Haushaltsmaßnahmen senken urbane Überschwemmungen und Mischwasserüberläufe in Cramer Hill

Regenfässer, wassersparende Toiletten und effiziente Sanitärtechnik gelten meist als Mittel, um Wasser zu sparen und die Nebenkosten zu senken. In der kommunalen Hochwasserplanung werden sie dagegen nur selten als ernstzunehmende Infrastruktur betrachtet.

Eine neue Studie zeigt jedoch: Wenn genügend Haushalte solche kleinen Maßnahmen gemeinsam umsetzen, können sie urbane Überschwemmungen und Mischwasserüberläufe spürbar verringern – selbst wenn der Klimawandel stärkere Niederschläge und steigende Meeresspiegel mit sich bringt.

Wo das Hochwasserproblem entsteht

Im Mittelpunkt der Untersuchung stand Cramer Hill, ein Wohnviertel in Camden im US-Bundesstaat New Jersey, das direkt am Delaware River liegt.

Dort leben etwa 9.400 Menschen auf rund 3,4 Quadratkilometern; ein großer Teil des Gebiets befindet sich in der vom Bundesstaat ausgewiesenen Küstenrisikozone.

Die Gezeiten reichen bis in das Entwässerungssystem hinein. Bei Stürmen staut sich das Abwasser in den Kanälen zurück. Wenn das Viertel überflutet wird, tritt auf den Straßen daher nicht nur Regenwasser aus.

Camden nutzt – ebenso wie Philadelphia und zahlreiche ältere Städte an der US-Ostküste – ein Mischwassersystem. In einer einzigen Leitung werden Abwasser und Regenwasser zur Kläranlage transportiert.

Bei heftigen Regenfällen sind diese Rohre überlastet, sodass Mischwasser in den Fluss gelangt. Zusammen leiten die beiden Städte jährlich rund 61 Milliarden Liter dieser Mischung ein, obwohl sie seit Jahrzehnten bundesrechtliche Vorgaben erfüllen.

Was geschieht, wenn Haushalte mithelfen

Das Forschungsteam wurde von Dr. Amanda Carneiro Marques geleitet, Assistenzprofessorin am College of Engineering der Drexel University.

Die Forschenden entwickelten ein hydraulisches Modell von Cramer Hill auf Ebene einzelner Häuserblöcke. Grundlage waren Niederschlags- und Gezeitendaten aus dem Jahr 2014; anschließend berechneten sie 16 Kombinationen von Maßnahmen in Privathaushalten.

Maßnahmen im Außenbereich – Regenfässer und Zisternen – wurden getrennt von Lösungen innerhalb der Häuser untersucht. Zu Letzteren gehörten die Grauwassernutzung, bei der Wasser aus Waschbecken für die Toilettenspülung eingesetzt wird, sowie wassereffiziente Armaturen.

Berücksichtigt wurden unterschiedliche Fassgrößen, Beteiligungsquoten und Maßnahmenmischungen. Jedes Szenario wurde an fünf Auslasspunkten ausgewertet, an denen die Kanalisation in den Delaware River mündet.

Vor dieser Veröffentlichung hatte niemand diese Strategien in dieser Kombination und mit einer derart hohen räumlichen Auflösung modelliert. Frühere Arbeiten betrachteten Außen- und Innenmaßnahmen getrennt voneinander und in kleinerem Umfang.

Wenn ganze Viertel teilnehmen

Übernahmen im Modell 75 Prozent der Haushalte das vollständige Paket aus Regenfässern, effizienten Armaturen und Grauwassernutzung, sanken die Mischwasserüberläufe um bis zu 11 Prozent.

Das Volumen des Hochwassers verringerte sich um bis zu 13 Prozent. Diese Werte entstanden durch Veränderungen in einzelnen Haushalten, nicht durch neue Tunnel oder zusätzliche Klärkapazitäten.

„Diese Erkenntnis ist eine wichtige und ermutigende Information für Kommunen, die vor ähnlichen Herausforderungen stehen“, sagte Marques.

„Obwohl eine breite Umsetzung dieser Maßnahmen schwer zu erreichen sein kann, könnte der Nachweis ihrer Wirksamkeit dazu beitragen, die Argumente dafür zu stärken.

Klimastresstest für Haushaltsmaßnahmen

Ein Nutzen unter den Bedingungen von 2014 ist das eine. Entscheidend war, ob die Maßnahmen in Haushalten auch bei einer sich verschärfenden Klimabelastung wirksam bleiben würden.

Deshalb ließ das Team das Modell erneut mit anspruchsvolleren Annahmen laufen: mit Niederschlägen, die 10, 20 und 30 Prozent über dem aktuellen Niveau lagen, sowie mit einem Meeresspiegelanstieg von 1 Fuß, 3 Fuß und 6 Fuß – etwa 0,3, 0,9 und 1,8 Metern.

