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„Es ist notwendig, mehr Versickerungsflächen innerstädtisch zu schaffen“

Nach der Flutkatastrophe in Nordrhein-Westfalen und Rheinlandpfalz ist „Klimaangepasstes Bauen“ mehr denn je im Fokus.

Das Department Bauingenieurwesen an der Universität Siegen weist mit verschiedenen Fachrichtungen eine breite Expertise in diesem Themenfeld auf. Die WissenschaftlerInnen verfolgen in ihrer Forschungsstrategie das Leitbild einer zukunftssicheren zivilen Infrastruktur. Wir haben mit den ForscherInnen Prof. Dr. Kerstin Lesny, Prof. Dr. Paolo Reggiani und Prof. Dr. Jorge Leandro gesprochen.

War die aktuelle Flutkatastrophe absehbar oder kam sie vollkommen überraschend?

Prof. Reggiani: Obwohl der Klimawandel solche seltenen Extremereignisse häufiger werden lässt, sind diese nichts neues, wie auch historische Überlieferungen bezeugen. Was mehr überrascht, ist die hohe Zahl der Todesopfer, die wir bei diesem speziellen Ereignis erleben. Was die Vorhersehbarkeit betrifft, wird, neben den Wetterprognosen des Deutschen Wetterdienstes, in der EU vom Europäischen Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage ein Frühwarnsystem EFAS (European Flood Awareness System) betrieben, das mittelfristige Wettervorhersagen erstellt. Diese Wettervorhersagen reichen bis zu 15 Tage in die Zukunft und werden mehrmals täglich mit Hilfe von Echtzeitbeobachtungen aktualisiert. Die Niederschlagsvorhersagen werden dazu verwendet, Abflussprognosen zu erstellen, die die Pegelstände in den wichtigsten europäischen Flüssen schätzen. Wie von verschiedenen Landesämtern für Umweltschutz der Bundesländer bestätigt, wurden vom EFAS wiederholt Vorwarnungen über eine drohende Tiefwetterlage mit heftigen Regenfällen herausgegeben. Es stellt sich somit die Frage, ob die Kommunikationskette bis in die einzelnen Kommunen hinein funktioniert hat und ob an den diversen Entscheidungsstellen die richtigen Rückschlüsse getroffen wurden.

Das muss jetzt geprüft werden. Welche Ursachen hat die Flutkatastrophe aus rein baulicher Sicht?

Prof. Leandro: Ein Versagen von Wasserschutzbauten kann auftreten, wenn der Bemessungswert, der der Planung zugrunde liegt, überschritten wird. Wir sollten berücksichtigen, dass es sich hier um Extremereignisse handelt, bei denen ein Versagen bestimmter Bauwerke nicht unwahrscheinlich ist (d.h. die Versagenswahrscheinlichkeit ist nicht Null). Es ist prinzipiell also nicht möglich, eine 100 % sichere Infrastruktur zu entwerfen, da bauliche Maßnahmen immer mit einem Restrisiko verbunden sind. Die Frage dabei ist, welches Restrisiko akzeptabel ist. Eine weitgehende Reduzierung des Restrisikos (bzw. der Ansatz eines sehr hohen Sicherheitsniveaus) würde bedeuten, dass die Schutzbauten, die dann in der Landschaft stehen, sehr groß würden. Das würde sowohl an der Finanzierbarkeit als auch an der Akzeptanz durch die Bevölkerung scheitern.

Prof. Reggiani: Das jüngste Ereignis in Erftstadt-Blessem betreffend, wurde die Erft vor Jahrzehnten in ein Korsett gezwängt. Sie verläuft eingedeicht in einer trapezförmigen Rinne zwischen der A61 und einer Kiesgrube. Unter normalen Umständen handelt es sich hier um ein zahmes Gewässer. Durch die Jahrhundertniederschläge der letzten Tage, also durch Niederschläge, die sich in der Stärke statistisch einmal in hundert Jahren ereignen, war die Rinne völlig überlastet. Was genau passiert ist, muss erst ermittelt werden. Jedenfalls suchte sich die Erft ihren Weg durch die Ortschaft und erreichte auch die tiefer gelegene Kiesgrube. Die Folgen der dadurch ausgelösten Bodenerosion für die ursprünglich am Rand der Grube befindlichen Häuser sind in Bildern um die Welt gegangen und haben Menschen um ihre Unterkunft, Existenz und einige sogar um ihr Leben gebracht.

