(27.07.21, spektrum.de) , Original : hier
Hochwasser lassen sich nicht komplett verhindern. Doch man kann die Gefahr senken, sagt Hochwasserschutz-Experte Daniel Bachmann im Interview. Der erste Schritt: sich informieren.
von Lars Fischer
Nach den verheerenden Überschwemmungen im Westen Deutschlands gehen die Aufräumarbeiten voran. Doch die Zerstörungen werfen auch die Frage auf, was man gegen solche Katastrophen unternehmen kann. Völlig verhindern kann man solche Ereignisse nicht, erklärt Daniel Bachmann, Professor für Hydromechanik, hydrodynamische Modellierung und Hochwasserrisikomanagement an der Hochschule Magdeburg-Stendal. Er erklärt, wie man zukünftige Hochwasser im Computer berechnet und Gefahrenkarten erstellt, was der Klimawandel für den Hochwasserschutz bedeutet und was man als Privatperson tun kann, um besser vorbereitet zu sein.
»Spektrum.de«: Welche Arten von Modellen kommen bei der Hochwasservorhersage zum Einsatz?
Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum – Die Woche, 30/2021
Daniel Bachmann: Wir nutzen für die klassische Hochwasservorhersage eine ganze Modellkette von der Meteorologie bis hin zur Hydrodynamik. Zuerst haben wir die meteorologischen Modelle, die uns den Niederschlag geben. Den lassen wir quasi auf die hydrologischen Modelle fallen, um zu sehen, wie sich der Niederschlag über Hänge in den Tälern sammelt. Aus solchen Berechnungen kann man aber in der Regel schlecht Wasserstände herausziehen, man erfährt vor allem, wie viel Wasser durch die Landschaft fließt.
Als nächster Schritt folgt ein hydrodynamisches Modell, in dem wir das Wasser den Fluss hinunterlaufen lassen, so dass es sich in der simulierten Landschaft ausbreitet. Und wir gehen in der Forschung inzwischen so weit, dass wir – außerhalb der physikalischen Modellierung – Schäden eines Hochwassers in eine Vorhersage integrieren. Da ist eine Stadt, wer ist gefährdet und was sind die Kosten, wenn da das Wasser in den Straßen steht? Oder der Ausfall von kritischen Infrastrukturen; das ist ein ganz heißes Thema. Die Wasserversorgung hängt von der Stromversorgung ebenso ab wie die Telekommunikation abhängig von Stromversorgung ist, und so weiter.
Wie funktionieren derartige Modelle?
Wir nehmen im Prinzip die Topografie sowie die grundlegenden Gesetze der Physik dahinter, etwa die Navier-Stokes-Gleichungen, die Grundgleichungen der Hydrodynamik. Noch niemand hat sie bislang gelöst, deswegen gehen wir numerisch heran. Das erste numerische Modell hat der englische Meteorologe Lewis Fry Richardson 1922 aufgestellt, damals noch mit der Hand berechnet. Er hat mehrere Wochen gerechnet für eine Wettervorhersage von sechs Stunden, und diese war dann auch noch falsch. Aber er hat die Grundlage geschaffen.
Heute benutzen wir Computer, um die Abflüsse über das Gelände zu modellieren. Und damit können wir auch Strömungen und Überschwemmungen simulieren. Der große Vorteil eines solchen Modells ist, dass ich damit sozusagen spielen kann. Ich kann den Klimawandel einbeziehen, dann lasse ich es noch extremer regnen und schaue, was passiert. Oder ich baue einen Deich ein und beobachte, was sich ändert. Modellierung ist ein sehr wichtiges Werkzeug für uns.
Die bekannten Gefahrenkarten basieren auf derartigen Berechnungen. Sie lassen sich beliebig erweitern, etwa durch veränderte Wasserstände, wenn eine Flussaufweitung erfolgt, Polder gebaut werden und oder wir Wasser verstärkt speichern und so weiter.
