Ecohydrology analyses the interactions of biotic and abiotic aspects of our ecosystems and landscapes. It is a highly diverse discipline in terms of its thematic and methodical research foci. This article gives an overview of current German ecohydrological research approaches within plant-animal-soil-systems, meso-scale catchments and their river networks, lake systems, coastal areas and tidal rivers. It discusses their relevant spatial and temporal process scales and different types of interactions and feedback dynamics between hydrological and biotic processes and patterns. The following topics are considered key challenges: innovative analysis of the interdisciplinary scale continuum, development of dynamically coupled model systems, integrated monitoring of coupled processes at the interface and transition from basic to applied ecohydrological science to develop sustainable water and land resource management strategies under regional and global change.

Zürich, das Wirtschaftszentrum der Schweiz, ist einem erheblichen Hochwasserrisiko durch die Sihl ausgesetzt. Um dieses Risiko zu mindern, standen mehrere Varianten des Hochwasserschutzes zur Diskussion. In dieser Studie wird aufgezeigt, wie die Wirkung der verschiedenen Varianten über das gesamte Abfluss-Spektrum kontinuierlich bestimmt werden kann. Dafür werden die Spitzenabflüsse hydrologischer Simulationen "mit Maßnahmen" jenen "ohne Maßnahmen" gegenübergestellt. Diese Simulationen liegen in einer großen Bandbreite an Abflüssen. Mit einfachen statistischen Verfahren lässt sich aus diesen Ergebnissen die Wirkung der Maßnahmen auf die gesamte Abfluss-Statistik berechnen. Dies macht die Varianten des Hochwasserschutzes vergleichbar und bildet eine Grundlage für eine umfassende Risikoanalyse.<br /><br />Zurich, the economic center of Switzerland, is exposed to a significant flood risk by the river Sihl. Several flood mitigation options were discussed to reduce this risk. This study shows, how the impact of the different flood mitigation options can be determined continuously across the entire range of discharge values. The peak discharge of numerous hydrologic simulations with and without flood mitigation measures were directly compared to derive their impact. These simulations are within a large range of discharge values. Simple statistical methods allow the impact of the flood mitigation measures to be determined for the entire discharge frequency range. This allows a direct comparison of the different flood mitigation measures and serves as basis for comprehensive risk studies.

Die Burgerwissenschaft (Citizen Science) ist ein potenziell interessanter Ansatz, um bestehende hydrologische Messnetzwerke zu erganzen und Daten fur das Wasserressourcenmanagement zu erheben. Hydrologische Beobachtungen basieren jedoch normalerweise auf der Verwendung von Messinstrumenten. Dies begrenzt die Moglichkeit fur Beobachtungen durch Burgerwissenschaftler an vielen verschiedenen Orten. Hier prasentieren wir einen neuartigen, skalierbaren Ansatz, bei dem keine physischen Installationen oder Instrumente erforderlich sind. Wir diskutieren, wie der Wert von verschiedenen Arten von Daten abgeschatzt werden kann, und betrachten dabei insbesondere Daten, die potenziell in Mitmachprojekten gesammelt werden konnen. Wir stellen eine Smartphone-App zur Erfassung von Beobachtungen des Wasserstands, der Bodenfeuchte und des Zustandes trockenfallender Bache vor. Der Ansatz ist dem Geocaching ahnlich, mit dem Unterschied, dass anstelle von Fundstellen fur die Schatzsuche hydrologische Messstellen von jedem und uberall eingerichtet werden konnen. Anschliesend konnen alle Burgerwissenschaftler durch Beobachtungen an dieser Station beitragen. Fur die Wasserstandsbeobachtung wird eine virtuelle Messlatte verwendet. Das Bild einer Messlatte wird dabei digital in ein Foto eines Fliesgewassers eingefugt. Damit kann der Wasserstand zu spateren Zeitpunkten abgeschatzt werden. Fur Bodenfeuchte und trockenfallende Bache werden beschreibende Klassen verwendet, die im Feld beobachtet werden konnen. Die ersten Ergebnisse des CrowdWater-Projekts zeigen, dass Daten aus Mitmachprojekten potenziell informativ sein konnen und dass die Sammlung solcher Daten dank der Smartphone-App gut moglich ist. Citizen science is a potentially useful approach to complement existing hydrological observation networks, and to obtain important data for water resources management. However, hydrological observations are usually based on the use of different kinds of measurement instruments. This seriously limits the options for citizen scientists to contribute with measurements at many different locations. In this paper, we present a novel, scalable approach where no physical installations are needed. We discuss how the value of different types of data, and especially such data that potentially can be collected in citizen science projects, can be evaluated. We present the CrowdWater App, a smartphone app that is used for the collection of information about water levels, soil moisture and the status of temporary streams. The approach is similar to geocaching, with the difference that instead of finding treasure-hunting sites, hydrological measurement sites can be created by anyone and at any location and these sites can be found by the creator or other citizen scientists to take additional measurements at another time. This approach makes use of a virtual staff gauge for water level measurements; this means that a picture of a staff gauge is digitally inserted into a photo of a stream bank or a bridge pillar, and the water level during a subsequent field visit to that site is compared to the staff gauge on the first picture. For soil moisture and the status of temporary streams, qualitative classes are used. The first results of the CrowdWater project showed that citizen science data could potentially be informative and that the collection of such data is possible thanks to the smartphone app.

