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Extreme Hochwasser im Elbeeinzugsgebiet - CHR-KHR

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Internationaler Workshop / Expertengespräch<br />

<strong>Extreme</strong> <strong>Hochwasser</strong><br />

18. und 19. April 2005 in Bregenz, Österreich<br />

<strong>Extreme</strong> <strong>Hochwasser</strong> <strong>im</strong><br />

<strong>Elbeeinzugsgebiet</strong><br />

Uwe Grünewald<br />

Lehrstuhl Hydrologie und Wasserwirtschaft<br />

Brandenburgische Technische Universität Cottbus


1. Zum Einzugsgebiet und zu den<br />

Bildungsbedingungen von <strong>Hochwasser</strong> <strong>im</strong><br />

Elbegebiet<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ <strong>im</strong><br />

Elbegebiet charakterisieren ?


„Elbe und angrenzende Flüsse“<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 3


„ Topografische Übersicht des <strong>Elbeeinzugsgebiet</strong>es“<br />

• A E = 148 268 km²<br />

• viertgrößtes<br />

Einzugsgebiet<br />

Mitteleuropas<br />

(zum Vergleich:<br />

Donau: A E = 817 000 km²<br />

Weichsel: A E = 194 112 km²<br />

Rhein: A E = 184 800 km²)<br />

• Länge Elbe: 1094 km<br />

• 50,5 % der Fläche niedriger<br />

als 200 mNN<br />

• 29 % der Fläche höher als<br />

400 mNN<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 4


„Ausgewählte mittlere Jahresniederschlagshöhen und<br />

höchste gemessene Tagesniederschläge “<br />

Ort<br />

Niederschlag<br />

[mm]<br />

Brocken (Harz) 1800<br />

Kammlagen<br />

Isergebirge/Riesengebirge<br />

1700<br />

Böhmerwald 1150<br />

Thüringer Wald 1250<br />

Ort<br />

Datum<br />

Nova Luka<br />

(Isergebirge)<br />

29.07.1897<br />

Zinnwald-Georgenfeld<br />

(Osterzgbirge)<br />

12.08.2002<br />

Niederschlag<br />

[mm]<br />

345<br />

312<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 5


„ Abflussreg<strong>im</strong>e“<br />

• „Regen-Schneetyp“<br />

• Über 60% des Jahresabflusses <strong>im</strong><br />

Winterhalbjahr<br />

• größere bzw. extreme Winter- und<br />

Frühjahrshochwasser entstehen infolge<br />

intensiver Schneeschmelzen,<br />

verbunden mit großflächigen<br />

ergiebigen Regen<br />

(z.B. 31.03.1845: QS MAX = 5700 m³/s,<br />

WS = 8,77 m in DD)<br />

• Schneeschmelze allein liefert keine<br />

größeren <strong>Hochwasser</strong>ereignisse<br />

(z.B. 20.03.2005 WS = 5,96 m in DD)<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 6


„ Schneeschmelze allein liefert keine größeren <strong>Hochwasser</strong>ereignisse“<br />

... lieferten 5,96 m<br />

Scheitelhöhe in DD ...<br />

Quelle: SZ, 28.03.2005<br />

Quelle: SZ, 15.03.2005<br />

... 215 Liter/ m² <strong>im</strong> EZG der<br />

Mulde und<br />

ca. 150 Liter/m² <strong>im</strong><br />

Osterzgebirge...<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 7


„Niederschlagsverteilung bei Oderhochwasser Juli 1997 und<br />

Weichselhochwasser Juli 2001 “<br />

A E = 119 000 km²<br />

(davon nur 5% in D)<br />

Quelle: DWD, 1997<br />

A E = 194 112 km²<br />

Quelle: DWD, 2001<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 8


„Elbehochwasser August 2002 – Zugbahn Tief „Ilse“ “<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 9


