TY - JOUR
A1 - Vorogushyn, Sergiy
A1 - Apel, Heiko
A1 - Kemter, Matthias
A1 - Thieken, Annegret
T1 - Analyse der Hochwassergefährdung im Ahrtal unter Berücksichtigung historischer Hochwasser
T1 - Analysis of flood hazard in the Ahr Valley considering historical floods
JF - Hydrologie und Wasserbewirtschaftung
N2 - The flood disaster in July 2021 in western Germany calls for a critical discussion on flood hazard assessment, revision of flood hazard maps and communication of extreme flood scenarios. In the presented work, extreme value analysis was carried out for annual maximum peak flow series at the Altenahr gauge on the river Ahr. We compared flood statistics with and without considering historical flood events. An estimate for the return period of the recent flood based on the Generalized Extreme Value (GEV) distribution considering historical floods ranges between about 2600 and above 58700 years (90% confidence interval) with a median of approximately 8600 years, whereas an estimate based on the 74-year long systematically recorded flow series would theoretically exceed 100 million years. Consideration of historical floods dramatically changes the flood quantiles that are used for the generation of official flood hazard maps. The fitting of the GEV to the time series with historical floods reveals, however, that the model potentially inadequately reflects the flood population. In this case, we might face a mixed sample, in which extreme floods result from very different processes compared to smaller floods. Hence, the probabilities of extreme floods could be much larger than those resulting from a single GEV model. The application of a process-based mixed flood distribution should be explored in future work.
The comparison of the official HQextrem flood maps for the AhrValley with the inundation areas from July 2021 shows a striking discrepancy in the affected areas and calls for revision of design values used to define extreme flood scenarios. The hydrodynamic simulations of a 1000-year return period flood considering historical events and of the 1804 flood scenario compare much better to the flooded areas from July 2021, though both scenarios still underestimated the flood extent.
Particular effects such as clogging of bridges and geomorphological changes of the river channel led to considerably larger flooded areas in July 2021 compared to the simulation results. Based on this analysis, we call for a consistent definition of HQextrem for flood hazard mapping in Germany, and suggest using high flood quantiles in the range of a 1,000-year flood. Flood maps should additionally include model-based reconstructions of the largest, reliably documented historical floods and/or synthetic worst-case scenarios. This would be an important step towards protecting potentially affected population and disaster management from surprises due to very rare and extreme flood events in future.
N2 - Die Hochwasserkatastrophe im Juli 2021 in Westdeutschland erfordert eine kritische Diskussion über die Abschätzung der Hochwassergefährdung, Aktualisierung von Hochwassergefahrenkarten und Kommunikation von extremen Hochwasserszenarien. In der vorliegenden Arbeit wurde die Extremwertstatistik für die jährlichen maximalen Spitzenabflüsse am Pegel Altenahr im Ahrtal mit und ohne Berücksichtigung historischer Hochwasser berechnet und verglichen. Die Schätzung der Wiederkehrperiode für das aktuelle Hochwasser mittels Generalisierter Extremwertverteilung (GEV) unter Berücksichtigung historischer Hochwasser schwankt zwischen etwa 2.600 und über 58.700 Jahren (90%-Konfidenzintervall) mit einem Median bei etwa 8.600 Jahren, wogegen die Schätzung, die nur auf der systematisch gemessenen Abflusszeitreihe von 74 Jahren basiert, theoretisch eine Wiederkehrperiode von über 100 Millionen Jahren ergeben würde. Die Berücksichtigung der historischen Hochwasser führt zu einer dramatischen Änderung der Hochwasserquan-
tile, die für eine Gefahrenkartierung zugrunde gelegt werden. Die Anpassung der GEV an die Zeitreihe mit historischen Hochwassern zeigt dennoch, dass das GEV-Modell möglicherweise die Grundgesamtheit der Hochwasser im Ahrtal nicht adäquat abbilden kann. Es könnte sich im vorliegenden Fall um eine gemischte Stichprobe handeln, in der die extremen Hochwasser im Vergleich zu kleineren Ereignissen durch besondere Prozesse hervorgerufen werden. Somit könnten die Wahrscheinlichkeiten von extremen Hochwassern deutlich größer sein, als aus dem GEV-Modell hervorgeht. Hier sollte in Zukunft die Anwendung einer prozessbasierten Mischverteilung
untersucht werden. Der Vergleich von amtlichen Gefahrenkarten zu Extremhochwassern (HQextrem) im Ahrtal mit den Überflutungsflächen vom Juli 2021
zeigt eine deutliche Diskrepanz in den betroffenen Gebieten und die Notwendigkeit, die Grundlagen zur Erstellung der Extremszenarien zu überdenken. Die hydrodynamisch-numerischen Simulationen von 1.000-jährlichen Hochwassern (HQ1000) unter Berücksichtigung historischer Ereignisse und des größten historischen Hochwassers 1804 können die Gefährdung des Juli-Hochwassers 2021 deutlich besser widerspiegeln, wenngleich auch diese beiden Szenarien die Überflutungsflächen unterschätzen. Besondere Effekte wie die Verklausung von Brücken und die geomorphologischen Änderungen im Flussschlauch führten zu noch größeren Überflutungs- flächen im Juli 2021, als die Simulationsergebnisse zeigten. Basierend auf dieser Analyse wird eine einheitliche Festlegung von HQextrem bei Hochwassergefahrenkartierungen in Deutschland vorgeschlagen, die sich an höheren Hochwasserquantilen im Bereich von HQ1000 orientiert. Zusätzlich sollen simulationsbasierte Rekonstruktionen von den größten verlässlich dokumentierten historischen Hochwassern und/oder synthetische Worst-Case-Szenarien in den Hochwassergefahrenkarten gesondert dargestellt werden. Damit wird ein wichtiger Beitrag geleistet, um die potenziell betroffene Bevölkerung und das Katastrophenmanagement vor Überraschungen durch sehr seltene und extreme Hochwasser in Zukunft besser zu schützen.
