Drohende Überschwemmungen vorherzusagen, ist schwer. Weil solche Extremereignisse aber – und da ist sich die Wissenschaft größtenteils einig – durch den Klimawandel häufiger als in der Vergangenheit auftreten werden, wäre es umso wichtiger, ein Hochwasser zu erkennen, bevor es seine volle zerstörerische Kraft entfaltet.

Eine Forschungsgruppe vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig und vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena hat nun in einer umfangreichen Studie untersucht, was weltweit sogenannte "Hochwassertreiber" sind und dabei vier Hauptfaktoren ausgemacht und genauer untersucht: die Niederschlagsmenge, die Bodenfeuchte, die Lufttemperatur und die Schneebedeckung.

Bei weniger als der Hälfte der fast 125.000 untersuchten Hochwasser-Ereignissen zwischen 1981 und 2020 war nur ein einzelner Faktor ausschlaggebend, am häufigsten noch der Niederschlag, also Starkregen als alleinige Ursache. Bei der Mehrzahl der Fälle, waren aber mindestens zwei der vier Treiber beteiligt, am häufigsten die Kombination aus viel Niederschlag und starker Bodenfeuchte.

"Wir konnten auch zeigen, dass die Hochwasserereignisse immer extremer ausfallen, je mehr Variablen dafür ausschlaggebend waren", sagt Jakob Zscheischler vom UFZ in Leipzig. Bei Hochwasserereignissen, die im Durchschnitt einmal pro Jahr geschehen, sind demnach in 51,6 Prozent der Fälle mehrere Treiber beteiligt. Bei sogenannten Fünf-Jahres- und Zehn-Jahres-Hochwassern dann aber schon in mehr als 70 Prozent der Fälle.

Dieser Zusammenhang zwischen Stärke des Hochwassers und Anzahl der treibenden Faktoren gilt oft auch für einzelne Flusseinzugsgebiete und wird von den Autoren als Hochwasserkomplexität bezeichnet. In Deutschland hat demnach beispielsweise die Havel eine niedrige Hochwasserkomplexität, dort kommen also selten mehrere Faktoren zusammen. Anders sei das beispielsweise am Oberlauf der Elbe und an der Mosel, wo eine hohe Komplexität herrsche. "Einzugsgebiete in diesen Regionen weisen in der Regel mehrere Überflutungsmechanismen auf", sagt Jakob Zscheischler. Überschwemmungen entstehen dort oft durch das Miteinander von hohen Niederschlägen, Schneeschmelze und hoher Bodenfeuchte.

Helfen sollen die Ergebnisse bei der Vorhersage von zukünftigen Hochwasserereignissen. "Unsere Studie leistet einen Beitrag, besonders extreme Hochwasser besser abschätzen zu können", sagt Klimaforscher Jakob Zscheischler. Denn bislang erfolge die Abschätzung von Hochwasser, indem man weniger extreme Werte extrapoliere. Das sei aber zu ungenau, da bei sehr extremen Hochwasserereignissen die einzelnen Faktoren einen anderen Einfluss bekommen könnten.

Menschen und Entscheidungsträger in gefährdeten Regionen seien oft nicht bereit, sich auf außergewöhnlich schwere Ereignisse vorzubereiten, da sie schwer vorstellbar sind und außerhalb ihrer Erfahrung lägen. Das sagt eine Forschungsgruppe vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam, die sich aktuell ebenfalls mit dem Thema Hochwasser beschäftigt hat. Anliegen ihrer Studie ist es, auch Laien begreiflich zu machen, dass schon dagewesene Überschwemmungen nicht das Schlimmste sind, was passieren kann.

"Die mangelnde Bereitschaft, über außergewöhnliche Überschwemmungen nachzudenken und sich darauf vorzubereiten, ist besorgniserregend, da außergewöhnliche Ereignisse in einer wärmeren Welt voraussichtlich häufiger auftreten werden. Daher müssen Ausnahmeszenarien entwickelt werden, die auch von Laien verstanden werden können", sagt Bruno Merz, Leiter der Sektion "Hydrologie" am GFZ in Potsdam.

Seine Forschungsgruppe hat deshalb Was-wäre-wenn-Szenarien untersucht, die ganz nah an die zehn zerstörerischsten realen deutschen Hochwasserereignisse seit 1950 angelehnt sind, wie zum Beispiel die Hochwasser an Elbe und Nebenflüssen 2002 und 2013 oder die Katastrophe im Ahrtal und Umgebung 2021. Nur ein Faktor wich in den Simulationen ganz leicht vom tatsächlich Geschehenen ab: der Ort des Regens.

"Wir gehen davon aus, dass es selbst für Laien leicht zu verstehen ist, dass sich ein Tiefdruckgebiet, das für heftigen Regen in einer bestimmten Region gesorgt hat, auch etwas anders hätte entwickeln können", sagt Bruno Merz. "Dadurch hätte eine damals verschonte Region durchaus getroffen und eine betroffene Region möglicherweise sehr viel schwerer getroffen werden können – sodass sie damals einfach nur Glück hatten."

Die Forschungsgruppe tat in ihren Simulationen also das, was auch in der Realität ohne weiteres möglich wäre: Sie verlagerte das Starkregengebiet ein wenig, genauer gesagt um 20, 50 und 100 Kilometer – und das jeweils in acht verschiedenen Himmelsrichtungen (Nord, Nordost, Ost, Südost, Süd, Südwest, West, Nordwest). So entstanden für jedes reale Hochwasser der Vergangenheit 24 durchaus denkbare Was-wäre-wenn-Szenarien.

Bei den Simulationen stellte sich heraus, dass eine örtliche Verschiebung der Niederschläge zu viel schwereren Überschwemmungen führen kann, als beim jeweils tatsächlich eingetretenen Ereignis. So hätte das Weihnachtshochwasser 1993 an Mittel- und Niederrhein noch katastrophalere Folgen gehabt, wenn das Regenzentrum 50 Kilometer weiter nordöstlich gelegen hätte. Dann hätten beispielsweise auch Flussabschnitte im Einzugsgebiet der Weser, die 1993 tatsächlich nur geringfügig betroffen waren, Überschwemmungen erlebt, wie sie nur alle einhundert Jahre wahrscheinlich sind.

Beim Elbe-Hochwasser 2002 hätte der Regen nur ein bisschen weiter westlich niedergehen müssen, und in der Realität verschonte Gebiete wären gemäß Simulation überflutet worden. Und beim Hochwasser der Rhein-Nebenflüsse wie der Ahr 2021 hätten ein paar Kilometer Regen-Abweichung in Richtung Osten genügt, um noch deutlich mehr Schaden anzurichten als ohnehin schon.

Insgesamt erzeugten die zwar kontrafaktischen, aber denkbaren Szenarien an mehr als 70 Prozent der 516 untersuchten Flusspegel-Messstellen in ganz Deutschland Abflussmengen, die das dort tatsächlich verzeichnete Allzeit-Rekordhochwasser übersteigen. "In Anbetracht der Tatsache, dass sich das Risikomanagement in der Regel auf die größten beobachteten Hochwasser konzentriert, ist die Leichtigkeit, mit der durch unseren Ansatz viele neue Hochwasserrekorde erzeugt werden, beunruhigend", fasst Bruno Merz zusammen.

Die Forscher des GFZ hoffen, dass ihre Erkenntnisse künftig bei Raumplanung und Infrastrukturmanagement beachtet werden. Zwar ließen sich Schäden bei Extremereignissen nicht gänzlich verhindern, aber gutes Risikomanagement könne die katastrophalen Auswirkungen begrenzen.