Die vorliegende Habilitation beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten des Hochwasserrisikos in Deutschland. In zwölf Artikeln werden neue wissenschaftliche Erkenntnisse über Hochwassergefahren, über Faktoren, die Hochwasserschäden beeinflussen, sowie über effektive private Vorsorgemaßnahmen präsentiert. So wird die jahreszeitliche Verteilung von Hochwasser in ganz Deutschland gezeigt. Weiterhin werden mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf Abflussverhältnisse und Häufigkeiten von Hochwasserereignissen am Beispiel des Rhein-Einzugsgebietes abgeschätzt. Ferner wird am Niederrhein simuliert, welche Auswirkungen Deichbrüche haben können. Hochwasserschäden stehen im zweiten Teil der Arbeit im Fokus: Nach dem August-Hochwasser 2002 wurden ca. 1700 Privathaushalte telefonisch befragt. Damit konnten die Einflüsse verschiedener Faktoren, wie der Überflutungsdauer oder der Verunreinigung des Hochwassers mit Öl, auf die Höhe von finanziellen Schäden quantifiziert werden. Daraus ist zum einen ein neues Modell entstanden, mit dem Hochwasserschäden großräumig berechnet werden können. Zum anderen konnten Hinweise für die Verbesserung der privaten Vorsorge abgeleitet werden. Beispielsweise zeigte sich, dass versicherte Haushalte schneller und besser entschädigt werden als Nicht-Versicherte. Ebenfalls wurde deutlich, dass verschiedene Bevölkerungsgruppen, wie Mieter und Hauseigentümer, unterschiedliche Möglichkeiten haben, Vorsorge zu betreiben. Dies ist zukünftig in der Risikokommunikation zu berücksichtigen. In den Jahren 2005 und 2006 waren Elbe und Donau wiederum von Hochwasser betroffen. Eine erneute Befragung von Privathaushalten und Behörden ermöglichte, die Verbesserung des Hochwasserrisikomanagement und der Vorsorge am Beispiel der Stadt Dresden zu untersuchen. Viele Methoden und Erkenntnisse dieser Arbeit sind in der wasserwirtschaftlichen Praxis anwendbar und tragen somit zur Verbesserung der Hochwasserrisikoanalyse und des Risikomanagements in Deutschland bei. / This thesis deals with different aspects of flood risk in Germany. In twelve papers new scientific findings about flood hazards, factors that influence flood losses as well as effective private precautionary measures are presented. The seasonal distribution of flooding is shown for the whole of Germany. Furthermore, possible impacts of climate change on discharge and flood frequencies are estimated for the catchment of the river Rhine. Moreover, it is simulated at reaches of the Lower Rhine, which effects may result from levee breaches. Flood losses are the focus of the second part of the thesis: After the flood in August 2002 approximately 1700 households were interviewed by telephone. By this, it was possible to quantify the influence of different factors such as flood duration or the contamination of the flood water with oil on the extent of financial flood damage. On this basis, a new model was derived, by which flood losses can be calculated on a large scale. On the other hand, it was possible to derive recommendations for the improvement of private precaution. For example, the analysis revealed that insured households were compensated more quickly and to a better degree than uninsured. It became also clear that different groups like tenants and homeowners have different capabilities of performing precaution. This is to be considered in future risk communication. In 2005 and 2006, the rivers Elbe and Danube were again affected by flooding. A renewed pool among households and public authorities enabled us to investigate the improvement of flood risk management and the precaution in the City of Dresden. Several methods and finding of this thesis are applicable for water resources management issues and contribute to an improvement of flood risk analysis and management in Germany.

