Flüsse ändern sich ständig, und dies wirkt sich auf ihre Fähigkeit aus, Überschwemmungen einzudämmen

Flüsse ändern sich ständig, und dies wirkt sich auf ihre Fähigkeit aus, Überschwemmungen einzudämmen Häuser neben dem Saigon Fluss in Vietnam. Tony La Hoang / Unsplash, CC BY-SA

Der Niederschlag Das hat den Norden Englands überschwemmt spätestens in einer langen Schlange von Flutereignissen, die werden die neue Normalität des Landes. In der Tat wird weltweit mit Überschwemmungen gerechnet häufiger und extremer wie sich der Planet erwärmt.

Der Aufbau eines robusten Hochwasserschutzes und die Modellierung gefährdeter Gebiete sind von entscheidender Bedeutung, um den Verlust von Leben und Lebensgrundlagen durch diese verheerenden Wetterereignisse zu vermeiden. Aber unsere neue Forschung zeigt, dass sich die Fähigkeit von Flüssen, den Wasserfluss in ihren Ufern aufrechtzuerhalten, schnell ändern kann - und wenn dies nicht berücksichtigt wird, sind einige Hochwassermodelle und Verteidigungsanlagen möglicherweise nicht ausreichend gerüstet, um die Folgen zu bewältigen, wenn sie dies tun.

Viele gehen davon aus, dass Überschwemmungen auf ... zurückzuführen sind Starkregen. Dies ist wahr, aber nur ein Teil der Erklärung. Überschwemmungen treten auch auf, wenn die Menge des vom Land abfließenden Wassers die Kapazität der Flüsse überschreitet, um diesen Strom zu transportieren - wie es der Fall war, als der Fluss Don kürzlich die Hochwasserschutzmauern im Gebiet von Sheffield durchbrach. Überschwemmungen werden also zum Teil durch den Niederschlag, zum Teil durch die bereits im Boden befindliche Feuchtigkeit und zum Teil durch Regen verursacht durch die Fähigkeit der Flüsse, Wasser zu enthalten innerhalb ihrer Kanäle.

Das heißt, wenn sich die Kapazitäten von Flusskanälen ändern, können zwei identische Niederschlagsereignisse, die auf ähnlich nassen Boden fallen, zu Hochwasser mit sehr unterschiedlichem Schweregrad führen.

Die meisten Flüsse verändern sich für immer. Sie werden durch die Sedimente und das Wasser geformt, die sie tragen. Menschen haben sich verändert die meisten Flüsse der Welt in irgendeiner Weise. In einigen Fällen erfolgt dies durch direkten Einfluss, wie z. B. Dammbau oder Flussbau. Andere Einflüsse sind indirekt: Das Bauen auf angrenzendem Land verringert die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu absorbieren, die Landwirtschaft bezieht Wasser aus Flüssen und die Abholzung lässt mehr Wasser an andere Stellen fließen.

Flüsse ändern sich ständig, und dies wirkt sich auf ihre Fähigkeit aus, Überschwemmungen einzudämmen Nachdem der Don an einigen Stellen über die Ufer getreten war, fluteten mehrere Straßen in städtischen Zentren wie Rotherham. DnG Fotografie / Shutterstock

Flüsse reagieren auch auf Klimaveränderungen. In trockeneren Perioden weniger Wasser fließt durch Flusssysteme. Dies bedeutet, dass die Sedimente in ihren Betten oft weniger bewegt werden müssen, sodass der Flussbettpegel allmählich ansteigt und die Kapazität des Flusses abnimmt. Übermäßiges Pflanzenwachstum innerhalb des Kanals kann auch die Kapazität eines Flusskanals verringern den Fluss verlangsamen.

Es ist jedoch nicht immer einfach vorherzusagen, wie sich Flüsse verändern werden. Extreme Verschiebungen der Kanalform und -kapazität können sehr schnell auftreten. Nach einer Sturzflut in Spanien stieg ein Fluss fast an ein meter B. riesige Sedimentmengen von stromaufwärts verdrängt und weiter abgeladen wurden. In tropischen Flusssystemen, die tendenziell mehr Sedimente transportieren als gemäßigte Flüsse, können diese Veränderungen auftreten mehrere meter.

