Patric Kellermann

• Natural hazards can have serious societal and economic impacts. Worldwide, around one third of economic losses due to natural hazards are attributable to floods. The majority of natural hazards are triggered by weather-related extremes such as heavy precipitation, rapid snow melt, or extreme temperatures. Some of them, and in particular floods, are expected to further increase in terms of frequency and/or intensity in the coming decades due to the impacts of climate change. In this context, the European Alps areas are constantly disclosed as being particularly sensitive. In order to enhance the resilience of societies to natural hazards, risk assessments are substantial as they can deliver comprehensive risk information to be used as a basis for effective and sustainable decision-making in natural hazards management. So far, current assessment approaches mostly focus on single societal or economic sectors – e.g. flood damage models largely concentrate on private-sector housing – and other important sectors, such as the transportNatural hazards can have serious societal and economic impacts. Worldwide, around one third of economic losses due to natural hazards are attributable to floods. The majority of natural hazards are triggered by weather-related extremes such as heavy precipitation, rapid snow melt, or extreme temperatures. Some of them, and in particular floods, are expected to further increase in terms of frequency and/or intensity in the coming decades due to the impacts of climate change. In this context, the European Alps areas are constantly disclosed as being particularly sensitive. In order to enhance the resilience of societies to natural hazards, risk assessments are substantial as they can deliver comprehensive risk information to be used as a basis for effective and sustainable decision-making in natural hazards management. So far, current assessment approaches mostly focus on single societal or economic sectors – e.g. flood damage models largely concentrate on private-sector housing – and other important sectors, such as the transport infrastructure sector, are widely neglected. However, transport infrastructure considerably contributes to economic and societal welfare, e.g. by ensuring mobility of people and goods. In Austria, for example, the national railway network is essential for the European transit of passengers and freights as well as for the development of the complex Alpine topography. Moreover, a number of recent experiences show that railway infrastructure and transportation is highly vulnerable to natural hazards. As a consequence, the Austrian Federal Railways had to cope with economic losses on the scale of several million euros as a result of flooding and other alpine hazards. The motivation of this thesis is to contribute to filling the gap of knowledge about damage to railway infrastructure caused by natural hazards by providing new risk information for actors and stakeholders involved in the risk management of railway transportation. Hence, in order to support the decision-making towards a more effective and sustainable risk management, the following two shortcomings in natural risks research are approached: i) the lack of dedicated models to estimate flood damage to railway infrastructure, and ii) the scarcity of insights into possible climate change impacts on the frequency of extreme weather events with focus on future implications for railway transportation in Austria. With regard to flood impacts to railway infrastructure, the empirically derived damage model Railway Infrastructure Loss (RAIL) proved expedient to reliably estimate both structural flood damage at exposed track sections of the Northern Railway and resulting repair cost. The results show that the RAIL model is capable of identifying flood risk hot spots along the railway network and, thus, facilitates the targeted planning and implementation of (technical) risk reduction measures. However, the findings of this study also show that the development and validation of flood damage models for railway infrastructure is generally constrained by the continuing lack of detailed event and damage data. In order to provide flood risk information on the large scale to support strategic flood risk management, the RAIL model was applied for the Austrian Mur River catchment using three different hydraulic scenarios as input as well as considering an increased risk aversion of the railway operator. Results indicate that the model is able to deliver comprehensive risk information also on the catchment level. It is furthermore demonstrated that the aspect of risk aversion can have marked influence on flood damage estimates for the study area and, hence, should be considered with regard to the development of