Integriertes Management von urbanen Wasserressourcen zur Aufwertung blau-grüner Infrastrukturen II

Projektlaufzeit: 01/2022 - 12/2023

Projektbearbeitung durch:

siwawi
rewa

Bearbeiter/-innen:

• Dipl.-Ing. Carlo Morandi, M. Sc.
• M.Sc. Verena Hilgenfeldt
• Dipl.-Ing. Zoé Béalu
• Dipl.-Ing. Timo Dilly
• Prof. Dr.-Ing. Ulrich Dittmer
• Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz

Förderung:

• Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

Projektpartner:

• Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (Brasilien)

Projektbeschreibung:

Zur Stärkung des Stadtklimas und Erhöhung der Nachhaltigkeit und Resilienz urbaner Räume bedarf es eines integrierten Managements von urbanen Wasserressourcen und der darin enthaltenen Nähr- und Schadstoffe. Gerade in Schwellenländern wie Brasilien führt das unkontrollierte städtische Wachstum zu „Megacities“ zur Überlastung der vorhandenen grauen Infrastruktur (z.B. Überlastung der Kläranlagen und des Kanalnetzes usw.) sowie zur Übernutzung konventioneller Wasserressourcen (wie z. B. Grundwasser, Quellwasser, Uferfiltrat, Flusswasser oder Seen- bzw. Talsperrenwasser), was durch die negativen Folgen des Klimawandels, wie sie vermehrt in Deutschland und weltweit zu spüren sind, deutlich verschärft wird. All dies resultiert in der Notwendigkeit, ein nachhaltiges Management der urbanen Wasserressourcen auf die städtische Infrastruktur anzuwenden, um damit das Stadtklima zu verbessern und die Resilienz der Siedlungsinfrastruktur zu erhöhen.

Die gezielte Anwendung ressourcenorientierter Ansätze (wie z. B. Wasser- und Nährstoffkreislaufführung, Nutzung von Sekundärquellen zur Ressourcenrückgewinnung, Ressourceneffizienz usw.) kann einen Beitrag zur Stärkung der urbanen Resilienz und Aufwertung der städtischen blau-grünen Infrastruktur leisten. Blau-grünen Infrastrukturen umfassen ein Netzwerk natürlicher und naturnaher Flächen, welches wesentliche Ökosystemdienstleistungen übernimmt und dabei Wasser- und Vegetationselemente berücksichtigt. Sie bieten dadurch eine Möglichkeit, den Folgen des Klimawandels entgegenzuwirken, die sich z. B. als Wetterextreme wie Starkregen und damit einhergehende Überflutungen oder langanhaltende Dürreperioden manifestieren. Vor allem während Hitzeperioden können blau-grüne Infrastrukturen u. a. Kühlung durch Verdunstung oder Schattenwurf liefern. Der Erhalt und Ausbau städtischer blau-grüner Infrastrukturen entlastet zudem die bereits bestehenden grauen Infrastrukturen, wie das Kanalnetz und die zentralen Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen, bekämpft gleichzeitig die negativen Folgen des Klimawandels und limitiert unkontrollierte Schadstoffemissionen in die Umwelt. Wachsende Bevölkerung sowie Stoßbelastungen durch Starkregenereignisse führen regelmäßig zu Flutungen der Kanalnetze, Überbelastungen der Kläranlagen und damit zu unkontrollierter Abfuhr von Pathogenen und Schadstoffen in den urbanen Raum und die Umwelt. Durch die Corona-Pandemie hat dieses Thema auch im letzten Jahr nochmal verstärkt an Relevanz gewonnen.

Auch wenn die Aufwertung urbaner blau-grüner Infrastrukturen sowohl die Schaffung von Retentionsflächen für Starkniederschläge als auch eine erhöhte Verdunstungs- bzw. Kühlleistung in der Stadt ermöglicht sowie eine Reihe weiterer positiver Effekte mit sich bringt, entsteht zur Unterhaltung dieses Netzwerks natürlicher und naturnaher Elemente ein deutlicher Mehrbedarf an Wasser, der zwingend gedeckt werden muss. Hierfür müssen neben diskontinuierlich anfallendem Niederschlagswasser, dessen Verfügbarkeit auch direkt vom Klimawandel negativ beeinflusst wird, ebenfalls weitere urbane Wasserressourcen, wie z. B. häusliche und gewerbliche Grauwasserströme, erschlossen und für verschiedene klimawirksame Nutzungen (Bewässerung des Grüns, Verdunstung) sowie weitere Nutzungen (gewerbliche Brauchwassernutzung, Toilettenspülung etc.) bereitgestellt werden, um gleichzeitig die negativen Folgen des Klimawandels einzudämmen und die Infrastruktur im Bestand zu entlasten. Bei Grauwasser besteht im Vergleich zu Regenwasser zwar erhöhter Behandlungsbedarf, um die für den jeweiligen Nutzungszweck erforderliche Qualität zu erreichen, andererseits fallen Grauwasserströme nahezu kontinuierlich an, weshalb diese ohne lange Speicherzeiten nach Behandlung und ggf. Hygienisierung zur Bewässerung eingesetzt oder weiteren Nutzungen zugeführt werden können und dabei direkt oder indirekt, z. B. durch  die Entlastung konventioneller Wasserressourcen, zur Regulierung des Mikroklimas beitragen. Die alleinige Nutzung von Niederschlagswasser als Bewässerungswasser ist aufgrund des diskontinuierlichen Anfalls und des ohnehin erhöhten Wasserverbrauchs während langer Dürreperioden mit erhöhtem Bedarf an Speichervolumen gekoppelt und ist in engen urbanen Räumen kaum realisierbar. Dennoch kann eine kombinierte Grau- und Regenwassernutzung vorteilhaft sein. Neben der Nutzung als Bewässerungswasser sollen die auf die erforderliche Nutzungsqualität aufbereitete Wasserressourcen auch zur Brauchwassernutzung in Siedlungsbereichen (z.B. Toilettenspülung) und/oder Gewerbegebieten (z. B. Reinigungszwecke) zur Verfügung stehen, was abermals eine Reduktion der herkömmlichen Frischwasserressourcen bewirkt und somit den nachhaltigen Umgang mit der Ressource Wasser im urbanen Raum fördert.

Im Rahmen verschiedener Maßnahmen werden länderspezifische Unterschiede und Gemeinsamkeiten in Anfall und Zusammensetzung der betrachteten urbanen Wasserressourcen und in Risiken bei deren Nutzung in Brasilien und Deutschland untersucht. Durch die gemeinsame Forschung und Weiterentwicklung der vorhandenen Technologien, die von den Forschergruppen beider Länder untersucht werden, sowie durch die im Projekt entwickelten Erkenntnisse über Auswirkungen auf angrenzende Systeme (Benutzer, Umwelt, Ressourcen, Reststoffe, bestehende Infrastruktur) wird innovative Forschung im Bereich der Aufbereitung und Nutzung urbaner Wasserressourcen erreicht. Indem alle Maßnahmen die NachwuchswissenschaftlerInnen in ein internationales Umfeld mit hochkarätigen WissenschaftlerInnen einbinden und ihnen im Rahmen des Projektes eine Plattform geboten wird, sich weiterzuentwickeln und ihre Ergebnisse zu präsentieren, werden DoktorandInnen beider Gruppen gezielt gefördert.