Risiken und Gefahren durch extreme Niederschläge: Überflutungen und Bodenerosion im Drâa-Tal

Problemstellung

In der Umgebung hoher Gebirge sind Starkniederschlagsereignisse besonders häufig zu beobachten. Die durch sie verursachten Schäden – Überflutungen, Hangrutschungen und spontane Erosion auf der kleinen zeitlichen Skala, anhaltende Bodenerosion auf der langen Zeitskala – stellen neben der Aridität die wichtigste klimatische Bedrohung für die Menschen in der Drâa-Region dar. Neben den kurzfristigen wirtschaftlichen Schäden durch Vernichtung landwirtschaftlicher Güter führt die anhaltende Erosion durch Wasserabfluss zu starken Sedimenttransporten in den Flüssen und trägt somit zur Versandung des Stausees „El Mansour Eddahbi“ bei, dessen „Lâcher“-Management ein wichtiges Werkzeug zur Steuerung der Wasserversorgung ist. Die Einflussmöglichkeiten des Menschen auf diese negativen Umwelteinflüsse durch Rekultivierung besonders bedrohter Hänge oder geeignete bauliche Maßnahmen werden auf ihre Wirksamkeit hin geprüft.

Mitarbeiter

Born, Busche, Piecha, A. Klose

Zielsetzung

In diesem Problemkomplex wird der Einfluss von Änderungen derNiederschlagsvariabilität besonders im Hinblick auf das Auftreten vonExtremereignissen untersucht. Dabei stehen das Abflussverhalten inunterschiedlichen Zeitskalen sowie die Bodenerosion, die überSedimenttransporte zur Versandung des Stausees bei Ouarzazate führt, imMittelpunkt des Interesses. Der Antrieb der Änderungen in derNiederschlagsvariabilität stammt aus den globalen,Treibhausgas-bedingten Klimaänderungen, die auf den IPCC-Szenarienbasieren, und den regionalen IMPETUS-Szenarien für die Draa-Region. DerEinfluss gezielter Maßnahmen wie Wiederaufforstung oder der Bau neuerRückhaltebecken auf Bodenerosion und Sedimenttransporte wirdabgeschätzt. Die Anwendung eines Modells zur Abschätzung derBodenerosion (SEDRAA) und die detaillierte statistische Auswertung bzw.Modellierung von Klima- und Abflussdaten (SMGHydraa) erlaubt dieWas-wäre-wenn-Analyse für die Auswirkungen solcher Maßnahmen mit Hilfevon Simulationen (« analyses what-if »).

Modellierung

Die atmosphärischen Antriebsdaten werden mit SMGHydraa (s. PK Ma-H3) statistisch modelliert, unter Verwendung der aus der atmosphärischen Modellkette gewonnenen statistischen Parameter. Diese Daten werden auf der einen Seite in das SDSS SEDRAA (Soil Erosion in the Drâa Region) eingehen, das aus einer Weiterentwicklung des Bodenerosionsmodells PESERA und einer auf die Ziele angepassten interaktiven Benutzeroberfläche besteht. Eine weitere zu lösende Fragestellung ist die nach dem Zusammenhang zwischen Bodenerosion und der quantitativen Bestimmung der Sedimentationsraten im Stausee. Auf der anderen Seite dienen sie der Modellierung mit HYDRAA (PK Ma-H1). Um die kurzfristigen Auswirkungen von Starkniederschlägen abzuschätzen, wird für die Abflüsse ein statistisches Werkzeug zur Bestimmung bzw. statistischen Analyse der extremen Abflüsse erstellt. Hier ist die wichtigste Frage, ob spezielle Risikoregionen bestimmt werden können.

Die Szenarien, die gerechnet werden, bestehen zum einen aus den IMPETUS Klimaszenarien, zum anderen aus Interventionsszenarien bzgl. der Rekultivierung (SEDRAA) und dem Bau weiterer Staudämme (HYDRAA).

Methodik

Meteorologie: Die Ergebnisse der kompletten atmosphärischen Modellkette finden in diesem Problemkomplex Anwendung. Benötigt werden Niederschlagsklimatologien von der globalen zur regionalen Skala, für Abflussmodellierungen auf der saisonalen Skala oder sogar von einzelnen Episoden werden zeitlich hochauflösende, räumlich interpolierte bzw. aggregierte Daten verwendet. Klimatologische Beobachtungsdaten erlauben eine Validierung der Interpolationsergebnisse.

Hydrologie: Die Simulation des Abflusses auf der kürzeren Zeitskala erfolgt mit dem Modell SWAT (Soil Water Assessment Tool) unter Berücksichtigung geomorphologischer Informationen. Das komplexe SWAT wird in PK Ma‑H.1 näher beschrieben. Die Zeitskalen umfassen Wochen bis hin zu dekadischen Simulationen, in denen Änderungen der Saisonalität auch in Starkniederschlägen untersucht werden.

Die langfristige Bodenerosion wird mit dem Modell PESERA berechnet. Dabei handelt es sich um ein Erosionsmodell, das lediglich den Einfluss von Oberflächenabfluss auf langen Zeitskalen berücksichtigt. Die Kombination der Kenntnis von Erosionsraten in der Fläche von PESERA und dem Abflussverhalten aus dem MMS erlaubt eine Abschätzung des Sedimenteintrags in den Stausee.

Damit in Zusammenhang stehendes SDSS/IS/MT

SEDRAA

Das Kernstück des Problemkomplexes ist eine Weiterentwicklung des Modells Pan European Soil Erosion Risk Assessment (PESERA), das in dem SDSS SEDRAA (Soil Erosion in the Drâa Region) Anwendung findet. Die Benutzeroberfläche sieht Eingriffsöglichkeiten in der Auswahl von Klimaszenarien und in der Gestaltung von Interventionsszenarien bezüglich der Aufforstung und dem Bau zusätzlicher Staubecken vor. Die Erosionsrate erlaubt eine grobe Abschätzung der Sedimentation, die den Stausee El Mansour Eddahbi bedroht.

Als zweite Modelloption wird eine Anwendung des Modells HYDRAA vorgesehen. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf das Auftreten extremer Abflussereignisse postprozessiert. Aus beiden Anwendungen können separate Handlungsempfehlungen entwickelt werden.