Wie entstehen Hochwassergefahrenkarten?
Die Hochwassergefahrenkarten muss jedes Land in Europa erstellen, was seit 2007 in der EU so geregelt ist. Da gibt es gesetzliche Vorgaben, wie das abläuft. Man kann natürlich nicht jeden Graben in Deutschland modellieren. Deswegen sucht man nach gewissen Kriterien, wie historischen Ereignissen und Schadenspotenzial, Risikogewässer in Deutschland heraus. Man hat in dieser Stufe eins zum Beispiel auch Gewässer genommen, für die schon Gefahrenkarten vorhanden waren.
»Unter normalen Umständen, wenn es kein Hochwasser gibt, sind diese Gefahrenkarten natürlich nicht bei allen so beliebt«
Anschließend rechnet man drei Szenarien: eines mit hoher Wahrscheinlichkeit, sprich zehn- oder zwanzigjähriges Hochwasser, ein 100-jähriges Hochwasser mit mittlerer Wahrscheinlichkeit und eines das als HQ-extrem bezeichnet wird. Was Letzteres bedeutet, ist von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich und ist nicht klar geregelt. Hier in Sachsen-Anhalt ist das ein 200-jähriges Hochwasser ohne Deiche – einfach, um zu sehen, was passieren könnte.
Wenn diese Gefahrenkarten existieren, was ist dann schiefgegangen?
Die Erstellung der Karten ist ein zyklischer Prozess, die Karten werden alle sechs Jahre aktualisiert und erweitert. Es kann zum Beispiel passieren, dass so ein Fluss in diesen Karten gar nicht drin war. Das gab es 2017 im Harz mit einem Fluss, der nicht in den Gefahrenkarten enthalten war. Der wurde dann natürlich im nächsten Zyklus der Kartenerstellung mit aufgenommen.
Jetzt habe ich konkret die Hochwasserkarte von Schuld angesehen, da ist nicht viel blau. Aber: Das ist eine Ferndiagnose, weil ich die Überflutungsflächen nicht kenne. Ich würde dennoch vermuten, dass das Flutrisiko hier unterschätzt wurde. Möglicherweise ist dieses Extremereignis mit einem Wiederkehrintervall von 200 Jahren zu niedrig gewählt worden. Über die möglichen Ursachen möchte ich nicht spekulieren. Vorsichtig gesagt: Unter normalen Umständen, wenn es kein Hochwasser gibt, sind diese Gefahrenkarten natürlich nicht bei allen so beliebt.
Wie genau sind solche Modelle?
Ein Modell ist immer nur ein vereinfachtes Abbild der Natur und nicht perfekt. Darin sind Fehler, in den Ansätzen, in den Daten. Wir können und wollen die Natur nicht nachbauen.
Zudem sind die Randbedingungen der Modelle unsicherheitsbehaftet, je länger man in die Zukunft prognostiziert, desto größer werden auch die Unsicherheiten in den Ergebnissen. Was man in der Hochwasservorhersage machen könnte – aber auch da sind wir im Forschungsbereich –, man kann so genannte Ensemblevorhersagen nehmen: Man rechnet dann nicht nur ein Szenario, sondern mehrere. Zum Beispiel hat der Deutsche Wetterdienst ein Ensemble mit 20 Szenarien laufen, und unter denen gibt es dann maximale und minimale Werte und Mittelszenarien.
Wie könnte jetzt eine solche Hochwasservorhersage auf Ensemblebasis aussehen? Das meteorologische Modell gibt die Randbedingungen vor, die Regenmengen. Diese fließen in ein hydrologisches Modell, das die Topografie, die Landnutzung und so weiter berücksichtigt.
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© AG Flood Risk Management HS-MModellierung des Hochwassers 2021 am Unterlauf der Rur
Erstellt von der Arbeitsgruppe Flood Risk Management der Hochschule Magdeburg-Stendal.
