Studie: Haushaltsmaßnahmen senken Überschwemmungen und Kanalüberläufe in Camden

Menschen sehen Regentonnen, wassersparende Toiletten und sparsame Sanitärtechnik meist als Mittel, um Wasser zu sparen und die Nebenkosten zu senken. In der kommunalen Hochwasserplanung gelten sie dagegen selten als ernstzunehmende Infrastruktur.

Eine neue Studie deutet jedoch darauf hin, dass diese kleinen Maßnahmen zusammengenommen urbane Überschwemmungen und Mischwasserüberläufe spürbar verringern können, wenn genügend Haushalte sie umsetzen – selbst bei stärkeren Niederschlägen und steigendem Meeresspiegel infolge des Klimawandels.

Wo das Überschwemmungsproblem entsteht

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

Dort leben etwa 9,400 Menschen auf einer Fläche von rund 3,4 Quadratkilometern; große Teile des Viertels befinden sich in der staatlich ausgewiesenen Küstenrisikozone.

Die Gezeiten reichen bis in das Entwässerungssystem hinein. Bei Unwettern staut sich das Wasser in der Kanalisation zurück. Tritt das Viertel über die Ufer, gelangt deshalb nicht nur Regenwasser auf die Straßen.

Camden nutzt – wie Philadelphia und viele ältere Städte an der US-Ostküste – ein Mischwassersystem. In denselben Rohren werden Abwasser und Niederschlagswasser zur Kläranlage transportiert.

Bei starken Regenfällen sind diese Leitungen überlastet, sodass das Gemisch in den Fluss gelangt. Zusammen leiten beide Städte jährlich rund 61 Milliarden Liter (16 Milliarden Gallonen) dieser Mischung ein, obwohl sie seit Jahrzehnten bundesrechtliche Vorgaben erfüllen.

Was geschieht, wenn Haushalte mithelfen

Geleitet wurde das Team von Dr. Amanda Carneiro Marques, Assistenzprofessorin an der Ingenieurfakultät der Drexel University.

Die Forschenden entwickelten für Cramer Hill ein hydraulisches Modell auf Häuserblockebene, das auf Niederschlags- und Gezeitendaten aus dem Jahr 2014 basierte. Anschließend prüften sie damit 16 Kombinationen von Maßnahmen in privaten Haushalten.

Außenmaßnahmen wie Regentonnen und Zisternen wurden getrennt von Innenmaßnahmen untersucht. Zu Letzteren gehörten die Grauwassernutzung – bei der Wasser aus Waschbecken zur Toilettenspülung verwendet wird – sowie wassereffiziente Armaturen und Einrichtungen.

Berücksichtigt wurden unterschiedliche Tonnengrößen, Beteiligungsquoten und Maßnahmenkombinationen. Jedes Szenario wurde an fünf Auslasspunkten erfasst, an denen die Kanalisation in den Delaware River mündet.

Vor dieser Veröffentlichung hatte niemand diese Strategien in dieser Kombination und mit dieser Detailtiefe modelliert. Frühere Studien hatten Außen- und Innenmaßnahmen getrennt sowie in kleinerem Umfang betrachtet.

Wenn ganze Quartiere teilnehmen

Übernahmen im Modell 75 Prozent der Haushalte das vollständige Maßnahmenpaket aus Regentonnen, effizienten Einrichtungen und Grauwassernutzung, gingen Mischwasserüberläufe um bis zu 11 Prozent zurück.

Das Volumen des Überschwemmungswassers sank um bis zu 13 Prozent. Diese Effekte entstanden durch Veränderungen in einzelnen Häusern, nicht durch neue Tunnel oder zusätzliche Klärkapazitäten.

„Diese Erkenntnis ist ein wichtiger und ermutigender Hinweis für Kommunen, die vor ähnlichen Herausforderungen stehen“, sagte Marques.

„Auch wenn eine breite Umsetzung dieser Maßnahmen schwer zu erreichen sein kann, könnte der Nachweis ihrer Wirksamkeit die Argumentation dafür stärken.“

Klimastresstest für Regentonnen und Grauwassernutzung

Ein Vorteil unter den Bedingungen von 2014 ist das eine. Entscheidend war jedoch, ob die Maßnahmen in Haushalten auch bei einer Verschärfung der klimatischen Bedingungen funktionieren würden.