Am Abend des 29. Mai 2016 wurde der Ort Braunsbach im Landkreis Schwäbisch-Hall (Baden-Württemberg) von einer Sturzflut getroffen, bei der mehrere Häuser stark beschädigt oder zerstört wurden. Die Sturzflut war eine der Unwetterfolgen, die im Frühsommer 2016 vom Tiefdruckgebiet Elvira ausgelöst wurden. Der vorliegende Bericht ist der zweite Teil einer Doppelveröffentlichung, welche die Ergebnisse zur Untersuchung des Sturzflutereignisses im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs “Naturgefahren und Risiken in einer sich verändernden Welt” (NatRiskChange, GRK 2043/1) der Universität Potsdam präsentiert. Während Teil 1 die meteorologischen und hydrologischen Ereignisse analysiert, fokussiert Teil 2 auf die geomorphologischen Prozesse und die verursachten Gebäudeschäden. Dazu wurden Ursprung und Ausmaß des während des Sturzflutereignisses mobilisierten und in den Ort getragenen Materials untersucht. Des Weiteren wurden zu 96 betroffenen Gebäuden Daten zum Schadensgrad sowie Prozess- und Gebäudecharakteristika aufgenommen und ausgewertet. Die Untersuchungen zeigen, dass bei der Betrachtung von Hochwassergefährdung die Berücksichtigung von Sturzfluten und ihrer speziellen Charakteristika, wie hoher Feststofftransport und sprunghaftes Verhalten insbesondere in bebautem Gelände, wesentlich ist, um effektive Schutzmaßnahmen ergreifen zu können.