Damit transferiere ich den Niederschlag in Abfluss. Aus 20 verschiedenen Niederschlägen erhalte ich 20 Abflüsse, und bei einem gut kalibrierten Modell bleibt die Unsicherheit relativ klein. Der Abfluss wird nun ins hydrodynamische Modell überführt, das schlicht den Naturgesetzen folgt. Am Ende erhalten wir relativ gute Wasserstände. Aber ich denke, wenn es diese Modelle gibt und sie gut gepflegt sind, liegt die größte Unsicherheit in der Meteorologie. Deshalb macht auch eine Ensemblevorhersage durchaus Sinn.
Was ist mit der kritischen Infrastruktur?
Bei diesem Thema sind wir ganz neu dabei, daran zu forschen. Ihre Relevanz wurde bei den jetzigen Hochwasserereignissen mehr als deutlich. Aber das hat man auch beim letzten Elbehochwasser 2013 hier in Magdeburg schon gesehen, als das Umspannwerk Rothensee auf Teufel komm raus verteidigt wurde. Alle wussten: Wenn das überflutet wird, fällt nicht nur in der Überschwemmungsregion der Strom aus, sondern auch im ganzen Umland, das eigentlich gar nicht betroffen ist. Bekannt ist das Problem irgendwie, aber es ist noch nicht so ganz durchgedrungen; kritische Infrastruktur und Hochwasserrisikomanagement sind noch zwei unterschiedliche Welten.
Wir bekommen im Moment auch viele der Daten nicht. Der Katastrophenschutz macht noch relativ viel im Bereich der kritischen Infrastrukturen, aber mit der langfristigen Planung für vorbeugenden Hochwasserschutz hat das wiederum nicht viel zu tun. Und natürlich veröffentlicht man auch nicht so einfach Daten über kritische Infrastruktur. Wie man das in den Griff kriegt, wird sich in den nächsten Jahren zeigen. Man muss dabei nicht jeden kleinen Transformator berücksichtigen. Aber die großen Brocken, die bei diesem Hochwasser anscheinend ausgefallen sind, sollte man natürlich erfassen.
Und der Klimawandel erhöht die Unsicherheit weiter?
Nein, der Klimawandel bewirkt, dass die Häufigkeit der extremen Ereignisse zunimmt. Der Abfluss, der bisher statistisch gesehen einmal in 100 Jahren auftrat, tritt jetzt vielleicht im Mittel alle 70 Jahre ein. Möglicherweise muss man in die Gefahrenkarten ein eigenes Klimaszenario mit aufnehmen, in dem zum Beispiel ein höherer Abfluss eingesetzt wird. Das wird man überprüfen müssen. Und man muss auch mehr und mehr in die nachhaltige Planung reingehen. Das heißt, dass man nicht nur für den Ist-Zustand plant, sondern für das Jahr 2050 oder 2100, und dann mit Klimazuschlag. Das sind natürlich unsichere Szenarien, die zu berechnen sind, aber das sollte man mitnehmen.
Wie geht man mit der Situation um?
Ich denke, dass die Adaption, also die Anpassung an den Klimawandel, wieder stärker in den gesellschaftlichen Diskurs muss. Dass wir nicht nur den Klimawandel verhindern müssen, sondern dass er jetzt schon stattfindet und die Situation verändert. Zum Beispiel werden die Deiche an der Küste bereits mit Klimazuschlag erneuert: Man erweitert die Deichbreite schon so, dass man in zehn Jahren relativ einfach erhöhen könnte.
»Möglicherweise muss man in die Gefahrenkarten ein eigenes Klimaszenario mit aufnehmen«
Denn im Klimawandel sind ebenfalls Unsicherheiten vorhanden. Beim Meeresspiegel reichen Prognosen von 20 Zentimeter bis zwei Meter Anstieg. Deswegen ist es clever, robuste Maßnahmen zu machen, die bei Bedarf erweiterbar sind. Bemerkt man, dass die Prognose doch nicht voll zutraf, und ist mit dem Küstenschutz zufrieden, dann kann man das so lassen. Aber wenn der Meeresspiegel schneller und höher steigt, lässt sich das recht schnell berücksichtigen.
