In diesem Beitrag wird das am Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung eV. (IÖR) entwickelte Informations- und Entscheidungsunterstützungssystem „Weißeritz-Info“ vorgestellt, das der Aufbereitung und Bereitstellung von Informationen zum Hochwasserrisikomanagement für das Einzugsgebiet der Weißeritz dient. Zielgruppen sind sowohl Bürger und Landnutzer als auch Entscheidungsträger in Kommunen, Behörden und Verbänden. Erstellt wurde das WebGIS-basierte System für die Initiative „Weißeritz-Regio“, einem Verbund von 26 Institutionen, die seit Ende 2003 auf informeller Basis zusammenarbeiten, um die Hochwasservorsorge im Flussgebiet zu verbessern.

Die Broschüre gibt einen Überblick zur projektbezogenen Arbeit zum Hochwasserrisikomanagement im sächsisch-tschechischen Grenzraum. Wichtige Schwerpunkte sind dabei die Minderung von potentiellen Hochwasserschäden und die Kommunikation des Hochwasserrisikos. Kommunen und Bürger erhalten mit dieser Broschüre eine Übersicht über die umfangreichen Ergebnisse und durchgeführten Projektaktivitäten. So werden hilfreiche Werkzeuge wie das Planungstool FLOOD.Bi zur Minderung von Hochwasserschäden an Wohngebäuden kurz vorgestellt. Weitere Ergebnisse thematisieren die Möglichkeiten der Schadensminderung an technischen Infrastrukturen und Landnutzungen. Zudem werden verschiedene Hilfsmittel und Informationsmaterialien zur verbesserten Kommunikation des Hochwasserrisikos dargestellt. So kann jeder Einzelne sich eigenverantwortlich informieren und handeln. Redaktionsschluss: 31.12.2020

Wald weist gegenüber anderen Landnutzungen meist die günstigeren Wasserrückhalteigenschaften auf. Diese sind jedoch begrenzt. Ob zusätzlicher Wald in einem Einzugsgebiet zur Reduktion eines Hochwassers führt, hängt ab von der Vorwitterung, den Eigenschaften des Bodens, auf dem die Aufforstung etabliert wurde, Dauer und Intensität des hochwasserauslösenden Niederschlagsereignisses und Lage und Größe der Aufforstungsfläche im betrachteten Einzugsgebiet. Weiterhin spielt das Waldmanagement, welches in dieser Arbeit nur am Rande diskutiert wurde, eine bedeutende Rolle. Bei der Umwandlung einer anderen Landnutzung in Wald sind noch nicht alle Prozesse, die den Wasserrückhalt betreffen, ausreichend untersucht und beschrieben. Dies gilt besonders für die Änderungen in der hydraulischen Architektur der Böden. Es wurde dargestellt, dass aufwachsende Wälder schon nach wenigen Jahren die Porenverteilung besonders in den oberen Bodenhorizonten verändern. Obwohl experimentelle Felduntersuchungen besonders durch die Suche nach geeigneten Teststandorten schwierig sind, wären weitere Messergebnisse von anderen Böden mit anderen Baumarten hier wünschenswert. Eine modellhafte Beschreibung einer Landnutzungsänderung hin zu Wald in Bezug auf den Hochwasserrückhalt ist demnach mit hohen Unsicherheiten behaftet. Modelle bleiben dennoch die einzige Möglichkeit, Auswirkungen von Landnutzungsänderungen mit vertretbarem Aufwand quantifizierend abzuschätzen. Allgemein gilt bei der Anwendung hydrologischer Modelle zur Prognose von Auswirkungen veränderter Landnutzungen, dass bislang wenig quantitativ verwertbares Wissen über Änderungen im Boden besteht. Weder der Zielzustand noch der Verlauf der Transformation können hier sicher prognostiziert werden. Vernachlässigt man aber solche Prozesse, dürfen bei einer Ergebnisdiskussion auch nur die berücksichtigten Prozesse angeführt werden. Die Weiterentwicklung der Modelle mit gezielter paralleler Datenerhebung ist hier unabdingbar. Die zunehmenden Fragestellungen hinsichtlich veränderter Landnutzungssysteme erfordern auch innovative Formen der Parametrisierung und Kalibrierung der Modelle. Der zunehmende Grad an Prozessabbildungen in den Modellen darf die Parametrisierbarkeit nicht unmöglich machen. Eine adäquate Prozessabbildung ist jedoch der Schlüssel für die szenarienfähige Modellierung. Die Kommunikation der Ergebnisse muss deshalb eine hohe Transparenz mit der Benennung aller bekannten Unsicherheiten aufweisen, da Entscheidungen in der Landnutzung Konsequenzen über sehr lange Zeiträume hinweg nach sich ziehen. Die qualifizierte Prognose von Landnutzungsänderungen ist eine disziplinübergreifende Aufgabe. Hier wirken soziologische, ökonomische und ökologische Prozesse zusammen, deren Resultat die zukünftige Landnutzung ist. Eine weitere wichtige Schlussfolgerung der vorliegenden Arbeit ist daher, dass für die Umsetzung von Maßnahmen, zur Erhöhung des Wasserrückhaltes, wie hier der Aufforstung, ein breiter wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Konsens herrschen muss. Es braucht integrierte Ansätze zur disziplinübergreifenden Beschreibung von Auswirkungen veränderter Landnutzung. Trotz aller Unsicherheiten bei der wissenschaftlichen Beweisführung wird erwartet, dass bis zur Umsetzung der Hochwasserrisiko-Managementpläne „nachhaltige Flächennutzungen“ zur „Verbesserung des Wasserrückhaltes“ definiert sind. Besonders für die politischen Entscheidungsträger ist zur Entwicklung geeigneter Steuerelemente festzuhalten, das Hochwasserschutzmaßnahmen in der Fläche ihre hauptsächliche Wirkung nicht am Punkt der Implementierung entfalten, sondern erst weiter flussabwärts. Daher sind die bisherigen Förderinstrumente der EU-Agrarflächenförderung für den Hochwasserschutz in der Fläche nahezu nicht anwendbar. Es gilt hier sektorales Denken zu überwinden. Unterschiedliche Ansprüche an Landnutzungssysteme sind durch Lösungsansätze auszubalancieren, die die unterschiedlichen Landschaftsfunktionen berücksichtigen, von denen Wasserrückhalt ein Teil sein kann. Andere Schutzziele wie Naturschutz, Bodenschutz, Ziele der Wasserrahmenrichtlinie, Fragen eines ästhetischen Landschaftsbildes und nicht zuletzt Fragen der wirtschaftlichen Ansprüche an die einzelnen Flächen spielen hier eine wichtige Rolle. Bei der Entwicklung begründeter Zukunftsszenarien ist diese transdisziplinäre Herangehensweise unbedingt zu empfehlen. Hochwasserschutz kann aber nicht die Aufgabe haben, Hochwasserereignisse vollkommen auszuschließen. Schon heute ist bekannt, dass das Ausbleiben kleiner und mittlerer Hochwässer ökologische Konsequenzen hat. Vielmehr könnte in Gebieten, wie dem hier untersuchten, eine Erhöhung des Waldanteils dazu beitragen, die anthropogenen Störungen zu reduzieren und den Wasserrückhalt dahingehend zu erhöhen, dass hochwasserverschärfende Eingriffe in den Einzugsgebieten zurückgebaut werden.:Inhalt Erklärung des Promovenden 3 Danksagung 4 1 Einführung 6 1.1 Hintergrund und Motivation 6 1.2 Zielsetzung 8 1.3 Struktur 9 2 Zusammenfassende Darstellung der Publikationsinhalte 11 2.1 Vorstellung des Modells AKWA-M® 11 2.2 Einfluss des Waldes auf bodenhydraulische Eigenschaften 12 2.3 Bildung begründeter Waldmehrungsszenarien 13 2.4 Exkurs: Politischer Vollzug in sächsischen Hochwasserentstehungsgebieten 14 2.5 Synthese 15 3 Schlussfolgerungen 16 4 Literatur 18 Anhänge: Anhang 1: WAHREN A., SCHWÄRZEL K., FEGER K.H., MÜNCH A., DITTRICH I. (2007): Identification and model based assessment of the potential water retention caused by land-use changes, Advances in Geosciences 11: 49–56. Anhang 2: WAHREN A., SCHWÄRZEL K., FEGER K.H., MÜNCH A. (2009): Land-use effects on flood generation – considering soil hydraulic measurements in modelling, Advances in Geosciences 21: 99–107. Anhang 3: WAHREN A., FEGER K.H. (2010): Model-Based Assessment of Forest Land Management on Water Dynamics at Various Hydrological Scales – A Case Study, in: Bredemeier, M.; Cohen, S.; Godbold, D.L.; Lode, E.; Pichler, V.; Schleppi, P. (Eds.): Forest Management and the Water Cycle - An Ecosystem-Based Approach, Ecological Studies 212, Springer: 453-469 Anhang 4: WAHREN A., FRANK S., WALTHER P., SCHMIDT W., FEGER K.H. (2011): Erstellung eines Leitfadens für Ausgleichsmaßnahmen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen in den Hochwasserentstehungsgebieten Sachsens, Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 55: 155-165. Anhang 5: WAHREN A., SCHWÄRZEL K., FEGER K.H. (2012): Potentials and limitations of natural flood retention by forested land in headwater catchments: evidence from experimental and model studies, J. Flood Risk Management 5, 321–335. / Forests show, compared to other land uses, in many cases good water retention potential. This is however limited. Whether additional forest area in a catchment leads to a reduction of flooding depends on the pre-event atmospheric conditions, the soil characteristics at the afforested site, the duration and intensity of the rain storm event, and location and size of the afforested area. Further, the forest management, which is only briefly discussed in this thesis, plays an important role. Many water retention related processes occurring during the transformation of a landuse into forest are not yet sufficiently investigated an described. This applies especially to the changes in the hydraulic architecture of the soil. It was shown that after a few years growing forests have already changed the pore distribution, especially in the upper soil horizons. However, further research under different soil and tree type would be desirable. Therefore, a model-based description of land use change towards forest with regard to flood retention comprises uncertainties which should be taken into consideration. Nevertheless, models are the only possibility to assess land use change effects with justifiable expenditure. In general, the application of hydrological models comprised sparse useful information about changes in the soil due to a changed land use. Neither the target state nor the progression of the transformation can be predicted with certainty. Further development of models with parallel observations and data gathering is essential. With increasing number of questions regarding modified land use systems, a need arises for innovative forms of parameterisation and model calibration. The increasing degree of