Interpolierte Rasterdatensatze der Temperatur und des Niederschlags sind eine wichtige Grundlage fur die flachendetaillierte hydrologische Modellierung groserer Einzugsgebiete. Da die Qualitat dieser Datensatze meistens in einer Kreuzvalidierung der verwendeten Stationsdaten bestimmt wird, stellt sich die Frage, wie gut ihre Reprasentativitat im Hochgebirge ist, wo generell die Stationsdichte eher gering ist. Relevant ist hierbei insbesondere die Reprasentativitat meteorologischer Rasterprodukte fur die Modellierung der Schneedecke. Die vorgestellte Analyse vergleicht die interpolierten Tagestemperaturen und -niederschlagshohen HYRAS-TAS/ HYRAS-PRE (ein Produkt des Deutschen Wetterdienstes und der Bundesanstalt fur Gewasserkunde, im Folgenden als HYRAS-Datensatz bezeichnet) mit TabsD/RhiresD (ein Produkt des Schweizer Bundesamts fur Meteorologie und Klimatologie, im Folgenden als MS-Datensatz bezeichnet) fur den Schweizer Teil des Rheineinzugsgebiets fur den Zeitraum 1971 bis 2006. Beide Produkte basieren auf unkorrigierten mittleren Tageswerten fur Temperatur und Niederschlag, die aus ahnlichen Stationsdaten, aber mit unterschiedlichen Interpolationsansatzen bestimmt wurden. Der direkte Vergleich der Daten zeigte systematische Abweichungen insbesondere fur den Niederschlag, weniger jedoch fur die Temperatur. Generell zeigte das HYRAS-Produkt in hoheren Lagen kleinere Tagesniederschlagssummen als das MS-Produkt. In einem weiteren Schritt wurde untersucht, wie sich beide Datensatze bei der Modellierung der Schneedecke verhalten. Dafur wurde mit einem erweiterten Grad-Tag Verfahren (wie es z. B. im HBV-Modell, einem typischen hydrologischen Abflussmodell, verwendet wird) mit beiden Datensatzen das mittlere tagliche Schneewasseraquivalent (SWE) fur 766 Einzugsgebiete mit einer mittleren Flache von ca. 35 km² berechnet. Die so simulierten SWE-Werte wurden dann mit einem unabhangigen Datensatz, dem Schneekartenprodukt des operationellen schneehydrologischen Dienstes des SLF (im Folgenden SLFmap bezeichnet), welches auf taglichen Schneehohendaten und eigenen Schneedeckenmodellen basiert, aggregiert fur jedes Einzugsgebiet verglichen. Der Vergleich mit SLFmap zeigte, dass die HYRAS-angetriebene Modellierung bei der gewahlten Parametrisierung im Allgemeinen die Schneemengen in hohen Lagen (uber 2000 m u. NN) etwas unterschatzte, wahrend die MS-angetriebene Modellierung diese stark uberschatzte. Die Abweichung wurde im Laufe des Winters groser, und wahrend der Fruhlingsmonate April und Mai besonders deutlich. Allgemein war im Hochgebirge die Differenz zwischen den SWEHYR und SLFmap kleiner als die Differenz zwischen den SWEMS und SLFmap. Wahrend das SWE mit dem HYRAS-Produkt allgemein besser modelliert wurde, wies das MSProdukt im Niederschlag und somit auch im SWE eine detailliertere raumliche Struktur auf, welche grundsatzlich besser mit dem auf Schneemessdaten basierenden SLFmap-Datensatz ubereinstimmte. Je nach Anwendungsziele sollten diese Unterschiede bei der Wahl des Produktes fur eine hydrologische Modellierung von Einzugsgebieten bei denen die Schneeabflusskomponente eine grose Rolle spielt berucksichtigt werden.

Transnationale Bildung fur Integriertes Hochwasserrisikomanagement - der Masterkurs Integrated Flood Risk Management

A flooding of the city of Zurich by the Sihl river might cause financial damage amounting to billions of Euros. Therefore, better use should be made of the storage capacity of the artificial Lake Sihl by implementing a new regulation scheme for improved flood protection. Some constraints for the regulation scheme concern the safety of the dam in case of extreme flood hydrographs (HQ₁₀₀₀ and Probable Maximum Flood, PMF), which have been revised in the present study.<br />In a first step, precipitation amounts with a return period of 1,000 years (P₁₀₀₀) and the Probable Maximum Precipitation (PMP) have been aquired. Extreme flood hydrographs (HQ₁₀₀₀ and PMF) have then been simulated using a rainfall-runoff model for different rainfall scenarios and different antecedent moisture conditions by means of P₁₀₀₀ and PMP.<br />The calculated hydrographs show possible peak runoff of up to 520–585 m³/s (HQ₁₀₀₀) and 900 to 975 m³/s (PMF) and runoff volumes of up to 22–25 million m³ and 40–43 million m³. It has been found that calculations with different precipitation scenarios are important in order to define separate scenarios for the peak discharge and for the runoff volume. The application of various methods (above all physically based methods) and extensive plausibility checks of the precipitation and runoff values were helpful to assess the results and to establish sound and realistic limits.