Katalog der Großwetterlagen<br />

Europas<br />

(1881 – 1998)<br />

Nach Paul Hess und Helmuth<br />

Brezowsky<br />

5., verbesserte und ergänzte Auflage<br />

F.-W. Gerstengarbe und P. C. Werner<br />

unter Mitarbeit von U. Rüge<br />

Potsdam, Offenbach a. M., 1999<br />

„Großwetterlagen Europas“<br />

...Großwetterlage bezeichnet „die<br />

mittlere Luftdruckverteilung<br />

eines Großraumes, mindestens<br />

von der Größe Europas während<br />

eines mehrtägigen Zeitraumes,<br />

in welchem gewisse Züge<br />

aufeinanderfolgender Wetterlagen<br />

gleich bleiben, eben jene Züge,<br />

welche die Witterung in den<br />

einzelnen Teilgebieten des<br />

Großraums bedingen.“<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 10


„ Trog Mitteleuropa (TRM)“<br />

Ein Trog über Nord- und<br />

Mitteleuropa wird flankiert von<br />

höherem Luftdruck über dem<br />

östlichen Nordatlantik und<br />

Westrussland. In einer von<br />

Nordwest über Nordfrankreich<br />

und das südliche Mitteleuropa<br />

verlaufenden und von dort nach<br />

Nordost umbiegenden<br />

Frontalzone ziehen<br />

Einzelstörungen (Vb – Lage).<br />

Diese gewinnen nach<br />

vorübergehender Abschwächung<br />

über dem Mittelmeer wieder an<br />

Intensität und wirken sich<br />

dadurch stärker über dem<br />

östlichen Mitteleuropa aus.<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 11


„Zusammenfassung Großwetterlagen nach Baur“<br />

Gruppe Bezeichnung Abkürzung Großwetterlagen<br />

1 Mitteleuropäische<br />

Hochdrucklage<br />

2 Allgemeine<br />

antizyklonale Lage<br />

3 Mitteleuropäische<br />

Tiefdrucklage<br />

4 Allgemeine zyklonale<br />

Lage<br />

H HM, BM, NEA, SA,<br />

SWA, SEA, HFA,<br />

HNFA<br />

A H+NA, NWA, HNA,<br />

HB, WA<br />

T TM, TRM, HNZ,<br />

HNFZ, HFZ, NEZ, SEZ<br />

Z T+WZ, WS, WW,<br />

SWZ, NWZ, SZ, TRW,<br />

TB<br />

Quelle: Gerstengarbe u.a., 1999<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 12


R e la tive H ä u f ig k e it [ % ]<br />

„ Relative Häufigkeiten ausgewählter Großwetterlagen in Europa<br />

(Zeitraum 1881-1997)“<br />

10<br />

8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

10<br />

8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

Tief Mitteleuropa (TM)<br />

Trog Mitteleuropa (TRM)<br />

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />

Monate<br />

Quelle: Gerstengarbe u.a., 1999<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 13


„ Sommerliche Starkniederschlagsereignisse mit katastrophalen<br />

Auswirkungen <strong>im</strong> 20. Jahrhundert in Sachsen“<br />

(Quelle: SMUL,05/ 2002)<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 14


„„Pirnaer Anzeiger“ vom 20. Juli 1927“<br />

„Bergießhübel Juli 1927 – Eingestürzte Häuser“<br />

Quelle: Marschner, 1927<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 15


„Exakt dreißigjähriges Auftreten extremer Julihochwasser<br />

<strong>im</strong> Osterzgebirge“<br />

Datum<br />

29./30. Juli 1897<br />

08./09. Juli 1927<br />

22./23. Juli 1957<br />

Niederschlagsgeschehen<br />

140 mm in 24 h in<br />

Kammlagen des<br />

Erzgebirges<br />

in wenigen Stunden<br />

200 mm; <strong>im</strong><br />

Zentrum von 44<br />

km² in 25 min rund<br />

100 mm<br />

Starkniederschläge<br />

mit Zentrum Obere<br />

Gottleuba, > 150<br />

mm in 24 h<br />

materielle Schäden Tote<br />

zerstörte<br />

Eisenbahnstrecken und<br />

Ortschaften in den Tälern<br />

der Gottleuba, Müglitz<br />

und Roten Weißeritz, aber<br />

auch <strong>im</strong> Muldetal und in<br />

der Chemnitz<br />

110 Brücken zerstört, 160<br />

Brücken beschädigt, 188<br />

Gebäude zerstört<br />

70 Mio. Reichsmark<br />

Schaden<br />

direkte Sachschäden: 67<br />

Mio. Mark<br />

Gesamtschäden: 100 Mio.<br />

Mark<br />

mind. 8<br />

152<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 16<br />

0


„ <strong>Hochwasser</strong>scheiteldurchflüsse in Prag und Decin“<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

