Vergleich der Hochwasserereignisse von 2002 und 2013 mittels mHM

Matthias Zink, Stephan Thober, Rohini Kumar, Luis Samaniego

 Wetterlage

Tageswerte für Niederschlag, Bodenfeuchte und Gesamtabfluss
Abb. 2: Tageswerte für Niederschlag, Bodenfeuchte und Gesamtabfluss für den Zeitraum von 10 Tagen vor bis 10 Tage nach dem Spitzenniederschlag. Spitzenniederschläge: 12.8.2002 und 2.6.2013

Die starken Niederschlagsintensitäten im Mai/Juni 2013 wurden von einer Wetterlage "Tief Mitteleuropa (Tm)", die ähnlich der "Vb" Wetterlage ist, ausgelöst. Die Vb Wetterlage war charakterisierend für das Hochwasserereignis 2002. Diese Wetterlagen führen zu ergiebigen Niederschlägen, da sie Feuchtigkeit/Wasser über dem Mittelmeerraum aufnehmen und dieses später über Mitteleuropa abregnen. An einigen Messstationen berechnete der Deutsche Wetterdienst (DWD) für die 90-Stunden-Summe des Niederschlags eine Auftretenswahrscheinlichkeit von einem Mal in 100 Jahren für das Ereignis im Jahr 2013.

Die Entwicklung des Niederschlags 10 Tage vor und 10 Tage nach dem stärksten Niederschlagsereignis ist vergleichend für die Jahre 2002 (obere, linke Karte) und 2013 (obere, rechte Karte) in Abb. 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die ergiebigsten Niederschlagsereignisse bei beiden Hochwassern in den Alpen, dem Alpenvorland und Sachsen stattgefunden haben.

(Quelle: Pressemitteilung des DWD vom 06.06.2013 "Juni-Hochwasser im
Süden und Osten Deutschlands")

 Zustand der Böden

Die Modellsimulationen mit dem hydrologischen Modell mHM geben Aufschluss über die zeitliche und räumliche Verteilung der Bodenfeuchte und die Menge des Gesamtablusses. Der Gesamtabfluss stellt die Wassermenge dar, welche auf der entsprechenden Modellzelle generiert wird. Das bedeutet, dieser Wert stellt den Anteil am Niederschlag dar, der mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung dem Fließgewässer/Fluss zugeführt wird. Die Bodenfeuchte ist ein prozentualer Wert zwischen 0% und 100%, wobei 0% absolut trocken und 100% maximal feucht bedeutet. Sie berechnet sich aus dem Verhältnis zwischen der aktuellen Wassermenge im Boden und der maximal möglichen Wassermenge im Boden.

Die Bodenfeuchte ist in der mittleren Reihe in Abb. 2 dargestellt. Während die Bodenfeuchte vor dem Hochwasserergnis im Jahr 2002 in den hochwasserrelevanten Regionen (Sachsen, östliches Thüringen, südliches Sachsen-Anhalt, bayerisches Alpenvorland und bayerische Alpen) den Wert von 80% nicht überschritt, so waren die Böden im Mai 2013 in diesen Regionen bereits feucht bis sehr feucht. Wir konnten in unseren Modellsimulationen Bodenfeuchtewerte beobachten, die im Vorfeld der hohen Niederschläge ca. 10% höher waren als im Jahr 2002. Diese feuchteren Vorbedingungen im Jahr 2013 wurden zusätzlich durch Niederschlagsereignisse wenige Tage vor dem Höchstniederschlag am 2.6.2013 verschärft. Zum Zeitpunkt der Höchstniederschlagsereignisse waren die Bodenfeuchten im Erzgebirgsgebiet und dem bayerischen Alpenvorland für beide Ereignisse auf einem vergleichbaren Niveau, jedoch war die Ausdehnung der Gebiete mit einer sehr hohen Bodenfeuchte im Jahr 2013 signifikant größer. So ist im Jahr 2013 der Boden im gesamten Raum Südsachesens, der fränkischen und schwäbischen Alp sowie des Thüringer Waldes wassergesättigt.

 Statistische Auswertung des Gesamtabflusses

Statistische Kennzahlen des Gesamtabflusses
Abb. 3: Statistische Kennzahlen des Gesamtabflusses.

Die untere Reihe in Abb. 3 zeigt jene Anzahl an Tagen, an denen der Wert des Gesamtabflusses während der beiden Ereignisse 2002 (linke Abbildung) und 2013 (rechte Abbildung) über dem Abfluss liegt, welcher statistisch nur an 1% aller Tage erreicht wird (statistische Grundlage: tägliche Werte des Gesamtabflusses in der Periode 1950-2001). Das heißt an diesen Tagen sind außergewöhnlich hohe Abflüsse auf den entsprechenden Modellzellen entstanden, welche später zur Entstehung einer Hochwasserwelle innerhalb der Fließgewässer geführt haben. Die obere Reihe in Abb. 3 zeigt die Summe des generierten Abflusses für jede Modellzelle während dieser Tage.

Der Vergleich der beiden Ereignisse 2002 und 2013 zeigt, dass die Fläche mit einer hohen Anzahl an extremen Abflusstagen in den Quellgebieten der Mulde (Erzgebirge) und Saale (Fichtelgebirge und Vogtland) beim Ereignis 2013 größer ist als beim Augusthochwasser 2002. Auch das Abflussvolumen ist in diesen Gebieten sehr hoch. Diese räumliche Verteilung der extremen Abflüsse zeigt, dass die Saale bei der Entwicklung des Hochwassers 2013 in der Elbe signifikant beteiligt war, während sie beim Ereignis 2002 eher eine untergeordnete Rolle spielte.

Kumulativer Niederschlag
Abb. 4: Kumulativer Niederschlag (P) an der Messstation Stützengrün (Sachsen)
Kumulativer Niederschlag (P) abzüglich Verdunstung (E)
Abb. 5: Kumulativer Niederschlag (P) abzüglich Verdunstung (E) an der Messstation Stützengrün (Sachsen)