process mapping in models may make parameterability difficult, however, adequate process mapping is the key to scenario capable modelling. The communication of results must therefore include a high degree of transparency in the definition of all known uncertainties, because decisions have long lasting consequences. A qualified prediction of land use changes is a cross-disciplinary task. Ecological, economical, and sociological processes together form the future land use distribution. An important conclusion from this thesis is that the implementation of measures targeting increased water retention requires must result in a consensus with society and economics. Integrated approaches and transdisciplinary assessment of impacts of land use modifications are needed. Although, the uncertainties in model-based land use change assessment are high, there is a need for the definition of “sustainable land use” and “increase of water retention” for the flood risk management plans. Adapted land use as a component of integrated flood risk management has a major constraint: the benefits of water retention in the landscape are mostly not directly noticeable at the place where a measure is implemented. This is highly important for stakeholders and decision makers. However, given that most of the land available for afforestation is a private property, it may be necessary to provide subsidies to encourage landowners to increase the percentage of forested land. Competitive land use system requirements need to be balanced with approaches dealing with different landscape functions. Water retention is part of this functioning. Other protection aims like nature protection, soil protection, aims of the Water Framework Directive, aesthetic land use pattern but also the agrar-economic production play an important role. Well-founded future land use scenarios should use this transdisciplinary view. Finally, it is also important to keep in mind that floods belong to a healthy river runoff regime. Floods are an important part of the natural hydrological cycle, and therefore the goal of watershed management should not be to eliminate them entirely. Additional forest can help to re-establish the natural water retention potential in anthropogenically disturbed river basins and to decrease the human-made contribution to flood generation.:Inhalt Erklärung des Promovenden 3 Danksagung 4 1 Einführung 6 1.1 Hintergrund und Motivation 6 1.2 Zielsetzung 8 1.3 Struktur 9 2 Zusammenfassende Darstellung der Publikationsinhalte 11 2.1 Vorstellung des Modells AKWA-M® 11 2.2 Einfluss des Waldes auf bodenhydraulische Eigenschaften 12 2.3 Bildung begründeter Waldmehrungsszenarien 13 2.4 Exkurs: Politischer Vollzug in sächsischen Hochwasserentstehungsgebieten 14 2.5 Synthese 15 3 Schlussfolgerungen 16 4 Literatur 18 Anhänge: Anhang 1: WAHREN A., SCHWÄRZEL K., FEGER K.H., MÜNCH A., DITTRICH I. (2007): Identification and model based assessment of the potential water retention caused by land-use changes, Advances in Geosciences 11: 49–56. Anhang 2: WAHREN A., SCHWÄRZEL K., FEGER K.H., MÜNCH A. (2009): Land-use effects on flood generation – considering soil hydraulic measurements in modelling, Advances in Geosciences 21: 99–107. Anhang 3: WAHREN A., FEGER K.H. (2010): Model-Based Assessment of Forest Land Management on Water Dynamics at Various Hydrological Scales – A Case Study, in: Bredemeier, M.; Cohen, S.; Godbold, D.L.; Lode, E.; Pichler, V.; Schleppi, P. (Eds.): Forest Management and the Water Cycle - An Ecosystem-Based Approach, Ecological Studies 212, Springer: 453-469 Anhang 4: WAHREN A., FRANK S., WALTHER P., SCHMIDT W., FEGER K.H. (2011): Erstellung eines Leitfadens für Ausgleichsmaßnahmen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen in den Hochwasserentstehungsgebieten Sachsens, Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 55: 155-165. Anhang 5: WAHREN A., SCHWÄRZEL K., FEGER K.H. (2012): Potentials and limitations of natural flood retention by forested land in headwater catchments: evidence from experimental and model studies, J. Flood Risk Management 5, 321–335.

Am 22. Dezember 2015 sind die Hochwasserrisikomanagementpläne für die Flusseinzugsgebiete der Elbe und der Oder in Kraft getreten. Diese Pläne dienen dazu, die nachteiligen Folgen von Hochwasser aus oberirdischen Gewässern zu verringern, soweit dies möglich und verhältnismäßig ist. Dafür legen sie angemessene Ziele und Maßnahmen fest, die verschiedene Handlungsfelder von der Risikovermeidung über Hochwasserwarnung und -schutz bis hin zur Regeneration und zur Überprüfung des Risikomanagements nach Hochwasserereignissen umfassen. Da die Hochwasserrisikomanagementpläne für die Flusseinzugsgebiete der Elbe und der Oder relativ allgemein gefasst sind, werden sie durch das vorliegende Maßnahmenprogramm konkretisiert. Dieses bezieht sich ausschließlich auf Hochwasser aus oberirdischen Gewässern. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass aus den Hochwasserrisikomanagementplänen und dem Maßnahmenprogramm keine Rechtsansprüche hergeleitet werden können. Es handelt sich ausschließlich um eine behördliche Fachplanung. Die Publikation umfaßt einen Textteil mit 21 Seiten und drei Anhänge (mit 11, 318 und 2 Seiten). Redaktionsschluss: 01.12.2015

The impact of climate change is increasingly important to the design of urban water infrastructure like stormwater systems, sewage systems and drinking water systems. Growing evidence indicates that the water sector will not only be affected by climate change, but it will reflect and deliver many of its impacts through floods, droughts, or extreme rainfall events. Water resources will change in both quantity and quality, and the infrastructure of stormwater and wastewater facilities may face greater risk of damage caused by storms, floods and droughts. The effect of the climate change will put more difficulties on operations to disrupted services and increased cost of the water and wastewater services. Governments, urban planners, and water managers should therefore re-examine development processes for municipal water and wastewater services and are adapt strategies to incorporate climate change into infrastructure design, capital investment projects, service provision planning, and operation and maintenance. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change, the global mean temperature has increased by 0,7 °C during the last 100 years and, as a consequence, the hydrological cycle has intensified with, for example, more acute rainfall events. As urban drainage systems have been developed over a long period of time and design criteria are based upon climatic characteristics, these changes will affect the systems and the city accordingly. The overall objective of this thesis is to increase the knowledge about the climate change impacts on the stormwater system in Al Hillah city/Iraq. In more detail, the objective is to investigate how climate change could affect urban drainage systems specifically stormwater infrastructure, and also to suggest an adaptation plan for these changes using adaptation plans examples from international case studies. Three stochastic weather generators have been investigated in order to understand the climate and climate change in Al Hillah. The stochastic weather generators have been used in different kind of researches and studies; for example in hydrology, floods management, urban water design and analysis, and environmental protection. To make such studies efficient, it is important to have long data records (typically daily data) so the weather generator can generate synthetic daily weather data based on a sound statistical background. Some weather generators can produce the climate change scenarios for different kind of global climate models. They can be used also to produce synthetic data for a site that does not have enough data by using interpolation methods. To ensure that the weather generator is fitting the climate of the region properly, it should be tested against observed data, whether the synthetic data are sufficiently similar. At the same time, the accuracy of the weather generator is different from region to region and depends on the respective climate properties. Testing three weather generators GEM6, ClimGen and LARS-WG at eight climate stations in the region of Babylon governorate/Iraq, where Al Hillah is located, is one of the purposes of the first part of this study. LARS-WG uses a semi-parametric distribution (developed distribution), whereas GEM6 and ClimGen use a parametric distribution (less complicated distribution). Different statistical tests have been selected to compare observed and synthetic weather data for the same kind, for instance, the precipitation and temperature distribution (wet and dry season). The result shows that LARS-WG represents the observed data for Babylon region in a better way than ClimGen, whereas GEM6 seems to misfit the observed data. The synthetic data will be used for a first simulation of urban run-off during the wet season and the consequences of climate change for the design and re-design of the urban drainage system in Al Hillah. The stochastic weather generator LARS is then used to generate ensembles of future weather data using five Global Climate Models (GCMs) that best captured the full range of uncertainty. These Global Climate Models are used to construct future climate scenarios of temperature and precipitation over the region of Babylon Governorate in Iraq. The results show an increase in monthly temperatures and a decrease in the total amount of rain, yet the extreme rain events will be more intense in a shorter time. Changes in the amount, timing, and intensity of rain events can affect the amount of stormwater runoff that needs to be controlled. The climate change calculated projections may make existing stormwater-related flooding worse. Different districts in Al Hillah city may