Klimawandel und Sturmflut – Starkregen-Check des IKT soll Schäden vorbeugen

Starkregen-Check

Was wir aus den Überflutungen lernen können

Bert Bosseler

+ 3

Matteo Rubinato

Mirko Salomon

Marco Schlüter

06.12.2021, 07:33 Uhr, aktualisiert 07.11.2024, 16:14 Uhr

GELSENKIRCHEN

Die Flutkatastrophe vom Juli 2021 im Westen Deutschlands hat uns vor Augen geführt, dass Starkregen auch in unseren Breiten schwere Schäden anrichten kann. Jetzt ist wichtig, dass Kommunen auf lokaler Ebene wirksam vorbeugen. In einem aktuellen Paper stellt das IKT die Ergebnisse seines Forschungsprojekts „Checkliste für Starkregenereignisse im Kanalbetrieb“ vor – mit Erkenntnissen, die auch aus der engen Zusammenarbeit mit Abwasserbetrieben während und nach der Flutkatastrophe erwachsen sind.

Kommunen helfen Kommunen: Nicht betroffene Abwasserbetriebe boten im Juli 2021 unbürokratische Hilfe an und befreiten Kanäle im Krisengebiet von Schlamm. | Foto: IKT

Regenwassermanagement auf Bahnhöfen macht Stationen fit für die Zukunft

Hauraton hat spezialisierte Lösungen, die bei der Neugestaltung von Bahnhöfen für ganzheitlichen Regenwassermanagement eingesetzt werden.

Die Berichte über schwere Überflutungen nach extremen Regenfällen kamen bisher meist aus Städten weit, weit entfernt. Im Sommer 2021 hat sich das geändert, als ein Starkregen in Teilen Nordrhein-Westfalens und von Rheinland-Pfalz zu Überschwemmungen geführt hat, die ganze Ortschaften zerstört und zahlreiche Menschen das Leben gekostet haben.

Nicht erst seit diesen Ereignissen besteht ein allgemeiner Bedarf an der Erforschung neuer Techniken und Leitlinien, die dazu beitragen könnten, die Anfälligkeit der städtischen Umwelt zu verringern und ihre Widerstandsfähigkeit, Anpassungsfähigkeit und Nachhaltigkeit zu verbessern. Deshalb hat das IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur in Gelsenkirchen bereits vor der Flutkatastrophe vom Juli 2021 unter Einbeziehung vieler von Überschwemmungen in Städten betroffenen Akteure eine Reihe von Dokumenten erstellt, um Organisationen und ihr Betriebspersonal bei der Vorbeugung von Problemen aufgrund von Starkregenereignissen zu unterstützen. Diese Arbeitshilfen können von Kommunen auf der ganzen Welt übernommen werden.

Prof. Dr.-Ing. habil. Bert Bosseler (IKT), Dr. Matteo Rubinato (Coventry University), Mirko Salomon, M.Sc. (IKT) und Dipl.-Ing. Marco Schlüter (IKT) haben dazu kürzlich ein gemeinsames Paper in englischer Sprache in der internationalen Fachzeitschrift Water Journal veröffentlicht. Darin wird der „Starkregen-Check Kanalbetrieb“ als Ergebnis des IKT-Forschungsprojekts „Umgang mit Starkregenereignissen im Kanalbetrieb“ erläutert.

Starkregenvorsorge – eine Aufgabe für viele

Während internationale, nationale und flussgebietsbezogene Maßnahmen in der Regel auf gesetzlicher Ebene geregelt sind, müssen lokale Aufgaben von den Kommunen weitgehend eigenständig organisiert werden. Eine besondere Rolle kommt dabei dem Abwasserbetrieb und seiner Abteilung Kanalbetrieb zu. Hier liegt in der Regel das größte Fachwissen zum Thema „Wasser in der Stadt“ vor und es besteht eine große Bürgernähe, da Entwässerungssysteme technisch immer auch Grundstücksentwässerung beinhalten und somit eine direkte Schnittstelle zum privaten Eigentum bieten. Daneben sind typischerweise zahlreiche weitere Abteilungen innerhalb der Stadt mit Aufgaben der Starkregenvorsorge befasst: Grünflächen, Straße, Gefahrenabwehr durch Feuerwehr, Ordnung und Sicherheit, Stadtwerke, Gewässer, Städtebau (Planungskonzepte für den Umgang mit Regenwasser z.B. „Schwammstadt“).

