mini|Nach Sturzflut überschwemmte Straße Eine Sturzflut ist ein Hochwasserereignis, das aus einem starken Oberflächenabfluss mit hohen Fließgeschwindigkeiten resultiert. Auslöser von Sturzfluten sind in der Regel kleinräumige Starkregenereignisse. Überflutungen können, im Gegensatz zu Hochwassern an Flüssen (fluviale Überflutungen), sehr plötzlich und theoretisch an jedem Ort auftreten. Damit ist das Überflutungsrisiko nur schwer kalkulierbar und die Vorwarnzeit häufig gering. Modellierung pluvialer Sturzfluten - Anforderungen und Sensitivitäten der 2D-hydraulischen Modellierung; Andreas Huber, Simon Lumassegger, Bernhard Kohl, Yvonne Spira, Felix Weingraber, Stefan Achleitner; Österr Wasser- und Abfallw 2021; online publiziert am 15. März 2021. Sturzfluten verfügen über ein enormes Schadenspotenzial für Infrastruktur, (Wohn-)Gebäude und Besitz und stellen eine Gefahr für Leib und Leben dar. https://www.lfu.bayern.de/wasser/starkregen_und_sturzfluten/index.htm. Starkregeninduzierte Sturzfluten können auch in Kombination mit einem großräumigen Hochwasserereignis auftreten. Ein Beispiel dafür war das Hochwasser in West- und Mitteleuropa 2021. Guy P. Brasseur, Daniela Jacob, Susanne Schuck-Zöller: Klimawandel in Deutschland: Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven, 2. Auflage, Berlin 2023, doi:10.1007/978-3-662-66696-8 (abgerufen am 21. April 2024).
Ursachen/Entstehung Die Ursache für Sturzfluten sind meist extreme, lokale Starkregenereignisse. Meist handelt es sich um konvektive Starkregenereignisse, welche in Deutschland vor allem im Sommerhalbjahr von Mai bis September am Nachmittag und Abend auftreten, häufig in Verbindung mit Sommer-Gewittern. ESKP Wissensplattform Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft. Abgerufen am 28. Februar 2024.
Neben der Intensität des Niederschlags hängt die Ausbildung und Intensität einer Sturzflut wesentlich von lokalen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören z. B. die Topografie, die Vegetationsbedeckung, der Versiegelungsgrad, die Landnutzung und die Vorfeuchte des Bodens. Viele dieser Faktoren sind zeitlich variabel. Auf diese Weise können vergleichbare Niederschläge, sogar im selben Gebiet, unterschiedlich starke Auswirkungen zeigen. Aufgrund der unterschiedlichen Strömungs- und Abwassercharakteristik ist zwischen Sturzfluten im Flachland und Sturzfluten im Hügelland oder Gebirge zu unterscheiden. Bei einer Sturzflut in einem Gebiet mit viel Gefälle treten sehr hohe Fließgeschwindigkeiten von Oberflächenwasser auf. Auch im Zusammenspiel mit plötzlich anwachsenden Bachläufen können schnell ansteigende, schwallartige Hochwasserwellen entstehen. Auf diese Art und Weise können auch Gegenden betroffen sein, in denen kein Niederschlagsereignis aufgetreten ist.
Im Flachland kann das Wasser hingegen nicht schnell abfließen, wenn die Aufnahmefähigkeit des Bodens überstiegen ist. Solche Überflutungsereignisse können aufgrund der umfangreichen Bodenversiegelung und der damit einhergehenden geringen Infiltrationsrate insbesondere in urbanen Gebieten große Schäden anrichten. Für urbane Sturzfluten ist die hydraulische Leistungsfähigkeit des Entwässerungssystems ein weiterer Einflussfaktor. In den meisten bestehenden Siedlungsgebieten wird der Verbleib von Niederschlagswasser auf befestigten Flächen durch Entwässerungselemente minimiert. Das Wasser wird dann gemeinsam oder getrennt mit dem Abwasser in die Kanalisation abgeleitet. Da die Kapazität der Kanalisation zwangsläufig begrenzt ist, kann es zu einem Schachtüberstau und damit dem Austreten von Niederschlags- und auch Schmutzwasser kommen. Eine Gefährdung stellen hierbei z. B. durch Laub verstopfte Straßenabläufe dar, welche auch bei noch nicht vollständig erreichter Auslastung der Kanalisation zu Oberflächenwasser führen können.
