Gewässerbezogene Massnahmenplanung unter Berücksichtigung

Kanalisationsforum Bern 2008
Klimawandel – Konsequenzen für die Siedlungsentwässerung,
den Kanalunterhalt und die Kanalsanierung
Gewässerbezogene Massnahmenplanung unter
Berücksichtigung des Klimawandels
Martin Würsten
VSA-Präsident
Amt für Umwelt des Kantons Solothurn
Greibenhof / Werkhofstrasse 5
4509 Solothurn
VSA Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute, Strassburgstrasse 10, Postfach, CH-8026 Zürich
www.vsa.ch
Gewässerbezogene Massnahmenplanung unter Berücksichtigung des
Klimawandels
Martin Würsten, Amt für Umwelt Kanton Solothurn, Präsident VSA
1. Einleitung
Es wäre vermessen, fixfertige Lösungen aufzuzeigen, wie die Massnahmenplanung in
der Abwasserentsorgung Rücksicht nehmen muss auf den Klimawandel. Zu vieles zum
grossen Thema Klimawandel ist heute nach wie vor zu wenig genau bekannt. Es gibt
Tendenzen und Wahrscheinlichkeiten, sowohl für unsere Erde wie auch für Europa
oder den Alpenraum. Es wird im Folgenden kurz dargelegt, von welchen Szenarien
heute ausgegangen wird, wobei sich die Aussagen vor allem auf den vierten Klimabericht der UNO (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC, 2007) abstützen.
Selbst wenn die klimatischen Randbedingungen klar vorliegen würden, wäre es nicht
möglich, bereits heute Lösungen zu präsentieren. Verschiedene internationale und nationale Forschungsarbeiten, die in Bearbeitung sind oder nächstens angegangen werden wie das nationale Forschungsprogramm "Nachhaltige Wasserversorgung und nutzung" (NFP61) werden hoffentlich helfen, intelligente und zukunftsweisende Strategien für ein nachhaltiges und integrales Wasserressourcenmanagement zu entwickeln.
Selbstredend muss dabei auch die Abwasserentsorgung Teil des Ganzen sein.
Es soll deshalb in erster Linie skizziert werden, welche Trends bei der gewässerbezogenen Massnahmenplanung unter Berücksichtigung des Klimawandels sinnvollerweise
heute schon berücksichtigt werden sollten.
In einem ersten Schritt wird dargelegt, von welchem Klimawandel ausgegangen wird,
um anschliessend erste Schlussfolgerungen für wasserwirtschaftliche Massnahmenplanungen zu ziehen, insbesondere für die Abwasserentsorgung und für den Wasserbau.
2.
Klimawandel
Globale Klimaszenarien
Es soll hier nicht auf die Gründe des Klimawandels eingegangen werden. Stattdessen
sollen die heute aktuellen Prognosen bezüglich Temperatur und Niederschlag in Erinnerung gerufen werden.
Die Folgen der globalen Erwärmung werden mit Hilfe von Computersimulationen abgeschätzt. Dazu werden globale Klimamodelle entwickelt, welche die Wechselwirkung
zwischen den physikalischen Prozessen in Atmosphäre, Ozean, Meereis und Landoberfläche quantitativ beschreiben. Als Eingangsparameter benötigen die Modelle u.a.
die Konzentrationen der wichtigsten Treibhausgase (Kohlendioxid, Methan, Lachgas,
Ozon, Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und Aerosole.
Im zitierten Klimabericht der UNO wurden Szenarienrechnungen mit insgesamt 23 Klimamodellen durchgeführt. Die Modellrechnungen liefern bis zum Ende des 21. Jahrhunderts eine Erwärmung von 1.8°C bis 3.4°C. Im extremsten Fall ist sogar mit einer
Erwärmung von bis zu 6.4°C zu rechnen, wobei diese Abschätzung nur mit Hilfe eines
vereinfachten Klimamodells gemacht wurde.
