Ein Modellierungssystem wird für die Simulation extremer Hochwasserereignisse entwickelt,

(i) das hydrologische und hydraulische Prozessbeschreibungen koppelt

Das Modellierungssystem wird durch die Kopplung von bestehenden Modellen und Modulen erstellt. Die Niederschlag-Abfluss-Modellierung erfolgt mit dem hydrologischen Modell J2000 für verschiedene räumliche Diskretisierungen (Teileinzugsgebiete, Landunits (LU) sowie Hydrological Response Units (HRU)). Darüber hinaus wird ein Deichbruchmodul in das System eingebunden, das die Möglichkeit des Deichversagens in Abhängigkeit vom Zustand und Deichtyps berechnet, wobei auch der Wasserstand und -geschwindigkeit im Flussschlauch u. a. für die Berechnungen eine Rolle spielen. Im Fall eines Deichbruchs, simuliert ein Dispersionsmodell die Ausbreitung des Wassers vom Deich aus in das Hinterland. Da das ausströmende Wasser auch die Hydraulik im Fluss beeinflusst, existiert eine interaktive Kopplung zwischen Dispersions- und Routingkomponenten. Weitere Komponenten können in das System integriert werden, wie beispielsweise ein Schadenabschätzungsmodul, eine Toolbox zur Abschätzung von Unsicherheiten im Modell, Datenbanken und GIS-Funktionalitäten.

(ii) flexibel austauschbare Module für verschiedene Komplexitätsgrade enthält,

Eine entscheidende Frage bei der Entwicklung eines solchen Modellierungssystems ist der erforderliche Komplexitätsgrad, der festlegt wie komplex die Prozessbeschreibung der Hydrologie und Hydraulik erfolgen muss, um eine ausreichend hohe Genauigkeit zu erreichen, ohne dass das Modell überparametrisiert wird. Die steigende Komplexität kann zu einer höheren Genauigkeit führen, da eine hohe Anzahl von Prozessen berücksichtigt werden kann, führt jedoch auch zu einem erhöhten Rechenaufwand.

(iii) und auf andere Einzugsgebiete auf der Makroskala übertragbar ist.

Wie verändert sich die Komplexitäts-Unsicherheitsbeziehung, wenn das Modellierungssystem für verschiedene Makroskalen angepasst wird (z. B. Elbe-Einzugsgebiet und Mulde-Teileinzugsgebiet)?

Auf verschiedenen Skalen ändert sich die Beziehung zwischen Genauigkeit und der Vorhersagbarkeit sowie der Modellkomplexität. Modelle auf kleinerer Skala bedürfen einer detaillierten Beschreibung der Prozesse, um in einem vorgegebenen Zeitrahmen den Zustand des betrachteten Bereichs ausreichend genau zu simulieren. Im Gegensatz dazu kann auf der Einzugsgebietsebene mit weniger komplexen Ansätzen modelliert werden. Verschiedene Studien zeigen, dass mit geringer werdender zeitlicher und räumlicher Skala eine zunehmend komplexere Prozessbeschreibung nötig ist (siehe ausführliche Projektbeschreibung pdf).

Wie viel Wissen geht verloren, wenn Risikoabschätzungen für die Entwicklung von Hochwasservorsorgekonzepten auf eine andere räumliche Skala übertragen werden?

Was muss getan werden, um den Informationsverlust zwischen lokalen Managementkonzepten und der Risikoabschätzung auf der Makroskala möglichst gering zu halten?

Eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung eines Managementkonzepts zur Verminderung des Schadenpotentials ist das Identifizieren von Gebieten, in denen ein potentiell hohes Risiko bei Hochwasserereignissen besteht. Risikokarten sind ein adäquates Mittel zur graphischen Darstellung gefährdeter Gebiete. Es existieren bereits verschiedene Ansätze zur Erstellung von Risikokarten, jedoch befindet sich die Methodik für große Einzugsgebiete noch in der Entwicklung. Kron and Willems (2002) identifizieren acht regionale Kumulschadenszonen in Deutschland, in denen der wahrscheinliche Höchstschaden für fünf verschiedene Überflutungsszenarien (10 bis 200 Jahre) berechnet wird. Die Zonierung wurde nicht nur für Flüsse, sondern auch für die gesamten Einzugsgebiete durchgeführt. Vergleichbare Ansätze führte Kleeberg (2001) in Deutschland schon zuvor durch. Die Ausweisung von Zonen beschränkte sich hier auf Überflutungsgebiete entlang von Flüssen und wurde in das Softwarepaket ZÜRS (Zonierungssystem für Überschwemmung, Rückstau und Starkregen) implementiert.