Gefährdungspotenzial und Schäden mini|Sturzflut in der Wüste Gobi in der Mongolei mini|Starkregenereignis und Überschwemmungen am 9. Juni 2018 in Meiningen, Feuerwehreinsatz in der Georgstraße
Infolge einer Sturzflut kommt es in urbanen Gebieten zu überfluteten Straßen und Unterführungen. Die Wassermengen führen zu erheblichen Schäden an Gebäuden. Oberflächenwasser kann auf verschiedenen Wegen in Gebäude eindringen und vollgelaufene Keller oder im extremeren Fall auch Wohnräume zur Folge haben. Zusätzlich kann es durch Kanalrückstau zum Eintreten von Abwasser kommen. Neben den hohen Wasserständen stellen auch die großen Fließgeschwindigkeiten und die daraus resultierende Wucht der Wassermassen eine Gefahr dar. So können auch schwere Objekte, wie z. B. Autos, mitgerissen werden. Des Weiteren besteht ein Risiko durch den Abtrag landwirtschaftlicher Flächen. In den Sommermonaten weisen Ackerböden teilweise einen noch geringen Bewuchs auf und sind daher besonders anfällig für Erosion. Notwendigkeit und Realisierung von Erosionssimulationen auf Grundlage von Starkregenereignissen; Rebecca Hinsberger und Alpaslan Yörük (Saarbrücken); veröffentlicht in Korrespondenz Wasserwirtschaft 11|23, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA)
Dies hat zum einen negative Folgen für die betroffenen Flächen, auf denen fruchtbarer Boden verloren geht und die Bodenfunktionen beeinträchtigt werden. Da das mitgeführte Bodenmaterial schlussendlich sedimentiert oder teilweise in Fließgewässer abgeführt wird, bestehen darüber hinaus durch enthaltene Nähr- und Schadstoffe Auswirkungen auf die Wasserqualität und weitere Ökosysteme. Zum anderen wird die unmittelbare Schadenswirkung für urbane Räume durch die Abschwemmung von landwirtschaftlichen Flächen und weiteres Treibgut erhöht. Als Folge können Brückendurchgänge und Durchlässe zeitweise verstopft werden. Der daraus resultierende Aufstau und die nachfolgende schlagartige Auflösung können die Bildung von Schwallwellen auslösen, welche über eine enorme Kraft und ein großes Schadenspotenzial verfügen.
Die finanziellen Schäden von starkregeninduzierten Überflutungen haben eine hohe Relevanz. Die Kosten der sich aus einem Überflutungsereignis ergebenden Flutschäden liegen typischerweise im vier- bis sechsstelligen Bereich. Im Zeitraum von 2000 bis 2017 sind nach Aussage des Gesamtverbands der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) durch starkregeninduzierte Sturzfluten Schäden an Wohngebäuden in der Höhe von 6,7 Milliarden Euro entstanden. Naturgefahrenreport 2020: Die Schadenchronik der deutschen Versicherer, Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e. V. (GDV), Stand: 2021
Überflutungsmodellierung und -vorhersage
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt (2024) gibt es kein flächendeckendes, hochaufgelöstes Sturzflut-Vorhersagesystem. Während der Deutsche Wetterdienst (DWD) deutschlandweit für die Warnung vor Starkregen zuständig ist, liegt die Bewertung der daraus resultierenden, lokalen Gefahren (z. B. Überflutungen) nicht in dem Verantwortungsbereich des Wetterdienstes. Die Zuständigkeit dafür liegt bei den Ländern und Gemeinden.https://www.bmwsb.bund.de/SharedDocs/faqs/Webs/BMWSB/DE/raumordnung/hochwasserschutz/hochwasserschutz-faqs.html
Städte und Gemeinden begegnen den Sturzflut-Gefahren seit einigen Jahren mit der Erstellung von Starkregenrisikokonzepten. Die Ermittlung der überflutungsgefährdeten Bereiche erfolgt in der Regel durch numerische Überflutungssimulationen für Bemessungsereignisse oder vergangene Regenereignisse. Das Überflutungsrisiko ergibt sich dann aus der Überlagerung der Überflutungsgefährdung mit dem Schadenspotenzial bzw. der Vulnerabilität der betroffenen Überflutungsflächen. Einige Städte und Gemeinden stellen die Ergebnisse der Überflutungssimulation (Überflutungstiefen und Fließgeschwindigkeiten) als Starkregeninformationskarten oder Starkregenrisikokarten der Bevölkerung zur Verfügung. Handlungsempfehlungen zur Erstellung von Starkregengefahrenkarten im Saarland, Marc Illgen, 2019, : https://www.saarland.de/SharedDocs/
Die Überflutungskarten für Bemessungs- und vergangene Ereignisse können die Gefahren eines zukünftigen realen Sturzflutereignisses nur begrenzt wiedergeben. Neben den Unterschieden in der räumlichen Niederschlagsbelastung liegen zum Teil unterschiedliche Anfangsbedingungen (z. B. saisonal abhängige Interzeption, räumlich unterschiedliche Vorfeuchte, initialer Füllstand von Gräben und Kanälen) vor, die das Abflussgeschehen maßgeblich beeinflussen.