Zum Teil kriegen wir die Anpassung an den Klimawandel also mit vorbeugendem Hochwasserschutz hin. Aber andererseits sind damit auch viele andere Aspekte verbunden. Da ist zum Beispiel das Niedrigwassermanagement, wenn nicht zu viel Wasser da ist, sondern zu wenig wie in den Sommern 2018 und 2019, als die Schifffahrt wegen Niedrigwasser eingestellt werden musste und Kraftwerken das Kühlwasser fehlte.
Hochwasser wiederum kann Talsperren vor Probleme stellen: Jetzt wurden sie zu voll und mussten abgelassen werden. Lasse ich als Betreiber eine größere Reserve für Extremhochwasser, werde ich im heißen Sommer eventuell gefragt, warum die Talsperre denn so leer ist. Deswegen werden uns Hochwasser und Niedrigwasser immer mehr beschäftigen. Die Wasserwirtschaft wird für den Umgang mit dem Klimawandel ganz zentral.
Eine wesentliche Frage ist also, bis zu welchen Punkt Schutzmaßnahmen sinnvoll sind?
Wir müssen natürlich vorbeugenden Hochwasserschutz machen, aber Sie können so viele Maßnahmen machen, wie Sie wollen: Irgendwann werden wieder bei einem Hochwasser Häuser überflutet werden und Menschen betroffen sein. Das muss man ganz klar sagen. Man kann und will sich ja nicht bis zum Ende schützen. Vielleicht könnte man 50 Meter hohe Mauern ans Wattenmeer und an die Flüsse bauen, nur wer möchte das? Es geht darum, die Maßnahmen so zu konzipieren, dass sie ökonomisch, aber auch vor dem Hintergrund der Lebensqualität noch sinnvoll sind.
Was heißt das konkret?
Wir werden Maßnahmen implementieren müssen, um Hochwasser zu verhindern, zum Beispiel Entsiegelung, Aufforstung, Speicherung oder Raum für die Flüsse. Wir können uns aktiv schützen, mit Deichen und Mauern zum Beispiel. Aber man kann eben auch eine andere Strategie fahren, um sich anzupassen, zum Beispiel Häuser auf Stelzen oder generell eine darauf ausgelegte Bauweise.
Ein ganz wichtiger Aspekt bei den Maßnahmen ist ganz sicherlich die Raumplanung. Sie ist der effektivste Schutz vor Hochwasserkatastrophen. Denn der Fluss oder das Meer sind nicht die Bösen, sondern die Leute bauen dort, wo der Fluss einst ausgeufert ist. Sie haben ihn auch oft verengt. Dabei gibt es historisch gewachsene Städte, in denen der Fluss tatsächlich zuvor sichere Bereiche flutet, aber die Menschen haben sich selbst in den Bereich des Flusses gesetzt.
Heute können wir das nur noch zu einem gewissen Grad ändern, wir wollen und können zum Beispiel Hamburg nicht umsiedeln. In einem gewissen Maß müssen wir das Risiko akzeptieren, das vom Wasser ausgeht. Aber dieses Restrisiko müssen wir managen können. Da brauchen wir Warnsysteme und Notfallpläne, und wir müssen Verhaltensmuster für den Ereignisfall einüben. Ich habe drei Strategien genannt: verhindern, schützen, anpassen.
