfen. Andererseits sollten Schäden, die durch andere Prozesse – wie z. B. Oberflächenabfluss – entstanden sind, möglichst ausgeschlossen werden.

Die Studie ist hier einsehbar.

David Bresch, Professor für Wetter- und Klimarisiken an der ETH Zürich, hält am 13. März die „Mobiliar Lab Lecture 2018“. Titel der Veranstaltung: „Transformative Resilienz als Schlüssel zur Risikobewältigung“.

David Bresch prüft in seinem Vortrag die Tauglichkeit des Resilienzansatzes im Bereich der Naturgefahren und des Klimawandels. Der Begriff Resilienz beschreibt die Fähigkeit, angesichts von Veränderungen und Ungewissheiten zu überleben oder sich erfolgreich anzupassen. Deshalb stellt Resilienz ein nützliches Konzept dar, um präventive und vorausschauende Ansätze im Umgang mit Risiken zu entwickeln. Die Veranstaltungsreihe „Mobiliar Lab Lectures“ bringt führende Risikoforscherinnen und Forscher nach Bern. Die Vorträge sind öffentlich und richten sich sowohl an Fachleute wie die interessierte Öffentlichkeit.

Der Vortrag von David Bresch findet am 13. März 2018 von 17:15 - 18:30 Uhr im Hauptgebäude der Universität Bern Hochschulstrasse 4, Kuppelraum (5. Stock) statt. Im Anschluss an den Vortrag gibt es einen Apéro.

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Newsletter - Juli 2017

Dies ist der erste Newsletter des Mobiliar Labs für Naturrisiken der Universität Bern. Er erscheint ca. zweimal pro Jahr und gibt Ihnen einen Überblick über unsere neusten praxisrelevanten Forschungsergebnisse sowie Hinweise zu Veranstaltungen des Labs. Die deutsche Version des Newsletters als PDF lesen Sie hier.

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Abb. 1: Überschreitung der Gerinnekapazität der Gürbe im August 2007. Bild: Christoph Matti.

Eine kürzlich veröffentlichte Studie des Mobiliar Lab für Naturrisiken befasst sich mit der Modellierung und Beschreibung extremer Hochwasser. Dämme und Schutzbauten sind für Abflüsse bestimmter Wiederkehrperioden dimensioniert. Werden die entsprechenden Schwellenwerte überschritten, kommt es zu Ausuferungen und damit zu einer markanten Änderung des Abflussverhaltens: Die Erschliessung neuer Überflutungsbereiche führt zu einer Verlangsamung des Abflusses und damit zu einer temporären Reduktion der Abflussspitze. Dieses Abflussverhalten wird in rein hydrologischen Modellierungen nicht korrekt abgebildet.

Gleichzeitig sind solche extreme Ereignisse schadenrelevant und bedürfen daher einer detaillierteren Betrachtung. Die Zuhilfenahme eines hydraulischen Modells erlaubt einerseits die Identifikation spezifischer Abfluss-Schwellenwerte, bei denen weitere Überflutungsflächen erschlossen werden. Andererseits ermöglicht sie eine prozessnahe Beschreibung der Ausuferungen und ist insbesondere für Einzugsgebiete mit starken Überschwemmungs- und Rückhalteeffekten angezeigt. Bleiben die erwähnten Schwellenwerte hingegen unerkannt, werden in Situationen extremer Hochwasser Gebiete überschwemmt, für die kein geeignetes Notfallkonzept besteht beziehungsweise für die gegebenenfalls mit verhältnismässig kleinem Aufwand eine Schutzmassnahme hätte ergriffen werden können.

Die Studie können Sie unter folgendem Link einsehen: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002216941730272

Abb. 2: Hydraulische Modellierung der synthetischen Hochwasserganglinien zur Identifikation von Schwellenwerten, ab welchen grossräumige Ausuferungen auftreten. Diese Schwellenwerte entsprechen typischerweise dem Bemessungswert von Hochwasserschutzprojekten. Für das Beispiel der Aare bei Bern zeigt die hydraulische Modellierung (rechts) drei Stufen bei den Abflusswerten von 570, 700 und 860 m3/s. Die beiden letztgenannten Schwellenwerte treten bei Abflüssen auf, die das 300-jährliche Ereignis übersteigen, für Extremereignisse aber von entscheidender Bedeutung sind.

In Hochwassersituationen verschärft das von Fliessgewässern mitgeführte Schwemmholz regelmässig die bereits angespannte Situation: Es lagert sich an natürlichen oder künstlichen Verengungen des Gerinnes ab und führt zu Verklausungen, die durch Rückstaueffekte Überschwemmungen auslösen und hohe Schäden verursachen.

Da Vorhersagen zu lokalem Schwemmholzverhalten schwierig sind und detaillierte Beobachtungen oftmals fehlen, sind Modellierungen wichtige Hilfsmittel für die Simulation des Zusammenspiels der beteiligten Faktoren. Das in der Masterarbeit von Niccolò Galatioto entwickelte Modell „LWDsimR“ ermöglicht eine vektorbasierte und objektorientierte 2D-Simulation der Schwemmholzdynamik. Mobilisierung, Transport, Ablagerung sowie Verklausungen an Hindernissen können so für jeden einzelnen Baum zeitlich und räumlich hoch aufgelöst simuliert werden. Dies erlaubt 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 erwartenden Schwemmholzvolumen abschätzen.