Rangfolgen Prag<br />

• QS1 : 2002<br />

• QS2 : 1845<br />

• QS3 : 1890<br />

• QS4 : 1862<br />

Rangfolgen Decin<br />

• QS1 : 1845<br />

• QS2 : 1862<br />

• QS3 : 2002<br />

• QS4 : 1890<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 17


(Jahres-)HQ (in m ³/s)<br />

5000<br />

4000<br />

3000<br />

2000<br />

1000<br />

0<br />

„<strong>Hochwasser</strong>scheiteldurchflüsse in Dresden und Neu-Darchau“<br />

1501 169 8 1821<br />

153 1 178 4 18 2 4<br />

16 51 178 5 18 2 7<br />

16 55 179 9 18 3 0<br />

1682 1814 1845<br />

6000<br />

März 1851<br />

Februar 1856<br />

Januar 1861<br />

Februar 1866<br />

HQ ab dem Abflussjahr 1851 kontinuierlich, ergänzt um einige historische <strong>Hochwasser</strong><br />

März 1871<br />

Februar 1876<br />

März 1881<br />

März 1886<br />

März 1891<br />

Mai 1896<br />

März 1901<br />

März 1906<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

Dresden<br />

März 1911<br />

Februar 1916<br />

Januar 1921<br />

Juni 1926<br />

März 1931<br />

Juni 1936<br />

Zeit<br />

April 1941<br />

Neu-Darchau<br />

Februar 1946<br />

Mai 1951<br />

März 1956<br />

Februar 1961<br />

Februar 1966<br />

Juli 1971<br />

Januar 1976<br />

Juli 1981<br />

Juni 1986<br />

August 1991<br />

Mai 1996<br />

März 2001<br />

Winter<br />

Sommer<br />

Rangfolgen Dresden<br />

• QS1 : 1845<br />

• QS2 : 1784<br />

• QS3 : 1501<br />

• QS4 : 1655<br />

• QS5 : 2002<br />

• QS6 : 1890<br />

• „Sehr große HW in DD<br />

sind mit großen HW in<br />

der Moldau verknüpft !“<br />

• „Nur drei sehr große<br />

HW aus der Moldau<br />

(1920, 1940, 2002)<br />

finden sich auch in der<br />

Unteren Elbe / Neu-<br />

Darchau wieder !“<br />

1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 18


„Chronologische Geschichte der großen Wasserfluten des Elbstroms<br />

seit tausend und mehr Jahren“<br />

Christian Gottlieb Pötsch, 1732 - 1805<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 19


(Jahres-)HQ (in m ³/s)<br />

6000<br />

5000<br />

4000<br />

3000<br />

2000<br />

1000<br />

0<br />

„<strong>Hochwasser</strong>scheiteldurchflüsse in Dresden von 1501-2002“<br />

1501 1698 1821<br />

1531 1784 1824<br />

1651 1785 1827<br />

1655 179 9 18 30<br />

1682 1814 1845<br />

März 1851<br />

Februar 1856<br />

Januar 1861<br />

HQ ab dem Abflussjahr 1851 kontinuierlich, ergänzt um einige historische <strong>Hochwasser</strong><br />

Februar 1866<br />

März 1871<br />

Februar 1876<br />

März 1881<br />

März 1886<br />

März 1891<br />

Mai 1896<br />

März 1901<br />

März 1906<br />

März 1911<br />

Februar 1916<br />

Januar 1921<br />

Zeit<br />

Juni 1926<br />

März 1931<br />

Juni 1936<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 20<br />

A pril 1941<br />

Februar 1946<br />

Mai 1951<br />

März 1956<br />

Februar 1961<br />

Februar 1966<br />

Juli 1971<br />

Januar 1976<br />

Juli 1981<br />

Juni 1986<br />

August 1991<br />

Mai 1996<br />

März 2001<br />

Winter<br />

Sommer


Pegel [ cm ]<br />

950<br />

900<br />

850<br />

800<br />

750<br />

700<br />

650<br />

600<br />

550<br />

„ Ausgewählte <strong>Hochwasser</strong>stände am Pegel Dresden“<br />

840<br />

24.August 1275<br />

824<br />

12. August 1342<br />

830<br />

Juli 1432<br />

857<br />

16. August 1501<br />

838<br />

7. Februar 1655<br />

1300 1400 1500 1600<br />

Jahr<br />

1700 1800 1900 2000<br />

Quelle: LfUG, 2002<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 21<br />

