GIS-basierte Analyse von wasserbedingten Naturgefahren im unterfränkischen Maintal

Kurzfassung

Hochwasser und Sturzfluten als hydrologische Extremereignisse haben in den letzten Jahren im mitteleuropäischen Raum zu enormen Naturkatastrophen geführt. Bei globaler Betrachtung ist ein Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und dem häufigeren Auftreten, sowie der steigenden Intensitäten ersichtlich. Die Modellierung von Hochwasserereignissen ist aufgrund der hohen räumlichen Variabilität und der geringen Vorwarnzeit sehr komplex. In dieser Arbeit sollen verschiedene GIS-basierte Methoden zur Hochwasseranfälligkeit und zur Modellierung von Hochwasserereignissen auf unterschiedlichen räumlichen Ebenen im unterfränkischen Maineinzugsgebiet verglichen werden. Zunächst wurde eine geographische Datenbank mit verschiedenen Einflussfaktoren und Informationen zur Hochwassergefahr an Fließgewässern im Untersuchungsgebiet angelegt. Nach einer kleinräumigen hydrographischen Analyse auf Einzugsgebietsebene wurden Starkniederschläge zwischen 2001 und 2022 im Untersuchungsgebiet hinsichtlich ihrer Eigenschaften statistisch untersucht. Im Weiteren wurde das statistisch getriebene Weight-of-Evidence Model (WoE) verwendet, um die Vorhersagekraft verschiedener Geofaktoren auf Hochwasserereignisse und Sturzfluten auszuwerten. Zuletzt wurde ein aus den Niederschlagsdaten und der Geodatenbank vereinfachtes Niederschlags-Abflussmodell für zwei spezifische Überschwemmungsereignisse aus dem Sommer 2021 im Einzugsgebiet der Schwarzach erstellt. Die hydrographische Analyse zeigte lokal zufriedenstellende Ergebnisse für kleinere Flusssegmente, überschätzt aber die Hochwassergefahr bei Anwendung auf das Gesamtgewässer. Bei der Untersuchung der Starkniederschläge kann eine Zunahme der Häufigkeit festgestellt werden. Insbesondere heftige Sommerniederschläge mit kurzen Dauerstufen werden zukünftig in Unterfranken vermehrt auftreten. Die Hochwasseranfälligkeitskarte für das Maineinzugsgebiet weist mit der zur Evaluation verwendeten Area Under Curve (AUC-ROC) der Receiver Operator Characteristics von 96,7 %, ein gutes Ergebnis auf. Die kombinierte Vorhersagekraft von Hochwasser- und Sturzflutereignissen konnte aufgrund der begrenzten Datenlage jedoch nur bedingt bewiesen werden. Durch das Niederschlags-Abflussmodell am Pegel der Schwarzach bei Reupelsdorf lässt sich der Rückstau des Flusses infolge des niederschlagsinduzierten hydrologischen Extremereignisses auf kleinräumiger Ebene gut nachvollziehen. Insgesamt konnten trotz begrenzter Datenverfügbarkeit, valide Aussagen über wasserbedingte Naturgefahren und ihre Entwicklung in Unterfranken getroffen werden.