Um ihnen etwas an die Hand zu geben, hat das IKT eine Liste wesentlicher Aufgaben erstellt, die bei Starkregenereignissen auftreten können. Darin wird eine Reihe von Schritten für Abwasserbetriebe vorgeschlagen, die die Bewältigung von Starkregenkatastrophen in den betroffenen Gemeinden erleichtern können. Diese Punkte wurden außerdem kürzlich – basierend auf den Erfahrungen aus den jüngsten Starkregenereignissen – ergänzt und modifiziert.

Fallstudie mit 13 Abwasserbetrieben

Im Kern des Papers wurden drei verschiedene Niederschlagsszenarien eingehend analysiert, und für jedes dieser Szenarien wurde eine Liste mit spezifischen Aufgaben und Vorschlägen zur Unterstützung der Entscheidungsfindung erstellt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von 13 Abwasserbetrieben in ausführlichen Interviews nach ihren Erfahrungen mit Starkregenereignissen gefragt. Wie sind Aufgaben verteilt und Prozesse organisiert? Welche Maßnahmen wurden zur Bewältigung der Krise getroffen? Was hatte Erfolg? Die Aussagen der Mitarbeiter/-innen wurden mit Unterlagen der Kommunen, Online-Presseberichten und Wetterdaten abgeglichen.

Im Rahmen des Forschungsprojekts und im Zuge der aktuellen Aktivitäten nach den katastrophalen Regenereignissen in Deutschland im Sommer 2021 wurden die folgenden drei Szenarien unterschieden:

Regenwasserableitung (Bemessungsregen)
Umgang mit Starkregen
Umgang mit Katastrophenregen

Starkregenkatastrophe: Betroffene Abwasserbetriebe helfen bei der Bewältigung und brauchen gleichzeitig Hilfe. | Foto: IKT

Bemessungsregen – der Normalfall

Alle regelmäßig wiederkehrenden Aufgaben und Tätigkeiten des Kanalbetriebs nach dem Stand der Technik wurden auf ihre Relevanz für die Starkregenvorsorge untersucht. Aus den Erfahrungen des Regelbetriebs „Regenentwässerung“ wurden bereits kritische Betriebspunkte identifiziert, z.B. reinigungsintensive Kanalabschnitte, häufig überflutete Gebiete, sensible Pumpwerke im Vollbetrieb. Die Rolle dieser Betriebspunkte bei der Bewältigung von Starkregenereignissen wurde in einem späteren Schritt genauer unter die Lupe genommen.

Die entwickelten Dokumente stehen allen Kommunen weltweit zur Verfügung, die Unterstützung und Anleitung suchen:

Checkliste „Management von Starkregenereignissen im Kanalbetrieb“
Notfall- und Störfallplan für Starkregen
Nothilfepass für den Einsatz von Werkzeugen, Geräten und Personal
Prioritätenliste der potenziell gefährdeten Betriebsstellen

(zu finden unter https://www.komnetabwasser.de/arbeitsdokumente/)
Darüber hinaus wurden auch bauliche Maßnahmen identifiziert, die mit geringem Aufwand direkt von der Abteilung Kanalbetrieb umgesetzt werden können, um die Robustheit des Systems bei Starkregen zu verbessern. Dazu gehören etwa der Einsatz von klappbaren und tagwasserdichten beziehungsweise rückstausicheren Schachtabdeckungen, der Schutz von Durchlässen und die Verlegung von Stromschaltgeräten.

