Die Hochwasserhäufigkeitsanalyse ist eine Technik zur Abschätzung des Hochwasserrisikos, die Statistiken wie das „100-jährliche Hochwasser“ oder das „500-jährliche Hochwasser“ liefert, die für die Infrastrukturplanung, Dammsicherheitsanalysen und Hochwasserkartierungen in hochwassergefährdeten Gebieten von entscheidender Bedeutung sind. Laut einer neuen Studie von Wissenschaftlern des Desert Research Institute (DRI), der University of Wisconsin-Madison und der Colorado State University muss die Methode zur Berechnung dieser Überschwemmungshäufigkeiten jedoch aktualisiert werden.
Es ist bekannt, dass Überschwemmungen selbst in einem einzigen Wassereinzugsgebiet durch eine Vielzahl von Quellen verursacht werden, darunter Regen, Schneeschmelze oder „Regen-auf-Schnee“ -Ereignisse, bei denen Regen auf eine vorhandene Schneedecke fällt. Hochwasserhäufigkeiten wurden jedoch traditionell unter der Annahme geschätzt, dass diese Hochwasser-„Treiber“ (oder Grundursachen) unwichtig sind.
In einem neuen Open-Access-Paper in Geophysikalische Forschungsbriefeuntersuchte ein Team unter der Leitung von Guo Yu, Ph.D., von DRI die häufigsten Ursachen (Regenfall, Schneeschmelze und Regen-auf-Schnee-Ereignisse) historischer Überschwemmungen für 308 Wassereinzugsgebiete im Westen der USA und untersuchte die Auswirkungen verschiedener Hochwassertypen auf die daraus resultierenden Hochwasserhäufigkeiten.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass die meisten (64 Prozent) Wassereinzugsgebiete während des gesamten Untersuchungszeitraums häufig zwei oder drei Überschwemmungsarten erlebten und dass niederschlagsbedingte Überschwemmungen, einschließlich Regen auf Schnee, über die Wassereinzugsgebiete hinweg tendenziell wesentlich größer waren als Überschwemmungen durch Schneeschmelze.
Weitere Analysen zeigten, dass herkömmliche Methoden zur Erstellung von Hochwasserhäufigkeitsschätzungen durch Vernachlässigung der einzigartigen Rolle jedes Hochwassertyps dazu führten, dass die Hochwasserhäufigkeit an mehr als der Hälfte der Standorte unterschätzt wurde, insbesondere beim 100-jährlichen Hochwasser und darüber hinaus.
„In der Praxis wurde die Rolle verschiedener Mechanismen bei der Ableitung der Überschwemmungshäufigkeiten oft ignoriert“, sagte Yu, ein Maki-Postdoktorand am DRI. „Dies liegt zum Teil an dem Mangel an physikalisch fundiertem Verständnis historischer Überschwemmungen. In dieser Studie haben wir gezeigt, dass die Vernachlässigung solcher Informationen zu Unsicherheiten bei geschätzten Überschwemmungshäufigkeiten führen kann, die für die Infrastruktur kritisch sind.“
Die Studienergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Schätzung der Häufigkeit von Überschwemmungen in der Zukunft, da der Klimawandel die Bedingungen in von der Schneeschmelze dominierten Wassereinzugsgebieten zu erhöhten Niederschlägen führt.
„Wie sich die 100-jährliche Flut aufgrund des Klimawandels in Zukunft entwickeln wird, ist eine der wichtigsten unbeantworteten Fragen im Wasserressourcenmanagement“, sagte Wright, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der University of Wisconsin-Madison. „Um sie zu beantworten, müssen wir uns auf die grundlegende Wissenschaft konzentrieren, wie sich der Wasserkreislauf, einschließlich extremer Regenstürme und Schneedynamik, in einem sich erwärmenden Klima verändert und weiterhin verändern wird.“
Das Studienteam hofft, dass diese Forschungsergebnisse für Ingenieure nützlich sind, die sich beim Bau von Brücken und anderer Infrastruktur auf genaue Schätzungen der Hochwasserhäufigkeit verlassen. Obwohl viele Ingenieure erkennen, dass es ein Problem mit der herkömmlichen Methode zur Schätzung von Hochwasserhäufigkeiten gibt, bietet diese Studie neue Einblicke in das Ausmaß der daraus resultierenden Ungenauigkeit.
„Diese Studie zeigt, dass die Berücksichtigung verschiedener physikalischer Prozesse die Bewertung des Hochwasserrisikos verbessern kann“, sagte Frances Davenport, Ph.D., Postdoktorandin an der Colorado State University. „Bedeutenderweise deutet dieses Ergebnis sowohl auf die Notwendigkeit als auch auf die Möglichkeit hin, neue Methoden zur Bewertung der Hochwasserhäufigkeit zu entwickeln, die das Hochwasserrisiko in einem sich erwärmenden Klima genauer widerspiegeln.“
Guo Yu et al, Diverse Physical Processes Drive Upper-Tail Flood Quantiles in the US Mountain West, Geophysikalische Forschungsbriefe (2022). DOI: 10.1029/2022GL098855