Da der Klimawandel die Überschwemmungen in Städten verstärkt, erfahren Sie hier, wie Gemeinden zu „Schwammstädten“ werden können.

„Wenn es regnet, schüttet es“ war einst eine Metapher für schlimme Dinge, die in Gruppen passieren. Jetzt wird daraus eine Tatsachenbehauptung über die Niederschlagsmenge in einem sich verändernden Klima.

Überall in den kontinentalen USA kommt es immer häufiger zu intensiven eintägigen Niederschlägen, die durch die Erwärmung der Luft verursacht werden, die immer mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann. Zuletzt fielen Anfang Mai 2024 in mehreren Tagen 12 bis 20 Zoll (30 bis 50 Zentimeter) Regen in Gebieten nördlich von Houston, was zu überlasteten Straßen und Evakuierungen führte.

Anfang des Jahres regnete es in San Diego am 22. Januar 2,72 Zoll (7 Zentimeter), wodurch fast 600 Häuser beschädigt und etwa 1.200 Menschen vertrieben wurden. Zwei Wochen später ließ ein atmosphärischer Fluss 5 bis 10 Zoll (12 bis 25 Zentimeter) Regen über Los Angeles fallen, was zu ausgedehnten Schlammlawinen führte und mehr als eine Million Menschen ohne Strom zurückließ.

Ereignisse wie diese haben das Interesse an sogenannten Schwammstädten geweckt – einem umfassenden Ansatz zum städtischen Hochwasserschutz, der innovative Landschafts- und Entwässerungsdesigns nutzt, um den Abfluss zu reduzieren und zu verlangsamen und gleichzeitig zu ermöglichen, dass bestimmte Teile der Stadt bei extremen Wetterbedingungen sicher überschwemmt werden. Sponge-City-Techniken unterscheiden sich von anderen Ansätzen zur Regenwasserbewirtschaftung, da sie auf viel größere Stürme anwendbar sind und auf nahezu allen städtischen Flächen angewendet werden müssen.

Ich bin ein Ingenieur für Wasserressourcen, der Strategien für die nachhaltige Bewirtschaftung städtischen Regenwassers untersucht und entwirft. Als Reaktion auf die jüngsten Überschwemmungen haben einige US-Städte begonnen, Schritte zur Einbeziehung von Schwammstadtkonzepten in ihre Regenwasserbewirtschaftungspläne zu unternehmen, aber die meisten dieser Projekte sind noch Pilotprojekte. Wenn sich dieses Konzept zum neuen Standard für Stadtplanung entwickeln soll, müssen Stadtbeamte und Entwickler Wege finden, diese Arbeit auszuweiten und zu beschleunigen.

Das Problem des Regenwassers

Mehr als ein Jahrhundert lang, nachdem US-Städte Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Installation zentraler Abwassersysteme begannen, transportierten Rohre Regenwasser – Regen oder geschmolzenen Schnee, der von Straßen und Gebäuden abfloss – zu nahegelegenen Flüssen oder Häfen. Dieser Ansatz reduzierte lokale Überschwemmungen, verschmutzte jedoch angrenzende Gewässer und verschärfte die Überschwemmungsgefahr weiter flussabwärts.

Der Clean Water Act von 1972 sollte die Gewässer des Landes bis 1983 fisch- und schwimmbar machen, dieses Ziel wurde jedoch nicht erreicht. Ein Hauptgrund dafür war, dass sich das Gesetz ursprünglich nur auf die Reduzierung punktueller Quellen konzentrierte – Schadstoffemissionen, die aus einer identifizierbaren Quelle stammten, beispielsweise einem Rohr, das menschliche oder industrielle Abfälle ableitet.

In den späten 1980er Jahren änderte der Kongress das Gesetz, um nichtpunktuelle oder diffuse Wasserverschmutzungsquellen, einschließlich Regenwasser, anzugehen. Ingenieure begannen mit der Entwicklung von Systemen zum Auffangen von Sedimenten in der „ersten Spülung“ des Abflusses, da angenommen wurde, dass schädliche Schadstoffe wie Schwermetalle an diesen Partikeln haften.

Bis heute sind grüne Infrastruktur und andere Regenwassermanagementpraktiken in den USA in der Regel darauf ausgelegt, nur die ersten 1 bis 2 Zoll (2,5 bis 5 Zentimeter) des Abflusses zurückzuhalten, zurückzuhalten oder zu filtern. Einzeln können sie nicht den gesamten Abfluss erfassen, der bei größeren Stürmen entsteht, also Ereignissen, die aufgrund des Klimawandels immer häufiger auftreten. Darüber hinaus ist auf kleineren Landparzellen, die zusammen einen großen Teil der städtischen Wassereinzugsgebiete ausmachen können, häufig keine Regenwasserbewirtschaftung erforderlich.

