wird der starkregen immer stärker? analyse von erosions-relevanten starkregen

Wird der Starkregen immer stärker?Analyse von erosions-relevanten Starkregen

Dr. Eva Nora MüllerEmmy-Noether Gruppe ECHO

Institut für Erd- und UmweltwissenschaftenUniversität Potsdam

Welcher Starkregen?

Dauer: TageSkala: Makro-MesoAuswirkung: Überschwemmung

Dauer: MinutenSkala: Mikro-HangAuswirkung: Splash Erosion

Dauer: ~ 1 StundeSkala: Mikro-MesoAuswirkung: Flash floods, Stadtentwässerung

Trendanalyse von StarkregenDatengrundlage:Ort: 8 Regenreihen aus dem Emscher & Lippe EZGLänge: 51-79 JahreAuflösung: bis zu einer Minute genauArt: analoge Schreibstreifen < 1990er

digitale Daten > 1990er

Verfahren:Herausfilterung von Extremniederschlägen mit

1. t=1-30 min 2. h=1-10 mm 3. i=0.03-10 mm/min

Mann-Kendall Test der Extremereignisse/Jahr nach der Yu Pilon Methode

(prewhitened, Autokorrelations-bereinigt)

Steigung der Trendgerade nach der Theil-Sen Schätzung

Minimaler erosionsrelevanter Regen: > 0.3 mm/min (≡ 20 mm/h)Trendanalyse veröffentlicht: Mueller & Pfister (2011) J Hydrology

Zeitreihe für erosionsrelevanten StarkregenBeispiel: Station Soest

Dauer: 1 min

Höhe: 1-2 mm

Intensität: 1-2 mm/min

Dauer: 4 min

Tiefe: 2-3 mm

Intensität: 0.5-0.7 mm/min

02468

10121416

1940 1960 1980 2000Time

No.

of

even

ts p

er y

ear

0

2

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12

1940 1960 1980 2000Time

No.

of

even

ts p

er y

ear

Trend Bubble Diagramm:Intensität – Dauer – Höhe

Positive Trends für 1940er-2009

Positive Trends für 1975-2009

Positive Trends für 1975-2009Statistisch signifikant

Positive Trends für 1975-2009Statistisch signifikantErosions-relevant

Linearer TrendZeitraum 1940er-2009 Zeitraum 1975-2009

Station

Essen

Station

Hamm

Station

Soest

Saisonalität der Starkregen

Jan.-März April-Juni Juli-Sept. Okt.-Dez.

Essen

Ham

mS

oest

Projektionen von erosionsrelevanten Starkregen

Year S1 S2 S3 S4

Essen

No.

of e

vent

s

05

1015

R(1min,1-2mm)R(2min,1-2mm)R(3min,1-2mm)R(4min,2-3mm)

Year S1 S2 S3 S4

Bochum

No.

of e

vent

s

05

1015


Year S1 S2 S3 S4

Hamm

No.

of e

vent

s

05

1015


Year S1 S2 S3 S4

Huenxe

No.

of e

vent

s

05

1015


Year S1 S2 S3 S4

Lembeck

No.

of e

vent

s

05

1015


Year S1 S2 S3 S4

Recklinghausen

No.

of e

vent

s

05

1015


Year S1 S2 S3 S4

Soest

No.

of e

vent

s

05

1015


Year S1 S2 S3 S4

Duelmen

No.

of e

vent

s

05

1015


Trendzunahme von

0.2-0.5 Ereignissen/Jahr

IMPAKT??

Folgen von erosionsrelevanten Starkregen

• Erosion (Nährstoff-, Sediment-, Schadstoffverlagerung)

• Auslaugen von Boden

• Verstärkung der Eutrophierung von Gewässern

• Sedimentation von Fließrinnen und Wasserbauwerken

• Auswirkungen auf urbane Strukturen (Defizit in der Dach- und Schachtentwässerung)

Folgen von erosionsrelevanten Starkregen

• Erosion (Nährstoff-, Sediment-, Schadstoffverlagerung)

• Auslaugen von Boden

• Verstärkung der Eutrophierung von Gewässern

• Sedimentation von Fließrinnen und Wasserbauwerken

• Auswirkungen auf urbane Strukturen (Defizit in der Dach- und Schachtentwässerung)

1 2

3

Monitoring: Nährstoffverlagerung von landwirtschaftlich genutzten Flächen

A

B

CD1

D2

D3

E

F

A

B

CD1

D2

D3

E

F

Ort: Ketzin, Brandenburg

Sampling: 2-wöchentlich

Art: Multi-spatiale Beprobung von Nährstoffflüssen (P, NO3, NH4)

1

Nährstoffverlagerung durch Starkregen

Daily rain and max. rain intensities

0

5

10

15

20

25

30

Da

ily r

ain

(m

m)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Ex

tre

me

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ns

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(m

m/m

in)

Daily rain

Extremes intensities

Particulate P

0.0

0.5

1.0

1.5

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3.0

01

/04

/11

15

/04

/11

29

/04

/11

13

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/11

27

/05

/11

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/11

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/08

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02

/09

/11

16

/09

/11

30

/09

/11

Date

Pa

rtic

ula

te P

(m

g/l)

Sampling location D1P

Sampling location D2

Sampling location B

Partikulär gebundener Phosphor in 3 Gräben

1

Modellierung von Sedimentverlagerung

Model: Prozess-basiertes Erosionsmodel MAHLERAN

Größe: Versuchsplot (700 m2, 0.5 m Zellen)

Auflösung: Erosionsberechnung in Sekundenauflösung

Zeitraum: 1975-2009

2

Modellierung von Sedimentverlagerung

0200400600800

1000

19

75

19

80

19

85

19

90

19

95

20

00

20

05

Ra

in (

mm

)

0

5

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00

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05

Ru

no

ff (

m3

)

0.0

0.1

0.2

19

75

19

80

19

85

19

90

19

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20

00

20

05S

ed

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(kg

)

01234

19

75

19

80

19

85

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90

19

95

20

00

20

05Ero

sio

n e

ve

nts

Regen

O-Abfluss

Sediment

Anzahl Erosions-ereignisse

2

Urbane Folgen von StarkregenÜberlaufende Dach- und Schachtentwässerung

vollgelaufene Keller

3

Kleineinsatzwagen KLEF für die Stadt Berlin

0

2000

4000

6000

8000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010Jahr

Anz

ahl d

er E

insä

tze

Schlussfolgerung – Ausblick

• Verfügbare Impaktstudien zu Erosion, Gewässer und urbaner Raum ungenügend

• Re-Analyse von Niederschlagsreihen für andere Gebiete (regional – global) als nächster Schritt

• Meteorologische Analysen (einschließlich Großwetterlagen) erforderlich

! Kooperationen sind willkommen !

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