face more frequent stormwater floods than before due to the climate change projections. All the results that have been taken from the Global Climate Models are in a daily resolution format and in order to run the Storm Water Management Model it is important to have all data in a minimum of one hour resolution. In order to fulfill this condition a disaggregation model has been used. Some hourly precipitation data were required to calibrate the temporal disaggregation model; however none of the climate stations and rain gauges in the area of interest have hourly resolution data, so the hourly data from Baghdad airport station have been used for that calibration. The changes in the flood return periods have been seen in the projected climate change results, and a return period will only remain valid over time if environmental conditions do not change. This means that return periods used for planning purposes may need to be updated more often than previously, because values calculated based on the past 30 years of data may become unrepresentative within a relatively short time span. While return periods provide useful guidance for planning the effects of flooding and related impacts, they need to be used with care, and allowances have to be made for extremes that may occur more often than may be expected. In the study area with separated stormwater systems, the Storm Water Management Model simulation shows that the number of surface floods as well as of the floods increases in the future time periods 2050s and 2080s. Future precipitation will also increase both the flooding frequency and the duration of floods; therefore the need to handle future situations in urban drainage systems and to have a well-planned strategy to cope with future conditions is evident. The overall impacts on urban drainage systems due to the increase of intensive precipitation events need to be adapted. For that reason, recommendations for climate change adaptation in the city of Al Hillah have been suggested. This has been accomplished by merging information from the review of five study cases, selected based on the amount and quality of information available. The cities reviewed are Seattle (USA), Odense (Denmark), Tehran (Iran), and Khulna (Bangladesh). / Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Gestaltung der städtischen Wasserinfrastruktur wie Regenwasser, Kanalisation und Trinkwassersysteme werden immer wichtiger. Eine wachsende Anzahl von Belegen zeigt, dass der Wassersektor nicht nur durch den Klimawandel beeinflusst werden wird, aber er wird zu reflektieren und liefern viele seiner Auswirkungen durch Überschwemmungen, Dürren oder extreme Niederschlagsereignisse. Die Wasserressourcen werden sich in Quantität und Qualität verändern, und die Infrastruktur von Regen-und Abwasseranlagen kann einer größeren Gefahr von Schäden durch Stürme, Überschwemmungen und Dürren ausgesetzt sein. Die Auswirkungen des Klimawandels werden zu mehr Schwierigkeiten im Betrieb gestörter Dienstleistungen und zu erhöhten Kosten für Wasser-und Abwasserdienstleistungen führen. Regierungen, Stadtplaner, und Wasser-Manager sollten daher die Entwicklungsprozesse für kommunale Wasser-und Abwasserdienstleistungen erneut überprüfen und Strategien anpassen, um den Klimawandel in Infrastruktur-Design, Investitionsprojekte, Planung von Leistungserbringung, sowie Betrieb und Wartung einzuarbeiten. Nach Angaben des Intergovernmental Panel on Climate Change hat die globale Mitteltemperatur in den letzten 100 Jahren um 0,7 °C zugenommen, und in der Folge hat sich der hydrologische Zyklus intensiviert mit, zum Beispiel, stärkeren Niederschlagsereignisse. Da die städtischen Entwässerungssysteme über einen langen Zeitraum entwickelt wurden und Design-Kriterien auf klimatischen Eigenschaften beruhen, werden diese Veränderungen die Systeme und die Stadt entsprechend beeinflussen. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über die Auswirkungen des Klimawandels auf das Regenwasser-System in der Stadt Hilla / Irak zu bereichern. Im Detail ist das Ziel, zu untersuchen, wie der Klimawandel die Siedlungsentwässerung und insbesondere die Regenwasser-Infrastruktur betreffen könnte. Desweiteren soll ein Anpassungsplan für diese Änderungen auf der Grundlage von beispielhaften Anpassungsplänen aus internationalen Fallstudienvorgeschlagen werden. Drei stochastische Wettergeneratoren wurden untersucht, um das Klima und den Klimawandel in Hilla zu verstehen. Stochastische Wettergeneratoren wurden in verschiedenen Untersuchungen und Studien zum Beispiel in der Hydrologie sowie im Hochwasser-Management, Siedlungswasser-Design- und Analyse, und Umweltschutz eingesetzt. Damit solche Studien effizient sind, ist es wichtig, lange Datensätze (in der Regel Tageswerte) haben, so dass der Wettergenerator synthetische tägliche Wetterdaten erzeugen kann, dieauf einem soliden statistischen Hintergrund basieren. Einige Wettergeneratoren können Klimaszenarien für verschiedene Arten von globalen Klimamodellen erzeugen. Sie können unter Verwendung von Interpolationsverfahren auch synthetische Daten für einen Standort generieren, für den nicht genügend Daten vorliegen. Um sicherzustellen, dass der Wettergenerator dem Klima der Region optimal entspricht, sollte gegen die beobachteten Daten geprüft werden, ob die synthetischen Daten ausreichend ähnlich sind. Gleichzeitig unterscheidet sich die Genauigkeit des Wettergenerator von Region zu Region und abhängig von den jeweiligen Klimaeigenschaften. Der Zweck des ersten Teils dieser Studie ist es daher, drei Wettergeneratoren, namentlich GEM6, ClimGen und LARS-WG, an acht Klimastationen in der Region des Gouvernements Babylon / Irak zu testen. LARS-WG verwendet eine semi-parametrische Verteilung (entwickelte Verteilung), wohingegen GEM6 und ClimGen eine parametrische Verteilung (weniger komplizierte Verteilung) verwenden. Verschiedene statistische Tests wurden ausgewählt, um die beobachteten und synthetischen Wetterdaten für identische Parameter zu vergleichen, zum Beispiel die Niederschlags- und Temperaturverteilung (Nass-und Trockenzeit). Das Ergebnis zeigt, dass LARS-WG die beobachteten Daten für die Region Babylon akkurater abzeichnet, als ClimGen, wobei GEM6 die beobachteten Daten zu verfehlen scheint. Die synthetischen Daten werden für eine erste Simulation des städtischen Run-offs in der Regenzeit sowie der Folgen des Klimawandels für das Design und Re-Design des städtischen Entwässerungssystems in Hilla verwendet. Der stochastische Wettergenerator LARS wird dann verwendet, um Gruppen zukünftiger Wetterdaten unter Verwendung von fünf globalen Klimamodellen (GCM), die das gesamte Spektrum der Unsicherheit am besten abdecken, zu generieren. Diese globalen Klimamodelle werden verwendet, um zukünftige Klimaszenarien der Temperatur und des Niederschlags für die Region Babylon zu konstruieren. Die Ergebnisse zeigen, eine Steigerung der monatlichen Temperaturen und eine Abnahme der Gesamtmenge der Regen, wobei es jedoch extremere Regenereignissen mit höherer Intensivität in kürzerer Zeit geben wird. Veränderungen der Höhe, des Zeitpunkt und der Intensität der Regenereignisse können die Menge des Abflusses von Regenwasser, die kontrolliert werden muss, beeinflussen. Die Klimawandel-Prognosen können bestehende regenwasserbedingte Überschwemmungen verschlimmern. Verschiedene Bezirke in Hilla können stärker von Regenfluten betroffen werden als bisher aufgrund der Prognosen. Alle Ergebnisse, die von den globalen Klimamodellen übernommen wurden, sind in täglicher Auflösung und um das Regenwasser-Management-Modell anzuwenden, ist es wichtig, dass alle Daten in einer Mindestauflösung von einer Stunde vorliegen. Zur Erfüllung dieser Bedingung wurde ein eine Aufschlüsselungs-Modell verwendet. Einige Stunden-Niederschlagsdaten waren erforderlich, um das zeitliche Aufschlüsselungs-Modell zu kalibrieren. Da weder die Klimastationen noch die Regen-Messgeräte im Interessenbereich über stundenauflösende Daten verfügt, wurden die Stundendaten von Flughäfen in Bagdad verwendet. Die Veränderungen in den Hochwasserrückkehrperioden sind in den projizierten Ergebnissen des Klimawandels ersichtlich, und eine Rückkehrperiode wird nur dann über Zeit gültig bleiben, wenn sich die Umweltbedingungen nicht ändern. Dies bedeutet, dass Wiederkehrperioden, die für Planungszwecke verwendet werden, öfter als bisher aktualisiert werden müssen, da die auf Grundlage von Daten der letzten 30 Jahre berechneten Werte innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanneunrepräsentativ werden können. Während Wiederkehrperioden bieten nützliche Hinweise für die Planung die Effekte von Überschwemmungen und die damit verbundenen Auswirkungen, müssen aber mit Vorsicht verwendet werden, und Extreme, die öfter eintreten könnten als erwartet, sollten berücksichtigt werden. Im Studienbereich mit getrennten Regenwassersystemen zeigt die Simulation des Regenwasser-Management-Modells, dass sich die Anzahl der Oberflächenhochwasser sowie der Überschwemmungen im Zeitraum 2050e-2080 erhöhen wird. Zukünftige Niederschläge werdensowohl die Hochwasser-Frequenz als auch die Dauer von Überschwemmungen erhöhen. Daher ist die Notwendigkeit offensichtlich, zukünftige Situationen in städtischen Entwässerungssystemen zu berücksichtigen und eine gut geplante Strategie zu haben, um zukünftige Bedingungen zu bewältigen. Die gesamten Auswirkungen auf die Siedlungsentwässerungssyteme aufgrund der Zunahme von intensiven Niederschlagsereignissen müssen angepasst werden. Aus diesem Grund wurden Empfehlungen für die Anpassung an den Klimawandel in der Stadt Hilla vorgeschlagen. Diese wurden durch die Zusammenführung von Informationen aus der Prüfung von fünf Fallstudien, ausgewählt aufgrund der Menge und Qualität der verfügbaren Informationen, erarbeitet,. Die bewerteten Städte sind Seattle (USA), Odense (Dänemark), Teheran (Iran), und Khulna (Bangladesch).