All diese Faktoren schränken die Fähigkeit grüner Infrastruktur ein, Überschwemmungsrisiken zu reduzieren.

Stück für Stück die Infrastruktur grüner machen

Der Begriff „Schwammstadt“ entstand um 2010 in China, doch US-Städte nutzen seit den 1970er Jahren ähnliche Ideen, um die Wasserqualität in Flüssen und Bächen zu verbessern.

In den frühen 2000er Jahren wurde die Idee, Gemeinden so zu gestalten, dass sie Regenwasser filtern und aufsaugen, als grüne Infrastruktur bekannt. Regulierungsbehörden und Versorgungsunternehmen sahen darin eine potenziell kostengünstige Strategie zur Einhaltung der Bundesvorschriften für sauberes Wasser. In Städten, in denen bestehende Regenwasserabwassersysteme direkt in Bäche, Seen und Flüsse eingeleitet werden, bietet eine grüne Infrastruktur das Potenzial, Schadstoffe aus dem Regenwasser herauszufiltern, bevor es in diese Wasserstraßen fließt.

In Hunderten von Städten, vor allem im Nordosten und Mittleren Westen, werden Regenwasser und Abwasser in denselben Abwasserleitungen geleitet. Grüne Infrastruktur bot eine Strategie zur Umleitung von Regenwasser aus dem Abwassersystem an Stellen, an denen es in den Boden versickern konnte. Dies trug dazu bei, das Risiko zu verringern, dass Abwassersysteme überlaufen und unbehandeltes Regen- und Abwasser in die örtlichen Gewässer gelangen.

Städte wie Philadelphia, New York, Cincinnati, San Francisco, Cleveland, Washington, D.C. und Kansas City, Missouri, haben in den letzten 20 Jahren Milliarden von Dollar ausgegeben, um bebaute Landschaften mit Regengärten, Gründächern, durchlässigen Gehwegen und Bauten nachzurüsten Feuchtgebiete und andere Maßnahmen zur Regenwasserkontrolle auf Standortebene. Die meisten dieser Systeme wurden jedoch in Gebieten installiert, die die größte Wasserverschmutzung verursachten und nicht für die Bewältigung großer Stürme ausgelegt waren.

Im besten Fall wurde grüne Infrastruktur auf öffentlichen Grundstücken installiert und ist bei neuen oder umgestalteten Großprojekten erforderlich. Es hat sich als viel schwieriger erwiesen, grüne Infrastruktur auf kleineren Grundstücken in Privatbesitz zu integrieren, die zusammen einen erheblichen Prozentsatz der städtischen Wassereinzugsgebiete ausmachen.

In einigen Städten werden immer noch neue Bauvorhaben genehmigt, ohne dass ein Regenwasseraufbereitungssystem erforderlich ist oder die dramatischen Auswirkungen des Regenwassers auf flussabwärts gelegene und angrenzende Grundstücke überschwemmt werden könnten. Und in vielen Städten darf Regenwasser von kleinen Grundstücken ohne Behandlung in die Kanalisation geleitet werden. Wenn sich viele solcher Parzellen in derselben Nachbarschaft befinden, kann diese gängige Praxis das Hochwasserrisiko flussabwärts erhöhen.

Jede Oberfläche ist wichtig

In meinem Labor an der Drexel University untersuchen wir Lösungen für Überschwemmungen im Stadtteil Eastwick im Südwesten von Philadelphia. Dieses Viertel liegt am flussabwärts gelegenen Ende einer 77 Quadratmeilen großen vorstädtischen Wasserscheide. Wenn es flussaufwärts stark regnet, kommt es in Eastwick zu Überschwemmungen. Im Jahr 2020 überschwemmte der Tropensturm Isaias einige Häuser mit mehr als 1,2 Metern Wassertiefe.

Unsere Computermodelle deuten darauf hin, dass Isaias keine Überschwemmung in Eastwick verursacht hätte, wenn herkömmliche grüne Infrastruktur vorhanden gewesen wäre, um den Abfluss von 65 % der undurchlässigen Oberflächen des Wassereinzugsgebiets zu behandeln. Aber das ist fünfmal mehr Behandlung, als die flussaufwärts gelegenen Gemeinden im Rahmen ihrer staatlich vorgeschriebenen Pläne zur Reduzierung der Regenwasserverschmutzung planen.