risk management strategies. Looking at the results of the investigation on future frequencies of extreme weather events jeopardizing railway infrastructure and transportation in Austria, it appears that an increase in intense rainfall events and heat waves has to be expected, whereas heavy snowfall and cold days are likely to decrease. Furthermore, results indicate that frequencies of extremes are rather sensitive to changes of the underlying thresholds. It thus emphasizes the importance to carefully define, validate, and — if needed — to adapt the thresholds that are used to detect and forecast meteorological extremes. For this, continuous and standardized documentation of damaging events and near-misses is a prerequisite. Overall, the findings of the research presented in this thesis agree on the necessity to improve event and damage documentation procedures in order to enable the acquisition of comprehensive and reliable risk information via risk assessments and, thus, support strategic natural hazards management of railway infrastructure and transportation.…
• Naturgefahren haben zum Teil gravierende Auswirkungen auf die Gesellschaft und die Wirtschaft der betroffenen Region. Weltweit sind etwa ein Drittel der finanziellen Verluste durch Naturereignisse auf Hochwasser zurückzuführen. Die Schäden an Eisenbahninfrastruktur haben dabei oft großen Anteil am Gesamtschaden. Hochwasser und andere Naturgefahren werden häufig durch Extremwetterereignisse, wie etwa Starkniederschläge oder Extremtemperaturen, ausgelöst. Im Zuge des Klimawandels rechnet man für die kommenden Jahrzehnte mit einer Zunahme in der Anzahl bzw. der Schwere einiger Naturereignisse. Mit dem Ziel, die gesellschaftliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Naturereignissen zu erhöhen, setzt man zur Gewinnung von Risikoinformationen auf sogenannte Naturrisikoanalysen. Die gegenwärtige Praxis konzentriert sich dabei meist auf die Analyse für einzelne Wirtschaftssektoren, wie etwa den Immobiliensektor. Der Transportsektor und insbesondere die Eisenbahninfrastruktur werden trotz der tragenden Rollen für die Wirtschaftskraft einerNaturgefahren haben zum Teil gravierende Auswirkungen auf die Gesellschaft und die Wirtschaft der betroffenen Region. Weltweit sind etwa ein Drittel der finanziellen Verluste durch Naturereignisse auf Hochwasser zurückzuführen. Die Schäden an Eisenbahninfrastruktur haben dabei oft großen Anteil am Gesamtschaden. Hochwasser und andere Naturgefahren werden häufig durch Extremwetterereignisse, wie etwa Starkniederschläge oder Extremtemperaturen, ausgelöst. Im Zuge des Klimawandels rechnet man für die kommenden Jahrzehnte mit einer Zunahme in der Anzahl bzw. der Schwere einiger Naturereignisse. Mit dem Ziel, die gesellschaftliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Naturereignissen zu erhöhen, setzt man zur Gewinnung von Risikoinformationen auf sogenannte Naturrisikoanalysen. Die gegenwärtige Praxis konzentriert sich dabei meist auf die Analyse für einzelne Wirtschaftssektoren, wie etwa den Immobiliensektor. Der Transportsektor und insbesondere die Eisenbahninfrastruktur werden trotz der tragenden Rollen für die Wirtschaftskraft einer Gesellschaft jedoch weitgehend vernachlässigt. Zahlreiche Naturereignisse der letzten Jahrzehnte zeigten allerdings, dass Eisenbahninfrastruktur generell sehr schadensanfällig gegenüber Naturgefahren ist. Ziel dieser Doktorarbeit ist es, das Management von Naturgefahren für den Schienensektor in Österreich durch die Bereitstellung von neuen Risikoinformationen zu unterstützen. Hierzu wurde zum einen ein neuartiges Schadenmodell zur Schätzung von Hochwasserschäden an Eisenbahninfrastruktur entwickelt. Zum anderen wurde unter Verwendung von regionalen Klimamodellen die klimawandelbedingte Änderung der Häufigkeiten von Extremwetter¬ereignissen in Österreich untersucht und mögliche Auswirkungen auf den Eisenbahnbetrieb abgeleitet. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das entwickelte Hochwasserschadenmodell „RAIL“ in der Lage ist, potenzielle Schadenschwerpunkte entlang von Bahnlinien für großräumige Eisenbahnnetze zu identifizieren und damit einen wertvollen Beitrag für die gezielte Planung und Errichtung von technischen Hochwasserschutzmaßnahmen leisten kann. Ferner liefert die Untersuchung der Häufigkeitsentwicklung von Extremwetterereignissen bis zum Jahr 2040 wichtige Einblicke in die zukünftigen Herausforderungen für den Bahnbetrieb im Kontext des Klimawandels. Um aus zukünftigen Naturereignissen lernen zu können und somit ein tieferes Verständnis von Naturgefahrenprozessen und deren Auswirkungen auf Eisenbahninfrastruktur und –betrieb zu erlangen, wird die (Weiter-)Entwicklung und Anwendung von standardisierten Ereignis- und Schadendokumentationsverfahren empfohlen.…