The impacts of floods on buildings in urban areas are increasing due to the intensification of extreme weather events, unplanned or uncontrolled settlements and the rising vulnerability of assets. There are some approaches available for assessing the flood damage to buildings and critical infrastructure. To this point, however, it is extremely difficult to adapt these methods widely, due to the lack of high resolution classification and characterisation approaches for built structures. To overcome this obstacle, this work presents: first, a conceptual framework for understanding the physical flood vulnerability and the physical flood susceptibility of buildings, second, a methodological framework for the combination of methods and tools for a large-scale and high-resolution analysis and third, the testing of the methodology in three pilot sites with different development conditions. The conceptual framework narrows down an understanding of flood vulnerability, physical flood vulnerability and physical flood susceptibility and its relation to social and economic vulnerabilities. It describes the key features causing the physical flood susceptibility of buildings as a component of the vulnerability. The methodological framework comprises three modules: (i) methods for setting up a building topology, (ii) methods for assessing the susceptibility of representative buildings of each building type and (iii) the integration of the two modules with technological tools. The first module on the building typology is based on a classification of remote sensing data and GIS analysis involving seven building parameters, which appeared to be relevant for a classification of buildings regarding potential flood impacts. The outcome is a building taxonomic approach. A subsequent identification of representative buildings is based on statistical analyses and membership functions. The second module on the building susceptibility for representative buildings bears on the derivation of depth-physical impact functions. It relates the principal building components, including their heights, dimensions and materials, to the damage from different water levels. The material’s susceptibility is estimated based on international studies on the resistance of building materials and a fuzzy expert analysis. Then depth-physical impact functions are calculated referring to the principal components of the buildings which can be affected by different water levels. Hereby, depth-physical impact functions are seen as a means for the interrelation between the water level and the physical impacts. The third module provides the tools for implementing the methodology. This tool compresses the architecture for feeding the required data on the buildings with their relations to the building typology and the building-type specific depth-physical impact function supporting the automatic process. The methodology is tested in three flood plains pilot sites: (i) in the settlement of the Barrio Sur in Magangué and (ii) in the settlement of La Peña in Cicuco located on the flood plain of Magdalena River, Colombia and (iii) in a settlement of the city of Dresden, located on the Elbe River, Germany. The testing of the methodology covers the description of data availability and accuracy, the steps for deriving the depth-physical impact functions of representative buildings and the final display of the spatial distribution of the physical flood susceptibility. The discussion analyses what are the contributions of this work evaluating the findings of the methodology’s testing with the dissertation goals. The conclusions of the work show the contributions and limitations of the research in terms of methodological and empirical advancements and the general applicability in flood risk management. / In vielen Städten nehmen die Auswirkungen von Hochwasser auf Gebäude aufgrund immer extremerer Wetterereignisse, unkontrollierbarer Siedlungsbauten und der steigenden Vulnerabilität von Besitztümern stetig zu. Es existieren zwar bereits Ansätze zur Beurteilung von Wasserschäden an Gebäuden und Infrastrukturknotenpunkten. Doch ist es bisher schwierig, diese Methoden großräumig anzuwenden, da es an einer präzisen Klassifizierung und Charakterisierung von Gebäuden und anderen baulichen Anlagen fehlt. Zu diesem Zweck sollen in dieser Arbeit erstens ein Konzept für ein genaueres Verständnis der physischen Vulnerabilität von Gebäuden gegenüber Hochwasser dargelegt, zweitens ein methodisches Verfahren zur Kombination der bestehenden Methoden und Hilfsmittel mit dem Ziel einer großräumigen und hochauflösenden Analyse erarbeitet und drittens diese Methode an drei Pilotstandorten mit unterschiedlichem Ausbauzustand erprobt werden. Die Rahmenbedingungen des Konzepts grenzen die Begriffe der Vulnerabilität, der physischen Vulnerabilität und der physischen Anfälligkeit gegenüber Hochwasser ein und erörtern deren Beziehung zur sozialen und ökonomischen Vulnerabilität. Es werden die Merkmale der physischen Anfälligkeit von Gebäuden gegenüber Hochwasser als Bestandteil der Vulnerabilität definiert. Das methodische Verfahren umfasst drei Module: (i) Methoden zur Erstellung einer Gebäudetypologie, (ii) Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit repräsentativer Gebäude jedes Gebäudetyps und (iii) die Kombination der beiden Module mit Hilfe technologischer Hilfsmittel. Das erste Modul zur Gebäudetypologie basiert auf der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten und GIS-Analysen anhand von sieben Gebäudeparametern, die sich für die Klassifizierung von Gebäuden bezüglich ihres Risikopotenzials bei Hochwasser als wichtig erweisen. Daraus ergibt sich ein Ansatz zur Gebäudeklassifizierung. Die anschließende Ermittlung repräsentativer Gebäude beruht auf statistischen Analysen und Zugehörigkeitsfunktionen. Das zweite Modul zur Anfälligkeit repräsentativer Gebäude beruht auf der Ableitung von Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung. Es setzt die relevanten Gebäudemerkmale, darunter Höhe, Maße und Materialien, in Beziehung zum erwartbaren Schaden bei unterschiedlichen Wasserständen. Die Materialanfälligkeit wird aufgrund internationaler Studien zur Festigkeit von Baustoffen sowie durch Anwendung eines Fuzzy-Logic-Expertensystems eingeschätzt. Anschließend werden Wasserstand-Schaden-Funktionen unter Einbeziehung der Hauptgebäudekomponenten berechnet, die durch unterschiedliche Wasserstände in Mitleidenschaft gezogen werden können. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung dienen hier dazu, den jeweiligen Wasserstand und die physischen Auswirkung in Beziehung zueinander zu setzen. Das dritte Modul stellt die zur Umsetzung der Methoden notwendigen Hilfsmittel vor. Zur Unterstützung des automatisierten Verfahrens dienen Hilfsmittel, die die Gebäudetypologie mit der Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung für Gebäude in Hochwassergebieten kombinieren. Die Methoden wurden anschließend in drei hochwassergefährdeten Pilotstandorten getestet: (i) in den Siedlungsgebieten von Barrio Sur in Magangué und (ii) von La Pena in Cicuco, zwei Überschwemmungsgebiete des Magdalenas in Kolumbien, und (iii) im Stadtgebiet von Dresden, das an der Elbe liegt. Das Testverfahren umfasst die Beschreibung der Datenverfügbarkeit und genauigkeit, die einzelnen Schritte zur Analyse der. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung repräsentativer Gebäude sowie die Darstellung der räumlichen Verteilung der physischen Anfälligkeit für Hochwasser. In der Diskussion wird der Beitrag dieser Arbeit zur Beurteilung der Erkenntnisse der getesteten Methoden anhand der Ziele dieser Dissertation analysiert. Die Folgerungen beleuchten abschließend die Fortschritte und auch Grenzen der Forschung hinsichtlich methodischer und empirischer Entwicklungen sowie deren allgemeine Anwendbarkeit im Bereich des Hochwasserschutzes. / El impacto de las inundaciones sobre los edificios en zonas urbanas es cada vez mayor debido a la intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos, asentamientos no controlados o no planificados y su creciente vulnerabilidad. Hay métodos disponibles para evaluar los daños por inundación en edificios e infraestructuras críticas. Sin embargo, es muy difícil implementar estos métodos sistemáticamente en grandes áreas debido a la falta de clasificación y caracterización de estructuras construidas en resoluciones detalladas. Para superar este obstáculo, este trabajo se enfoca, en primer lugar, en desarrollar un marco conceptual para comprender la vulnerabilidad y susceptibilidad física de edificios por inudaciones, en segundo lugar, en desarrollar un marco metodológico para la combinación de los métodos y herramientas para una análisis de alta resolución y en tercer lugar, la prueba de la metodología en tres sitios experimentales, con distintas condiciones de desarrollo. El marco conceptual se enfoca en comprender la vulnerabilidad y susceptibility de las edificaciones frente a inundaciones, y su relación con la vulnerabilidad social y económica. En él se describen las principales características físicas de la susceptibilidad de edificicaiones como un componente de la vulnerabilidad. El marco metodológico consta de tres módulos: (i) métodos para la derivación de topología de construcciones, (ii) métodos para evaluar la susceptibilidad de edificios representativos y (iii) la integración de los dos módulos a través herramientas tecnológicas. El primer módulo de topología de construcciones se basa en una clasificación de datos de sensoramiento rémoto y procesamiento SIG para la extracción de siete parámetros de las edficaciones. Este módulo parece ser aplicable para una clasificación de los edificios en relación con los posibles impactos de las inundaciones. El resultado es una taxonomía de las edificaciones y una posterior identificación de edificios representativos que se basa en análisis estadísticos y funciones de pertenencia. El segundo módulo consiste en el análisis de susceptibilidad de las construcciones representativas a través de funciones de profundidad del impacto físico. Las cuales relacionan los principales componentes de la construcción, incluyendo sus alturas, dimensiones y materiales con los impactos físicos a diferentes niveles de agua. La susceptibilidad del material se calcula con base a estudios internacionales sobre la resistencia de los materiales y un análisis a través de sistemas expertos difusos. Aquí, las funciones de profundidad de impacto físico son considerados como un medio para la interrelación entre el nivel del agua y los impactos físicos. El tercer módulo proporciona las herramientas necesarias para la aplicación de la metodología. Estas herramientas tecnológicas consisten en la arquitectura para la alimentación de los datos relacionados a la tipología de construcciones con las funciones de profundidad del impacto físico apoyado en procesos automáticos. La metodología es probada en tres sitios piloto: (i) en el Barrio Sur en Magangué y (ii) en la barrio de La Peña en Cicuco situado en la llanura inundable del Río Magdalena, Colombia y (iii) en barrio Kleinzschachwitz de la ciudad de Dresden, situado a orillas del río Elba, en Alemania. Las pruebas de la metodología abarca la descripción de la disponibilidad de los datos y la precisión, los pasos a seguir para obtener las funciones profundidad de impacto físico de edificios representativos y la presentación final de la distribución espacial de la susceptibilidad física frente inundaciones El discusión analiza las aportaciones de este trabajo y evalua los resultados de la metodología con relación a los objetivos. Las conclusiones del trabajo, muestran los aportes y limitaciones de la investigación en términos de avances metodológicos y empíricos y la aplicabilidad general de gestión del riesgo de inundaciones.

The impact of climate change is increasingly important to the design of urban water infrastructure like stormwater systems, sewage systems and drinking water systems. Growing evidence indicates that the water sector will not only be affected by climate change, but it will reflect and deliver many of its impacts through floods, droughts, or extreme rainfall events. Water resources will change in both quantity and quality, and the infrastructure of stormwater and wastewater facilities may face greater risk of damage caused by storms, floods and droughts. The effect of the climate change will put more difficulties on operations to disrupted services and increased cost of the water and wastewater services. Governments, urban planners, and water managers should therefore re-examine development processes for municipal water and wastewater services and are adapt strategies to incorporate climate change into infrastructure design, capital investment projects, service provision planning, and operation and maintenance. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change, the global mean temperature has increased by 0,7 °C during the last 100 years and, as a consequence, the hydrological cycle has intensified with, for example, more acute rainfall events. As urban drainage systems have been developed over a long period of time and design criteria are based upon climatic characteristics, these changes will affect the systems and the city accordingly. The overall objective of this thesis is to increase the knowledge about the climate change impacts on the stormwater system in Al Hillah city/Iraq. In more detail, the objective is to investigate how climate change could affect urban drainage systems specifically stormwater infrastructure, and also to suggest an adaptation plan for these changes using adaptation plans examples from international case studies. Three stochastic weather generators have been investigated in order to understand the climate and climate change in Al Hillah. The stochastic weather generators have been used in different kind of researches and studies; for example in hydrology, floods management, urban water design and analysis, and environmental protection. To make such studies efficient, it is important to have long data records (typically daily data) so the weather generator can generate synthetic daily weather data based on a sound statistical background. Some weather generators can produce the climate change scenarios for different kind of global climate models. They can be used also to produce synthetic data for a site that does not have enough data by using interpolation methods. To ensure that the weather generator is fitting the climate of the region properly, it should be tested against observed data, whether the synthetic data are sufficiently similar. At the same time, the accuracy of the weather generator is different from region to region and depends on the respective climate properties. Testing three weather generators GEM6, ClimGen and LARS-WG at eight climate stations in the region of Babylon governorate/Iraq, where Al Hillah is located, is one of the purposes of the first part of this study. LARS-WG uses a semi-parametric distribution (developed distribution), whereas GEM6 and ClimGen use a parametric distribution (less complicated distribution). Different statistical tests have been selected to compare observed and synthetic weather data for the same kind, for instance, the precipitation and temperature distribution (wet and dry season). The result shows that LARS-WG represents the observed data for Babylon region in a better way than ClimGen, whereas GEM6 seems to misfit the observed data. The synthetic data will be used for a first simulation of urban run-off during the wet season and the consequences of climate change for the design and re-design of the urban drainage system in Al Hillah. The stochastic weather generator LARS is then used to generate ensembles of future weather data using five Global Climate Models (GCMs) that best captured the full range of uncertainty. These Global Climate Models are used to construct future climate scenarios of temperature and precipitation over the region of Babylon Governorate in Iraq. The results show an increase in monthly temperatures and a decrease in the total amount of rain, yet the extreme rain events will be more intense in a shorter time. Changes in the amount, timing, and intensity of rain events can affect the amount of stormwater runoff that needs to be controlled. The climate change calculated projections may make existing stormwater-related flooding worse. Different districts in Al Hillah city may face more frequent stormwater floods than before due to the climate change projections. All the results that have been taken from the Global Climate Models are in a daily resolution format and in order to run the Storm Water Management Model it is important to have all data in a minimum of one hour resolution. In order to fulfill this condition a disaggregation model has been used. Some hourly precipitation data were required to calibrate the temporal disaggregation model; however none of the climate stations and rain gauges in the area of interest have hourly resolution data, so the hourly data from Baghdad airport station have been used for that calibration. The changes in the flood return periods have been seen in the projected climate change results, and a return period will only remain valid over time if environmental conditions do not change. This means that return periods used for planning purposes may need to be updated more often than previously, because values calculated based on the past 30 years of data may become unrepresentative within a relatively short time span. While return periods provide useful guidance for planning the effects of flooding and related impacts, they need to be used with care, and allowances have to be made for extremes that may occur more often than may be expected. In the study area with separated stormwater systems, the Storm Water Management Model simulation shows that the number of surface floods as well as of the floods increases in the future time periods 2050s and 2080s. Future precipitation will also increase both the flooding frequency and the duration of floods; therefore the need to handle future situations in urban drainage systems and to have a well-planned strategy to cope with future conditions is evident. The overall impacts on urban drainage systems due to the increase of intensive precipitation events need to be adapted. For that reason, recommendations for climate change adaptation in the city of Al Hillah have been suggested. This has been accomplished by merging information from the review of five study cases, selected based on the amount and quality of information available. The cities reviewed are Seattle (USA), Odense (Denmark), Tehran (Iran), and Khulna (Bangladesh).:Preface