Formações ribeirinhas são áreas de transição entre os sistemas terrestre e aquático, caracterizadas por elevada heterogeneidade ambiental e por um amplo espectro de elementos biológicos e valores socioeconômicos. Contrário às grandes bacias hidrográficas, onde geralmente os pulsos de inundação são sazonais, os rios de pequeno porte apresentam regimes de inundação freqüentemente imprevisíveis, onde os gradientes de perturbação podem ser expressos pela razão direta entre intensidade, duração e freqüência. Considerando a distribuição de grupos ecológicos ao longo de um gradiente de inundação e as relações entre distúrbio e variáveis ambientais, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os padrões de riqueza e diversidade de espécies arbóreas em um rio com regime de inundações não-previsível. O estudo foi realizado próximo à foz do rio Botucaraí (30º 01’S e 52º 47’W), em quatro parcelas de 1 ha, situadas em diferentes cotas de elevação. Cada parcela foi dividida em 10 transecções contíguas de 10 × 100 m, paralelas à margen do rio, sendo cada transecção posteriormente subdividida em unidades amostrais de 10 × 10 m. Em cada parcela, todos os indivíduos arbóreos vivos com perímetro à altura do peito (pbh) ≥ 15 cm foram amostrados. Coletas superficiais de solo (0 – 20 cm de profundidade) foram realizadas, bem como um detalhamento topográfico das parcelas. A freqüência de distúrbio em cada unidade amostral foi definida a partir da interpolação de cota topográfica de cada unidade amostral com os pulsos de inundação para o período de 1981–2004. Técnicas multivariadas de ordenação e classificação foram aplicadas, a fim de explorar as relações entre distribuição de espécies arbóreas, grupos ecológicos de regeneração, estratificação e dispersão com as variáveis ambientais. Uma modelagem por equações estruturadas definiu um modelo significativo entre freqüência de distúrbio, biomassa e variáveis ambientais sobre a variação na riqueza de espécies. Foram amostrados 5.779 indivíduos arbóreos de 37 famílias botânicas. A interação entre distúrbio e biomassa revelou um pico de riqueza de espécies com o aumento da biomassa e a diminuição da freqüência de distúrbios. O modelo estrutural final explicou 79% da variação na riqueza de espécies e 67% na variação sobre biomassa. A análise dos grupos ecológicos revelou menor estratificação vertical em direção às áreas mais inundáveis. Estas áreas também apresentaram maior proporção de indivíduos de espécies pioneiras e dispersão autocórica. Variações florísticas ao longo do gradiente sugerem que a seleção de habitat influencia os padrões de distribuição das espécies, favorecendo histórias de vida com características generalistas, em decorrência de um regime de inundações não-previsível. / Riverine systems are transitional areas between land and aquatic ecosystems that present high environmental heterogeneity and including a wide array of socio-economic and biological values. In large hydrographic basins, flood pulses are seasonal and currently predicted which differ substantially from small rivers, where flood pulses are unpredictable and should be referred as a direct interaction of intensity, duration and frequency. By analyzing the distribution of ecological groups across a flood gradient and the relationships among disturbance and environmental variables, the present work addressed to analyze tree species richness and diversity in a small river with unpredictable flood regime. The survey was conducted in the lower sector of rio Botucaraí (30º 01’S e 52º 47’W) where we installed four 1 ha plots across different topographical sites. Each plot comprised ten contiguous 10 × 100 m transects, parallels to the river margin and then, each transect was subdivided in 10 × 10 m sampling units. In each plot we sampled all individual living trees having at least 15 cm of perimeter at the breast height (pbh). We collected samples of the topsoil (0–20 cm depth) and we carried out a detailed topographic survey of each plot. We interpolated the topographical position of each sampling unit and inundation records from 1981–2004 to obtain a disturbance frequency to each position. We applied multivariate ordination and grouping techniques to seek for relationships among environmental variables, tree species distribution and ecological groups of regeneration, stratification and dispersal. A structural equation modelling improved a significant model among flood frequency, biomass and environmental variables over species richness. Field inventory yielded a total of 5,779 trees belonging to 96 species and 36 families. The interaction between disturbance and biomass revealed a species richness peak with higher biomass and lower disturbance frequency. The final structural model explained 79% of variance in species richness and 67% of variance in biomass. The ecological groups’ analyses revealed lower vertical stratification toward frequently inundated areas. Moreover, these sites presented higher proportion of pioneer and autochorous trees. Floristic changes across the gradient suggest that habitat selection influences species distribution patterns, by selecting generalized live history traits due to the unpredictable flooding regime.

