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In Städten setzt eine rechtzeitige Notfallreaktion eine rechtzeitige stadtweite Erreichbarkeit voraus, die durch ein ununterbrochenes Funktionieren des Straßentransportsystems ermöglicht wird. In dieser Ära, in der extreme Wetterereignisse (EWE) und hydrometeorologische Gefahren immer häufiger und intensiver auftreten, wird die rechtzeitige Zugänglichkeit jedoch durch Verzögerungen oder Blockaden in Frage gestellt. So gefährden beispielsweise Verzögerungen oder Blockaden, die beim Fahren unter suboptimalen Überschwemmungsbedingungen auftreten können, die Sicherheit der Einsatzkräfte und damit der Bevölkerung. Daher zielt die Arbeit darauf ab, einen Beitrag zu den übergeordneten Zielen der Rettung von Menschenleben zu leisten, indem Verluste in der Funktionsfähigkeit kritischer Infrastrukturen (KRITIS) reduziert werden, um eine adaptive Notfallreaktion zur Sicherheit der Bevölkerung und der Einsatzkräfte zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird das städtische Notfallsystem als ein komplexes adaptives System von Systemen (SoS) vorgestellt, das sich unter dem Stressor von Überschwemmungen so anpassen und transformieren kann, dass seine kritische Funktionalität unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten erhalten bleibt. Für ein vertieftes Verständnis der Hochwasserrisiken, ihrer kaskadierenden Auswirkungen und der Wechselbeziehung mit der Resilienz eines komplexen adaptiven SoS wird in der Arbeit ein operationelles Resilienz-Framework vorgestellt, das ein Konzept Interdependente Resilienzen anwendet und einen Top-Down- und einen Bottom-Up-Ansatz zur räumlichen Skalierung kombiniert. Die Ansätze ermöglichen Rückkopplungsschleifen von großen zu kleinen Skalen in Bezug auf die Resilienz-Kapazitäten seiner konstituierenden Systeme, die nach einem gefährlichen Ereignis offengelegt werden und die Resilienz Kapazität des komplexen adaptiven SoS unter Berücksichtigung seiner Umgebung definieren. Das SoS-Resilienzkonzept, wie es auf das städtische Notfallsystem angewendet wird, führt die Resilienz der städtischen Notfallreaktion ein. Das Notfallreaktionsresilienz-Rahmenwerk folgt dem 4R-Modell (4Resilienz-Eigenschaften: Robustheit, Einfallsreichtum, Redundanz, Schnelligkeit der Reaktion) in einer voneinander abhängigen Form. Der Nutzen und die Absicht der Übernahme des städtischen Notfallreaktions-Resilienz Konzept von europäischen Interessenvertretern, Notfallreaktionsbeamten und Wissenschaftlern werden mit halbstrukturierten Interviews mit Experten aus den Forschungsbereichen analysiert. Die auf das städtische Notfallreaktionssysystem angewandte KAS-Theorie ermöglicht dessen Aufteilung auf die Agenten-, System- und Netzwerkebene sowie die Identifizierung der Hierarchie zwischen den einzelnen Systemen. Das Straßenverkehrssystem ist aufgrund seiner zentralen Rolle im Verhalten des städtischen Notfallreaktionssystems in der Hierarchie höher angesiedelt und stellt daher den "Nullpunkt" für weitere Hochwasserrisikobewertungen dar. Darüber hinaus helfen die Graphentheorie und die Theorie komplexer Netzwerke bei der graphischen Darstellung und der Zerlegung ihrer Systeme und Netzwerke in ihre Komponenten, was ihre Digitalisierung mit geographischen Informationssystemen (GIS) und Netzwerkanalysen für die Bewertung der Resilienz der Notfallreaktion ermöglicht wird. Die Notfallreaktionsresilienz zu regulären und extremen Szenarien von Flusshochwasser und Sturzfluten wird mit einem multikriteriellen risikobasierten zeitabhängigen