Prof. Lesny: Es geht damit nicht allein nur um das oberirdisch fließende Wasser, sondern auch um das im Boden strömende bzw. in den Boden einsickernde Wasser. Neben einem Anstieg des Grundwasserspiegels und daraus resultierendem Wasserdruck auf Bauwerke, setzt beispielsweise eine abwärts gerichtete Wasserströmung im Boden grundsätzlich die Standsicherheit von Böschungen herab. In gut durchlässigen Böden (wie z.B. Kies) können hohe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen, die solche Erosionsprozesse im Boden forcieren oder auch Gebäude unterspülen können. Bei Erosion werde Bodenkörner ausgespült und es bilden sich Fließkanäle aus, die sich immer weiter vorarbeiten und immer größer werden. Dies ist ein progressiver Vorgang, der plötzlich in ein hydraulisches Versagen münden kann. Erosionsgefährdet sind vor allem solche Böden, bei denen die Körner nicht aneinander haften (so genannte nichtbindige Böden wie Sande und Kiese) und die nicht sonderlich dicht gelagert sind.

Was heißt klimaangepasstes Bauen?

Prof. Leandro: Klimaangepasstes Bauen heißt, kurz zusammengefasst, klimaresiliente Infrastrukturen und Gebäude zu errichten, die auf höhere Durchschnittstemperaturen und Wetterextreme wie Starkregen und anhaltende Dürre ausgerichtet sind. Dies schließt die Anpassung von Baustoffen an die neuen Gegebenheiten ein. In Bezug auf das Hochwasserrisiko ist es zwar möglich, Häuser und andere Bauwerke hochwasserresistent auszubilden oder mobile Systeme zu errichten, die Gebäude oder Infrastruktur schützen können. Wir sollten uns jedoch immer vor Augen halten, dass auch diese Schutzmaßnahmen einen Bemessungsschwellenwert haben. Für extreme Ereignisse können Frühwarnsysteme wirksam sein. Aus baulicher Sicht sollte zunächst überlegt werden, wie das Wasser von Bebauung und Infrastruktur ferngehalten werden kann. Es sollten konsequent Überflutungsbereiche vorgesehen werden, um dem Wasser Möglichkeit zum Ausweichen und zum Versickern zu geben. Bauwerke des Hochwasserschutzes wie Dämme und Deiche oder andere Wasserbauwerke wie Stauanlagen müssen überprüft und ggf. auf neue Bemessungskriterien angepasst und ertüchtigt werden (s.o.).

Prof. Lesny: Im städtischen Bereich ist eine gezielte Überflutung aber nicht möglich. Hier sollte über den Bau von Entlastungskanälen oder von unterirdischen Speichern nachgedacht werden. Angepasstes Bauen heißt in diesem Zusammenhang konkret, ggf. auch andere Gründungssysteme für die Gebäude zu wählen wie z.B. eine Pfahlgründung anstelle von Fundamenten. Man kann aber auch über Pfahlbauten nachdenken, also Gebäude quasi aufständern und dem Erdgeschoss eine untergeordnete Nutzung zuweisen. Auf Keller sollte verzichtet werden, ansonsten sind diese möglichst wasserdicht und hochwassersicher auszubilden. Man kann den Baugrund verbessern bzw. konditionieren, um gewisse Eigenschaften in diesem Sinne positiv zu beeinflussen, z.B. die Tragfähigkeit erhöhen oder die Durchlässigkeit verringern. Wie aber bereits erwähnt, werden auch diese Maßnahmen immer nur für ein definiertes Bemessungsereignis geplant mit einem verbleibenden Restrisiko.