Formações ribeirinhas são áreas de transição entre os sistemas terrestre e aquático, caracterizadas por elevada heterogeneidade ambiental e por um amplo espectro de elementos biológicos e valores socioeconômicos. Contrário às grandes bacias hidrográficas, onde geralmente os pulsos de inundação são sazonais, os rios de pequeno porte apresentam regimes de inundação freqüentemente imprevisíveis, onde os gradientes de perturbação podem ser expressos pela razão direta entre intensidade, duração e freqüência. Considerando a distribuição de grupos ecológicos ao longo de um gradiente de inundação e as relações entre distúrbio e variáveis ambientais, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os padrões de riqueza e diversidade de espécies arbóreas em um rio com regime de inundações não-previsível. O estudo foi realizado próximo à foz do rio Botucaraí (30º 01’S e 52º 47’W), em quatro parcelas de 1 ha, situadas em diferentes cotas de elevação. Cada parcela foi dividida em 10 transecções contíguas de 10 × 100 m, paralelas à margen do rio, sendo cada transecção posteriormente subdividida em unidades amostrais de 10 × 10 m. Em cada parcela, todos os indivíduos arbóreos vivos com perímetro à altura do peito (pbh) ≥ 15 cm foram amostrados. Coletas superficiais de solo (0 – 20 cm de profundidade) foram realizadas, bem como um detalhamento topográfico das parcelas. A freqüência de distúrbio em cada unidade amostral foi definida a partir da interpolação de cota topográfica de cada unidade amostral com os pulsos de inundação para o período de 1981–2004. Técnicas multivariadas de ordenação e classificação foram aplicadas, a fim de explorar as relações entre distribuição de espécies arbóreas, grupos ecológicos de regeneração, estratificação e dispersão com as variáveis ambientais. Uma modelagem por equações estruturadas definiu um modelo significativo entre freqüência de distúrbio, biomassa e variáveis ambientais sobre a variação na riqueza de espécies. Foram amostrados 5.779 indivíduos arbóreos de 37 famílias botânicas. A interação entre distúrbio e biomassa revelou um pico de riqueza de espécies com o aumento da biomassa e a diminuição da freqüência de distúrbios. O modelo estrutural final explicou 79% da variação na riqueza de espécies e 67% na variação sobre biomassa. A análise dos grupos ecológicos revelou menor estratificação vertical em direção às áreas mais inundáveis. Estas áreas também apresentaram maior proporção de indivíduos de espécies pioneiras e dispersão autocórica. Variações florísticas ao longo do gradiente sugerem que a seleção de habitat influencia os padrões de distribuição das espécies, favorecendo histórias de vida com características generalistas, em decorrência de um regime de inundações não-previsível. / Riverine systems are transitional areas between land and aquatic ecosystems that present high environmental heterogeneity and including a wide array of socio-economic and biological values. In large hydrographic basins, flood pulses are seasonal and currently predicted which differ substantially from small rivers, where flood pulses are unpredictable and should be referred as a direct interaction of intensity, duration and frequency. By analyzing the distribution of ecological groups across a flood gradient and the relationships among disturbance and environmental variables, the present work addressed to analyze tree species richness and diversity in a small river with unpredictable flood regime. The survey was conducted in the lower sector of rio Botucaraí (30º 01’S e 52º 47’W) where we installed four 1 ha plots across different topographical sites. Each plot comprised ten contiguous 10 × 100 m transects, parallels to the river margin and then, each transect was subdivided in 10 × 10 m sampling units. In each plot we sampled all individual living trees having at least 15 cm of perimeter at the breast height (pbh). We collected samples of the topsoil (0–20 cm depth) and we carried out a detailed topographic survey of each plot. We interpolated the topographical position of each sampling unit and inundation records from 1981–2004 to obtain a disturbance frequency to each position. We applied multivariate ordination and grouping techniques to seek for relationships among environmental variables, tree species distribution and ecological groups of regeneration, stratification and dispersal. A structural equation modelling improved a significant model among flood frequency, biomass and environmental variables over species richness. Field inventory yielded a total of 5,779 trees belonging to 96 species and 36 families. The interaction between disturbance and biomass revealed a species richness peak with higher biomass and lower disturbance frequency. The final structural model explained 79% of variance in species richness and 67% of variance in biomass. The ecological groups’ analyses revealed lower vertical stratification toward frequently inundated areas. Moreover, these sites presented higher proportion of pioneer and autochorous trees. Floristic changes across the gradient suggest that habitat selection influences species distribution patterns, by selecting generalized live history traits due to the unpredictable flooding regime.

Formações ribeirinhas são áreas de transição entre os sistemas terrestre e aquático, caracterizadas por elevada heterogeneidade ambiental e por um amplo espectro de elementos biológicos e valores socioeconômicos. Contrário às grandes bacias hidrográficas, onde geralmente os pulsos de inundação são sazonais, os rios de pequeno porte apresentam regimes de inundação freqüentemente imprevisíveis, onde os gradientes de perturbação podem ser expressos pela razão direta entre intensidade, duração e freqüência. Considerando a distribuição de grupos ecológicos ao longo de um gradiente de inundação e as relações entre distúrbio e variáveis ambientais, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os padrões de riqueza e diversidade de espécies arbóreas em um rio com regime de inundações não-previsível. O estudo foi realizado próximo à foz do rio Botucaraí (30º 01’S e 52º 47’W), em quatro parcelas de 1 ha, situadas em diferentes cotas de elevação. Cada parcela foi dividida em 10 transecções contíguas de 10 × 100 