KW - Extreme value statistics
KW - historical floods
KW - flood hazard mapping;
KW - inundation simulation
KW - Ahr River
KW - Extremwertstatistik
KW - historische Hochwasser
KW - Gefahrenkarten
KW - Überflutungssimulation
KW - Ahr
Y1 - 2022
U6 - https://doi.org/10.5675/HyWa_2022.5_2
SN - 1439-1783
VL - 66
IS - 5
SP - 244
EP - 254
PB - Bundesanst. für Gewässerkunde
CY - Koblenz
ER -
TY - JOUR
A1 - Tarasova, Larisa
A1 - Merz, Ralf
A1 - Kiss, Andrea
A1 - Basso, Stefano
A1 - Blöchl, Günter
A1 - Merz, Bruno
A1 - Viglione, Alberto
A1 - Plötner, Stefan
A1 - Guse, Björn
A1 - Schumann, Andreas
A1 - Fischer, Svenja
A1 - Ahrens, Bodo
A1 - Anwar, Faizan
A1 - Bárdossy, András
A1 - Bühler, Philipp
A1 - Haberlandt, Uwe
A1 - Kreibich, Heidi
A1 - Krug, Amelie
A1 - Lun, David
A1 - Müller-Thomy, Hannes
A1 - Pidoto, Ross
A1 - Primo, Cristina
A1 - Seidel, Jochen
A1 - Vorogushyn, Sergiy
A1 - Wietzke, Luzie
T1 - Causative classification of river flood events
JF - Wiley Interdisciplinary Reviews : Water
N2 - A wide variety of processes controls the time of occurrence, duration, extent, and severity of river floods. Classifying flood events by their causative processes may assist in enhancing the accuracy of local and regional flood frequency estimates and support the detection and interpretation of any changes in flood occurrence and magnitudes. This paper provides a critical review of existing causative classifications of instrumental and preinstrumental series of flood events, discusses their validity and applications, and identifies opportunities for moving toward more comprehensive approaches. So far no unified definition of causative mechanisms of flood events exists. Existing frameworks for classification of instrumental and preinstrumental series of flood events adopt different perspectives: hydroclimatic (large-scale circulation patterns and atmospheric state at the time of the event), hydrological (catchment scale precipitation patterns and antecedent catchment state), and hydrograph-based (indirectly considering generating mechanisms through their effects on hydrograph characteristics). All of these approaches intend to capture the flood generating mechanisms and are useful for characterizing the flood processes at various spatial and temporal scales. However, uncertainty analyses with respect to indicators, classification methods, and data to assess the robustness of the classification are rarely performed which limits the transferability across different geographic regions. It is argued that more rigorous testing is needed. There are opportunities for extending classification methods to include indicators of space-time dynamics of rainfall, antecedent wetness, and routing effects, which will make the classification schemes even more useful for understanding and estimating floods. This article is categorized under: Science of Water > Water Extremes Science of Water > Hydrological Processes Science of Water > Methods
KW - flood genesis
KW - flood mechanisms
KW - flood typology
KW - historical floods
KW - hydroclimatology of floods
Y1 - 2019
U6 - https://doi.org/10.1002/wat2.1353
SN - 2049-1948
VL - 6
IS - 4
PB - Wiley
CY - Hoboken
ER -