Acknowledgment Abstract Kurzfassung Contents List of Figures List of Tables List of Listing List of Abbreviation Introduction 1.1. Background of The Research 1.2. The Climate Change Challenge 1.3. Urban Water Systems and Climate Change 1.4. Climate Change and Urban Drainage Adaptation Plan 1.5. Objectives of the Research 1.6. Research Problems and Hypothesis 1.7. Dissertation Structure 1.8. Delimitations Climate History and Climate Change Projections in Al Hillah City Chapter One: State of the Art on Climate Change 2.1.1. The Earth’s Climate System 2.1.2. Climate Change 2.1.3. Emission Scenarios 2.1.4. Global Climate Change 2.1.5. Climate Models 2.1.6. Downscaling Chapter Two: Topography and Climate of the Study Area 2.2.1. Location 2.2.2. Topography 2.2.3. Climate Chapter Three: Climate Change - Methodology and Data 2.3.1. Methodology 2.3.1.1. Stochastic Weather Generators 2.3.1.2. Description of Generators Used in the Comparison 2.3.1.3. Statistical Analysis Comparison Test 2.3.2. Data 2.3.2.1. Required data for modelling 2.3.2.2. Historical daily data required for the weather generators 2.3.2.3. Minimum requirements 2.3.2.4. Data Availability Chapter Four: Results Analysis and Evaluation of Climate Change 2.4.1. Weather Generators Comparison Test results 2.4.1.1.The p-value test Temperature Comparison results Precipitation Comparison Results 2.4.2. LARS Weather Generator Future Scenario 2.4.2.1.1. Climate Change Scenarios for the region of Babylon governorate Storm Water System and Urban Flooding in Al Hillah City Chapter one: Urban Water Modelling 3.1.1. General Overview and Background 3.1.1.1. Storm water systems 3.1.2. Urban Runoff Models 3.1.3. An Overview of Runoff Estimation Methods 3.1.3.1. Computer Modelling in Urban Drainage 3.1.3.2.Statistical Rational Method (SRM) 3.1.4. Models Based on Statistical Rational Method 3.1.5. Urban Rainfall-Runoff Methods 3.1.6. Accuracy Level in Urban Catchment Models Chapter Two: Urban Water System in Al Hillah City and Data Requirement for Modelling 3.2.1. History 3.2.2. Current Situation 3.2.2.1. Urban water system Iraq 3.2.2.2. Urban Water description in Babylon governorate 3.2.2.3. Drinking water network 3.2.2.4. Sewerage infrastructure 3.2.3. Required data for modelling Chapter Three: Methodology to Disaggregate Daily Rain Data and Model Storm Water Runoff 3.3.1. Temporal Disaggregation (hourly from daily) 3.3.1.1. Background of Disaggregation 3.3.1.2. Disaggregation techniques 3.3.1.3. DiMoN Disaggregation Tool 3.3.1.4. Input Data 3.3.1.5. Methods Formerly Used 3.3.2. EPA Storm Water Management Model (SWMM) 3.3.2.1. Verification and Calibration 3.3.2.2. Stormwater Management Model PCSWMM 3.3.2.3. Complete support for all USEPA SWMM5 engine capabilities Chapter Four: Urban Flooding Results 3.4.1. Disaggregation of the daily rain data to hourly data 3.4.1.1.The 1 hour events properties 3.4.1.2. Estimating the rain events in each climate change scenario 3.4.1.3. Past, Current and future return periods 3.4.2. Storm Water Management Model PCSWMM Calibration 3.4.3.Return periods and Urban Floods 3.4.3.1.Network simulation 3.4.3.2.Properties with previous flooding problems 3.4.3.3.Storm water system simulation under 1 hour-2, 5 and 10 years return period 3.4.3.4.Storm water system simulation under 1 hour-25 years return period 3.4.3.5.Storm water system simulation under 1 hour-50 years return period 3.4.3.6. Storm water system simulation under 1 hour – 100, 200, 500 and 1000 years return period 3.4.3.7.Total Flooding Adaptation Plan for Al Hillah City Chapter One: International Case Studies 4.1.1. Historical precipitation analysis 4.1.2. Current and projected future climate change, impacts and adaptation plan for each selected city 4.1.2.1. Seattle 4.1.2.2. Odense 4.1.2.3. Tehran 4.1.2.4. Khulna 4.1.2.5. Melbourne 4.1.3. Drainage System of the Studied Cities 4.1.3.1. Drainage System in Seattle 4.1.3.2. Drainage System in Odense 4.1.3.3. Drainage System in Tehran 4.1.3.4. Drainage System in Khulna 4.1.3.5. Drainage System in Melbourne Chapter Two: Adaptation Plan for Al Hillah City 4.2.1. Conclusions from Adaptation Options Analysed 4.2.2. Suggestions for Al Hillah City 4.2.3. Adaptation Actions Overall Conclusion Bibliography / Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Gestaltung der städtischen Wasserinfrastruktur wie Regenwasser, Kanalisation und Trinkwassersysteme werden immer wichtiger. Eine wachsende Anzahl von Belegen zeigt, dass der Wassersektor nicht nur durch den Klimawandel beeinflusst werden wird, aber er wird zu reflektieren und liefern viele seiner Auswirkungen durch Überschwemmungen, Dürren oder extreme Niederschlagsereignisse. Die Wasserressourcen werden sich in Quantität und Qualität verändern, und die Infrastruktur von Regen-und Abwasseranlagen kann einer größeren Gefahr von Schäden durch Stürme, Überschwemmungen und Dürren ausgesetzt sein. Die Auswirkungen des Klimawandels werden zu mehr Schwierigkeiten im Betrieb gestörter Dienstleistungen und zu erhöhten Kosten für Wasser-und Abwasserdienstleistungen führen. Regierungen, Stadtplaner, und Wasser-Manager sollten daher die Entwicklungsprozesse für kommunale Wasser-und Abwasserdienstleistungen erneut überprüfen und Strategien anpassen, um den Klimawandel in Infrastruktur-Design, Investitionsprojekte, Planung von Leistungserbringung, sowie Betrieb und Wartung einzuarbeiten. Nach Angaben des Intergovernmental Panel on Climate Change hat die globale Mitteltemperatur in den letzten 100 Jahren um 0,7 °C zugenommen, und in der Folge hat sich der hydrologische Zyklus intensiviert mit, zum Beispiel, stärkeren Niederschlagsereignisse. Da die städtischen Entwässerungssysteme über einen langen Zeitraum entwickelt wurden und Design-Kriterien auf klimatischen Eigenschaften beruhen, werden diese Veränderungen die Systeme und die Stadt entsprechend beeinflussen. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über die Auswirkungen des Klimawandels auf das Regenwasser-System in der Stadt Hilla / Irak zu bereichern. Im Detail ist das Ziel, zu untersuchen, wie der Klimawandel die Siedlungsentwässerung und insbesondere die Regenwasser-Infrastruktur betreffen könnte. Desweiteren soll ein Anpassungsplan für diese Änderungen auf der Grundlage von beispielhaften Anpassungsplänen aus internationalen Fallstudienvorgeschlagen werden. Drei stochastische Wettergeneratoren wurden untersucht, um das Klima und den Klimawandel in Hilla zu verstehen. Stochastische Wettergeneratoren wurden in verschiedenen Untersuchungen und Studien zum Beispiel in der Hydrologie sowie im Hochwasser-Management, Siedlungswasser-Design- und Analyse, und Umweltschutz eingesetzt. Damit solche Studien effizient sind, ist es wichtig, lange Datensätze (in der Regel Tageswerte) haben, so dass der Wettergenerator synthetische tägliche Wetterdaten erzeugen kann, dieauf einem soliden statistischen Hintergrund basieren. Einige Wettergeneratoren können Klimaszenarien für verschiedene Arten von globalen Klimamodellen erzeugen. Sie können unter Verwendung von Interpolationsverfahren auch synthetische Daten für einen Standort generieren, für den nicht genügend Daten vorliegen. Um sicherzustellen, dass der Wettergenerator dem Klima der Region optimal entspricht, sollte gegen die beobachteten Daten geprüft werden, ob die synthetischen Daten ausreichend ähnlich sind. Gleichzeitig unterscheidet sich die Genauigkeit des Wettergenerator von Region zu Region und abhängig von den jeweiligen Klimaeigenschaften. Der Zweck des ersten Teils dieser Studie ist es daher, drei Wettergeneratoren, namentlich GEM6, ClimGen und LARS-WG, an acht Klimastationen in der Region des Gouvernements Babylon / Irak zu testen. LARS-WG verwendet eine semi-parametrische Verteilung (entwickelte Verteilung), wohingegen GEM6 und ClimGen eine parametrische Verteilung (weniger komplizierte Verteilung) verwenden. Verschiedene statistische Tests wurden ausgewählt, um die beobachteten und synthetischen Wetterdaten für identische Parameter zu vergleichen, zum Beispiel die Niederschlags- und Temperaturverteilung (Nass-und Trockenzeit). Das Ergebnis zeigt, dass LARS-WG die beobachteten Daten für die Region Babylon akkurater abzeichnet, als ClimGen, wobei GEM6 die beobachteten Daten zu verfehlen scheint. Die synthetischen Daten werden für eine erste Simulation des städtischen Run-offs in der Regenzeit sowie der Folgen des Klimawandels für das Design und Re-Design des städtischen Entwässerungssystems in Hilla verwendet. Der stochastische Wettergenerator LARS wird dann verwendet, um Gruppen zukünftiger Wetterdaten unter Verwendung von fünf globalen Klimamodellen (GCM), die das gesamte Spektrum der Unsicherheit am besten abdecken, zu generieren. Diese globalen Klimamodelle werden verwendet, um zukünftige Klimaszenarien der Temperatur und des Niederschlags für die Region Babylon zu konstruieren. Die Ergebnisse zeigen, eine Steigerung der monatlichen Temperaturen und eine Abnahme der Gesamtmenge der Regen, wobei es jedoch extremere Regenereignissen mit höherer Intensivität in kürzerer Zeit geben wird. Veränderungen der Höhe, des Zeitpunkt und der Intensität der Regenereignisse können die Menge des Abflusses von Regenwasser, die kontrolliert werden muss, beeinflussen. Die Klimawandel-Prognosen können bestehende regenwasserbedingte Überschwemmungen verschlimmern. Verschiedene Bezirke in Hilla können stärker von Regenfluten