Auswirkungen auf Hochwasserabflüsse

Überflutetes Ufer innerhalb einer Siedlung, im Vordergrund Absperrung Bild vergrössern Hochwasser in Bad Kissingen 2003. Foto: WWA Bad Kissingen

Hochwasser sind ein Teil des natürlichen Abflussverhaltens eines Fließgewässers. Sie entstehen einerseits durch advektive, also langanhaltende, ergiebige Niederschläge und sind im Winter und Frühjahr oft mit Schneeschmelzereignissen gekoppelt. Diese Hochwasser treten zumeist großräumig auf. Andererseits können vor allem im Sommer auch kurze und räumlich begrenzte, aber heftige Schauer ("konvektive Niederschläge") Hochwasser hervorrufen. Von diesen sind dann meist nur kleine Einzugsgebiete betroffen.

Ein breites Angebot an Informationen zur Entstehung von Hochwasser, seinen Risiken, zum Hochwassernachrichtendienst oder zum Hochwassermanagement bietet das LfU auf den unten aufgeführten Internetseiten (siehe unter "Weiterführende Informationen" am Ende dieser Seite).

Statistische Kennwerte von Hochwasserabflüssen

Zur statistischen Auswertung von Hochwasserereignissen nutzt man häufig die hydrologischen Maßzahlen

  • HQ: Höchster gemessener Abfluss eines Jahres
  • MHQ: Mittelwert der Jahreshöchstabflüsse über einen längeren Zeitraum (meist > 30 Jahre)
  • MoMHQ oder MHQ(m): mittlerer monatlicher Hochwasserabfluss, d.h. Mittelwert über einen längeren Zeitraum (meist >30 Jahre) aus dem jeweils größten gemessenen täglichen Abflusswert eines Monats
  • Wiederkehrsintervall bzw. Jährlichkeit: Gibt an, in welchem Zeitraum eine Abflussmenge im Mittel erreicht oder überschritten wird. Beispiel: Der 100jährliche Abfluss wird im Mittel alle 100 Jahre erreicht oder überschritten.
  • HQx: Abflussmenge, die statistisch alle x Jahre auftritt, diese Jahre entsprechen dem Wiederkehrsintervall. Sie wird zur Bemessung von wasserbaulichen Anlagen verwendet. Im Hochwasserschutz ist insbesondere der HQ100 von Bedeutung.

Naturgemäß sind Hochwasser seltene Ereignisse, was die Anzahl der auswertbaren Daten innerhalb eines bestimmten Zeitraums begrenzt. Daher ist die Ableitung von statistisch gesicherten Aussagen, z.B. zur zeitlichen Entwicklung von Hochwasserabflussmengen (Trends), schwierig. Ein Maß für die Verlässlichkeit der Trends ist auch hier wieder die statistische Signifikanz .

Beobachtete Veränderung der Hochwasserabflüsse in Bayern

Im Kooperationsvorhaben KLIWA wurden für 60 bayerische Pegel lineare Trends der jeweils höchsten jährlichen Hochwasserabflussmengen HQ für die Zeiträume 1932-2010 und 1974-2010 berechnet. Die Tabelle zeigt die Häufigkeiten der zu- und abnehmenden Trends, wobei die jeweilig enthaltene Anzahl der signifikanten Trends hervorgehoben ist. Die dazugehörige räumliche Verteilung stellen die nachfolgenden Karten dar.

Häufigkeiten der Trends der maximalen jährlichen Hochwasserabflüsse an 60 Pegeln in Bayern in hydrologischem Jahr und Halbjahren, Anzahl signifikanter Trends (1932 - 2010)
Bereich Zunahme Abnahme Kein Trend
Gesamtjahr 14 /44 2 /15 1
Winterhalbjahr (November - April) 17 /45 3 /15 0
Sommerhalbjahr (Mai - Oktober) 19 /38 4 /21 1
Häufigkeiten der Trends der maximalen jährlichen Hochwasserabflüsse an 60 Pegeln in Bayern in hydrologischem Jahr und Halbjahren, Anzahl signifikanter Trends (1974 - 2010)
Bereich Zunahme Abnahme Kein Trend
Gesamtjahr 5 /48 0 /12 0
Winterhalbjahr (November - April) 4 /25 9 /35 0
Sommerhalbjahr (Mai - Oktober) 2 /43 0 /17 0

Im Zeitraum 1932-2010 nahmen an der Mehrheit der Pegel die Hochwasserabflüsse im Gesamtjahr und Winterhalbjahr zu. Im Sommerhalbjahr wurde an etwa einem Drittel der Pegel eine Abnahme festgestellt. Allerdings sind die Trends in allen Fällen überwiegend nicht signifikant.