Mehr Regen führte zu mehr Überläufen, was erwartet worden war. Höhere Meeresspiegel begrenzten den Abfluss und verstärkten die Überflutungen an der Oberfläche offenbar, weil sie den Wasserstand an den Kanalauslässen anheben. Mit steigenden Parametern nahmen beide Effekte zu.

Unerwartet war die Leistung des Haushaltspakets: Auch unter diesen verschärften Bedingungen reduzierte es Überlauf- und Hochwasservolumen weiterhin um 11 bis 13 Prozent. Eine solche Beständigkeit war in dieser Größenordnung zuvor nicht gemessen worden.

Kleine Veränderungen summieren sich schnell

Die Mitautorin Fernanda Cruz Rios, Ph.D., bezeichnete den Ansatz als zirkuläre Wassernutzung: Regenwasser bleibt auf dem Grundstück, während Wasser aus Waschbecken zur Toilette statt in die Kanalisation geleitet wird.

Weniger Wasser im Abfluss bedeutet einen geringeren Bedarf an der städtischen Wasserversorgung, weniger Energie für die Abwasserbehandlung und eine niedrigere Belastung der Kanalrohre bei Stürmen. Ein einzelnes Regenfass erreicht das nicht. Mehrere Tausend können es.

„Auch wenn diese Schritte auf individueller Ebene klein erscheinen mögen, haben wir festgestellt, dass sie bei breiter Anwendung erhebliche gemeinsame Auswirkungen haben können“, sagte Cruz Rios.

Beide Städte veröffentlichen Versorgungsberichte, die das Ausmaß des Problems belegen. Das neue Modell kann Tausende von Entscheidungen einzelner Haushalte gemeinsam mit größeren Infrastrukturmaßnahmen berücksichtigen.

Haushalte in die Hochwasserplanung einbeziehen

Für kommunale Fachleute der Regenwasserplanung ist das Modell der praktischste Beitrag der Studie. Städte wie Camden und Philadelphia haben ihre Entwässerungspläne bislang vor allem auf zentrale Lösungen ausgerichtet – größere Rohre, öffentliche grüne Infrastruktur und Umleitungen im Oberlauf.

Maßnahmen auf Haushaltsebene blieben in diesen Modellen weitgehend außen vor. Es gab keine belastbare Schätzung ihres Beitrags.

Diese Studie liefert nun diese Kennzahl. Planende können damit dezentrale Programme – Zuschüsse, subventionierte Regenfässer und Nachrüstungen der Sanitärtechnik – den Kosten eines neuen Tunnels oder einer Modernisierung der Abwasserbehandlung gegenüberstellen.

Das Mischwassersystem, ein Konzept aus dem 19. Jahrhundert, versorgt noch immer Millionen Menschen in den USA und ist seit Langem überlastet. Mit zunehmender Sturmintensität wird diese Belastung vermutlich bestehen bleiben. Entscheidend ist daher, welche Maßnahmen es sinnvoll ergänzen.

Warum die Ergebnisse weiter getestet werden müssen

Cramer Hill steht für ein einziges Entwässerungssystem in einer Stadt, das anhand der Daten eines einzigen Basisjahres untersucht wurde.

Ob die Verringerungen um 11 bis 13 Prozent auch bei anderen Rohrnetzen, Geländeneigungen oder Entwässerungssystemen erzielt werden, muss an weiteren Orten geprüft werden.

Die Beteiligungsquote von 75 Prozent der Haushalte, die die größten Effekte erbrachte, ist zudem eine optimistische Annahme: Bei den meisten freiwilligen Zuschussprogrammen liegt die Teilnahme deutlich niedriger.

Wassersparen wird zum Hochwasserschutz

Eine realistische Kombination von Wassersparmaßnahmen in Privathaushalten kann, wenn sie von den meisten Häusern eines Blocks übernommen wird, sowohl Mischwasserüberläufe als auch Überschwemmungen um zweistellige Prozentsätze senken.

Der Nutzen bleibt zudem bei mehreren Jahrzehnten der prognostizierten Klimabelastung bestehen. Keine dieser beiden Erkenntnisse war vor dieser Studie eindeutig belegt.

Dadurch könnte sich die Bewertung von Anreizprogrammen verändern. Zuschüsse für Regenfässer und wassereffiziente Armaturen wurden traditionell als Instrumente der Wassereinsparung verstanden.

Die Studie ordnet sie nun auch als Hochwasserschutz ein – als Teil eines umfassenderen Resilienzplans und nicht nur als Randthema.

„Keine einzelne Maßnahme kann die miteinander verknüpften Herausforderungen von Mischwasserüberläufen und Überschwemmungen vollständig lösen“, sagte Marques.