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The presence of impermeable surfaces in urban areas hinders natural drainage and directs the surface runoff to storm drainage systems with finite capacity, which makes these areas prone to pluvial flooding. The occurrence of pluvial flooding depends on the existence of minimal areas for surface runoff generation and concentration. Detailed hydrologic and hydrodynamic simulations are computationally expensive and require intensive resources. This study compared and evaluated the performance of two simplified methods to identify urban pluvial flood-prone areas, namely the fill–spill–merge (FSM) method and the topographic wetness index (TWI) method and used the TELEMAC-2D hydrodynamic numerical model for benchmarking and validation. The FSM method uses common GIS operations to identify flood-prone depressions from a high-resolution digital elevation model (DEM). The TWI method employs the maximum likelihood method (MLE) to probabilistically calibrate a TWI threshold (τ) based on the inundation maps from a 2D hydrodynamic model for a given spatial window (W) within the urban area. We found that the FSM method clearly outperforms the TWI method both conceptually and effectively in terms of model performance.
The presence of impermeable surfaces in urban areas hinders natural drainage and directs the surface runoff to storm drainage systems with finite capacity, which makes these areas prone to pluvial flooding. The occurrence of pluvial flooding depends on the existence of minimal areas for surface runoff generation and concentration. Detailed hydrologic and hydrodynamic simulations are computationally expensive and require intensive resources. This study compared and evaluated the performance of two simplified methods to identify urban pluvial flood-prone areas, namely the fill–spill–merge (FSM) method and the topographic wetness index (TWI) method and used the TELEMAC-2D hydrodynamic numerical model for benchmarking and validation. The FSM method uses common GIS operations to identify flood-prone depressions from a high-resolution digital elevation model (DEM). The TWI method employs the maximum likelihood method (MLE) to probabilistically calibrate a TWI threshold (τ) based on the inundation maps from a 2D hydrodynamic model for a given spatial window (W) within the urban area. We found that the FSM method clearly outperforms the TWI method both conceptually and effectively in terms of model performance.
Starkregen in Berlin
(2021)
In den Sommern der Jahre 2017 und 2019 kam es in Berlin an mehreren Orten zu Überschwemmungen in Folge von Starkregenereignissen. In beiden Jahren führte dies zu erheblichen Beeinträchtigungen im Alltag der Berliner:innen sowie zu hohen Sachschäden. Eine interdisziplinäre Taskforce des DFG-Graduiertenkollegs NatRiskChange untersuchte (1) die meteorologischen Eigenschaften zweier besonders eindrücklicher Unwetter, sowie (2) die Vulnerabilität der Berliner Bevölkerung gegenüber Starkregen.
Eine vergleichende meteorologische Rekonstruktion der Starkregenereignisse von 2017 und 2019 ergab deutliche Unterschiede in der Entstehung und den Überschreitungswahrscheinlichkeiten der beiden Unwetter. So war das Ereignis von 2017 mit einer relativ großen räumlichen Ausdehnung und langer Dauer ein untypisches Starkregenereignis, während es sich bei dem Unwetter von 2019 um ein typisches, kurzzeitiges Starkregenereignis mit ausgeprägter räumlicher Heterogenität handelte. Eine anschließende statistische Analyse zeigte, dass das Ereignis von 2017 für längere Niederschlagsdauern (>=24 h) als großflächiges Extremereignis mit Überschreitungswahrscheinlichkeiten von unter 1 % einzuordnen ist (d.h. Wiederkehrperioden >=100 Jahre). Im Jahr 2019 wurden dagegen ähnliche Überschreitungswahrscheinlichkeiten nur lokal und für kürzere Zeiträume (1-2 h) berechnet.
Die Vulnerabilitätsanalyse basiert auf einer von April bis Juni 2020 in Berlin durchgeführten Onlinebefragung. Diese richtete sich an Personen, die bereits von vergangenen Starkregenereignissen betroffen waren und thematisierte das Schadensereignis selbst, daraus entstandene Beeinträchtigungen und Schäden, Risikowahrnehmung sowie Notfall- und Vorsorgemaßnahmen. Die erhobenen Umfragedaten (n=102) beziehen sich vornehmlich auf die Ereignisse von 2017 und 2019 und zeigen, dass die Berliner Bevölkerung sowohl im Alltag (z.B. bei der Beschaffung von Lebensmitteln) als auch im eigenen Haushalt (z.B. durch Überschwemmungsschäden) von den Unwettern beeinträchtigt war. Zudem deuteten die Antworten der Betroffenen auf Möglichkeiten hin, die Vulnerabilität der Gesellschaft gegenüber Starkregen weiter zu reduzieren - etwa durch die Unterstützung besonders betroffener Gruppen (z.B. Pflegende), durch gezielte Informationskampagnen zum Schutz vor Starkregen oder durch die Erhöhung der Reichweite von Unwetterwarnungen. Eine statistische Analyse zur Effektivität privater Notfall- und Vorsorgemaßnahmen auf Grundlage der Umfragedaten bestätigte vorherige Studienergebnisse.
So gab es Anhaltspunkte dafür, dass durch das Umsetzen von Vorsorgemaßnahmen wie beispielsweise das Installieren von Rückstauklappen, Barriere-Systemen oder Pumpen Starkregenschäden reduziert werden können.
Die Ergebnisse dieses Berichts unterstreichen die Notwendigkeit für ein integriertes Starkregenrisikomanagment, das die Risikokomponenten Gefährdung, Vulnerabilität und Exposition ganzheitlich und auf mehreren Ebenen (z.B. staatlich, kommunal, privat) betrachtet.