Starkregen – die kleine Sintflut

Unregelmäßige Starkregenereignisse, die vom Kanalnetz nicht mehr aufgenommen werden können, sondern einen geregelten Oberflächenabfluss erfordern, gehören zu den wiederkehrenden Herausforderungen des Kanalbetriebs. Die damit verbundenen Aufgaben müssen aber von der Kommune und ihren Fachabteilungen gemeinsam getragen werden.

Für die Vorbereitung, Warnung, Bewirtschaftung und Nachsorge bei Starkregenereignissen wurde im Forschungsprojekt ein System zur kontinuierlichen Verbesserung entwickelt. So lernt man aus Starkregenereignissen und erweitert die Kenntnisse über das Systemverhalten und die erforderlichen Maßnahmen kontinuierlich.

Mit relevanten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aus den beteiligten Abwasserbetrieben wurden Workshops durchgeführt mit dem Ziel, das Wissen der Mitarbeiter über kritische Punkte im Stadtgebiet bei Starkregenereignissen zu sammeln und auf dieser Basis gemeinsam Prioritätenlisten und Inhalte für Kontroll- und Wartungslisten zu entwickeln. Damit die Kanalnetzbetreiber einen wesentlichen Beitrag zur kommunalen Starkregenvorsorge leisten können, ist es wichtig, dass sie ihr Wissen und ihre Kompetenzen im kontinuierlichen Austausch mit anderen relevanten Abteilungen teilen können.

Knochenarbeit: Nach der Flut sind Schächte und Kanäle verschlammt – manches Mal hat ein Schmutzfang Schlimmeres verhindert. | Foto: IKT

Katastrophale Niederschläge – das Armageddon

Nachdem Starkregen im Juli 2021 in eine neue Dimension vorgedrungen war, wurde dieses Szenario von den Projektbeteiligten genauer untersucht. In den Wochen nach der Starkregenkatastrophe fanden insgesamt 13 vom IKT koordinierte Hilfseinsätze von Kommunen für Kommunen statt.

Die Erkenntnisse:

Bei einem kritischen Ereignis zielen die Maßnahmen der Abwasserbetriebe darauf ab, die Funktionsfähigkeit der Entwässerungsnetze wiederherzustellen, um die von Starkregen betroffenen Gebiete vor künftigen, unmittelbar bevorstehenden Ereignissen zu schützen, denn auch ein Ereignis mit geringeren Niederschlägen könnte negative Auswirkungen auf ein System haben, das noch nicht wieder instand gesetzt wurde. Dies ist besonders wichtig, da die in den betroffenen Gebieten lebenden Bürgerinnen und Bürger in der Regel durch solch katastrophale Ereignisse stark traumatisiert sind und vor weiteren psychischen und physischen Belastungen geschützt werden müssen.
Entwässerungsunternehmen werden von den staatlichen Krisenstäben in der Regel nicht wie Armee, Rotes Kreuz, Technisches Hilfswerk und Polizei als direkte Akteure der akuten Gefahrenabwehr gesehen, sondern überwiegend nur als ergänzende Unterstützer oder Helfer. Die Rolle als Betroffene, die selbst Hilfe und Unterstützung bei der Wiederherstellung der Infrastruktur benötigen, wurde kaum gesehen. Dementsprechend wichtig ist es, einen direkten Kontakt zwischen den Abwasserverantwortlichen der betroffenen und der helfenden Gemeinden herzustellen, damit konkrete Hilfsaktionen direkt zwischen ihnen koordiniert werden können.
Dies zeigt einen immensen Bedarf an der systematischen Erfassung von Kontaktdaten auf der Arbeitsebene. Das kann etwa in Form eines Nothilfepasses erfolgen. Optimalerweise sollte die Bereitstellung solcher Daten bereits in den gesetzlichen Selbstüberwachungspflichten gefordert werden und im Krisenfall zentral bei einer Treuhandstelle wie dem IKT abrufbar sein.
Obwohl die Betroffenen grundsätzlich auf Überflutungsereignisse vorbereitet waren, rechneten sie aufgrund der zunächst eher unspezifischen Warnungen nicht mit einer solch extremen Ausnahmesituation. Frühere Erfahrungen mit geringeren Starkregenereignissen ließen die Befragten nicht auf eine solche Katastrophe schließen. In Zukunft sollten deshalb Extremszenarien in Warnungen spezifiziert und in Übungen trainiert werden.
Die Gemeinden sollten auf Worst-Case-Szenarien wie Überschwemmungen in der Nacht oder an Wochenenden und Feiertagen vorbereitet sein. Die Mitarbeiter sollten die sozialen Merkmale ihres Gebiets kennen lernen und mit den Menschen vor Ort zusammenarbeiten, um sie zu sensibilisieren und Notfallpläne zu erstellen. Denn sobald eine Warnung herausgegeben und empfangen wurde, ist es von grundlegender Bedeutung, dass sie verstanden und befolgt wird, damit alle Maßnahmen wirksam sind.
Viele Hilfsaktionen waren nur möglich, weil die Verantwortlichen dies spontan organisierten und die rechtliche und kaufmännische Abwicklung zunächst offenließen. In anderen Fällen konnte die Hilfe erst gar nicht aktiviert werden, weil lange Entscheidungsprozesse zu tage- oder gar wochenlangen Verzögerungen führten. Hier erscheint es unabdingbar, die rechtlichen Rahmenbedingungen für die Hilfeleistung im Vorfeld zu klären, damit im Ereignisfall schnell gehandelt werden kann.
Während viele Kanalbetreiber darüber diskutieren, dass der Betrieb von Schmutzfängern unter den Kanaldeckeln zu kostspielig sei, schützten genau diese Elemente die Kanäle vor übermäßiger Verschlammung. Im Krisengebiet waren sie in vielen Fällen mit Schlamm gefüllt und verschlossen den Kanalzugang vollständig, was den Zufluss von weiterem Schlamm in die Kanalisation verhinderte.
Grundsätzlich muss die Organisation der Hilfsmaßnahmen im Katastrophenfall neu überdacht werden. Derzeit sind die Notfallsysteme der Abwasserbetriebe nur auf durchschnittliche Starkregenszenarien ausgerichtet, nicht aber auf Extremereignisse. Dies gilt auch für die Vorhaltung von Netz- und Betriebsdaten. Im Katastrophenfall können alle lokalen Systeme zerstört werden, so dass es möglich sein sollte, wesentliche Netzdaten zu sichern und über einfache Kommunikationswege wie Ausdrucke und Handy-Informationen zur Verfügung zu stellen.
Im Katastrophenfall benötigen vor allem die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter kleinerer Abwasserbetriebe neben technischer auch strategische Unterstützung. Viele Mitarbeiter sind auch privat von dem Ereignis betroffen und physisch und psychisch kaum in der Lage, eine komplexe Katastrophensituation im Abwasserbetrieb zu bewältigen.

Die in dieser Studie vorgestellten Fallbeispiele und Vorgehensweisen könnten ein Ausgangspunkt für eine bessere Starkregenrisikoprävention und ein besseres Starkregenmanagement sein. Extreme Überflutungen nach Starkregen kann eine Gemeinde jedoch nicht alleine bewältigen. So muss man sich klar werden, welchen Beitrag andere leisten können, und ein Netzwerk für den Notfall aufbauen. Die Gemeinden müssen erwarten können, im Bedarfsfall Unterstützung zu erhalten, und gleichzeitig bereit sein, Unterstützung zu gewähren, wenn jemand anderes sie anfordert.

Urbane Resilienz sollte als ein adaptiver Prozess betrachtet werden, bei dem die Gesellschaft kontinuierlich lernt, wie sie mit den sich ändernden sozioökonomischen Bedingungen und der städtischen Flächennutzung sowie dem sich ändernden Klima umgehen kann.