857<br />

1.März 1784<br />

824<br />

24.Februar 1799<br />

877<br />

31.März 1845<br />

824<br />

3. Februar 1862<br />

837<br />

Juni/Juli 1890<br />

670<br />

10.Oktober 1915<br />

674<br />

12.Juli 1954<br />

940<br />

17.August 2002


„Große <strong>Hochwasser</strong> in Sachsen nichts außergewöhnliches !“<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 22


„Jahreszeitliche Verteilung der Elbehochwasser innerhalb<br />

der letzten 1000 Jahre “<br />

Anzahl der HW in %<br />

100<br />

90<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

1000-<br />

1299<br />

1300-<br />

1399<br />

1400-<br />

1499<br />

1500-<br />

1599<br />

1600-<br />

1699<br />

1700-<br />

1799<br />

Zeitraum<br />

1800-<br />

1849<br />

1850-<br />

1899<br />

1900-<br />

1949<br />

1950-<br />

1994<br />

Sommer<br />

Winter<br />

Quelle: Fügner, 1995<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 23


„Temperaturverlauf der letzten 1000 Jahre in Mitteleuropa“<br />

gleitendes 31-jähriges Mittel<br />

Quelle: Glaser, 2001<br />

2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 24


„Klassifizierung der HW in drei Gruppen (I)“<br />

2001<br />

„ <strong>Hochwasser</strong> an der Pegnitz in Nürnberg 1300 – 2000:<br />

Glaser,<br />

Deutlich erkennbar ist die starke Zunahme der <strong>Hochwasser</strong> während der<br />

kleinen Eiszeit (1525 – 1700)“ Quelle:<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 25


Winter<br />

„Klassifizierung der HW in drei Gruppen (II)“<br />

Sommer<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 26


„Vereisungsverhalten der Elbe <strong>im</strong> Raum Wittenberge 1901 -2003“<br />

Quelle: Landkreis Prignitz, FB Umwelt<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 27


„Vereisungsverhalten deutscher Flüsse“<br />

• Elbe <strong>im</strong> Winter 1929<br />

• Kältester Winter des 20. Jhd. in<br />

Deutschland<br />

• -27,4 ºC in Dresden<br />

Quelle: SZ vom 12. Feb. 2004<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 28


„Klassifizierung nach den höchsten Monatswasserständen<br />

in Dresden 1808 - 1879“<br />

Quelle: Dienstarchiv WSA Dresden, Plankammer<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 29


„Klassifizierung nach Scheitelwasserständen in Dresden ...!? “<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 30


Durchfluss [m³/s]<br />

5000<br />

4500<br />

4000<br />

3500<br />

3000<br />

2500<br />

2000<br />

1500<br />

1000<br />

500<br />

0<br />

1490<br />

1480<br />

1450<br />

1380<br />

1310<br />

1370<br />

1650<br />

1950<br />

2210<br />

2550<br />

2570<br />

2480<br />

2370<br />

2360<br />

2440<br />

2660<br />

Foto: Grünewald 2003<br />

„Wasserstand Elbepegel Dresden/Augustusbrücke<br />

9,40 m überschreitet alles bisher da gewesene“<br />

Spekulationen über Scheitelabflusswerte<br />

um 7000 m³/s<br />

Pegel Dresden/Elbe Durchfluss [m³/s] vom 11.08.02 - 7.00 Uhr bis 22.08.02 - 7.00 Uhr<br />

(Datenquelle: Internetangaben LfUG Sachsen)<br />

3010<br />

3619<br />

4020<br />

4404<br />

4792<br />

0<br />

0<br />

0<br />

0<br />

0<br />

0<br />

0<br />

4758<br />

4298<br />

3722<br />

keine Angaben vorhanden<br />

3290<br />

2970<br />

2690<br />

2430<br />

2170<br />

1940<br />

1760<br />

1550<br />

1410<br />

1290<br />

1200<br />

1130<br />

1070<br />

955<br />

11.08. 12.08. 13.08. 14.08. 15.08. 16.08. 17.08. 18.08. 19.08. 20.08. 21.08. 22.08.<br />

Angaben der BfG<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 31


Scheiteldurchfluss in m³/s<br />

7000<br />

6000<br />

5000<br />

4000<br />

3000<br />

2000<br />

1000<br />

„Gemessener Durchfluss von 4580 m³/s<br />

– keineswegs nie da gewesen“<br />

Scheiteldurchfluss am 17.08.2002<br />

100 - jährliches Ereignis<br />

Pegelhöhe in cm<br />

1000<br />

900<br />

800<br />

700<br />

100 - jährliches Ereignis<br />

2000 3000 4000 5000<br />

Durchfluss in m³/s<br />

HQ (150 ...200 a)<br />

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000<br />

Jährlichkeit in Jahren<br />

Quelle: Umweltatlas DD 2002<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 32


