Überschwemmungen in städtischen Gebieten haben die Amerikaner zwischen 1960 und 2016 mehr als 106 Milliarden US-Dollar gekostet, Eigentum beschädigt, Unternehmen unterbrochen und dabei Menschenleben gefordert. Die Bestimmung, welche Gebiete angesichts der sich ständig ändernden Landnutzung und sich verändernder Niederschlags- und Klimamuster am wahrscheinlichsten überschwemmt werden, kann teuer und kompliziert sein – und frühere Methoden zum Zeichnen von Hochwasserkarten können die inhärente Unsicherheit bei Hochwasservorhersagen nicht erfassen.
Jetzt skizzieren neue Forschungsergebnisse der University of Georgia eine vereinfachte, kostengünstige Methode zur Entwicklung von Hochwasserkarten, die die Unsicherheit bei Hochwasservorhersagen widerspiegeln. Veröffentlicht in der Zeitschrift Wasser, Die Studie wurde von Ingenieurprofessor Brian Bledsoe, Direktor des UGA Institute for Resilient Infrastructure Systems (IRIS), und Tim Stephens, einem UGA- und IRIS-Alumnus, geleitet, der jetzt bei Dynamic Solutions LLC arbeitet, einem auf Wasserressourcen spezialisierten Ingenieur-, Planungs- und Forschungsunternehmen.
Die Studie bietet das, was die Forscher als „einen praktischen, vereinfachten Ansatz zur Quantifizierung der Unsicherheit in Hochwassergefahrenschätzungen“ beschreiben, indem sie Überschwemmungen in zwei städtischen Wassereinzugsgebieten modellieren: Proctor Creek in Atlanta und Bronx Wash in Tucson, Arizona.
„Herkömmliche Hochwassergefahrenkartierungen neigen dazu, eine einzelne Linie auf einer Karte zu zeichnen, die das Überschwemmungsgebiet zeigt, was von der Öffentlichkeit und Politikern oft so interpretiert wird: ‚Du wirst nicht überflutet, wenn du dich außerhalb der Linie befindest‘“, sagte er Bledsoe. „In Wirklichkeit kann diese Linie sehr unsicher und verschwommen sein, und ein großer Teil der Hochwasserschäden tritt außerhalb davon auf.“
Der von Bledsoe und Stephens eingeführte neue Ansatz verwendet das Konzept der Konfidenzintervalle, die den Abweichungsstandard um eine bestimmte Vorhersage herum zeigen, um das Überschwemmungsrisiko zu verdeutlichen, dem Hausbesitzer an einem bestimmten Ort ausgesetzt sind. Dieser Ansatz unterscheidet sich von herkömmlichen Hochwasserkarten, da er die Variation potenzieller Überschwemmungsszenarien für einen bestimmten Punkt innerhalb der Karte erfasst.
„Wir verwenden fortschrittliche Tools, um die Unsicherheit in Bezug auf Hochwasserlinien zu quantifizieren und die gesamte Bandbreite der Orte zu beschreiben, an denen Überschwemmungen wahrscheinlich sind. Es ist wie Konfidenzintervalle, die auf einer Standardabweichung in Statistiken basieren – das Überschwemmungsgebiet hat Konfidenzintervalle um sich herum, und wir zeigen das auf Variabilität, um bei der Planung und Entscheidungsfindung zum Schutz von Menschen und Eigentum zu helfen. Die Unsicherheit kann an einigen Stellen 100 Fuß oder an anderen Stellen entlang der Überschwemmungsebene mehr als 1.000 Fuß breit sein“, sagte Bledsoe.
In der Vergangenheit war diese Art der detaillierten Analyse für die meisten Kommunen nicht zugänglich, insbesondere in Kommunen mit fehlenden Ressourcen.
„Die Art und Weise, wie diese Art von Analyse in der Vergangenheit durchgeführt wurde, war sehr zeitintensiv und beinhaltete die tausendfache Ausführung komplexer hydraulischer Modelle, um das volle Ausmaß der Hochwassergefahren zu verstehen. Diese Forschung zeigt eine vereinfachte Methode, die jedoch sehr ähnliche und akzeptable Ergebnisse liefert ist viel weniger zeitintensiv und ist einfacher und kostengünstiger durchzuführen“, erklärte Bledsoe.
Stephens und Bledsoe hoffen, dass ihr Ansatz Karten produzieren wird, die Überschwemmungsgebiete mit weniger Aufwand und geringeren Kosten im Vergleich zu früheren Methoden realistischer darstellen. Sie glauben, dass ihre Methode zu verbesserten Karten führen sollte, die häufiger aktualisiert werden.
„Unser vereinfachter Ansatz ist für ein breiteres Publikum zugänglicher, beispielsweise für diejenigen mit begrenzter Zeit, begrenztem Budget oder begrenzten technischen Ressourcen“, sagte Stephens. „Es kann mit einer geringfügigen Erhöhung des Aufwands für herkömmliche behördliche Hochwassergefahrenstudien implementiert werden, wodurch die Einbeziehung von Unsicherheiten viel zugänglicher, praktikabler und kostengünstiger wird.“
Um diese Methode in die Hände von Praktikern zu bringen, haben die Forscher begonnen, sich mit ihren Partnern beim US Army Corps of Engineers, der Federal Emergency Management Agency, der Georgia Emergency Management Agency, Auenmanagementverbänden und verschiedenen Kommunen abzustimmen.
Um ihre Vision, möglichst klare und genaue Hochwasserkarten zu erstellen, voranzutreiben, haben Bledsoe und Stephens mit Sozialwissenschaftlern zusammengearbeitet, um die besten Wege zu finden, um der Öffentlichkeit ein vollständiges Bild der Risiken zu vermitteln.
„Zum Beispiel haben wir festgestellt, dass Aussagen wie ‚Sie können sich zu einem gewissen Prozentsatz sicher sein, dass Ihr Haus in den nächsten 20 Jahren nicht überflutet wird‘ viel einfacher zu verstehen sind als abstrakte Aussagen über die 100-jährliche Flut oder 1 % jährliche Überschreitungswahrscheinlichkeit“, erklärte Bledsoe.
Tim Stephens et al, Simplified Uncertainty Bounding: An Approach for Estimating Flood Hazard Uncertainty, Wasser (2022). DOI: 10.3390/w14101618