Spitzen kappen

von Susanne Böttger


Sandsäcke zur Hochwasservorsorge
Ausnahmezustand im Norden Triers: Anfang Juni rissen Wassermassen Steine und Schlamm von den Weinhängen. Braune Fluten ergossen sich in Straßen, Keller und Wohnzimmer. Der Verkehr brach zusammen. Wieder einmal. "Vor drei Jahren hatten wir ein ähnliches Unwetter. Das war aber lange nicht so heftig", erinnert sich Wolfgang Müller, Wehrführer der Feuerwehr in Ruwer. Auch in den Katastrophenjahren 1993 und 1995 verwüstete die Mosel ihre Umgebung. Und jedes Mal ging der Schaden in die Millionen.

Das soll sich ändern: Joachim Hill, Geowissenschaftler an der Universität Trier, ist davon überzeugt, dass sich solche Zerstörungen eingrenzen lassen. Er will reparieren, was die Menschen angerichtet haben, als sie die Natur mit Häusern und Straßen versiegelten, als sie Flüsse begradigten und Bäche in Kanäle sperrten. "Unsere Nutzung von Flächen vermindert die hydrologische Leistungsfähigkeit der Landschaft enorm", konstatiert Hill sachlich. Kommen dann extreme Niederschläge hinzu, ist eben mit Überflutungen zu rechnen. Seine Kernfrage lautet daher: Wohin mit dem Wasser, wenn die Pegel in den Hauptflüssen steigen? Seine Antwort: "Wir müssen effizient in das Abflussgeschehen eingreifen."

Leichter gesagt als getan. Der Weg zum schnellen Abfluss ist ziemlich verstopft. Um dem beizukommen, müssen zuerst Daten gesammelt werden. Millionen von Daten zu all den Faktoren, die den Wasserabfluss und damit das Hochwasser bedingen. Als da wären die Bodenbeschaffenheit, die Vegetation, die Geländeform, die Niederschläge oder die Verdunstung. Diese Daten werden verdichtet, so entsteht ein Modell. Und anhand des Modells kann Hill den Politikern Handlungsempfehlungen für die Landschaftsgestaltung geben. Zunächst allerdings nur im Kleinen: Die Wissenschaftler der Abteilung Fernerkundung im Fachbereich Geografie und Geowissenschaften der Universität Trier haben sich erst einmal das Gebiet der Mosel-Nebenflüsse Ruwer und Kyll vorgenommen.

Die Landschaft - ein Schwamm

Hochwasserexperten Hill und Seeling

Wenn Joachim Hill die Welt der Moselfluten erklärt, greift er gerne zum Schwamm. Jeder Boden, erklärt der Wissenschaftler, hat Poren, in denen Wasser gespeichert werden kann wie in einem Schwamm. Je mehr Poren der Boden hat, desto besser kann er Wasser speichern. Darauf kommt es an: "Wir müssen so viel wie möglich in diesen Schwamm hineinbringen können und ihn dann wieder als Vorbereitung für das nächste Ereignis entleeren", verdeutlicht Hill. Wenn sich der Schwamm vollgesogen hat, muss das Wasser abfließen. Das geschieht entweder auf der Oberfläche oder im Boden. Der oberflächennahe Abfluss, der so genannte Zwischenabfluss, sei in der Regel wünschenswert. Allerdings nur, wenn er langsam erfolge. Sonst träfen wieder mehrere schnelle Teilströme aufeinander und es ginge wieder los, das Hochwasser.

Die Suche nach dem Schwamm für die Mosel begann bereits vor Jahren im Weltraum. An einem wolkenfreien Tag im Jahr 1989. Damals fotografierte der Satellit LANDSAT 5 aus einer Höhe von circa 705 Kilometer Hills Forschungsregion, funkte Bild auf Bild an den Boden und lieferte damit den Wissenschaftlern aus Trier die Grundlage ihrer Arbeit. "Mit Fernerkundungsdaten können wir zum Beispiel unterschiedlich genutzte Grünland- oder Ackerflächen trennen", erklärt Diplom-Geograf Stephan Seeling, wissenschaftlicher Mitarbeiter von Joachim Hill.

Seitdem wissen Hill und Seeling, dass das Einzugsgebiet der Ruwer mit seiner Fläche von 238 Quadratkilometer zu sechs Prozent besiedelt ist. Die spielen entgegen landläufiger Ansicht für die Entstehung von Hochwasser keine entscheidende Rolle. Es handelt sich um Oberflächenabflüsse. "Das Wasser, das hier abfließt, stellt nur einen kleinen Teil des Gesamtabflusses dar. Es rauscht flott durch und ist an der Ruwer daher kaum kritisch", weiß Hill.

