Klimawandel als Hochwasser-Turbo: Wenig mehr Regen lässt Flüsse dramatisch anschwellen

Im Juli 2021 verwandelte sich die Ahr innerhalb weniger Stunden von einem vergleichsweise kleinen Fluss in einen reißenden Strom. Nach extremen Regenfällen rissen die Wassermassen Häuser, Brücken und Straßen mit sich. Mehr als 130 Menschen starben in diesem Sommer im Ahrtal. Die Katastrophe gehört zu den schwersten Hochwasserereignissen der deutschen Nachkriegsgeschichte. Doch wie stark beeinflusst der Klimawandel solche Überschwemmungen tatsächlich?

Bislang galt vor allem die Menge des zusätzlichen Niederschlags als wichtiger Anhaltspunkt. Doch der Einfluss des Klimawandels auf Hochwasser könnte erheblich unterschätzt worden sein. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben ein anderes Hochwasserereignis zur Grundlage ihrer Forschung gemacht – die Überschwemmungen durch Sturm Boris im September 2024. Ihre im Fachjournal Science Advances veröffentlichten Ergebnisse zeigen: Schon wenige Prozent mehr Regen können die Hochwasserspitzen wesentlich stärker ansteigen lassen.

Hochwasserspitzen nicht allein durch Regenmengen erklärbar

Ohne den menschengemachten Klimawandel wären während Sturm Boris etwa sechs bis neun Prozent weniger Regen gefallen. Die Hochwasserspitzen wären jedoch im Durchschnitt sogar um 14 bis 22 Prozent niedriger ausgefallen, vergleicht man die tatsächlichen Werte mit Modellberechnungen ohne jene Voraussetzungen, die der Klimawandel mit sich bringt. Dieser verstärkte die Wassermassen in den Flüssen etwa zwei- bis dreimal so stark wie es die Regenmengen vermuten ließen. Schon vergleichsweise wenig zusätzlicher Niederschlag kann also dazu führen, dass Flüsse erheblich stärker anschwellen.

Die Ursache liegt im Verhalten des Erdreichs. Anfangs versickert ein großer Teil des Wassers oder sammelt sich im Boden. „Aber irgendwann ist er voll, und dann gelangt jeder zusätzliche Millimeter Wasser direkt in den Fluss“, erklärt UFZ-Forscher Peter Miersch. Besonders bei außergewöhnlich starken und lang anhaltenden Niederschlägen kann dieser Mechanismus die Hochwassergefahr erheblich verschärfen.

Entscheidend ist dabei auch, wie viel Wasser bereits vor dem Unwetter im Boden gespeichert war. Mit zunehmender Niederschlagsdauer ist das Erdreich mit Wasser gesättigt und kann kaum noch welches aufnehmen. Der Regen fließt verstärkt oberflächlich ab und erreicht Bäche und Flüsse. Dort lässt er die Wassermengen überproportional anschwellen.

Während Sturm Boris fielen zwischen dem 12. und 16. September 2024 in einzelnen Regionen nahezu 400 Liter Regen pro Quadratmeter. Viele Flüsse führten daraufhin außergewöhnlich große Wassermengen. Bei 484 untersuchten Flusseinzugsgebieten erreichten die rekonstruierten Abflussspitzen mindestens das Niveau eines Hochwassers, das statistisch gesehen nur alle 25 Jahre auftritt. In 103 Gebieten überschritten sie sogar die Schwelle eines Ereignisses, das nur alle 200 Jahre passiert.

Regenmenge dient als Planungsgrundlage für Schutzanlagen

Problematisch wird der verstärkte Wasserabfluss vor allem für Deiche, Rückhaltebecken und andere Hochwasserschutzanlagen. Ihre Kapazitäten orientieren sich an bestimmten Wassermengen, nicht an möglich Hochwasserspitzen. Steigen die Spitzen stärker als erwartet, können solche Grenzen schneller überschritten werden. Dann drohen Überflutungen selbst dort, wo bereits Schutzmaßnahmen bestehen.