Einige Kritiker sagen, dass dieses Maß an Ökologisierung technisch, logistisch oder sozial nicht machbar sei. Doch wenn die Idee der Schwammstädte Realität werden soll, müssen die Städte irgendwann herausfinden, wie sie dorthin gelangen.

Um 65 % zu erreichen, müssten diese Städte das Abflusswasser von fast allen Dächern, Parkplätzen und Straßenoberflächen in irgendeiner Form grüner Infrastruktur aufbereiten. Wenn der Platz für neue Regengärten und Feuchtgebiete auf dem Boden begrenzt ist, könnten Parkplätze mit durchlässigem Asphalt oder Beton nachgerüstet werden, durch den Wasser in den darunter liegenden Boden fließen kann. Dächer könnten in begrünte Dächer umgewandelt werden, die Regenwasser auffangen und zurückhalten.

In dieser Schwammstadt-Vision würden die Straßen neu konturiert, um Regenwasser in Parks und Erholungsfelder zu leiten, die nur wenige Meter unter der Straßenoberfläche liegen und so konzipiert sind, dass sie bei extremen Wetterbedingungen sicher überflutet werden können. Bestehende Naturgebiete würden zur Regenwasserspeicherung genutzt und so ihre Ökologie verbessert.

Je nachdem, wo extreme Niederschläge auftreten, können diese Systeme einzeln oder zusammen funktionieren und die Modularität und Redundanz natürlicher Ökosysteme nachahmen.

Das Geld finden

In Schwammstädten muss jede Oberfläche mit einem Raum verbunden sein, der sicher überflutet werden kann. Der Weg von der traditionellen grünen Infrastruktur zu Schwammstädten erfordert integrierte Richtlinien, Pläne und Anreize, die diese Art von Lösungen überall dort anwenden, wo es regnet.

Parkplätze können so gestaltet werden, dass sie überflutet werden und das Wasser langsam abgibt. Das gilt auch für Basketballplätze, Parks, Plätze und sogar Straßen, wie in Kopenhagen, Dänemarks Cloudburst-Managementplan, vorgeschrieben.

Eine solche Umgestaltung der bebauten Umwelt kann von den Regenwasserversorgern nicht vollständig finanziert werden. Diese Organisationen sind mit einer schwindelerregenden Fülle regulatorischer Anforderungen konfrontiert und können die Tarife nicht über die Zahlungsfähigkeit ihrer Kunden hinaus anheben.

Eine Möglichkeit, mehr Geld zu sammeln, wäre die Zusammenarbeit zwischen städtischen Behörden, die für die Modernisierung von Straßen, Parks, Schulhöfen und anderem öffentlichen Land verantwortlich sind und auch Bundesgelder anziehen, wie etwa die New Yorker Cloudburst-Resiliency-Projekte. In einigen Fällen erfolgt die Finanzierung durch ein Drittel Die Partei könnte den Aufwand ergänzen. Ein Beispiel ist eine Zusammenarbeit zwischen New York City und dem Trust for Public Land, um einem Schulhof in der Bronx grüne Infrastrukturelemente hinzuzufügen, um lokale Überschwemmungen zu reduzieren.

Städte könnten auch Anreize für die Nachrüstung und den Ausbau bestehender Regenwassermanagementsysteme auf Privatgrundstücken bieten. Es könnte ein Handelssystem eingerichtet werden, um die Restkapazität an nahegelegene Grundstückseigentümer zu verkaufen, die keine Möglichkeiten zur Regenwasserbewirtschaftung vor Ort haben.

Diese Strategie ist nicht billig, Untätigkeit aber auch nicht. Überschwemmungen im Landesinneren verursachten von 1980 bis 2022 Schäden in Höhe von 177,9 Milliarden US-Dollar, und durch den Klimawandel kommt es immer häufiger zu milliardenschweren Katastrophen.

Da extreme Wetterereignisse immer häufiger auftreten, erwarte ich, dass sich die Stadtplanungs- und Designstandards dahingehend weiterentwickeln, dass auch Schwammstadtkonzepte einbezogen werden. Und dieser robustere Ansatz zur Regenwasserbewirtschaftung wird weiterhin eine wichtige Rolle bei allen Arten kommunaler und privater Planungs- und Entwicklungsentscheidungen spielen.