m, paralelas à margen do rio, sendo cada transecção posteriormente subdividida em unidades amostrais de 10 × 10 m. Em cada parcela, todos os indivíduos arbóreos vivos com perímetro à altura do peito (pbh) ≥ 15 cm foram amostrados. Coletas superficiais de solo (0 – 20 cm de profundidade) foram realizadas, bem como um detalhamento topográfico das parcelas. A freqüência de distúrbio em cada unidade amostral foi definida a partir da interpolação de cota topográfica de cada unidade amostral com os pulsos de inundação para o período de 1981–2004. Técnicas multivariadas de ordenação e classificação foram aplicadas, a fim de explorar as relações entre distribuição de espécies arbóreas, grupos ecológicos de regeneração, estratificação e dispersão com as variáveis ambientais. Uma modelagem por equações estruturadas definiu um modelo significativo entre freqüência de distúrbio, biomassa e variáveis ambientais sobre a variação na riqueza de espécies. Foram amostrados 5.779 indivíduos arbóreos de 37 famílias botânicas. A interação entre distúrbio e biomassa revelou um pico de riqueza de espécies com o aumento da biomassa e a diminuição da freqüência de distúrbios. O modelo estrutural final explicou 79% da variação na riqueza de espécies e 67% na variação sobre biomassa. A análise dos grupos ecológicos revelou menor estratificação vertical em direção às áreas mais inundáveis. Estas áreas também apresentaram maior proporção de indivíduos de espécies pioneiras e dispersão autocórica. Variações florísticas ao longo do gradiente sugerem que a seleção de habitat influencia os padrões de distribuição das espécies, favorecendo histórias de vida com características generalistas, em decorrência de um regime de inundações não-previsível. / Riverine systems are transitional areas between land and aquatic ecosystems that present high environmental heterogeneity and including a wide array of socio-economic and biological values. In large hydrographic basins, flood pulses are seasonal and currently predicted which differ substantially from small rivers, where flood pulses are unpredictable and should be referred as a direct interaction of intensity, duration and frequency. By analyzing the distribution of ecological groups across a flood gradient and the relationships among disturbance and environmental variables, the present work addressed to analyze tree species richness and diversity in a small river with unpredictable flood regime. The survey was conducted in the lower sector of rio Botucaraí (30º 01’S e 52º 47’W) where we installed four 1 ha plots across different topographical sites. Each plot comprised ten contiguous 10 × 100 m transects, parallels to the river margin and then, each transect was subdivided in 10 × 10 m sampling units. In each plot we sampled all individual living trees having at least 15 cm of perimeter at the breast height (pbh). We collected samples of the topsoil (0–20 cm depth) and we carried out a detailed topographic survey of each plot. We interpolated the topographical position of each sampling unit and inundation records from 1981–2004 to obtain a disturbance frequency to each position. We applied multivariate ordination and grouping techniques to seek for relationships among environmental variables, tree species distribution and ecological groups of regeneration, stratification and dispersal. A structural equation modelling improved a significant model among flood frequency, biomass and environmental variables over species richness. Field inventory yielded a total of 5,779 trees belonging to 96 species and 36 families. The interaction between disturbance and biomass revealed a species richness peak with higher biomass and lower disturbance frequency. The final structural model explained 79% of variance in species richness and 67% of variance in biomass. The ecological groups’ analyses revealed lower vertical stratification toward frequently inundated areas. Moreover, these sites presented higher proportion of pioneer and autochorous trees. Floristic changes across the gradient suggest that habitat selection influences species distribution patterns, by selecting generalized live history traits due to the unpredictable flooding regime.

Magister Philosophiae (Integrated Water Resource Management) / Rare-infrequent magnitude floods of shorter duration events are significant natural hazards and play a key role in shaping river channel and island geomorphology. For a given river or channel, there is a relationship between the magnitude of a flood, frequency of a flood and duration of a flood, once a flood exceeds a reach-averaged erosional threshold geomorphic change can begin to occur. Expansion of conceptual models for the response of mixed bedrock alluvial influenced dryland rivers to such floods is of increasing scientific importance. The Vaal River near Parys in the Free State Province is characterised by a variable degree of mixed bedrock-alluvial anabranching channels which divide and re-join around the islands. In this study the historical aerial images and flow data from 1938 to 2016 were used to determine the effects of flood dynamics on island geomorphology in a large mixed bedrock-alluvial anabranching river: Vaal River near Parys. The historical aerial images and flow data reveals some minor island geomorphological changes during flood of rare magnitude, infrequent and shorter duration. The highest flood in the record was the one which was found having a recurrence interval of 20-50 years. The changes observed in the mixed bedrock-alluvial anabranching river in the Vaal River near Parys, indicate some minor decrease in the island bar area during flood of rare magnitudes, infrequent and shorter duration with recurrence interval of 20-50 years. The findings in this study area also reveals that the island bars in the area of study shows some degree of stability, however for the past 78 years the islands bar have not change the position. The impact of flood dynamics on island geomorphology in a large, mixed bedrock-alluvial anabranching river is not yet researched in the area of study (Vaal River), these findings will contribute to enhanced analysis of the Vaal River, relatively the impacts of extreme floods in island and channel geomorphology.