betroffen werden als bisher aufgrund der Prognosen. Alle Ergebnisse, die von den globalen Klimamodellen übernommen wurden, sind in täglicher Auflösung und um das Regenwasser-Management-Modell anzuwenden, ist es wichtig, dass alle Daten in einer Mindestauflösung von einer Stunde vorliegen. Zur Erfüllung dieser Bedingung wurde ein eine Aufschlüsselungs-Modell verwendet. Einige Stunden-Niederschlagsdaten waren erforderlich, um das zeitliche Aufschlüsselungs-Modell zu kalibrieren. Da weder die Klimastationen noch die Regen-Messgeräte im Interessenbereich über stundenauflösende Daten verfügt, wurden die Stundendaten von Flughäfen in Bagdad verwendet. Die Veränderungen in den Hochwasserrückkehrperioden sind in den projizierten Ergebnissen des Klimawandels ersichtlich, und eine Rückkehrperiode wird nur dann über Zeit gültig bleiben, wenn sich die Umweltbedingungen nicht ändern. Dies bedeutet, dass Wiederkehrperioden, die für Planungszwecke verwendet werden, öfter als bisher aktualisiert werden müssen, da die auf Grundlage von Daten der letzten 30 Jahre berechneten Werte innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanneunrepräsentativ werden können. Während Wiederkehrperioden bieten nützliche Hinweise für die Planung die Effekte von Überschwemmungen und die damit verbundenen Auswirkungen, müssen aber mit Vorsicht verwendet werden, und Extreme, die öfter eintreten könnten als erwartet, sollten berücksichtigt werden. Im Studienbereich mit getrennten Regenwassersystemen zeigt die Simulation des Regenwasser-Management-Modells, dass sich die Anzahl der Oberflächenhochwasser sowie der Überschwemmungen im Zeitraum 2050e-2080 erhöhen wird. Zukünftige Niederschläge werdensowohl die Hochwasser-Frequenz als auch die Dauer von Überschwemmungen erhöhen. Daher ist die Notwendigkeit offensichtlich, zukünftige Situationen in städtischen Entwässerungssystemen zu berücksichtigen und eine gut geplante Strategie zu haben, um zukünftige Bedingungen zu bewältigen. Die gesamten Auswirkungen auf die Siedlungsentwässerungssyteme aufgrund der Zunahme von intensiven Niederschlagsereignissen müssen angepasst werden. Aus diesem Grund wurden Empfehlungen für die Anpassung an den Klimawandel in der Stadt Hilla vorgeschlagen. Diese wurden durch die Zusammenführung von Informationen aus der Prüfung von fünf Fallstudien, ausgewählt aufgrund der Menge und Qualität der verfügbaren Informationen, erarbeitet,. Die bewerteten Städte sind Seattle (USA), Odense (Dänemark), Teheran (Iran), und Khulna (Bangladesch).:Preface Acknowledgment Abstract Kurzfassung Contents List of Figures List of Tables List of Listing List of Abbreviation Introduction 1.1. Background of The Research 1.2. The Climate Change Challenge 1.3. Urban Water Systems and Climate Change 1.4. Climate Change and Urban Drainage Adaptation Plan 1.5. Objectives of the Research 1.6. Research Problems and Hypothesis 1.7. Dissertation Structure 1.8. Delimitations Climate History and Climate Change Projections in Al Hillah City Chapter One: State of the Art on Climate Change 2.1.1. The Earth’s Climate System 2.1.2. Climate Change 2.1.3. Emission Scenarios 2.1.4. Global Climate Change 2.1.5. Climate Models 2.1.6. Downscaling Chapter Two: Topography and Climate of the Study Area 2.2.1. Location 2.2.2. Topography 2.2.3. Climate Chapter Three: Climate Change - Methodology and Data 2.3.1. Methodology 2.3.1.1. Stochastic Weather Generators 2.3.1.2. Description of Generators Used in the Comparison 2.3.1.3. Statistical Analysis Comparison Test 2.3.2. Data 2.3.2.1. Required data for modelling 2.3.2.2. Historical daily data required for the weather generators 2.3.2.3. Minimum requirements 2.3.2.4. Data Availability Chapter Four: Results Analysis and Evaluation of Climate Change 2.4.1. Weather Generators Comparison Test results 2.4.1.1.The p-value test Temperature Comparison results Precipitation Comparison Results 2.4.2. LARS Weather Generator Future Scenario 2.4.2.1.1. Climate Change Scenarios for the region of Babylon governorate Storm Water System and Urban Flooding in Al Hillah City Chapter one: Urban Water Modelling 3.1.1. General Overview and Background 3.1.1.1. Storm water systems 3.1.2. Urban Runoff Models 3.1.3. An Overview of Runoff Estimation Methods 3.1.3.1. Computer Modelling in Urban Drainage 3.1.3.2.Statistical Rational Method (SRM) 3.1.4. Models Based on Statistical Rational Method 3.1.5. Urban Rainfall-Runoff Methods 3.1.6. Accuracy Level in Urban Catchment Models Chapter Two: Urban Water System in Al Hillah City and Data Requirement for Modelling 3.2.1. History 3.2.2. Current Situation 3.2.2.1. Urban water system Iraq 3.2.2.2. Urban Water description in Babylon governorate 3.2.2.3. Drinking water network 3.2.2.4. Sewerage infrastructure 3.2.3. Required data for modelling Chapter Three: Methodology to Disaggregate Daily Rain Data and Model Storm Water Runoff 3.3.1. Temporal Disaggregation (hourly from daily) 3.3.1.1. Background of Disaggregation 3.3.1.2. Disaggregation techniques 3.3.1.3. DiMoN Disaggregation Tool 3.3.1.4. Input Data 3.3.1.5. Methods Formerly Used 3.3.2. EPA Storm Water Management Model (SWMM) 3.3.2.1. Verification and Calibration 3.3.2.2. Stormwater Management Model PCSWMM 3.3.2.3. Complete support for all USEPA SWMM5 engine capabilities Chapter Four: Urban Flooding Results 3.4.1. Disaggregation of the daily rain data to hourly data 3.4.1.1.The 1 hour events properties 3.4.1.2. Estimating the rain events in each climate change scenario 3.4.1.3. Past, Current and future return periods 3.4.2. Storm Water Management Model PCSWMM Calibration 3.4.3.Return periods and Urban Floods 3.4.3.1.Network simulation 3.4.3.2.Properties with previous flooding problems 3.4.3.3.Storm water system simulation under 1 hour-2, 5 and 10 years return period 3.4.3.4.Storm water system simulation under 1 hour-25 years return period 3.4.3.5.Storm water system simulation under 1 hour-50 years return period 3.4.3.6. Storm water system simulation under 1 hour – 100, 200, 500 and 1000 years return period 3.4.3.7.Total Flooding Adaptation Plan for Al Hillah City Chapter One: International Case Studies 4.1.1. Historical precipitation analysis 4.1.2. Current and projected future climate change, impacts and adaptation plan for each selected city 4.1.2.1. Seattle 4.1.2.2. Odense 4.1.2.3. Tehran 4.1.2.4. Khulna 4.1.2.5. Melbourne 4.1.3. Drainage System of the Studied Cities 4.1.3.1. Drainage System in Seattle 4.1.3.2. Drainage System in Odense 4.1.3.3. Drainage System in Tehran 4.1.3.4. Drainage System in Khulna 4.1.3.5. Drainage System in Melbourne Chapter Two: Adaptation Plan for Al Hillah City 4.2.1. Conclusions from Adaptation Options Analysed 4.2.2. Suggestions for Al Hillah City 4.2.3. Adaptation Actions Overall Conclusion Bibliography

The impacts of floods on buildings in urban areas are increasing due to the intensification of extreme weather events, unplanned or uncontrolled settlements and the rising vulnerability of assets. There are some approaches available for assessing the flood damage to buildings and critical infrastructure. To this point, however, it is extremely difficult to adapt these methods widely, due to the lack of high resolution classification and characterisation approaches for built structures. To overcome this obstacle, this work presents: first, a conceptual framework for understanding the physical flood vulnerability and the physical flood susceptibility of buildings, second, a methodological framework for the combination of methods and tools for a large-scale and high-resolution analysis and third, the testing of the methodology in three pilot sites with different development conditions. The conceptual framework narrows down an understanding of flood vulnerability, physical flood vulnerability and physical flood susceptibility and its relation to social and economic vulnerabilities. It describes the key features causing the physical flood susceptibility of buildings as a component of the vulnerability. The methodological framework comprises three modules: (i) methods for setting up a building topology, (ii) methods for assessing the susceptibility of representative buildings of each building type and (iii) the integration of the two modules with technological tools. The first module on the building typology is based on a classification of remote sensing data and GIS analysis involving seven building parameters, which appeared to be relevant for a classification of buildings regarding potential flood impacts. The outcome is a building taxonomic approach. A subsequent identification of representative buildings is based on statistical analyses and membership functions. The second module on the building susceptibility for representative buildings bears on the derivation of depth-physical impact functions. It relates the principal building components, including their heights, dimensions and materials, to the damage from different water levels. The material’s susceptibility is estimated based on international studies on the resistance of building materials and a fuzzy expert analysis. Then depth-physical impact functions are calculated referring to the principal components of the buildings which can be affected by different water levels. Hereby, depth-physical impact functions are seen as a means for the interrelation between the water level and the physical impacts. The third module provides the tools for implementing the methodology. This tool compresses the architecture for feeding the required data on the buildings with their relations to the building typology and the building-type specific depth-physical impact function supporting the automatic process. The methodology is tested in three flood plains pilot sites: (i) in the settlement of the Barrio Sur in Magangué and (ii) in the settlement of La Peña in Cicuco located on the flood plain of Magdalena River, Colombia and (iii) in a settlement of the city of Dresden, located on the Elbe River, Germany. The testing of the methodology covers the description of data availability and accuracy, the steps for deriving the depth-physical impact functions of representative buildings and the final display of the spatial distribution of the physical flood susceptibility. The discussion analyses what are the contributions of this work evaluating the findings of the methodology’s testing with the dissertation goals. The conclusions of the work show the contributions and limitations of the research in terms of methodological and empirical advancements and the general applicability in flood risk management.