Dynamics of flood-regulating ecosystem services in urban areas

Modelling heavy rainfall, climate change impacts and benefits of nature-based solutions

verfasst von

Thea Maria Wübbelmann

betreut von

Benjamin Felix Burkhard

Abstract

Städte sind besonders anfällig für Überschwemmungen verursacht durch Starkregen. Um Schäden zu vermeide oder zu verringern und Menschen zu schützen, können Ökosysteme wichtige natürliche Hochwasserregulierungsleistungen erbringen - sogenannte Ökosystem-leistungen (ÖSL). Zukünftige Starkniederschläge werden aufgrund des Klimawandels in Intensität und Häufigkeit zunehmen, wodurch die Anpassung an diese Folgen an Bedeutung gewinnt. Dabei können flutregulierende ÖSL durch weitere Maßnahmen verbessert werden. Das übergreifende Ziel dieser Arbeit ist daher, den aktuellen Kenntnisstand und Methoden zur Bewertung flutregulierender ÖSL für Starkregenereignisse im städtischen Umfeld unter veränderten Klimabedingungen und den Beitrag von Anpassungsmaßnahmen auszubauen. Konkret werden in dieser Arbeit 1) die Grenzen bestehender Methoden zur Erfassung flutregulierender ÖSL aufgezeigt und Ansätze zur weiteren Entwicklung vorgeschlagen, 2) ein methodisches Konzept zur Durchführung einer Vergleichsanalyse von Angebot und Nachfrage flutregulierender ÖSL für Starkregen in Städten vorgestellt, und 3) die Funktionstauglichkeit flutregulierender ÖSL und weiteren Anpassungsmaßnahmen unter veränderten Klimabedingungen untersucht. Im ersten Schritt wird ein hydraulisches Modell und ein flächenbasierter Indikatoransatz zur Quantifizierung von Flusshochwasser-regulierenden ÖSL verglichen. Beide Ansätze können nicht direkt in den städtischen Raum übertragen werden, da wichtige hydrologische Prozesse, wie Interzeption und Infiltration, unberücksichtigt bleiben. Deshalb wurde ein hydrologisches Modell entwickelt, das Interzeption, Infiltration und Oberflächenabflussprozesse auf der Basis einzelner Landschaftselemente berücksichtigt. Auf dieser Grundlage wurde ein Konzept zur Analyse von Ungleichheiten in Angebot und Nachfrage flutregulierender ÖSL im städtischen Raum für Starkniederschläge erstellt. Als Indikatoren für das ÖSL-Angebot dienten Interzeption und Bodenwasser, berechnet mit dem hydrologischen Modell. Die potenzielle Nachfrage leitet sich aus verschiedenen sozioökonomischen Indikatoren ab. Aus der potentiellen Nachfrage wird eine aktuelle Nachfrage, wenn die zugehörige Fläche tatsächlich überschwemmt wird. Die Ergebnisse im Untersuchungsgebiet zeigen ein größeres Angebot durch Interzeption, als durch Bodenwasserspeicherung. Grünflächen wiesen generell ein Angebotsüberschuss, versiegelte Flächen hingegen eine erhöhte Nachfrage auf. Szenario Analysen zeigten, dass heutige Landnutzungsstrukturen bereits ihre flutregulierende ÖSL Kapazität erreicht haben und intensivere Starkregen zu extremeren Überschwemmungen und folglich einer erhöhten aktuellen Nachfrage führen. ÖSL-Angebote konnten durch weitere Anpassungsmaßnahmen erhöht werden, wodurch sich der Abfluss und die aktuelle ÖSL-Nachfrage verringerten. Allerdings ist auch die ÖSL Kapazität der gewählten Anpassungs-maßnahmen begrenzt, so dass Überflutungen unter intensiveren Starkregen nicht gänzlich zu verhindern sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kartierung von ÖSL Angebot und Nachfrage für die Stadtplanung von Bedeutung sein kann, um den Einfluss des Klimawandels und Effekte von Anpassungsmaßnahmen besser zu verstehen und entsprechend anpassen zu können.

Organisationseinheit(en)

Institut für Physische Geographie und Landschaftsökologie
Arbeitsgruppe Physische Geographie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

152

Publikationsdatum

2023

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 13 – Klimaschutzmaßnahmen, SDG 15 – Lebensraum Land

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/13614 (Zugang: Offen)