Disrupted Lifelines: Modelling natural hazard risks to basic services through interdependent critical infrastructure

Abstract

Critical infrastructure ensures essential functions in every-day life. It en- ables access to power, healthcare, education, and other basic services, and contributes to the attainment of all 17 Sustainable Development Goals. However, while infrastructure investments have reached unprecedented levels globally, infrastructure exposure to natural hazards has equally risen. Climate-related direct damage to critical infrastructure surpasses 730 billion USD yearly, and is projected to increase in a changing climate. Risk to critical infrastructure must be understood as risk to people’s well-being and to sustainable development, and it is crucial to recognize challenges towards climate-resilient infrastructures and services. While critical infrastructure is ubiquitous, knowledge on locations, vulnerabilities, and potential exposure to relevant natural hazards is not. Further, critical infrastructure com- prises networked, interdependent systems, in which asset damages can lead to cascading failures along these connections. Services may consequently be disrupted far beyond physically affected areas. These disruptions may affect different parts of society in different ways. Currently, practices in natural hazard risk assessment, technical system understanding, and social vulnerability considerations do not interlink adequately, which hampers service- centred and equitable adaptation of infrastructure to a changing climate. This thesis aims to understand natural hazard-induced critical infrastructure risks at national scales, mindful of interdependencies between these systems and their embedding in society.

Kritische Infrastrukturen sind essenziell für einen funktionierenden Alltag. Sie stellen den Zugang zu Strom, Gesundheitsversorgung, Bildung und an- deren Dienstleistungen der Grundversorgung sicher und tragen zum Erreichen aller 17 Ziele für Nachhaltige Entwicklung (engl.: Sustainable Development Goals, SDGs) bei. Globale Infrastruktur Investitionen haben einen Höchststand erreicht, was auch mit einer entsprechenden Exposition gegenüber Naturgefahren einhergeht. Klimabedingte Direktschäden an kritischen Infrastrukturen überschreiten jährlich 730 Milliarden USD und werden aufgrund des Klimawandels voraussichtlich weiter steigen. Infrastruktur Risiken müssen als Risiken für menschliches Wohlergehen und nachhaltige Entwicklung gesehen werden; ein besseres Verständnis der Herausforderungen hinsichtlich Klima-resilienter Infrastrukturen und Grundversorgung ist daher unabdingbar. Kritische Infrastrukturen sind allgegenwärtig, das Wissen um deren geografische Lage, Verwundbarkeit und potenzielle Gefährdung jedoch nicht. Kritische Infrastrukturen bestehen zudem aus netzwerkartigen, wechselseitig abhängigen (interdependenten) Systemen, innerhalb welcher Schäden zu Kaskadenversagen führen können. Dadurch kann es zu Störungen und Versorgungsengpässen in der Grundversorgung kommen, welche weit über direkt betroffene Gebiete hinausgehen. Versorgungsengpässe können wiederum unterschiedliche Auswirkungen für Betroffene verschiedener Bevölkerungsschichten haben. In gegenwärtigen Vorgehensweisen zur Risikobeurteilung von Naturgefahren knüpft das technische Systemverständnis jedoch nicht ausreichend an die Beurteilung von sozialen Verwundbarkeiten an, was eine gerechte Anpassung von Infrastrukturen an den Klimawandel erschwert. Diese Arbeit hat zum Ziel, Naturgefahren bedingte Risiken kritischer Infrastrukturen auf nationalen Skalen zu verstehen, unter Berücksichtigung von Interdependenzen und deren Einbettung in die Gesellschaft.