Unsicheres Risiko

Leider werden solche Änderungen in der Regel von Hochwasseringenieuren und Modellbauern ignoriert, die den Kanal im Allgemeinen als festes Feature behandeln. Wenn Flüsse tatsächlich ihre räumliche und zeitliche Kapazität ändern, können Schätzungen der Hochwasserwahrscheinlichkeit falsch sein und Menschen und Eigentum gefährden.

Motiviert durch diese Bedenken untersuchten wir das Tempo, mit dem Kanaländerungen auftreten und inwieweit diese Änderungen durch das Klima bedingt sein könnten. Wir begannen mit einem einfachen konzeptionellen Modell: Klimaregelung von Niederschlägen, Auswirkungen von Niederschlägen auf die Flussströmung und Flussströmung prägen die Kanalkapazität.

Direkte Beobachtungen dieser Verbindung fehlten in Flusssystemen über kurze Zeiträume. Daher haben wir 10,000-Messungen der Kapazität von 67-Flüssen in den USA über einen Zeitraum von fast 70-Jahren durchgeführt. Wir haben auch Niederschlags- und Flussflussdaten gesammelt, um zu bewerten, wie sich klimatische Veränderungen auf die Kapazität der Flüsse auswirken.

Wir entdeckten dass temporäre Verschiebungen der Flusskapazität von Jahren zu Jahrzehnten weitaus häufiger vorkamen als bisher angenommen. Insgesamt steigt die Flusskapazität in Perioden, in denen es aufgrund einer stärkeren Erosion der Flusskanäle feuchter als im Durchschnitt ist, und nimmt in trockeneren Perioden ab.

Flüsse ändern sich ständig, und dies wirkt sich auf ihre Fähigkeit aus, Überschwemmungen einzudämmen Der hochwassergefährdete Ganges ist eine Lebensader für Millionen Menschen, die entlang seines Laufs leben. Joachim Bago / Shutterstock

Wir fanden auch heraus, dass mehrjährige Klimazyklen, die regionale Niederschlagsmuster beeinflussen, wie die El Niño-Südoszillation, dazu führen können, dass sich die Kanalkapazität vergrößert und verkleinert, möglicherweise auf globaler Ebene. Mit diesem Wissen können wir möglicherweise vorhersagen, wie sich die Kapazität von Flüssen ändert, und so das Hochwasserrisiko besser verstehen.

In gemäßigten Regionen wie dem Vereinigten Königreich, in denen Flüsse in der Regel bewachsen, stark bebaut und relativ stabil sind, sind empfindliche Änderungen der Kanalkapazität schwer zu erkennen und es ist unwahrscheinlich, dass sie lebensbedrohlich sind. In Flusssystemen mit hohem Sedimentaufkommen oder in Teilen der Welt, in denen die Niederschläge im Laufe des Jahres erheblich variieren, kann eine plötzliche Verringerung der Flusskapazität das Hochwasserrisiko für nahegelegene Siedlungen dramatisch erhöhen. Zum Beispiel die Ganges-Brahmaputra Fluss in Indien und Bangladesch fällt unter diese Kategorie. Seine Kapazität ändert sich bereits, und seine Auen gehören zu den am dichtesten besiedelten der Welt.

Leider haben wir in den meisten Regionen immer noch ein sehr schlechtes Verständnis der Art und der Ursachen von Änderungen der Kanalkapazität - und es sind die Orte mit dem höchsten Risiko, die tendenziell die wenigsten Daten haben. Um besser zu verstehen, was passiert, müssen wir Satellitenbilder verwenden, um zu überwachen, wie schnell Flüsse auf Klimaänderungen reagieren. Was wir jedoch noch nicht tun können, ist die Flussanpassung in Echtzeit zu überwachen. Die Entwicklung von Technologien, die dies ermöglichen, würde unser Verständnis der Auswirkungen von Änderungen der Flussform und -kapazität auf das Hochwasserrisiko auf der ganzen Welt erheblich verbessern.

Bis diese Informationen ersichtlich werden, sollten Hochwassermodelle und Verteidigungsstrukturen dieses ungewisse Risiko in ihre Entwürfe einbauen. Dies könnte den Unterschied für diejenigen ausmachen, die in gefährdeten Gebieten leben.

Über den Autor

Louise Slater, außerordentliche Professorin für physikalische Geographie, University of Oxford; Abdou Khouakhi, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Klima- und Wetterdatenanalyse, Loughborough Universityund Robert Wilby, Professor für hydroklimatische Modellierung, Loughborough University

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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