„Vermindertes <strong>Hochwasser</strong>abführungspotential <strong>im</strong> Stadtgebiet von<br />

Dresden durch Auflandung, Vegetation, Bebauung ...“<br />

Quelle: Wasser- und Schifffahrtsamt Dresden, 2002<br />

Foto: Grünewald, 2003<br />

Foto: Grünewald 2003<br />

• „...führte zu<br />

Wasserstandsaufhöhung<br />

!“<br />

Quelle: DLR, 2002<br />

• Flutrinnen werden<br />

endlich saniert<br />

(SZ vom 5.April 2005)<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

1. Informationsvorsorge … 33


„Verbreitung des <strong>Hochwasser</strong>s von 1845 in Dresden <strong>im</strong> Vergleich zu<br />

2002“<br />

Quelle: IKSE, 2004<br />

Karte: Dienstarchiv WSA Dresden, Plankammer<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 34


„Einordnung nach der Häufigkeit <strong>im</strong> Zusammenhang mit äquivalenten<br />

Vorsorgemaßnahmen ...“<br />

Häufige Überschwemmungen<br />

(T < 10 Jahre)<br />

Seltene Überschwemmungen<br />

(T = 10 – 200 Jahre)<br />

Sehr seltene<br />

Überschwemmungen<br />

(T > 200 Jahre)<br />

“weiche“, strukturelle Maßnahmen<br />

• Renaturierung<br />

• Verbesserte Infiltration, Entsieglung<br />

• Dezentraler Rückhalt<br />

• Deichrückverlegung, Querschnittsaufweitung<br />

• Deiche<br />

Technische Maßnahmen<br />

• Rückhaltebecken, -flächen<br />

• Deiche<br />

• Polder<br />

• Deichrückverlegung, Querschnittsaufweitung<br />

Organisatorische Maßnahmen<br />

• Notentlastungen<br />

• Katastrophenbewältigung<br />

• Finanzielle Vorsorge<br />

Quelle: (DKKV, 2003)<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 35


„Klassifizierung nach dem Prozentsatz des<br />

Bruttoinlandsprodukts (BIP) an der Elbe 2002“<br />

in Deutschland : 0.023 % des BIP<br />

in Sachsen : ca. 0,3 % des BIP<br />

in Sachsen-Anhalt : ca. 0.3 % des BIP<br />

(Gesamter <strong>Hochwasser</strong>schaden in Europa <strong>im</strong> August 2002: 18,5 Mrd. € )<br />

Quelle: Münchner Rück, Bericht 2003<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 36


„Klassifizierung nach dem Prozentsatz des<br />

Bruttoinlandsprodukts (BIP) am Beispiel der Schweiz“<br />

Quelle: Pfister(Hrsg.), 2002<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 37


„Schlussfolgerungen“<br />

• „Vieles spricht dafür“, dass es in der Vergangenheit <strong>im</strong> Elbegebiet<br />

größere <strong>Hochwasser</strong> gegeben hat als jenes vom August 2002 mit seinem<br />

extremen Wasserstand in DD<br />

• Klassifizierung von HW-Ereignissen hinsichtlich ihres „Extremverhaltens“<br />

erfordert Berücksichtigung unterschiedlicher Kriterien (neben Wasserstand<br />

und Durchfluss z.B auch (normierte) Schäden)<br />

• Sorgfältige Ereignisanalysen von „extremen <strong>Hochwasser</strong>n“ erfordern deren<br />

Einbindung in die „(kleinere und größere) räumliche und zeitliche<br />

Umgebung“<br />

• Weitere Objektivierung der „<strong>Hochwasser</strong>chronologien“ ist von großer<br />

• Praxisrelevanz (z.B. ...Verbesserung HW-Risikomanagement, HW-<br />

Bemessungspraxis ...) und stellt<br />

• wissenschaftliche Herausforderung dar (z.B ...Interdisziplinarität von<br />

Historikern, Hydrologen, Hydraulikern ..., methodische Verknüpfung von<br />

deterministischen und stochastischen (Extrem-) Szenarioanalysen)<br />

3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 38

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