Die globale Erwärmung hat eine Zunahme des atmosphärischen Wasserdampfs zur
Folge sowie einen verstärkten Wasserdampftransport von den Ozeanen zu den Kontinenten und damit eine Zunahme des Niederschlags über den Landgebieten. Regional
sind die Niederschlagsänderungen jedoch sehr verschieden. Generell fällt mehr Niederschlag in hohen Breiten und in Teilen der Tropen, während die regenärmeren Subtropen noch weiter austrocknen. Damit vergrössern sich die Unterschiede zwischen
den feuchten und trockenen Klimaten.
Regionale Klimaszenarien
Um die Auswirkungen globaler Klimaänderungen auf Regionen, z.B. Europa, zu untersuchen, werden hochauflösende regionale Klimamodelle in globale Klimamodelle eingebettet. Währenddem in globalen Klimamodellen die Abstände der Gitternetze 200 km
betragen, weisen regionale Modelle Abstände von 50 km auf. Für Europa ist zu erkennen, dass die Klimaerwärmung nicht gleichmässig erfolgt, sondern regionale und auch
saisonale Unterschiede aufweist. Für den Mittelmeerraum wird ein Anstieg der Sommertemperaturen von mehr als 2.5°C berechnet (im Vergleich zum globalen Szenarium
von 2.8°C), während in weiten Teilen Mitteleuropas weniger als 1.5°C Erderwärmung
erwartet wird und in Osteuropa weniger als 1°C. In den Wintermonaten beträgt der
Temperaturanstieg etwa 1.5°C bis 2°C und erstreckt sich von Skandinavien bis zum
Mittelmeer. Nur in Regionen unter direktem Einfluss des Atlantiks (Grossbritannien,
Portugal, Teile von Spanien) fällt im Winter der Temperaturanstieg geringer aus.
Noch ausgeprägter sind die regionalen und saisonalen Unterschiede bei den Niederschlagsveränderungen von bis zu 50% im Mittelmeerraum in allen Jahreszeiten, während grosse Teile Europas im Winter und Herbst mit erhöhten Niederschlägen rechnen
müssen. Für die Sommermonate wird auch in weiten Teilen Nord- und Mitteleuropas
eine Abnahme des Niederschlags erwartet. Dies ist mit einer Verlagerung des Azorenhochs nach Nordosten verbunden.
Im Bericht "Klimaänderung und die Schweiz 2050" des beratenden Organs für Fragen
der Klimaänderung (OcCC) aus dem Jahre 2007 wird erwähnt, dass die Schweiz vom
Klimawandel im globalen Vergleich überdurchschnittlich stark betroffen ist. Dies zeigt
der Temperaturverlauf des letzten Jahrhunderts und äussert sich in messbaren Veränderungen bei den Niederschlägen.
Aus diesen Szenarien lassen sich für die Schweiz vereinfacht ausgedrückt folgende
Klimaänderungen bis 2050 prognostizieren:
-
Die Lufttemperaturen (und damit auch die Wassertemperaturen) werden im Herbst,
Winter und Frühling um 2°C zunehmen und im Sommer sogar um 3°C als wahrscheinlichste Werte, wobei die Prognosen nach wie vor mit grossen Unsicherheiten
behaftet sind.
-
Die Sommer- und Herbstmonate werden in der Schweiz trockener werden (ca. 20%
weniger Niederschläge), im Winter und im Frühjahr wird es ca. 10% mehr Niederschläge geben.
-
Die extremen Niederschläge und damit auch die Hochwasser werden zunehmen,
speziell im Winter, aber möglicherweise trotz geringeren Gesamtniederschlägen
auch im Sommer.
-2-
3.
Gewässerbezogene Massnahmenplanungen unter Berücksichtigung des
Klimawandels
3.1 Abwasserentsorgung
Die Abwasserentsorgung, nach wie vor eines der zentralen Elemente der GewässerMassnahmenplanung, wird von der Grundstücksentwässerung bis zur Einleitung des
gereinigten Abwassers in einen Fluss oder Bach vom Klimawandel betroffen sein, dies
zeichnet sich ganz klar ab.