Worauf müssen wir insbesondere in der Planung und Entwicklung unserer Städte in Zukunft vermehrt achten?

Prof. Lesny: Schon immer wurden Häuser und Produktionsstätten an Flussufern errichtet, da die Flüsse als Verkehrswege und als Wasserquelle dienten. Die städtebauliche Gestaltung muss aber nun den geänderten Anforderungen Rechnung tragen. Grundsätzlich kann man z.B. von anderen Gebieten lernen. In der HafenCity in Hamburg wurde z.B. das Konzept der Warften auf den Halligen umgesetzt. Das heißt, es wurden Teilbereiche höhergelegt (Straßenzüge, Gebäudeeingänge), andere Teile dürfen gezielt geflutet werden. Weiterhin werden die Erdgeschosse nicht mit sensibler Nutzung belegt (Wohnnutzung ab 1. OG oder höher), Keller und Tiefgaragen sind wasserdicht ausgebildet und durch Fluttore geschützt. Zumindest ist es notwendig, mehr Versickerungsflächen innerstädtisch zu schaffen, durch beispielsweise mehr Straßen- und Parkgrün oder offenporige Verkehrsflächen (Parkplätze z.B.). Die Flächennutzungspläne sollten angepasst werden, d.h. beispielsweise konsequent potenzielle Überflutungsflächen ausweisen und dort keine sensible Bebauung vorsehen.

Prof. Leandro: Kollektiv ist darauf zu achten, nicht zu viele Flächen zu verbauen und damit zu versiegeln. Großflächiges Wohnen wird teurer werden, denn es werden Ressourcen für Investitionen der Länder und Kommunen benötigt, um unter anderem eine alternde wasserbauliche Infrastruktur zu ertüchtigen oder zu ersetzen. Durch konsequentere Nutzung von Brachflächen, Umnutzung von Bestandsbebauung oder Gebäudeaufstockungen (Flächenrecycling) könnte dem begegnet werden. Letztendlich sollten sich also die Entscheidungsträger nun die Frage stellen, ob man die betroffenen Bereiche wieder so aufbaut, wie es zuvor war. Wie effektiv funktionieren die Kanalisationen in deutschen Städten? Wo muss hier nachgebessert werden? Prof. Reggiani: Entwässerungssysteme sind für Niederschlagsereignisse von viel geringerer Heftigkeit als jene vom 14. Juli ausgelegt. Der Großteil der städtischen Kanalisation wurde vor Jahrzehnten mit Hilfe von Bemessungskriterien errichtet, die durch die sich ändernden klimatischen Umstände nicht mehr angemessen sind. Zum Beispiel wurden Kanalisierungen für Niederschlagsereignisse bemessen, die im Mittel einmal alle 10 Jahre, also relativ selten, eintreten. Das ließ sich von den damaligen Niederschlagsaufzeichnungen so ableiten. Mittlerweile tritt aber dasselbe Ereignis häufiger, also alle 5 oder sogar 2.5 Jahre auf und man müsste die Kanalisierung entsprechend anpassen. Das können sich derzeit die wenigsten Kommunen leisten. Dazu kommt die Frage, ob in einer Kommune das Abwassersystem von der Ableitung von Niederschlägen getrennt wird oder nicht. Grundsätzlich sollte auf eine stärkere Entkopplung von Niederschlags- und Abwasser geachtet werden. Es ist erforderlich, mehr Möglichkeiten zur Versickerung von Regenwasser zu schaffen, aber auch mehr Zwischenspeichervolumen, da das Versickerungspotenzial von Böden je nach Bodenbeschaffenheit unterschiedlich, und insgesamt begrenzt ist.

Sind Städte und Ortschaften, die nicht an Flüssen liegen, weniger durch solche Flutkatastrophen bedroht, wie wir sie gerade erleben?

