Während des Hurrikans Harvey im Jahr 2017 flossen enorme Mengen an Sedimenten bzw. Sand und Schlamm durch die Wasserstraßen von Houston, was teilweise auf von Menschen vorgenommene Veränderungen an Bayous, Flüssen und Bächen im vergangenen Jahrhundert zurückzuführen war und zukünftige Überschwemmungsereignisse ernsthaft beeinträchtigen und kostspielig sein könnte die Stadt Houston.
Neue Analysen von Geologieforschern der University of Houston haben ergeben, dass sich während Harvey, dem größten Niederschlagsereignis in der Geschichte der USA, 27 Millionen Kubikmeter Sediment, oder das Äquivalent von 16 Astrodomes, durch 12 Houston-Wasserstraßen und Addicks- und Barker-Reservoirs bewegten.
Nach dem Sturm sammelten sich im Houston Ship Channel bis zu 1,5 Meter Sediment an, was 350 Millionen US-Dollar kostete, um es wieder auf die Tiefe vor Harvey auszubaggern. Die Studie ergab, dass die vom 25. bis 31. August 2017 durch Houston bewegte Sedimentmenge etwa 40 % der Sedimente entsprach, die der Mississippi jährlich in den Golf von Mexiko entlädt.
„Wir haben einen starken Zusammenhang zwischen Bachmodifikation und Sedimentumgehung durch diese Bäche festgestellt“, sagte Andrew Stearns, erster und korrespondierender Autor der Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Geologie. Einen Großteil der Arbeit führte er während seines Masterstudiums im Labor von Julia Wellner durch, einer beitragenden Autorin und außerordentlichen Professorin für Geologie am College of Natural Sciences and Mathematics der UH.
Die Flussbegradigung, eine Art künstliche Flussmodifikation, ist eine technische Technik, mit der die Entfernung zum Meer verkürzt und der Wasserfluss erhöht wird, wodurch Überschwemmungen in umliegenden Gebieten verringert werden. Die Begradigung kann so geringfügig sein wie das Entfernen der Ufervegetation oder so extrem wie das Ersetzen der Ufer und des Kanalbodens durch Beton. Die Technik wurde in den 1940er und 1950er Jahren auf Houstons Wasserstraßen eingesetzt und eröffnete Entwicklungsgebiete für zusätzliche Häuser und Gebäude. Eine unbeabsichtigte Folge ist jedoch, wie die Autoren der Studie herausfanden, dass sich auch mehr Sedimente flussabwärts bewegen.
„Unsere Studie liefert politischen Entscheidungsträgern wichtige Informationen für das Sedimentmanagement in städtischen Wassereinzugsgebieten. Dem Sedimentmanagement wurde nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt, aber es hat große Auswirkungen auf die Stadt selbst und kann ziemlich kostspielig sein, wenn es in einem Wassereinzugsgebietsplan weggelassen wird“, fügte Stearns hinzu .
Er und die Forscher berichten, dass Sedimentablagerungen während Harvey die Aufnahmekapazitäten in den Stauseen Addicks und Barker um etwa 1,2 % bzw. 1,6 % verringerten.
„Wenn Harvey heute noch einmal passieren würde, gäbe es in den Addicks- und Barker-Reservoirs wegen der Sedimente, die Harvey zurückgelassen hat, weniger Platz für Wasser“, sagte Wellner. „Das ist die Bedeutung – Sedimente nehmen Platz ein, der nicht mehr für Wasser zur Verfügung steht.“
Als Beispiel nennt Stearns den Lake Houston. Eine große Sandbank ist kürzlich aus dem Wasser aufgetaucht, wo der Westarm des San Jacinto River in der Nähe von Kingwood in den See mündet. Das US Army Corps of Engineers hat in den letzten Jahren mehrmals die Spitze der Messlatte ausgebaggert. „Wenn dieser große Sedimenthaufen den Wasserfluss zum See blockiert, gibt es weniger Platz für das Wasser“, sagte er. „Bei Überschwemmungen fließt das Wasser um diesen Sedimentstreifen herum und in jemandes Haus.“
Um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen, nutzte das Forschungsteam zusätzlich zu einigen Bodenbeobachtungen Lidar (Light Detection and Ranging), eine Fernerkundungstechnologie, die die Höhe der Bodenoberfläche misst. Lidar ermöglichte es ihnen, die Höhenänderung von vor dem Sturm bis nach dem Sturm aufgrund der Sedimentbewegung zu bestimmen.
Ursachen für massive Sedimentbewegungen
Stearns sagte, es gebe so viel Sediment in den Wasserstraßen, was auf die verstärkenden Faktoren der Regenflut und menschliche Veränderungen der umgebenden Umwelt zurückzuführen sei.
„Wir haben festgestellt, dass 75 % von Houston in fünf Tagen mehr als einen Meter Regen abbekommen haben“, sagte er. „Wenn man in so kurzer Zeit nahezu die jährliche Niederschlagsmenge erreicht, werden große Sedimentmengen schnell bewegt.“
Stearns und Wellner halten es für wahrscheinlich, ob der Mensch mehr Sedimente erzeugt oder dazu beigetragen hat. Da die Zersiedelung Prärien und natürliche Grünflächen mit undurchlässigem Beton bedeckt hat, fließt mehr Wasser in die Kanalisation und schließlich in die umliegenden Bayous. Und bei stärker erschlossenem Land sind auch die Erosionsraten höher, was zur Sedimentbildung beiträgt.
„Mit mehr Niederschlägen, mehr Abfluss und mehr Erosion bewegen sich mehr Sedimente durch Bayous und Flüsse“, sagte Stearns.
Informationen für politische Entscheidungsträger zu einem aufstrebenden Forschungsthema
Das Team hofft, dass ihre Studie Forscher und politische Entscheidungsträger dazu bringt, regelmäßig Daten über regionale Sedimentbewegungen zu sammeln, nicht nur wegen der kostspieligen Ausbaggerung von Sedimenten aus Wasserstraßen, wie im Schiffskanal, sondern auch wegen der möglichen Auswirkungen Es kann zu Überschwemmungen in der Gegend von Houston kommen. Darüber hinaus möchten sie, dass die politischen Entscheidungsträger erkennen, welche Auswirkungen die Flussbegradigung auf die Sedimentbewegung haben kann.
„Diese Studie ist erst der Anfang für das Verständnis der Sedimentbewegung durch städtische Umgebungen“, sagte Stearns. „Mit der aktuellen Technologie konnten wir nur über Wasser sehen, aber es gibt viele Möglichkeiten, auch die Sedimentbewegung unter Wasser zu beobachten.“
Shuhab Khan, Professor für Geologie an der UH, und Jerome Kendall von der University of New Mexico sind beitragende Autoren der Studie.
Mehr Informationen:
Andrew I. Stearns et al., Sedimentführung in einem eingeschnittenen Tal während des Hurrikans Harvey (2017) in Houston, Texas, USA: Auswirkungen auf die moderne Sedimentation, Geologie (2023). DOI: 10.1130/G51312.1