„Wenn der Klimawandel zu zehn Prozent mehr Extremniederschlag führt, bedeutet das nicht, dass das Hochwasser ebenfalls nur zehn Prozent stärker wird. Es können auch zwanzig Prozent sein“, erläutert Mitautor Jakob Zscheischler vom UFZ und der Technischen Universität Dresden. Besonders kritisch ist das Überschreiten baulicher Schutzgrenzen. Schon vergleichsweise geringe zusätzliche Wassermengen können dann erhebliche Schäden verursachen.

Verstärkungseffekt verursacht extreme Hochwasserlagen

Die Wissenschaftler verglichen das tatsächliche Wettergeschehen mit einer Modellwelt ohne menschengemachte Erderwärmung. Dafür kombinierten sie zwei Klimamodelle mit zwei unterschiedlichen Verfahren zur Berechnung des Wasserabflusses. Eines davon nutzt maschinelles Lernen, das andere bildet hydrologische Prozesse anhand physikalischer Zusammenhänge nach. Trotz unterschiedlicher Ergebnisse im Detail trat derselbe Verstärkungseffekt bei allen vier Modellkombinationen auf.

Allerdings reagierten die untersuchten Flussgebiete unterschiedlich stark. Neben der Regenmenge beeinflussen auch Gelände, Bodenbeschaffenheit und die Eigenschaften der Einzugsgebiete den Abfluss. Die Berechnungen ergaben daher keineswegs überall dieselbe Zunahme. Der Effekt der Verstärkung kam vor allem bei extremen Hochwasserlagen zum Tragen. Bei weniger schweren Ereignissen können selbst trockene Böden zusätzliche Niederschläge zunächst stärker aufnehmen.

Berechnungen betrachten nur ein Wetterereignis

Die Berechnungen beziehen sich allerdings ausschließlich auf die klimabedingte Verstärkung des konkreten Sturms Boris. Ob vergleichbare Wetterlagen durch die Erderwärmung häufiger auftreten, bleibt offen. Auch mögliche Veränderungen der Bodenfeuchtigkeit vor dem Ereignis, der Landnutzung und des Wassermanagements flossen nicht in die Gegenüberstellung ein. Die ermittelten Prozentwerte lassen sich deshalb nicht pauschal auf andere Hochwasser übertragen.

Eine weitere Unsicherheit betrifft die räumliche Verteilung des Regens. Gerade kleinere Flussgebiete reagieren empfindlich darauf, wo besonders große Niederschlagsmengen niedergehen. Solche örtlichen Verschiebungen können die verwendeten Klimamodelle nur begrenzt erfassen. Künftige Untersuchungen mit höherer räumlicher Auflösung sollen diese Unterschiede genauer berücksichtigen. Auch der Einfluss vorheriger Trockenperioden und veränderter Schneemengen soll dabei stärker einfließen.

Kurz zusammengefasst:

Der Klimawandel verstärkt Hochwasser, mehr als es die Regenmenge hergibt: Nach Sturm Boris 2024 fielen die Hochwasserspitzen deutlich extremer aus als die Niederschlagsmengen.
Gesättigte Böden verschärfen die Hochwassergefahr: Kann der Boden kein Wasser mehr aufnehmen, fließt zusätzlicher Regen verstärkt in Bäche und Flüsse und lässt sie besonders stark anschwellen.
Hochwasserschutz muss diesen Effekt berücksichtigen: Schon geringe zusätzliche Regenmengen können Flüsse über die Belastungsgrenzen von Deichen und anderen Schutzanlagen hinaus ansteigen lassen.

Übrigens: Effektiver Hochwasserschutz basiert nicht immer nur auf komplizierten Berechnungen. Wie ausgerechnet einfaches Klebeband wirksamer sein kann als Sandsäcke und bis zu 98 Prozent des eindringenden Wassers abhält? Mehr dazu in unserem Artikel.