Prof. Lesny: Sturzfluten, wie jene die wir gerade erlebt haben, können prinzipiell überall auftreten, auch abseits von Flüssen. Kleine Bäche können spontan anschwellen, über die Ufer treten und dabei schwere Schäden verursachen. An Hanglagen kann es zu Oberflächenabfluss und/oder zu hohen Grundwasserwasserständen (z.B. in Schichten, die mehr oder weniger parallel zum Hang verlaufen) kommen, die die Häuser vom Keller aus fluten und Schäden an den Gebäuden anrichten. Ebenso kann ein Gebiet in Hanglage abseits eines Flusses infolge von heftigem Niederschlag hangrutschgefährdet sein. Die Rutschgefährdung ist abhängig von den Untergrundverhältnissen. In Lockergesteinen (Boden) bestimmen u.a. das Wasseraufnahmevermögen (also die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu halten), die Wasserdurchlässigkeit sowie die Festigkeit abhängig vom Wassergehalt die Rutschgefährdung der anstehenden Böden. Im Festgestein (Fels) kommt es vor allem auf die Ausbildung und Orientierung des Kluftsystems (Klüfte, Spalten, Risse) an.

Lässt sich das Risiko für gefährdete Ortschaften vorab bestimmen?

Prof. Reggiani: Es ist schwierig, das Risiko genau zu bestimmen, da diese Art von Extremereignissen überall auftreten kann. Es gibt aber statistische Verfahren, mit deren Hilfe man die Gefahren in der Planungsphase einer Siedlung einschätzen kann. Die Modelle müssen jedoch auf die lokale Situation angepasst werden und dabei die Topographie und die Untergrundverhältnisse abbilden, aber auch die vorhandenen und in Zukunft anzustrebenden Nutzungen. Hier sind interdisziplinäre Ansätze gefragt. Zusätzlich können mit Hilfe von computergestützten Wettervorhersagen in Echtzeit Warnungen abgeben werden. Damit können Menschenleben und unmittelbares Hab und Gut im Bestand gerettet oder geschützt werden.

Was ist nun kurz-, mittel- und langfristig zu tun?

Prof. Leandro: In dieser akuten Phase sollte der Fokus vorwiegend auf Rettungs- und Wiederherstellungsmaßnahmen liegen. Danach ist es offensichtlich, dass veränderte strategische Ansätze erforderlich sind. Es sollte in bessere Frühwarnsysteme für Sturzfluten und effizientere Kommunikationsketten angesichts solcher Naturkatastrophen investiert werden. Unserer Meinung nach ruht eine effektive Lösung auf vier Säulen: Überwachung, Analyse, Vorhersage und Kommunikation. Hauptziel der Frühwarnung ist es, die Bevölkerung so früh wie möglich zu informieren und den Einsatz des Zivilschutzes effizienter zu gestalten. Effiziente Warnung erfordert aber auch, dass der Bevölkerung regelmäßig das Risiko vorgeführt wird. Die Erfahrung lehrt nämlich, dass Menschen diese Art von Bedrohungen schnell vergessen, besonders, wenn sie nicht selbst davon betroffen sind. Neben den zerstörten Wohngebäuden muss in vielen Bereichen in der nächsten Zeit auch die Infrastruktur neu errichtet werden. Hier sollten also relativ kurzfristig auf lokaler Ebene konkrete Strategien erarbeitet werden, wie dies nachhaltig gestaltet werden kann. Es sollte also z.B. überlegt werden, ob Gebäude wieder an der alten Stelle errichtet werden und wenn ja, wie. Letztendlich ist alles aber auch eine Frage der Finanzierung.

Prof. Reggiani: Aber auch in nicht unmittelbar von den Ereignissen der letzten Tage betroffenen Gebieten muss mittel- bis langfristig bei der Planung überlegt werden, ob immer wieder Wohn- und Gewerbeflächen neu ausgewiesen werden. Es kann nicht so weitergehen, dass bei einer stabilen bis schrumpfenden und zudem alternden Bevölkerung täglich mehr als 50 ha Fläche in der Republik für Siedlung- und Verkehrsflächen verbaut werden. Das entspricht ca. 72 Fußballfeldern pro Tag. Flächenrecycling, wie oben bereits erwähnt, muss die Devise werden.

