Wie können wir Städte vor den Folgen des Klimawandels schützen?

Anlagen wie dieses Pumpwerk gewinnen für Städte auf der ganzen Welt an Bedeutung. Denn Hochwasser in Großstädten wie im Valle de Chalco nehmen weltweit zu. Nach Berechnungen des United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNDRR) von 2021 stieg die Zahl der Überschwemmungen in den letzten Jahren weltweit dramatisch an: von 1.389 im Zeitraum von 1980 bis 1999 auf 3.254 in den Jahren von 2000 bis 2019. „Starkregen infolge des Klimawandels, das Entstehen von Megacities und die Versiegelung großer Flächen führt dazu, dass die Nachfrage nach unserer Expertise beim Hochwasserschutz weltweit zunimmt”, so Rainer Kutzko, Leiter der technischen Vertriebsunterstützung von KSB in Halle.

So auch in Mexiko. Nachdem 2010 nach einem Regensturm in Valle de Chalco der Damm des überlasteten Kanals brach und das Viertel mit Abwasser überflutete, handelte Mexikos nationale Wasserkommission CONAGUA und entwarf einen ehrgeizigen Plan.

Statt des überirdischen Abwasserkanals soll ein unterirdischer Tunnel das Wasser aus der Stadt herausführen. Damit das Wasser darin zügig abfließt, wird er mit einem deutlichen Gefälle gebohrt, das ihn bis zu 35 Meter unter die Erdoberfläche führt. Das Pumpwerk in Valle de Chalco holt dann das Wasser aus der Tiefe und leitet es in einen Kanal, der es aus dem Tal von Mexiko City führt – wo es keine Gefahr für den Stadtteil mehr darstellt.

Noch vor Beginn der Regenzeit im Sommer 2011 sollte das neue Pumpwerk in Betrieb gehen. Gerade mal 150 Tage Zeit blieben zwischen Beauftragung und dem Start der Aggregate. Schließlich ging es im wahrsten Sinne des Wortes um Menschenleben.

Auch und gerade wenn es schnell gehen muss, ist eine gründliche Planung der Anlage entscheidend. „Beim Design von Pumpwerken zum Hochwasserschutz dürfen keine Fehler gemacht werden – zum Beispiel bei der Dimensionierung oder beim Design der Zuläufe zu den Pumpen. Sonst bieten die Anlagen im Ernstfall keinen Schutz”, so Kutzko.

Wie liefert man in kurzer Zeit ein perfekt funktionierendes System? Durch Computer-Modelle, sogenannte CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics), können die KSB-Experten in schneller Folge die Strömungsbedingungen in verschiedenen Entwürfen testen. So ist es ihnen zum Beispiel möglich, Unterwasserwirbel oder Stellen zu erkennen, an denen die Fließgeschwindigkeit so langsam ist, dass sich Feststoffe ablagern würden, die das System blockieren könnten.

Um noch größere Sicherheit zu haben, bauten die Experten bei KSB zusätzlich noch ein Modell des Pumpensumpfs aus Acrylglas. Darin konnten sie alle am Computer simulierten Konzepte praktisch testen. Mithilfe von Farben, die sie an besonderen Punkten ins Wasser einbrachten, konnten die Fachleute die am Computer berechneten Strömungen überprüfen. Um zusätzliche Zeit zu sparen, verschickte KSB die Pumpen mit einer Antonov-Frachtmaschine von Halle nach Mexiko.

Die intensive Vorarbeit, die in das Design der Anlage einfloss, hat sich gelohnt: Im März 2011 wurde sie vom mexikanischen Präsidenten Felipe Calderón eingeweiht – nur etwas mehr als ein Jahr nach dem dramatischen Hochwasser.

Strömen nun während der Regenzeit oder bei Stürmen die Wassermassen durch das unterirdische Abwassersystem in Richtung von Valle de Chalco, zeigen die Pumpen, was sie können. „Sie pumpen bis zu 40 Kubikmeter Wasser pro Sekunden aus dem unterirdischen Tunnel in den oberirdischen Abwasserkanal”, erklärt Kutzko. „Seit ihrer Inbetriebnahme arbeiten sie störungsfrei – und Hochwasser hat es im Valle de Chalco auch nicht mehr gegeben”, berichtet Rainer Kutzko heute.