Feld und Wald - gute Zwischenspeicher

Im Nadel- und Mischwald gibt es deutlich weniger Oberflächenabfluss. Hier wird das Wasser im Boden knapp unter der Oberfläche weitergegeben und fließt langsam ab. Das gilt für 61,5 Prozent des Einzugsgebietes der Ruwer. Auch die 15,7 Prozent Ackerland und die 14,9 Prozent Dauergrünland im Untersuchungsgebiet übernehmen als Anti-Hochwasser-Schwamm zwei Aufgaben: Zum einen lagern sie Niederschläge auf der Oberfläche der Pflanzen zwischen und geben sie als Wasserdampf wieder an die Atmosphäre zurück, zum anderen pumpen sie Wasser aus dem Bodenspeicher.

Die Kapazität dieser Zwischenspeicher bestimmen die Forscher auf der Basis der Daten von LANDSAT 5 mit einem "Blattflächenindex", einem Maß für die Blattfläche pro Flächeneinheit. Der Hintergrund dabei: Je größer die Blattfläche, desto höher die Speicherkapazität und die Verdunstungsleistung einer Pflanze. Seeling erklärt den Umgang mit den Satellitenbildern: "Mit Hilfe von Vergleichsdaten, die wir am Boden messen, können wir aus dem Reflexionsverhalten der vom Satelliten aufgenommenen Oberflächen deren Art und zum Teil auch deren Eigenschaften erfassen."

Für ihr Simulationsmodell von Hochwasserwellen müssen es Hill und Seeling allerdings noch genauer wissen. Sie unterscheiden 30 verschiedene Geländearten. "Mich interessiert, was auf dem Ackerland steht und wie es dem Land zum Zeitpunkt des potenziellen Hochwassers geht", erläutert Seeling. Deshalb runden sie die Satellitendaten mit den Ergebnissen von Geländemessungen ab. "Ergänzend nutzen wir auch recht alte Daten wie etwa die Karten der Reichsbodenschätzung", sagt Joachim Hill. Diese Karten dienen der Bewertung örtlicher Betriebe und liefern Daten zur Bodengüte und Tiefgründigkeit.

Für ihre Datensammlung griffen die Forscher auch auf Karten mit hydrometeorologischen Daten zurück. Denn erst Informationen zu saisonalen Einflüssen, zu Niederschlägen aller Art, zu Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung machen die Simulation möglich.

Beispiel saisonale Einflüsse: Im Winter kommt die Vegetation zur Ruhe. Die Pflanzen haben wenig Blattfläche entwickelt und nehmen dementsprechend wenig Feuchtigkeit auf. Schlecht, wenn dann viel Regen fällt. Das Wasser fließt abrupt ab, zumal Schneedecken als Zwischenspeicher zunehmend ausfallen. Eine feste Schneedecke ist nämlich ein hervorragender Wasserspeicher. Grundsätzlich jedenfalls. "Tatsächlich haben wir aber durch die Erderwärmung immer weniger Schneespeicher", erklärt Stephan Seeling. Die Folge: Das Niederschlagswasser fließt direkt ab und sammelt sich im Bach oder im Fluss. Das Ergebnis sind dann Überschwemmungen.

Anders die Lage im Sommer: Wälder, Buschbestand, Weinberge, alles, was Blätter hat, fängt den Regen neben dem aufnahmefähigen Boden, Hills Schwamm, auf. Sind Bäume, Getreide und Gräser gut entwickelt, können sie sehr viel Wasser aufnehmen. Dann sind Hochwasser am unwahrscheinlichsten. Typische Sommerhochwasser, wie jüngst in Trier, entstehen nur durch Unwetter. Große Wassermengen innerhalb kurzer Zeit überfordern dann einfach die Boden- und Blattspeicher.

Das Grünland - eine Pumpe

Auch Temperatur und Sonneneinstrahlung haben einen Einfluss auf das Hochwasserrisiko. Die Verdunstungsleistung der Landschaften haben die Geowissenschaftler ermittelt, da sie wissen wollten, wie schnell der Schwamm auf natürliche Weise geleert wird. Die Sonne erwärmt den Boden. An der Oberfläche verdunstet das Wasser.