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203 / In vielen Städten nehmen die Auswirkungen von Hochwasser auf Gebäude aufgrund immer extremerer Wetterereignisse, unkontrollierbarer Siedlungsbauten und der steigenden Vulnerabilität von Besitztümern stetig zu. Es existieren zwar bereits Ansätze zur Beurteilung von Wasserschäden an Gebäuden und Infrastrukturknotenpunkten. Doch ist es bisher schwierig, diese Methoden großräumig anzuwenden, da es an einer präzisen Klassifizierung und Charakterisierung von Gebäuden und anderen baulichen Anlagen fehlt. Zu diesem Zweck sollen in dieser Arbeit erstens ein Konzept für ein genaueres Verständnis der physischen Vulnerabilität von Gebäuden gegenüber Hochwasser dargelegt, zweitens ein methodisches Verfahren zur Kombination der bestehenden Methoden und Hilfsmittel mit dem Ziel einer großräumigen und hochauflösenden Analyse erarbeitet und drittens diese Methode an drei Pilotstandorten mit unterschiedlichem Ausbauzustand erprobt werden. Die Rahmenbedingungen des Konzepts grenzen die Begriffe der Vulnerabilität, der physischen Vulnerabilität und der physischen Anfälligkeit gegenüber Hochwasser ein und erörtern deren Beziehung zur sozialen und ökonomischen Vulnerabilität. Es werden die Merkmale der physischen Anfälligkeit von Gebäuden gegenüber Hochwasser als Bestandteil der Vulnerabilität definiert. Das methodische Verfahren umfasst drei Module: (i) Methoden zur Erstellung einer Gebäudetypologie, (ii) Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit repräsentativer Gebäude jedes Gebäudetyps und (iii) die Kombination der beiden Module mit Hilfe technologischer Hilfsmittel. Das erste Modul zur Gebäudetypologie basiert auf der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten und GIS-Analysen anhand von sieben Gebäudeparametern, die sich für die Klassifizierung von Gebäuden bezüglich ihres Risikopotenzials bei Hochwasser als wichtig erweisen. Daraus ergibt sich ein Ansatz zur Gebäudeklassifizierung. Die anschließende Ermittlung repräsentativer Gebäude beruht auf statistischen Analysen und Zugehörigkeitsfunktionen. Das zweite Modul zur Anfälligkeit repräsentativer Gebäude beruht auf der Ableitung von Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung. Es setzt die relevanten Gebäudemerkmale, darunter Höhe, Maße und Materialien, in Beziehung zum erwartbaren Schaden bei unterschiedlichen Wasserständen. Die Materialanfälligkeit wird aufgrund internationaler Studien zur Festigkeit von Baustoffen sowie durch Anwendung eines Fuzzy-Logic-Expertensystems eingeschätzt. Anschließend werden Wasserstand-Schaden-Funktionen unter Einbeziehung der Hauptgebäudekomponenten berechnet, die durch unterschiedliche Wasserstände in Mitleidenschaft gezogen werden können. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung dienen hier dazu, den jeweiligen Wasserstand und die physischen Auswirkung in Beziehung zueinander zu setzen. Das dritte Modul stellt die zur Umsetzung der Methoden notwendigen Hilfsmittel vor. Zur Unterstützung des automatisierten Verfahrens dienen Hilfsmittel, die die Gebäudetypologie mit der Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung für Gebäude in Hochwassergebieten kombinieren. Die Methoden wurden anschließend in drei hochwassergefährdeten Pilotstandorten getestet: (i) in den Siedlungsgebieten von Barrio Sur in Magangué und (ii) von La Pena in Cicuco, zwei Überschwemmungsgebiete des Magdalenas in Kolumbien, und (iii) im Stadtgebiet von Dresden, das an der Elbe liegt. Das Testverfahren umfasst die Beschreibung der Datenverfügbarkeit und genauigkeit, die einzelnen Schritte zur Analyse der. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung repräsentativer Gebäude sowie die Darstellung der räumlichen Verteilung der physischen Anfälligkeit für Hochwasser. In der Diskussion wird der Beitrag dieser Arbeit zur Beurteilung der Erkenntnisse der getesteten Methoden anhand der Ziele dieser Dissertation analysiert. Die Folgerungen beleuchten abschließend die Fortschritte und auch Grenzen der Forschung hinsichtlich methodischer und empirischer Entwicklungen sowie deren allgemeine Anwendbarkeit im Bereich des Hochwasserschutzes.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203 / El impacto de las inundaciones sobre los edificios en zonas urbanas es cada vez mayor debido a la intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos, asentamientos no controlados o no planificados y su creciente vulnerabilidad. Hay métodos disponibles para evaluar los daños por inundación en edificios e infraestructuras críticas. Sin embargo, es muy difícil implementar estos métodos sistemáticamente en grandes áreas debido a la falta de clasificación y caracterización de estructuras construidas en resoluciones detalladas. Para superar este obstáculo, este trabajo se enfoca, en primer lugar, en desarrollar un marco conceptual para comprender la vulnerabilidad y susceptibilidad física de edificios por inudaciones, en segundo lugar, en desarrollar un marco metodológico para la combinación de los métodos y herramientas para una análisis de alta resolución y en tercer lugar, la prueba de la metodología en tres sitios experimentales, con distintas condiciones de desarrollo. El marco conceptual se enfoca en comprender la vulnerabilidad y susceptibility de las edificaciones frente a inundaciones, y su relación con la vulnerabilidad social y económica. En él se describen las principales características físicas de la susceptibilidad de edificicaiones como un componente de la vulnerabilidad. El marco metodológico consta de tres módulos: (i) métodos para la derivación de topología de construcciones, (ii) métodos para evaluar la susceptibilidad de edificios representativos y (iii) la integración de los dos módulos a través herramientas tecnológicas. El primer módulo de topología de construcciones se basa en una clasificación de datos de sensoramiento rémoto y procesamiento SIG para la extracción de siete parámetros de las edficaciones. Este módulo parece ser aplicable para una clasificación de los edificios en relación con los posibles impactos de las inundaciones. El resultado es una taxonomía de las edificaciones y una posterior identificación de edificios representativos que se basa en análisis estadísticos y funciones de pertenencia. El segundo módulo consiste en el análisis de susceptibilidad de las construcciones representativas a través de funciones de profundidad del impacto físico. Las cuales relacionan los principales componentes de la construcción, incluyendo sus alturas, dimensiones y materiales con los impactos físicos a diferentes niveles de agua. La susceptibilidad del material se calcula con base a estudios internacionales sobre la resistencia de los materiales y un análisis a través de sistemas expertos difusos. Aquí, las funciones de profundidad de impacto físico son considerados como un medio para la interrelación entre el nivel del agua y los impactos físicos. El tercer módulo proporciona las herramientas necesarias para la aplicación de la metodología. Estas herramientas tecnológicas consisten en la arquitectura para la alimentación de los datos relacionados a la tipología de construcciones con las funciones de profundidad del impacto físico apoyado en procesos automáticos. La metodología es probada en tres sitios piloto: (i) en el Barrio Sur en Magangué y (ii) en la barrio de La Peña en Cicuco situado en la llanura inundable del Río Magdalena, Colombia y (iii) en barrio Kleinzschachwitz de la ciudad de Dresden, situado a orillas del río Elba, en Alemania. Las pruebas de la metodología abarca la descripción de la disponibilidad de los datos y la precisión, los pasos a seguir para obtener las funciones profundidad de impacto físico de edificios representativos y la presentación final de la distribución espacial de la susceptibilidad física frente inundaciones El discusión analiza las aportaciones de este trabajo y evalua los resultados de la metodología con relación a los objetivos. Las conclusiones del trabajo, muestran los aportes y limitaciones de la investigación en términos de avances metodológicos y empíricos y la aplicabilidad general de gestión del riesgo de inundaciones.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203