Eine weitere Strategie könnte jedoch auch sein, das Wiederaufstehen nach einem Ereignis so leicht wie möglich zu machen. Versicherungen und staatliche Wiederaufbauhilfe sind dabei wichtig. Im Endeffekt wird man nicht jedes Ereignis verhindern können. Wenn es nur um ökonomische Werte geht, können wir es uns vielleicht leisten, das wieder neu aufzubauen. Bei der Elbeflut wurde die Bahnstrecke unterspült, und alle fragten sich: Warum baut die Bahn denn ausgerechnet im Gefahrengebiet wieder neu auf? Aber die Bahn sagt ganz klar: Wenn wir das verlegen, kostet das so viel Geld, dass wir die Bahnstrecke dreimal neu aufbauen könnten.
Also muss man gucken, welche Schäden man einpreist?
Das geht natürlich nur bei reinen ökonomischen Schäden. Nicht, wenn es um Menschenleben geht oder auch – da fängt es ja schon bei persönlichen Werten an – das Fotoalbum der Familie oder die Festplatte mit den Kinderfotos zerstört sind. Aber wenn die Leute versichert sind oder es einen Hilfsfond gibt, können die Leute, zumindest ökonomisch gesehen, wieder schneller aufstehen.
Was macht denn die Privatperson, um sich auf Hochwasser vorzubereiten?
Im Wasserhaushaltsgesetz von 2009 steht, dass jede Privatperson auch für die Eigenvorsorge verantwortlich ist. Das ist neu. Vorher war Hochwasserschutz eine rein staatliche Sache beziehungsweise wurde so empfunden. Nun werden auch die Bürgerinnen und Bürger vom Gesetzgeber in die Pflicht genommen. Das wissen viele wahrscheinlich noch gar nicht, aber so steht es im Gesetz – was auch richtig ist.
»Welche Dokumente schnappe ich mir als Erstes? Muss man unbedingt das Kinderfotoalbum im Keller aufbewahren? Wo stelle ich vielleicht mein Auto hin?«
Wie betreibt man nun diese Vorsorge? Als Erstes würde ich in die Hochwassergefahrenkarte gucken. Informationsvorsorge ist ein ganz wichtiger Aspekt. Ein Reporter hatte mich gefragt: Woher soll ich denn wissen, dass ich in Erftstadt von Hochwasser betroffen bin? Da sage ich doch, Moment, das hat Erftstadt doch schon im Namen – den Fluss Erft. Das muss man sich dann schon klarmachen.
Natürlich kann man bei Starkregen auch entfernt vom Fluss betroffen sein. Leider sind die Warnkarten für Starkregenereignisse zum Beispiel an Hanglagen oft noch nicht vorhanden. Aber die Hochwassergefahrenkarten sind der erste Schritt. Dann muss man sich Gedanken machen, was ich im Hochwasserfall mache. Welche Dokumente schnappe ich mir als Erstes? Muss man unbedingt das Kinderfotoalbum im Keller aufbewahren? Wo stelle ich vielleicht mein Auto hin? Vielleicht sollte man das auch einfach besser für die Leute zusammenfassen, zum Beispiel in Form eines analogen oder digitalen Faltblättchens: Wie verhalte ich mich bei Hochwasser? Oder man trainiert ab und an das Verhalten bei Hochwasser in Übungen.
Und letztlich muss man das in einem gewissen Maß mit sich selbst ausmachen; dazu muss man sich der Gefahr natürlich bewusst sein. Das klingt jetzt ein bisschen einfach gedacht für die Opfer, keine Frage, doch man muss das Risiko durch das Wasser bis zu einem gewissen Grad akzeptieren; oder nicht, dann allerdings entsprechende Konsequenzen ziehen. Wenn man aber – im Normalfall – unten am Fluss in den Wiesen steht, dann kann man sich auch sagen: Es ist echt schön, hier zu wohnen. Dafür nehme ich das verbleibende Risiko in Kauf.
Herr Bachmann, herzlichen Dank für das Gespräch.
Lars Fischer Lars Fischer ist Chemiker und Redakteur bei »Spektrum.de«.
Tip von Ingo