Grundstücksentwässerung
Überschwemmungen auf dem Grundstück können nicht nur im Ansteigen von Grundwasser oder im Ausufern eines Fliessgewässers oder Sees ihren Ursprung haben.
Auch das Versagen der Grundstückentwässerung kann zu Überschwemmungen führen. Die Regenwasserentsorgung muss deshalb auch bei zunehmenden Niederschlagsintensitäten einwandfrei funktionieren. Im Kanton Solothurn wurde bisher als
Bemessungsgrundlage gemäss Norm SN 592'000 eine maximale Regenspende von
300 l/s⋅ha angenommen. Dies entspricht gemäss aktuellen Auswertungen der MeteoSchweiz von 2007 für die Messstellen Basel-Binningen, Wynau und Bern/Zollikofen einer Jährlichkeit von 20 bis 30. Die 100-jährliche Regenspende für diese Orte liegt gemäss dieser Quelle zwischen 370 l/s⋅ha und 470 l/s⋅ha. Für mehrere Regionen in der
Schweiz, vor allem natürlich im Tessin, ergeben sich deutlich höhere 100-jährliche Regenspenden von bis zu 650 l/s⋅ha. Es empfiehlt sich deshalb bereits heute, bei Berechnungen differenzierter vorzugehen.
Dass dies nicht Theorie ist, zeigte sich in der Region Solothurn am frühen Morgen des
1. August in diesem Jahr, als es innerhalb einer Stunde 40 mm regnete. Die maximale
Regenspende betrug nach ersten Auswertungen rund 360 l/s⋅ha.
Über dies hinaus sei an dieser Stelle daran erinnert, dass Überschwemmungen auf
dem Grundstück auch durch das Eindringen von Oberflächenwasser entstehen können. In der Wegleitung "Objektschutz gegen meteorologische Naturgefahren" der Kantonalen Gebäudeversicherungen sind sog. Gefährdungsbilder dargestellt für verschiedene Eindringungswege des Wassers in Liegenschaften. So kann Oberflächenabfluss
aus einer Hang- oder Muldenlage des Grundstücks, durch den Zufluss von Strassenwasser oder über den Zufluss von Dach- und Platzwasser zu Wassereintritten in Gebäuden führen. Durch sorgfältige Planung, nicht nur der Grundstücksentwässerung,
sondern auch der Konzeption der Gebäude und der Umgebung kann meistens auf einfache Art und Weise und ohne nennenswerte Mehrkosten viel zum Schutz der Liegenschaften beigetragen werden. Beispiele dazu finden sich in der erwähnten Wegleitung
der Kantonalen Gebäudeversicherungen.
Öffentliche Abwasserableitung (GEP)
Auch die öffentliche Abwasserableitung wird sich durch den Klimawandel neuen Herausforderungen stellen müssen. Die zunehmenden Niederschlagsmengen im Winter
und Frühjahr werden im Mischsystem dazu führen, dass die Kanalnetze vermehrt entlastet werden, was unerwünscht ist. Im Sommer und Herbst werden die Entlastungen
anzahlmässig eher abnehmen, da in diesen Zeiten nach den Prognosen weniger Niederschlag fällt. Das entlastete Mischabwasser wird aber in Bäche und Flüsse gelangen,
die - zumindest zu Beginn der Entlastungsphase - empfindlicher sind auf Abwassereinleitungen, weil sie wenig Wasser führen und das Fluss- oder Bachwasser hohe Temperaturen aufweisen wird.
-3-
Die separate Entsorgung von Schmutzwasser und Regenwasser wird alleine deshalb
garantiert weiter an Bedeutung gewinnen.
Selbstverständlich ist auch die Dimensionierung der Kanäle und der Sonderbauwerke
stark abhängig von den zu erwartenden Regenintensitäten und Niederschlagsmengen.