Im akuten Gefahrenfall ist die Niederschlagsvorhersage Grundlage für die Warnung vor einer möglichen Sturzflut. Vorhersagen von konvektiven Starkregenereignissen sind aufgrund ihrer Kleinräumigkeit und komplexen Dynamik mit großen Unsicherheiten behaftet. Räumlich genaue und quantitativ gute Vorhersagen werden meist nur für einen kurzen Vorhersagezeitraum von unter einer Stunde im Rahmen des radarbasierten Nowcastings erreicht. Für längere Vorhersagezeiträume müssen parallel zum Radar-Nowcast auch die Simulationen dynamischer Wettermodelle berücksichtigt werden. Eine Abschätzung der Unsicherheiten der Niederschlagsvorhersage kann durch die Erstellung von Vorhersage-Ensembles, einer repräsentativen Anzahl von unterschiedlichen möglichen Entwicklungen des Niederschlagsgeschehens, erzielt werden. Da die Niederschlagsmenge als Eingangsgröße für die Überflutungsmodellierung dient, können diese Unsicherheiten auch dazu genutzt werden, den Anteil der Niederschlagsunsicherheit an der Gesamtunsicherheit der Sturzflutvorhersage zu quantifizieren. 13.) Axel Bronstert, Andreas Hänsler, Maik Heistermann, Alrun Jasper-Tönnies, Tanja Winterrath, Janek Zimmer (2025): Nutzung von Niederschlagsradar-Informationen zur Hochwasseranalyse: Möglichkeiten und Grenzen. Eine Zusammenfassung der Nutzung von Niederschlagsradar-Informationen in den Forschungsprojekten Inno_MAUS, AVOSS und ZwillE der BMBF-Fördermaßnahme Wasser-Extremereignisse (WaX) mit einer Einführung vom DWD. PDF
Aufgrund von mehrstündigen Rechendauern hochaufgelöster, numerischer Überflutungsmodelle für kleine bis mittelgroße Einzugsgebiete (1–20 km2) erfolgt ein operativer Einsatz dieser in einer akuten Gefahrensituation bislang kaum. Auch Rechenzeitoptimierungen und der Einsatz besonders leistungsstarker Rechner führen bislang nicht zu der erforderlichen Verkürzung der Berechnungsdauern. Recent Advances in Real-Time Pluvial Flash Flood Forecasting, Andre D. L. Zanchetta, paulin Coulibaly, 2020, https://doi.org/10.3390/w12020570 Aus diesem Grund wird seit einigen Jahren an Ersatzmodellen geforscht, die sowohl räumlich hochauflösend als auch schnell genug sind, um das Fließgeschehen im Starkregenfall innerhalb der zur Verfügung stehenden Vorhersagefrist für Starkregen vorherzusagen. Der Einsatz Künstlicher Neuronaler Netze hat sich dabei als gebrauchstauglich erwiesen und wird durch eine Vielzahl von Forschungsgruppen weltweit erforscht. Deep learning methods for flood mapping: a review of existing applications and future research directions, "Hydrology and Earth System Sciences, Vol 26, Pp 4345-4378 (2022)", "R. Bentivoglio and E. Isufi and S. N. Jonkman and R. Taormina", https://hess.copernicus.org/articles/26/4345/2022/hess-26-4345-2022.pdf