Doch häufigere und heftigere Hochwasser, die durch extreme Regenfälle verursacht sind, treffen nicht nur Länder in Monsun-Regionen. Ende Mai und Anfang Juni 2013 ließen zum Beispiel tagelange Regenfälle Flüsse in sieben Ländern Europas über die Ufer treten. Eine der betroffenen Städte in Deutschland war das bayerische Landshut.

Bisher hatte Landshut geglaubt, auf Hochwasser gut vorbereitet zu sein: In den 40er- und 50er-Jahren des letzten Jahrhunderts baute die Stadt die sogenannte Flutmulde, eine begrünte Entlastungsrinne, die sich quer durch die Stadt zieht und den Menschen die meiste Zeit als Parkanlage dient. Bei Hochwasser der Isar allerdings leitet sie die Massen durch den Ort und zurück in den Fluss – und verhindert so Überschwemmungen.

Doch das Hochwasser des Jahres 2013 zeigte, dass dieses System den veränderten klimatischen Bedingungen nicht mehr gewachsen war: Das Kanalsystem konnte das Regenwasser nicht schnell genug abführen. Da ein unterirdisches Regenüberlaufbecken volllief, staute sich das Wasser. Straßen wurden überschwemmt und Teile des Industriegebietes waren nicht mehr befahrbar. Nachdem 2016 ein weiteres Hochwasser Landshut getroffen hatte, plante die niederbayerische Stadt, ihren Hochwasserschutz auszubauen, um für extreme Wetterphänomene in der Zukunft gewappnet zu sein.

Landshut ist ein Beispiel, wie ein bestehendes System zum Hochwasserschutz erfolgreich an die klimatischen Bedingungen der Zukunft angepasst werden kann. Die Stadt beschloss, ein Pumpwerk zu bauen, das im Falle einer Überschwemmung Wasser aus dem Regenüberlaufbecken in die Flutmulde fördern würde.

Um sicherzustellen, dass das Werk im Ernstfall perfekt arbeitet, wandte sich das Ingenieurbüro an KSB. Die KSB-Experten sollten nicht nur die Aggregate liefern, sondern die gesamte Planung mit ihrem Fachwissen unterstützen. „Ein Ingenieurbüro hat selten Hydraulik-Expertise”, erklärt Mehmet Atak, Vertriebsleiter von KSB in München. 

Zusammen legten die Kommune Landshut, das Ingenieurbüro und KSB das Design des Pumpwerks fest. Das einströmende Wasser sollte zunächst auf eine Prallwand treffen, die ihm die Energie nimmt und es beruhigt. Dann fördern es drei Amacan-Hochleistungspumpen in die Flutmulde.

Entscheidend sei, dass die Pumpe und das Bauwerk so aufeinander abgestimmt sind, dass die Geräte optimal arbeiten können, so Atak. „Ein Pumpwerk ist eine quadratische Kammer, in die mit hohem Druck Wasser schießt. Da können alle Arten von Wirbeln oder Lufteinschlüssen entstehen, welche die Pumpen belasten können.” Das kann dazu führen, dass die Pumpen überlastet werden und sich abschalten. „Dann können Sie das ganze Pumpwerk vergessen und es kommt trotzdem zu Überschwemmungen”, sagt Atak. 

Von Mexiko City über New Jersey und London bis ins bayerische Landshut – rund um den Globus nimmt die Nachfrage nach dem Fachwissen von KSB beim Bau von Pumpwerken zum Hochwasserschutz zu. Doch eine Frage können selbst die KSB-Experten nicht beantworten: mit welchen Regenmengen Kommunen in der Zukunft rechnen müssen.

„Keiner weiß, wie die Witterungsbedingungen in der Zukunft aussehen werden. Doch auch wenn die Situation für Kommune noch nicht absehbar ist, ist klar, dass etwas getan werden muss”, erklärt Atak. Und bei aller Unsicherheit beim Blick in die Zukunft kann er Kommunen auch Zuversicht geben: „Hochwasser ist ein Naturereignis, auf das sich Städte sehr gut vorbereiten können – und wir unterstützen sie dabei.”