Bei den bisherigen Dimensionierungen der Anlagen der Abwasserableitung werden je
nach Siedlungsdichte und Nutzungen Jährlichkeiten der Regenereignisse von fünf bis
zehn, selten zwanzig angenommen. Interessanterweise treten heute gleichwohl kaum
irgendwo innerhalb dieser Jährlichkeiten Rückstau im Kanalnetz oder gar Überschwemmungen im Siedlungsgebiet auf. Die erstellten Anlagen scheinen also - zum
Glück - eine höhere Sicherheit aufzuweisen, als anhand der Berechnungsgrundlagen
angenommen werden könnte. Dies dürfte verschiedene Gründe haben. So wurden die
Abwasseranlagen auf Bauzonen ausgelegt, die nach wie vor nicht völlig überbaut und
an die Kanalisation angeschlossen sind. Weiter hat die Versickerung im Liegenschaftsbereich und im Verkehrswegebau in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Beides entlastet die Kanalnetze von Regenabwasser. Zumindest ein Teil dieser Reserven
wird aber mit Garantie in den nächsten Jahrzehnten durch die veränderten Niederschläge kompensiert werden, und wir müssen uns gut überlegen, welche Folgen dies
für die Siedlungsentwässerung haben könnte.
In den nächsten Jahren und Jahrzehnten werden verschiedene Massnahmen an den
Fliessgewässern zum Schutz des Siedlungsraums und anderer Nutzungen von Hochwassern getroffen werden. Wenn das Flusswasser nicht mehr in das Siedlungsgebiet
eindringen kann, weil höhere Dämme gebaut wurden, muss in vielen Fällen auch die
Abwasserableitung angepasst werden. Es muss damit gerechnet werden, dass Flusswasser über Entlastungsbauwerke rückwärts in die Kanalisation fliessen kann. Die
Druckverhältnisse werden sich ändern, das Abwasser muss unter Umständen mit
Pumpwerken in die Gewässer gefördert werden.
Die Fachleute sind sich bewusst, dass die Abwasserableitung bzw. die Siedlungsentwässerung vom Klimawandel betroffen sein wird. Diesem Aspekt soll bei der gegenwärtig laufenden Erarbeitung des Musterpflichtenhefts für die GEP-Nachführung speziell Rechnung getragen werden. Sie können also davon ausgehen, dass bald schon
detailliertere Vorgaben für die künftigen Planungen oder Verifizierungen vorliegen werden.
Abwasserreinigung
Bei der Diskussion von Mikroverunreinigungen rückte auch wieder vermehrt das Mischungsverhältnis zwischen eingeleitetem Abwasser und dem Trockenwetterabfluss
der Bäche oder Flüsse, in welche das gereinigte Abwasser eingeleitet wird, in den Vordergrund. Grundsätzlich war immer schon ein Verhältnis zwischen Abwassereinleitung
und Trockenwetterabfluss von 1:10 oder mehr erwünscht. Wie wir wissen, kann dieses
Verhältnis nicht überall eingehalten werden. Unglücklicherweise wird sich dieses Verhältnis in die falsche Richtung verschieben. Die Trockenwetterabflüsse unserer Gewässer werden kleiner werden, das scheint sicher zu sein. Der Nutzungsdruck auf die
Gewässer, zum Beispiel um landwirtschaftliche Flächen zu bewässern oder für die
Wasserkraftnutzung, wird gleichzeitig zunehmen. Dies kann zu weiteren Reduktionen
der Trockenwetterabflüsse führen.
Entlang Flusslandschaften befinden sich häufig ergiebige Grundwasserströme, die
massgeblich durch Flussinfiltrat gespeist werden. Die grundsätzlich erwünschte Gewässeraufwertungen werden die Infiltrationsleistungen der Flüsse steigern. Wenn der
Abwasseranteil im Fliessgewässer zunimmt, wird dadurch die Grundwasserqualität
verschlechtert werden. Auch dies wird zur Folge haben, dass bessere Reinigungsleistungen für das Abwasser verlangt werden oder allenfalls sogar gefordert werden, dass
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intensiv für die Trinkwasserversorgung genutzte Flusslandschaften frei werden von
Abwassereinleitungen. Das gereinigte Abwasser müsste dann in andere Fliessgewässer eingeleitet werden.