"Die Bodenverdunstung wirkt wie eine Art von Pumpe", erklärt Hill. Eine Pumpe mit begrenzter Leistungsfähigkeit, da die Kapillarwirkung des aufwärts gerichteten Wasserstroms im Boden irgendwann abreißt. Dann bleibt in einer Tiefe von 30 bis 40 Zentimeter Restwasser im Boden zurück, das nur tiefe Wurzeln heraufholen können. Im Dauergrünland wird dauernd ein bisschen gepumpt, weiß Hill. Sind die Pflanzen kräftig gewachsen und gesund in der Struktur, pumpt das Land besser als im entgegengesetzten Fall.

Alarmstufe rot - Hochwassergefahr

Joachim Hill sitzt vor einer kräftig eingefärbten Karte des Einzugsgebietes der Ruwer. Teile der rheinland-pfälzischen Weinbauregion sind orange und rot eingefärbt. Hochwassergefahr! Orange und Rot zeigen nämlich auf Hills neuen Karten schnelle Abflusskomponenten an. Diese digitalen Karten sind das optische Ergebnis der Verdichtung aller erhobenen Daten sowie der Simulationsergebnisse. Sie spiegeln die Wechselwirkungen von Boden und Klima wider.

Auch Modellrechnungen gehörten zur Arbeit der Forscher: Sie gaben zehn Szenarien einer möglichen Landschaftsentwicklung für das Einzugsgebiet der Ruwer in das Modell ein und berechneten dann die zu erwartenden Pegelstände der Ruwer am Pegel Kasel. Vorher hatten sie ihre Daten mit denen des Landesamtes für Wasserwirtschaft verglichen: Hills Modell ist korrekt, die Abweichungen zwischen simulierten und tatsächlich gemessenen Durchflusswerten waren gering.

Hills Karten sind das Ergebnis jahrelanger Projektarbeit und zeigen höchst differenziert die Gefahrenzonen für Siedlungen, Gewässer, Rebflächen, Laub-, Nadel- und Mischwälder, Dauergrünland oder Ackerflächen. Mehr noch: Selbst die unterschiedlichen Fruchtarten der Ackerflächen werden berücksichtigt, da Wintergerste, Sommerweizen, Kartoffeln oder Rebstöcke spezifische Eigenschaften haben. Karten und Modellrechnungen erlauben ihm jetzt Empfehlungen an die Politik.

Rübenfelder - Wünsche an die Politik

"Wir brauchen aufeinander abgestimmte Wasserkomponenten", fordert Hill. Kritisch sieht er das Zusammentreffen schneller Komponenten aus Siedlungen, Weinhängen, Dauergrünland und Ackerland. Wenn der Abfluss hier nicht gemindert und entzerrt werde, seien regionale Hochwasserereignisse und Überschwemmungen unausweichlich. "Baugebiete am Unterhang sind der Turbo für Abflussprozesse." Ackerflächen und Wälder könnten aufgeforstet werden. Schließlich seien die Wälder die effektivsten Rückhalteflächen, die effizientesten Pumpen. Qualität und Quantität kommen da zusammen: "Das ist ein Multiplikationsspiel", erklärt Hill. Da die Wälder zu 40 Prozent dem Staat gehörten und zu 20 Prozent den Gemeinden, sei hier ein guter Ansatz wirksamer Hochwasserbekämpfung gegeben. Und mit den Landwirten könnte man außerdem über Nutzungsänderungen verhandeln. Denn unbearbeitete Ackerflächen sind kein guter Schwamm. Auf das Pflügen kommt es an: Beim Auflockern des Bodens, regulär 30 Zentimeter tief, entstehen Poren, die Wasser speichern. Gut für die Bewirtschaftung sind Pflanzen mit großen Blättern, Rüben zum Beispiel. Hills Wunsch-Schwamm.

In der Summe minderten alle diese Maßnahmen allerdings nur die Hochwasserspitze. Denn auch nach einer Unzahl von Modellrechnungen weiß Hill, dass es an der Mosel auch in Zukunft immer wieder zu Überschwemmungen kommen wird. "Wir können den Pegel unter der kritischen Marke halten, also in der Spitze kappen." Aber nur für Stunden. Das reiche, um schwere Schäden zu verhindern. Meterweise seien die Spitzen vermutlich nicht zu kappen, dauerhaft ein ungefährliches Niveau nicht zu halten. "Das System ist so nicht beeinflussbar. Ganz ausbremsen können wir den Abfluss nicht. Das ist völlig illusorisch", unterstreicht Hill. Wichtig bei allen Maßnahmen: "Wir müssen das Machbare umsetzen. Dann haben wir eine Chance."