Erreichbarkeitsindikator (RITAI) für das Feuerwehrsystem von Köln (in) Deutschland, bewertet. Der RITAI nutzt angewandte Geoinformatik mit geografischen Informationssystemen (GIS) für die Identifizierung von Hochwasserrisiken erster, zweiter und dritter Ordnung in verschiedenen Maßstäben und Ebenen des städtischen Notfallreaktionssystems, mit einem Top-Down- und einem achtstufigen GIS-basierten räumlichen Upscaling-Ansatz. Sicherheitsaspekte werden beim Benchmarking der RITAI berücksichtigt, und zwar in Abhängigkeit von der sicheren Fahrkapazität der Löschfahrzeuge durch überschwemmte Gewässer, der Fluttiefe und dem Straßentyp. Nach der Definition der Analyseeinheit auf der Ebene des Straßennetzes integriert ein entwickeltes halbautomatisches GIS-Toolkit für jedes der ausgewählten Hochwasserszenarien die von der Überschwemmungstiefe und dem Straßentyp abhängigen Geschwindigkeiten in die Straßennetzdatenbank. Die sich daraus ergebenden informativen Straßennetze mit Hochwasserrisiko werden für großräumige Resilienzkapazitäten des Straßennetzes genutzt, die unter Berücksichtigung der Veränderungen seiner Transporteigenschaften bewertet werden. Nach der Definition von Stadteinheiten werden stadtweite Konnektivitäts- und Erreichbarkeitsbewertungen mit Netzanalysen durchgeführt. Zur Vereinfachung der Informationen werden Geovisualisierungs- und Fuzzifizierungstechniken eingesetzt. Zur Aggregierung der Informationen und zur Vorbereitung der Reaktion auf eskalierende oder zusammengesetzte Hochwasserereignisse werden auch statistische Hochwasserauswirkungskurven erstellt. Die verwendeten Daten wurden aus offenen Quellen, von Feuerwehr- und Hochwassermanagementbeamten vor Ort in Form von Raster-, Vektor- und Excel-Dateien sowie offiziellen Berichten abgerufen und in Karten visualisiert. Die Daten übernahmen die Bereinigung und Transformation für Interoperabilitätszwecke und die weitere Bearbeitung. Die allgemeine Anwendung der RITAI und die Handhabung der Daten kann zeitaufwendig sein, wobei die Verarbeitungskosten stark von den ausgewählten Analyseeinheiten und der Speicherkapazität des verwendeten Computers abhängen. Die Ergebnisse, d.h. die großräumige Belastung des Straßennetzes, die Redundanz, der Einfallsreichtum und die stadtweite Erreichbarkeit von Routenplänen sowie die räumliche sechseckige Anbindung an das städtische Notfallreaktion-System und Notfallreaktionsresilienz-Matrizen werden in Karten visualisiert. Sie zeigen, dass die stadtweite Notfallreaktions-Effizienz in Städten stark von der großräumigen geolokalisierten Hochwasserausdehnung, der Information über die Hochwassertiefe, dem Straßentyp und der Kapazität der Rettungsfahrzeuge für eine sichere Befahrbarkeit durch überschwemmte Gewässer abhängt. Ferner wird festgestellt, dass die regulären und extremen Sturzfluten einem ähnlichen geografischen Ort des Auftretens folgen. Ihre Auswirkungen auf die stadtweite Notfallversorgung sind jedoch unterschiedlich, wobei das extreme Sturzflut-Szenario einen höheren Rückgang der Notfallrisikokosten verursacht, was auf die Abhängigkeit vom Straßentyp, der Überschwemmungen ausgesetzt ist, und der Geolokalisierung der Überschwemmungsintensitäten hinweist. Darüber hinaus erhöht in Städten die lokale Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Straßennetzes (Absorptions-, Anpassungs- und Transformationskapazitäten) unter Berücksichtigung der Sicherheit der Notfallhelfer die volkswirtschaftliche Rentabilität des Feuerwehrsystems bei Überschwemmungen. Diese lokale Ausdehnung der Funktionsfähigkeit der