Die jüngste Vergangenheit (1974-2010) stellt einen Ausschnitt des Zeitraums 1932-2010 dar. Aufgrund der kürzeren Zeitreihe sind die Aussagen deutlich weniger signifikant und damit unsicherer. Die Tendenz zur Hochwasserzunahme bleibt aber bestehen. Zudem ist eine Umverteilung des Trendverhaltens in den hydrologischen Halbjahren erkennbar: In der jüngsten Vergangenheit zeigen im Winterhalbjahr merklich weniger Pegel eine Zunahme der Hochwasserabflüsse als im Gesamtzeitraum. Dagegen steigt im Sommerhalbjahr die Zahl der Pegel mit einer Hochwasserzunahme leicht an. Entsprechend ändern sich auch die Häufigkeiten der Abnahmetrends.

Wie im KLIWA-Monitoringbericht 2011 (Link s.u.) dargelegt, schwächten sich die Zunahmetrends für den Gebietsniederschlag im Winterhalbjahr in der Dekade 2000-2010 ab. Das wirkte sich letztlich auch abschwächend auf die Trends der kürzeren Hochwasserzeitreihe aus. Analog verstärkten sich die Trends des sommerlichen Gebietsniederschlags und somit auch der sommerlichen Hochwasserabflüsse.

Bayernkarten mit Hochwassertrends im Gesamtjahr, Es ist kein einheitliches räumliches Muster von Zu- oder Abnahmen erkennbar. Häufig finden sich gegenläufige Trends entlang des gleichen Gewässers bzw. im gleichen Einzugsgebiet. Bild vergrössern Karte der HQ-Trends an 60 Pegeln in Bayern im hydrologischen Jahr, Legende siehe Halbjahreskarte
Bayernkarten mit Hochwassertrends im Winterhalbjahr und Sommerhalbjahr. In beiden Zeitabschnitten ist kein einheitliches räumliches Muster von Zu- oder Abnahmen erkennbar. Häufig finden sich gegenläufige Trends entlang des gleichen Gewässers bzw. im gleichen Einzugsgebiet. Bild vergrössern Karte der HQ-Trends an 60 Pegeln in Bayern im hydrologischen Sommer- bzw. Winterhalbjahr

Die räumliche Verteilung der Tendenzen des Höchstabflusses HQ ist in allen Jahresabschnitten sehr variabel. Einzelne Gebiete mit gleichem Verhalten lassen sich nicht identifizieren. Auffällig ist jedoch, dass die festgestellten Signale in Südbayern etwas häufiger signifikant, also belastbarer, sind.

Beispiel: Entwicklung der monatlichen Hochwasserabflüsse am Pegel Donauwörth

Zwei parallel verlaufende Kurven zeigen die monatlichen Hochwasserabflüsse im Jahresverlauf. Die oberste Linie beschreibt den Zeitraum 1974 bis 2010, die untere den Zeitraum 1932-1973. Analog dazu geben je zwei waagerechte Striche die Hallbjahresmittelwerte (November bis April und Mai bis Oktober) wieder. Weitere Erläuterungen im Text. Bild vergrössern Jahresgänge des monatlichen mittleren Höchstabflusses sowie Halbjahresmittel am Beispiel des Pegels Donauwörth für zwei verschiedene Zeiträume

Der mittlere Jahresgang der monatlichen Höchstabflüsse MHQ(m) ist hier beispielhaft am Pegel Donauwörth für drei verschiedene Zeiträume dargestellt. Das Abflussregime ist eine Mischform aus pluvialem (durch nördliche Zuflüsse) und nivalem (durch südliche Zuflüsse) Abflussregime: Die höchsten Abflüsse treten hier im März auf, gefolgt von einer zweiten Spitze im Juni.

Im Vergleich der Mittelwerte der Zeiträume 1932-1973 und 1974-2010 (hydrologische Jahre) hat sich der Jahresgang insgesamt zu höheren Abflüssen verschoben. In diesem Fall ist die Zunahme im Winterhalbjahr stärker als im Sommerhalbjahr. Dies ist zu erkennen an der größeren Verschiebung der Halbjahresmittelwerte (waagerechte Striche). So nimmt der mittlere Höchstabfluss des Winterhalbjahres um 26% zu, der des Sommerhalbjahres um 19%.

