Influences, risks and prospects of city development on urban drainage systems

Die Entwicklung der Städte war immer eng mit der Innovation und dem Management von Infrastruktur verbunden, einschließlich der Wasserinfrastruktur. Die Verwendung von Abwassersystemen ist seit Jahrtausenden bekannt, jedoch sind moderne Abwassersysteme welche zu einer zentralen Abwasserbehandlungsanlage führen nicht älter als 70 Jahre. Nicht nur die Design-Prinzipien haben sich im Laufe der Zeit verändert, auch die Städte selbst erlebten drastische Veränderungen: eine rasche Zunahme der Bevölkerung, vor allem im 19. Jahrhundert, gesellschaftliche und wissenschaftliche Fortschritte, welche zu Änderungen der Gesetze und Vorschriften führte, um Umwelt und Bevölkerung zu schützen. Heute sehen wir mit einer Reurbanisierung der Städte in Europa und Nordamerika, einem Rückgang der Bevölkerung in den kleineren Städten und ländlichen Regionen, und einer schnellen Urbanisierung in Asien und Afrika entgegen. Die vorliegende Arbeit liefert Erkenntnisse über die Auswirkungen von Bevölkerungsänderungen, und damit Veränderungen der permeablen Flächen innerhalb des Stadtgebietes, auf Entwässerungssysteme. Nach einer Einführung wird die gemeinsame Entstehung von Städten und Wasserinfrastruktur erforscht, gefolgt von einem Kapitel welches Risiko und Resilienz erläutert. Darüber hinaus werden die Ursprünge der Stadtentwicklungsmodellierung beschrieben, einschließlich der Nach- und Vorteile aktueller Modelle. Das Modell welches im Zuge dieser Arbeit entwickelt wurde wird dabei vorgestellt. Auf Zuge einer Fallstudie wird das Modell angewandt und die Methodik der Studie erläutert. Dazu gehören Regendaten basierend auf Klimawandelprojektionen und die Präsentation einer Web-basierten Risikokarte. Als Abschluss wird diese Arbeit kritisch hinterfragt, die wissenschaftlichen Beiträge rekapituliert und ein Ausblick auf mögliche, zukünftige Forschung gegeben. Das Ziel dieser Arbeit ist die Probleme der Modellintegration, vor allem bei Modellen mit unterschiedlichem Fokus, unterschiedlicher Zielg
The evolution of cities has always been tightly connected to infrastructure, its innovation and management, including water infrastructure. Usage of sewerage systems has been known since thousands of years, but modern sewerage systems leading to a central waste water treatment plant are not older than 70 years. Not only design principles changed over the course of time, also the cities experienced drastic changes: rapid increases in population especially in the 19th century, societal and scientific advances, leading to changes in regulations to protect the environment and population. Today we face a re-urbanisation of cities in Europe and North America, declining population in smaller cities and rural regions, and a rapid urbanisation in Asia and Africa. This thesis provides knowledge about the effects of change in population, and consequently changes of permeable to impermeable areas within the urban landscape, on drainage systems. After a introduction the co-evolution of cities and water infrastructure is explored, followed by a chapter approaching risk and resilience. Furthermore, the origins of urban development modelling are summarized, including drawbacks and benefits of current models, and the model developed during this thesis is presented. Based on a case study the model is demonstrated and the methodology explained. This includes rainfall data from climate change projections and the presentation of a web-based risk map. Finally the thesis is critically reviewed, the scientific contributions recapitulated and an outlook towards future research given. This thesis aims to address the problems of model integration, especially for models with a differing focus, target group and also audience. This approach enables testing of adaptation strategies in a constantly changing environment and rendering the results more tangible to stake-holders, politicians and the public.
Christian Mikovits
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Dissertation Universität Innsbruck 2016