KRITIS wird durch die Verbesserung der Einfallsreichtum (Transformationskapazität) nach der Ausdehnung der endogenen Redundanz des Straßentransportsystems (Anpassungskapazität) erreicht, was deren nahezu analoge Beziehung offenbart. Die Erweiterung der endogenen Redundanz des Straßennetzes führt zu einer Erweiterung der exogenen Redundanz alternativer Erreichbarkeitswege, die folglich die Reaktionsfähigkeit des Feuerwehrsystems verbessern. Darüber hinaus haben statistische Analysen der Belastbarkeitskapazitäten des Straßennetzes im Falle eskalierender Überschwemmungen gezeigt, dass die Belastbarkeit des Straßentransportsystems für die Notfallversorgung stark vermindert ist. Bewertungen der Notfallreaktionsresilienz deuten darauf hin, dass die Notfallversorgung im Falle eines extremen Flusshochwasser-Szenarios stark beeinträchtigt und bei einem extremen Sturzflut-Szenario stark verzögert sein wird. Schließlich wird auch festgestellt, dass Osten Köln in der Vorbereitungsphase für die rechtzeitige Bereitstellung von Notfallprodukten unter Hochwasserbedingungen weiterer Aufmerksamkeit bedarf. Nichtsdestotrotz hängen die Ergebnisse von der Richtigkeit der verwendeten Daten, ihrer Auflösung und der Einheit der Analysen ab, was zu Verzerrungen in den Berechnungsprozessen führen kann. Verzerrungen bei der Interpretation der Ergebnisse werden durch die Vereinfachung der Konnektivität und der Informationen über die Resilienz der Notfallreaktion hexagonalen räumlichen Matrizen reduziert. Mit dem Konzept von Notfallreaktionsresilienz und seinem Ansatz zur Operationalisierung werden aktuelle silodenkende Disaster Risk Management (DRM)-Ansätze mit KAS, Resilienz, Sicherheit und räumlichem Denken angereichert, was ganzheitliche und kooperative Risikominderungsstrategien ermöglicht. Zu diesem Zweck wird mit dem vorgeschlagenen städtischen Notfallreaktionssystem nun eine identifizierte fehlende Verbindung zwischen den Anwendungsbereichen der Notfallrettungssysteme, des Katastrophenschutzes und dem Schutz Kritischer Infrastrukturen (SKI) hergestellt. Die Verbesserung der Notfallreaktionsresilienz und der Widerstandsfähigkeit von Gemeinden durch rechtzeitige Bereitstellung von Notfallreaktion wird mit einer verbesserten georäumlichen Vorbereitung für ein adaptives Management erreicht. Angewandte Geoinformatik und GIS bieten die Mittel für die Identifizierung, Bewertung, Visualisierung und den zeitnahen Austausch einer Reihe von systemischen und kaskadierenden Hochwasserauswirkungen erster, zweiter und dritter Ordnung im Hinblick auf ein vertieftes Verständnis der Hochwasserrisiken und ein adaptives Management. Die Anpassung wird mit Ansätzen erreicht, die Sicherheitsaspekte berücksichtigen und die eine genaue Bewertung z.B. der mit der Verlegung von schwerem Rettungsgerät verbundenen Betriebskosten, der humanitären Nothilfelogistik, der Belastbarkeit von Gemeinden und KRITIS ermöglichen. Der flexible und interdisziplinäre Charakter der vorgeschlagenen Konzepte kann für weitere Anwendungen auf verschiedene SoS unter Verwendung unterschiedlicher Gefahrenszenarien wertvoll sein. Sie können für szenarien- und ortsbezogene multikriterielle Risikoanalysen und Interdependenzanalysen in verschiedenen Stadtbezirken, Landkreisen und Ländern, in denen Überschwemmungen ebenfalls nicht so häufig vorkommen, zu Schulungszwecken weiter genutzt werden. In der Arbeit werden auch weitere methodische Verbesserungen, Anreicherungen und mögliche Anwendungsfälle ausführlich diskutiert.

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