3.2 Wasserbau
Auch der Wasserbau wird sich verschiedenen Herausforderungen stellen müssen. Einerseits werden grössere Hochwasserabflüsse erwartet, anderseits werden zugleich
die Trockenwetterabflüsse kleiner werden. Fluss- oder Bachbette so zu gestalten, dass
die Hochwasserabflüsse schadlos abgeleitet werden können und auch während Trockenwetterabflüssen günstige Lebensbedingungen für die Wasserlebewesen herrschen, wird zwangsläufig anspruchsvoller. Wie rasch Hochwasserabflüsse zunehmen
können, zeigt sich an der Aare unterhalb Olten. Die in den Jahren 2004 bis 2006
durchgeführte Studie ergab ein 100-jähriges Hochwasser von 1'200 m3/s. Die Berechnungen unter Berücksichtigung des Hochwasserereignisses 2007 beziffern das 100jährige Hochwasser bereits mit 1'400 m3/s.
In den Restwasserstrecken der Mittellandflüsse wird die minimale Restwassermenge
häufig durch die Temperatur bestimmt. Höhere Wassertemperaturen werden logischerweise zu höheren Restwassermengen führen. Unberührt davon wird unser Energiehunger den Nutzungsdruck auch auf diese Fliessgewässer erhöhen, ein Konflikt, der
kaum zu lösen sein wird.
3.3 Weitere Aspekte
Die aufgeführten Veränderungen, die bei künftigen Gewässer-Massnahmenplanungen
zu berücksichtigen sind, haben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Oft genug treten
bei Veränderungen plötzlich Probleme auf, mit denen nicht gerechnet wurde. Ich gehe
davon aus, dass das auch bei diesem Thema eintreffen könnte. Zum Beispiel könnte
sich zeigen, dass auch die Regenwassernutzung überdenkt werden muss. Bei den
prognostizierten trockenen Sommermonaten werden die Regenwasserbehälter kaum
noch gefüllt, der Wasserverbrauch wird aber gerade in diesen Zeiten am grössten sein.
Die öffentliche Wasserversorgung wird also weiterhin auf Spitzenwasserverbräuche
ausgelegt, die durch die Regenwassernutzung nicht verkleinert werden. Da die Auslegung der Wasserversorgung den Grossteil der Kosten verursacht, können deshalb
praktisch keine Kosten gespart werden. Zunehmend interessant wird dagegen das Recyceln von gereinigtem Abwasser, das auch in den trockenen Monaten zur Verfügung
steht und deshalb zu einer effektiv kleineren Auslegung der Wasserversorgungsanlagen führt.
4.
Fazit
Die gewässerbezogene Massnahmenplanung wird durch den Klimawandel beeinflusst.
Massnahmen, die bereits heute angestrebt werden, wie beispielsweise die Separierung
von Niederschlagswasser und Schmutzwasser, werden Unterstützung bekommen, andere werden neu dazu kommen, die einen zusätzlichen Aufwand bedeuten und deshalb auf den ersten Blick nicht erwünscht sind. Dazu gehört zum Beispiel die Auslegung der Grundstücksentwässerung für höhere Niederschlagsintensitäten.
Wie immer bei Veränderungen sind gute Ideen gefragt, das ist die Chance von Veränderungen. Altbewährtes wird hinterfragt, neue Technologien ermöglichen Lösungen,
die noch vor wenigen Jahren undenkbar gewesen wären. In diesem Spielraum bewegen wir uns, ob wir wollen oder nicht. Ich bin zuversichtlich, dass wir uns diesen Herausforderungen erfolgreich stellen werden.
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