 

Personen:

Prof. Dr. Paolo Reggiani
Professur für Wasserwirtschaftliche Risikobewertung und Klimafolgenforschung

Paolo Reggiani ist seit 2014 Professor am Lehrstuhl für Wasserwirtschaftliche Risikobewertung und Klimafolgenforschung an der Universität Siegen. Er ist durch zahlreiche wissenschaftliche Veröffentlichung zur Hochwasserprognose bekannt und hat 2002-2003 das EU Forschungsverbundprojekt „European Flood Forecasting System“ (EFFS) geleitet. EFFS gilt als Keimzelle des heutigen EFAS (European Flood Awareness System), das beim Europäischen Zentrum dafür Mittelfristige Wettervorhersage (EZMWF) in Reading (vereinigtes Königreich) betrieben wird. Im Moment arbeitet Prof. Reggiani u.A. mit dem Dienst für Hochwasserprognose des Bundesamtes für Gewässerkunde in Koblenz zusammen, das Hoch- und Niedrigwasservorhersagen für den Rhein erstellt. Prof. Reggiani ist als Entsandter der Bundesrepublik Mitglied des Komitees für Hydrologische Dienstleistungen (SC-HYD) der Weltorganisation für Meteorologie in Genf, eine Sondereinrichtung der UNO. Prof. Reggiani ist auch Fellow der britischen Royal Meteorological Society.

Kontakt:
Tel. 0271 740-2162
E-Mail: paolo.reggiani@uni-siegen.de

 

Prof. Dr. Jorge Leandro
Professur für Hydromechanik und Wasserbau

Jorge Leandro leitet den Lehrstuhl für Hydromechanik und Wasserbau des Forschungsinstituts Wasser und Umwelt an der Universität Siegen. Prof. Leandro ist Autor von mehr als 100 Fachartikeln mit mehr als 50 Veröffentlichungen in internationalen Journalen (ISI). Seine Forschung umfasst Entwicklungen in den Bereichen Modellierung und Vorhersage von urbanen Überschwemmungen, Bewertung des Hochwasserrisikos und der Widerstandsfähigkeit sowie Wasserbauwerke. Er hat mehrere verwandte Projekte zur Entwicklung von State-of-the-Art Hochwassermodellen geleitet. Unter seiner Leitung wurde ein einzigartiges Hochwasservorhersagetool für sehr große Einzugsgebiete entwickelt (LFU-Bayern), das später auch um Methoden der Vorhersage mittels Künstlicher Intelligenz erweitert wurde.

Kontakt:
Tel. 0271 740-2172
E-Mail: jorge.leandro@uni-siegen.de

 

Prof. Dr.-Ing. habil. Kerstin Lesny
Professur für Geotechnik

Kerstin Lesny hat seit April 2020 den Lehrstuhl für Geotechnik (Grundbau und Bodenmechanik) der Universität Siegen inne. Zuvor war sie fünf Jahre Professorin an der HafenCity Universität in Hamburg. Prof. Lesny hat langjährige Forschungserfahrungen auf dem Gebiet der marinen Geotechnik und zahlreiche Beiträge zu geotechnischen Fragestellungen für Offshore-Wind- und Meeresenergieanlagen veröffentlicht. Sie ist außerdem Co-Autorin des Standardwerks „Hochwasserhandbuch“. Kern dieser Forschungsarbeiten ist stets der Einfluss des Wassers auf das Baugrundverhalten und damit auf die Standsicherheit von Bauwerken am und im Wasser. Aktuell beschäftigt sich Kerstin Lesny mit Zuverlässigkeits- und Risikobewertungen geotechnischer Bauwerke, bei denen auch die Variabilität der Baugrundeigenschaften und die Unsicherheit von geotechnischen Bemessungsmodellen berücksichtigt werden. Kerstin Lesny ist derzeit aktiv an der Weiterentwicklung des Eurocode 7, der europäischen geotechnischen Bemessungsnorm, beteiligt.

Kontakt:
Tel. 0271 740-2168
E-Mail: kerstin.lesny@uni-siegen.de