Zukünftige Veränderung der Hochwasserabflüsse in Bayern

Ein Mann watet knietief im Wasser, ein anderer Mann steht unter Wasser und atmet durch einen Schnorchel. Zwischentext: Zukünftiges Hochwasser? Bild vergrössern Unsicherheiten von Hochwasser-Projektionen

Die vorhandenen Zukunftsprojektionen weisen teilweise auf eine Zunahme von Hochwasser in den Wintermonaten hin. Im Sommer gehen sie dagegen tendenziell zurück. Allerdings sind die Aussagen derzeit noch mit großen Unsicherheiten behaftet. So kann bei der Modellierung kurzzeitiger und kleinräumiger Ereignisse derzeit noch keine belastbare Aussage zu den kleineren Hochwassern aufgrund von Starkregen getroffen werden. Die Ergebnisse fallen zudem regional sehr unterschiedlich aus. Beispielhafte Auswertungen dazu geben u.a. KLIWA-Heft 9 oder die Veröffentlichungen im Rahmen des Projekts AdaptAlp (Links s.u.).

Beispiel: Zukünftige Veränderung der Hochwasserabflüsse im Inn-Gebiet

Luftbild der überfluteten Innenstadt von Passau Bild vergrössern Passau, Juni 2013 – auch in Zukunft möglich? Foto: Nürnberg Luftbild

Im Projekt AdaptAlp wurden unter anderem die Änderungen der Hochwasserabflüsse im Inn-Einzugsgebiet betrachtet (siehe auch Kapitel Abflussregime). Repräsentativ dafür ist der Pegel Passau-Ingling. Die untenstehende Grafik zeigt die prozentualen Veränderungen des mittleren monatlichen Hochwasserabflusses (MHQ(m)) an diesem Pegel. Verglichen werden zehn, bzw. acht Simulationen der nahen (2021-2050) und der fernen Zukunft (2071-2100) mit der modellierten Vergangenheit (1971-2000).

In beiden Zeiträumen ergeben sich große Unterschiede zwischen den simulierten Veränderungen. So zeigen einige Modelle Zunahmen, andere Abnahmen. Insbesondere die sommerlichen Änderungen in der nahen Zukunft sind nicht eindeutig, also nicht robust. Klarere Tendenzen zeichnen sich in der fernen Zukunft ab: So nehmen die Hochwasserabflüsse bei den meisten Projektionen, außer bei den WETTREG-Projektionen, in einigen Wintermonaten um bis zu +60% zu. Einige Projektionen geben in den Oberläufen vereinzelt sogar noch höhere Zunahmen wieder. Im Sommer, wenn im Einzugsgebiet bisher die Spitzenabflüsse auftreten (nivales Regime), treten Abnahmen bis über -40% auf. Diese Abnahmen sind wiederum besonders ausgeprägt bei den WETTREG-Projektionen. Ein Grund für den sommerlichen Rückgang in der fernen Zukunft könnte darin liegen, dass die alpinen Gletscher zu diesem Zeitpunkt bereits gar nicht mehr vorhanden sind. Das Schmelzwasser stünde damit nicht mehr zur Speisung des Grundabflusses zur Verfügung.

Prozentuale Veränderungen des mittleren monatlichen Hochwasserabflusses (MHQ(m)) am Pegel Passau-Ingling in der nahen (links) und fernen (links) Zukunft

Zu beachten

Bei den dargestellten relativen Änderungen wird der errechnete Abfluss aus der Klimamodellierung der Vergangenheit mit den modellierten Abflussprojektionen der Zukunft verglichen. So können systematische Fehler und Abweichungen weitgehend ausgeschlossen werden. Die gezeigten gemessenen Pegeldaten der Vergangenheit dienen der Einordnung der Änderungen in das natürliche Hochwasser-Abflussregime.

Eine Änderung der Hochwassermenge in Monaten mit geringem Abfluss kann zu hohen relativen (%) Angaben führen. Diese sollten daher stets in Bezug zum natürlichen Abflussregime betrachtet werden.

Bei Hochwasser handelt es sich um seltene Ereignisse – auch in den modellierten Daten. Sowohl die Modellierung selbst als auch die Ergebnisse der Auswertungen sind daher statistisch weniger belastbar als beispielsweise die der mittleren Abflüsse.

Zudem basieren die dargestellten Ergebnisse auf einer beschränkten Anzahl an Klimaprojektionen und bilden daher nicht die gesamte Spannweite zukünftiger möglicher Veränderungen ab.