Das Team ließ das Modell daher erneut mit anspruchsvolleren Annahmen laufen: mit 10, 20 und 30 Prozent mehr Niederschlag als heute sowie mit einem Meeresspiegelanstieg von 0,3, 0,9 und 1,8 Metern (1, 3 und 6 Fuß).

Mehr Regen führte erwartungsgemäß zu mehr Überläufen. Höhere Wasserstände im Meer begrenzten zudem den Abfluss und verschärften die Überschwemmungen an der Oberfläche, offenbar weil sie den Wasserstand an den Kanalauslässen anheben. Mit zunehmenden Parametern verstärkten sich beide Effekte.

Überraschend war die Wirkung des Haushaltspakets: Auch unter diesen schwierigeren Bedingungen verringerte es Überlauf- und Überschwemmungsvolumen weiterhin um 11 bis 13 Prozent. Eine derart robuste Wirkung war zuvor in diesem Maßstab nicht gemessen worden.

Kleine Veränderungen summieren sich schnell

Die Mitautorin Dr. Fernanda Cruz Rios 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 kommunalem Trinkwasser, weniger Energie für die Abwasserbehandlung und bei Starkregen weniger Belastung für die Kanalrohre. Eine einzelne Regentonne erreicht das nicht – mehrere Tausend hingegen schon.

„Auf individueller Ebene mögen dies kleine Schritte sein, doch wir haben festgestellt, dass sie bei breiter Anwendung erhebliche gemeinsame Auswirkungen haben können“, sagte Cruz Rios.

Beide Städte veröffentlichen Versorgungsberichte, die das Ausmaß des Problems dokumentieren. Das neue Modell kann Tausende Haushaltsentscheidungen 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 auf zentrale Lösungen ausgerichtet: größere Rohre, öffentliche grüne Infrastruktur und Umleitungen im Oberlauf.

Maßnahmen auf Haushaltsebene blieben in diesen Modellen weitgehend unberücksichtigt. Eine belastbare Schätzung ihres Beitrags gab es bislang nicht.

Die Studie liefert nun diese Größe. Planende können dezentrale Programme wie Zuschüsse, subventionierte Regentonnen und Nachrüstungen der Sanitärtechnik gegen die Kosten eines neuen Tunnels oder einer Modernisierung der Kläranlage abwägen.

Das Mischwassersystem ist ein Entwurf aus dem 19. Jahrhundert, der noch immer Millionen Menschen in den USA versorgt und seit Langem unter Belastung steht. Mit zunehmender Sturmintensität dürfte diese Belastung anhalten. Entscheidend ist daher, welche Maßnahmen es sinnvoll ergänzen.

Warum die Ergebnisse weiter geprüft werden müssen

Cramer Hill steht für ein einziges Entwässerungssystem in einer Stadt, das anhand von Daten aus nur einem Basisjahr getestet wurde.

Ob die Rückgänge von 11 bis 13 Prozent bei anderen Rohrnetzen, Geländeneigungen oder Entwässerungssystemen ebenfalls auftreten, muss an weiteren Orten untersucht werden.

Die Beteiligungsquote von 75 Prozent, die die größten Effekte erzielte, ist zudem optimistisch. Bei den meisten freiwilligen Zuschussprogrammen liegen die Teilnahmequoten deutlich niedriger.

Wassersparen wird zu Hochwasserschutz

Eine realistische Kombination von Wassersparmaßnahmen in Haushalten, die von den meisten Häusern eines Blocks übernommen wird, kann sowohl Kanalüberläufe als auch Überschwemmungen um zweistellige Prozentsätze senken.

Der Nutzen bleibt zudem unter mehreren Jahrzehnten prognostizierter Klimabelastung bestehen. Keine dieser beiden Erkenntnisse war vor dieser Veröffentlichung eindeutig belegt.

Verändern könnte sich damit die Bewertung von Förderprogrammen. Zuschüsse für Regentonnen und wassereffiziente Einrichtungen wurden traditionell als Wassersparpolitik verstanden.

Die Studie ordnet sie nun auch als Hochwasserpolitik ein – als Bestandteil eines umfassenderen Resilienzplans statt als bloße Randmaßnahme.

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