Regionale Potenzialanalyse für die Regenwassernutzung in Campinas, Brasilien

Der Südosten Brasiliens, insbesondere der Großraum São Paulo, ist von einem starken industriellen und demografischen Wachstum geprägt. Dadurch verschärfen sich Umweltprobleme wie Gewässerverschmutzung und Ressourcenknappheit. Wissenschaftler des Fraunhofer IGB pflegen seit nahezu zehn Jahren Projektpartnerschaften mit akademischen Institutionen und zuständigen Behörden in der Region Campinas im Hinterland von São Paulo, um gemeinsam innovative und nachhaltige Lösungen für die Wasserwirtschaft zu erarbeiten. Hier ist insbesondere die Methodistische Universität von Piracicaba (UNIMEP) zu nennen. Ein großes Potenzial bietet die Bewirtschaftung von Regenwasser. Einerseits führen die Intensität der Niederschläge und die hohe Flächenversiegelung innerhalb der Städte häufig zu lokalen Überschwemmungen. Andererseits ist der Trinkwasserbedarf in den letzten Jahren stark gestiegen, so dass es temporär zu Engpässen in der Versorgung kommt. Eine angepasste Speicherung, Aufbereitung und Nutzung der Ressource Regenwasser bietet eine sinnvolle Alternative im kommunalen Wassermanagement. Um die potenzielle Ertrags- und Bedarfssituation für Regenwasser auf regionaler Ebene zu bewerten, werden am Fraunhofer IGB und am IGVT der Universität Stuttgart raumplanerische Methoden aufbauend auf Geographischen Informationssystemen (GIS) genutzt und weiterentwickelt. Partner in Deutschland ist dabei das Geographische Institut der Universität Tübingen. Damit wird das konzeptionelle Wasser- und Abwassermanagement auf der Planungsseite ergänzt.

Auf regionaler Ebene bieten Satellitendaten mittlerer räumlicher Auflösung, beispielsweise Aufnahmen des Systems Landsat, eine gute Grundlage, um verschiedene Planungsparameter für die Regenwassernutzung abzuleiten. Für die Region Campinas wurde der Versiegelungsgrad der Siedlungsflächen pixelbasiert mithilfe der Software-Anwendung Impervious Surface Analyst der Universität Würzburg [1] berechnet. Durch Kombination mit regionalen Niederschlagskarten konnte zum einen der potenzielle Ertrag, die räumlich verteilte jährlich verfügbare Regenwassermenge, abgeschätzt werden. Zum anderen bietet die Versiegelungskarte die Grundlage für die Abschätzung verschiedener Bedarfswerte, die dann ortsbezogen dem Ertrag gegenübergestellt werden können. Hierfür haben wir zunächst die räumlich verteilte Bevölkerungsdichte abgeschätzt. Dabei wird die Annahme zu Grunde gelegt, dass die Bebauungsdichte mit der Einwohnerdichte korreliert [2]. Für bestimmte häusliche Nutzungen wie die Toilettenspülung können Werte aus lokalen Statistiken einwohnerbezogen in die Bedarfsermittlung einbezogen werden. Für die Bewässerung von Gärten und Grünflächen und sonstige Nutzungen (Autowäsche, Außenreinigung) variiert der Bedarf in Abhängigkeit von der Bebauungsdichte. Durch Regressionsanalyse mithilfe eines Ausschnitts höher aufgelöster Satellitendaten (Worldview 2) wurden vier unterschiedliche Bedarfsklassen für die Bewässerung eingegrenzt.

Im Ergebnis können für die jeweilige Gemeinde der potenzielle Ertrag und verschiedene Bedarfsszenarien für die Regenwassernutzung gegenübergestellt werden. Die untenstehende Grafik zeigt, dass in den Städten der Region Campinas in der Jahressumme genügend Regenwasser zur Verfügung steht, um verschiedene Nutzungen abdecken zu können. Der Bedarf für die Grünflächenbewässerung wird sehr hoch eingeschätzt, da auch Brachflächen in die Bewertung eingehen. Für die Umsetzung sind Detailplanungen notwendig.

Der GIS-gestützte Ansatz bietet die Möglichkeit, die Ertragsund Bedarfssituation räumlich verteilt zu bewerten. Übertragen auf die lokale Ebene können beispielsweise semidezentrale Regenwassernutzungseinheiten eingegrenzt werden. Die Eignung der Basisdaten spielt dabei eine entscheidende Rolle, wobei gerade Satellitendaten die Unabhängigkeit von nationalen Behörden ermöglichen. Die Methodik baut auf gängigen Software-Systemen auf. Ziel ist es, Regionalplaner und kommunale Betriebe der Wasserwirtschaft bei der Planung zu unterstützen.

[1] Esch, T.; Himmler, V.; Schorcht, G.; Thiel, M.; Wehrmann, T.; Bachofer, F.; Conrad, C.; Schmidt, M.; Dech, S. (2009) Large-area assessment of impervious surface based on integrated analysis of single-date Landsat-7 images and geospatial vector data, Remote Sensing of Environment, 113(8): 1678-1690

[2] Steinnocher, K.; Petrini, F.; Tötzer, T.; Wechselbaum, J. (2005) Räumliche Disaggregation von sozio-ökonomischen Daten, AGIT-Symposium XVII, Salzburg, Juli 05