Der auf der Programmiersprache R und auf dem Programm BASEMENT basierende Code des Modells ist Open Source und kann frei heruntergeladen werden. Der Link zum Download, die Bedienungsanleitung und weitere Informationen können Sie hier unter dem Tab „UP15: Modellierung der Schwemmholzdynamik in hochwasserführenden Fliessgewässern“ finden.

Abb. 1: Schematische Darstellung des Schwemmholz-Modells. Quelle: Niccolò Galatioto.

Dank den fünf Wetterradaren in der Schweiz wird Hagel in den Gewitterwolken gut erkannt und lokalisiert. Wo jedoch der Hagel den Boden schliesslich erreicht, ist schwierig festzustellen. Im Gegensatz zu Temperatur und Niederschlag fehlt ein flächendeckendes Hagelmessnetz. Ohne genaue Messungen, die anschliessend in die Wettermodelle einfliessen, ist eine Prognose schwierig. Aus diesem Grund ist die Forschung auf Meldungen aus der Bevölkerung angewiesen.

Über die Smartphone-App der MeteoSchweiz können Hagelbeobachtungen von jeder interessierten Person einfach und direkt gemeldet werden. Diese Meldungen dienen unter anderem der Verifikation und Verbesserung der Hagel-Algorithmen des Wetterradars, was letztendlich in einer besseren Prognose resultiert.

Parallel dazu arbeitet das Mobiliar Lab für Naturrisiken an kurzfristigen Hagelwarnungen. Dabei geht es insbesondere darum, herauszufinden, wie präzise die aktuellen Warnungen sind. An der Studie nehmen mehrere hundert Personen teil, die jeweils kurz vor einem erwarteten Hagelschlag an ihrem Wohnort eine Warnung per SMS erhalten. Die Testpersonen melden danach, ob es tatsächlich gehagelt hat. Dies ermöglicht den Forschenden, die Qualität der Warnungen zu verifizieren und zu verbessern. Melden Sie sich noch heute unter www.hagelforschung.ch an – die Hagelsaison hat begonnen!

Dank diesen zwei gemeinsamen Initiativen des Mobiliar Lab und von MeteoSchweiz können die Algorithmen der Wetterradare verbessert, die Warnungen präzisiert und Schäden verhindert werden. Helfen auch Sie bei der Hagelforschung mit! Mehr Informationen unter www.hagelforschung.ch und in der Smartphone-App der MeteoSchweiz.

Abb. 1: Eingegangene Hagelmeldungen via MeteoSchweiz-App am 28.05.2016
Abb. 2: Hagelwarnungen und -rückmeldungen via www.hagelforschung.ch am 17.08.2016

Zwischen dem 17. August und dem 16. September 2017 organisiert das Oeschger-Zentrum für Klimaforschung (OCCR) in Zusammenarbeit mit der Stadt Bern eine Container-Ausstellung zur «Berner Klimaforschung». An verschiedenen Standorten in der Stadt werden Sie in diesem Zeitfenster die Ausstellung besuchen können – ausser in der Woche vom 21.-25. August: Die Container werden dann im Rahmen einer internationalen CO2-Konferenz nicht in der Stadt Bern, sondern in Interlaken zu sehen sein. Am Abend des 24. Augusts findet dort zudem die öffentliche Veranstaltung „Tatsache Klimawandel – Folgen für das Berner Oberland“ statt.

Der Klima-Container-Beitrag des Mobiliar Lab für Naturrisiken befasst sich mit den Treibern des Hochwasserrisikos: Niederschlag, Siedlungsentwicklung, Eingriffe in das Gewässersystem und Hochwasserschutzbauten sind diesbezüglich entscheidend, ändern sich aber in Raum und Zeit. Wie wichtig sind die einzelnen Faktoren für die Entwicklung des Schadenpotenzials? Wie entwickeln sich die Hochwasserrisiken und welche Rolle spielt dabei der Klimawandel?

Diese Fragen versuchte das Mobiliar Lab anhand der bisherigen räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Emme und der Siedlungsstruktur zwischen Burgdorf und Gerlafingen zu klären. Historische Karten wie die Dufour- und Siegfriedkarten liefern Hinweise auf die frühere Ausdehnung der Ortschaften, den Gebäudebestand und die Flussverbauung. Archivierte Flussquerprofil-Vermessungen erlauben Rückschlüsse auf die einstige Gerinnegeometrie der Emme. Zusätzlich wurde analysiert, was passieren würde, sollte der Klimawandel zu einer Erhöhung des Abflusses führen.

Mit einem Simulationsmodell wurden für drei verschiedene Zustände der Emme ausgewählte Hochwasserereignisse rekonstruiert und die möglichen Schäden am Gebäudebestand berechnet. Vergleicht man beispielsweise die Situation der Emme im Jahr 1820 mit der heutigen Situation, so stellt man fest, dass sich das Schadenpotenzial wegen des Siedlungswachstums bei einem ungefähr alle 100 Jahre vorkommenden Hochwasser fast verdreifacht hat – und dies trotz der Errichtung von Schutzbauten! Welche Rolle dabei die einzelnen Treiber einnahmen und welche Schäden ein gleich wahrscheinliches Ereignis in Zukunft anrichten könnte, können Sie im Klima-Container entdecken.

Abb. 1: Vergleich eines ca. 100-jährlichen Ereignisses der Emme zu den Zeitständen 1820 (links) und 2016 (rechts). Daten: Patrick Hofer, Visualisierung: Markus Mosimann, Kartengrundlagen: swisstopo, Kanton Bern.

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