Kommunen helfen Kommunen: Die vom IKT und KomNetAbwasser koordinierten Hilfseinsätze nach der Starkregenflut 2021 | Foto: IKT

Schlussfolgerungen

Mit ihrem jüngsten Paper wollen die Autoren Netzbetreiber unterstützen, indem sie weitere Erkenntnisse aus den schweren Starkregenereignissen in Deutschland im Juli 2021 bereitstellen und eine Reihe neuer Leitlinien entwickeln. Die wichtigsten Aspekte:

Die Aufgabe der Regenwasserableitung ist in den rechtlichen und technischen Anforderungen an den Betrieb der Bauwerke derzeit noch unterrepräsentiert. So regeln die Selbstüberwachungsverordnungen in Deutschland meist nur die regelmäßige Inspektion der üblichen Kanalnetzbauwerke wie Schächte und Rohre. Mit der verstärkten Entwicklung von Schwammstadt-Konzepten zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels werden jedoch zahlreiche neue Bauelemente entwickelt und bereits heute eingesetzt, die unter dem Sammelbegriff SUDS (Sustainable Urban Drainage Systems) bekannt sind, wie zum Beispiel Gründächer. Für diese Elemente müssen auch betriebliche Anforderungen gestellt und gegebenenfalls auch rechtlich fixiert werden. Wissenschaftliche Studien über den Bau und den Betrieb dieser Systeme können die notwendigen Grundlagen liefern.
Der Umgang mit Starkregenereignissen, die von der Kanalisation nicht mehr aufgenommen werden können, erfordert eine bessere Kenntnis des dann auftretenden Oberflächenabflusses und seiner Wechselwirkung mit der Kanalisation. Die Schnittstelle zwischen Kanalisation und Oberfläche ist von besonderer Bedeutung. Dies betrifft sowohl die Leistungsfähigkeit von Einläufen und Schachtabdeckungen als auch deren Modellierung in numerischen Simulationsprogrammen. Hier sind weitere Untersuchungen sinnvoll, um diese Wechselwirkungen besser zu verstehen.
Umgang mit katastrophalen Regenfällen: Die schiere Menge der bei dem katastrophalen Regen im Juli 2021 im Westen Deutschlands auftretenden Abflüsse und die von ihnen mitgeführten Fremdkörper führten letztlich zu den beobachteten Sach- und Personenschäden. Ein direkter Schutz vor diesen Wassermassen scheint kaum möglich. Umso wichtiger ist es, die im gesamten Einzugsgebiet auftretende Abflussbildung und -konzentration an der Oberfläche besser zu verstehen, da diese zunächst noch geringen Abflüsse erst in der Summe zu den großen, gefährlichen Wassermassen führen. Verlässliche Starkregengefahren- und -risikokarten können demnach nur erstellt werden, wenn die Abflussbildung im Gebiet sicher bekannt ist. Untersuchungen zur genauen Quantifizierung der Abflussbildung und -konzentration, sowohl in-situ als auch im Labor, sind daher dringend erforderlich.

Die oben genannten wasserwirtschaftlichen Fragestellungen erfordern eine geschickte Kombination von Laborversuchen, numerischen Analysen und Beobachtungen in der Realität. Laborversuche im Maßstab 1:1 können die realen Beobachtungen um wichtige, zusätzliche Extremszenarien ergänzen und so die Auswahl geeigneter Parameter für die numerische Simulation sicherstellen.

Jetzt aktiv werden

Extreme Starkregen mit Überflutungen treffen nicht mehr nur die anderen. Auch Städte in unseren Breiten müssen sich auf den Katastrophenfall vorbereiten. Es gibt zahlreiche Ansatzpunkte für Verbesserungen, die dazu beitragen können, das Schlimmste zu verhindern und den Fall der Fälle mit koordinierter Hilfe durchzustehen. Wichtig ist aber vor allem, genau jetzt aktiv zu werden.

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Das Paper „Living with Urban Flooding: A Continuous Learning Process for Local Municipalities and Lessons Learnt from the 2021 Events in Germany” kann kostenfrei auf der Website des Water Journal eingesehen werden:

Der Forschungsbericht zum Projekt „Umgang mit Starkregenereignissen im Kanalbetrieb“ kann hier heruntergeladen werden: