Einige Bodenarten wirken eher wie Beton als wie ein Schwamm und lassen Wasser abfließen, um Bäche, Bäche und Flüsse zu überfluten. Eine kürzlich von Forschern der North Carolina State University durchgeführte Studie legt jedoch nahe, dass wiederkehrende problematische Überschwemmungen in einem Teil von Raleigh eher auf die Menge und Lage der befestigten Oberfläche in dem Gebiet als auf die Zusammensetzung des Bodens zurückzuführen sind.
In der Studie, veröffentlicht in Zeitschrift für Umweltmanagement, Forscher berichteten, dass Böden in der Wasserscheide von Walnut Creek, einem Gebiet, das Teile von Raleigh umfasst, den Regen so schnell absorbieren könnten, wie er in der jüngsten Klimageschichte gefallen ist. Die Ergebnisse könnten Stadtplanern helfen, Überschwemmungsprobleme anzugehen und die Genauigkeit von Überschwemmungsvorhersagen zu verbessern, sagen Forscher.
„Es gab einige Studien an anderen Orten, wo sie den Boden wirklich verdichtet haben, und aufgrund der Entwicklungsgeschichte wirkten die unbefestigten Flächen fast wie eine gepflasterte Oberfläche“, sagte Katherine Martin, korrespondierende Autorin der Studie, Assistenzprofessorin für Forstwirtschaft und Umweltressourcen im NC-Staat. „Aber in Walnut Creek leisten unsere Böden hervorragende Arbeit. Sie können über 99 % der Niederschlagsereignisse absorbieren, die wir normalerweise haben. Dazu gehören Böden in bewaldeten Gebieten, aber auch in dicht bebauten Gebieten. Das war eine gute Überraschung.“
In der Studie maßen die Forscher die Art und Dichte des Bodens in der Wasserscheide von Walnut Creek sowie die Wassermenge, die der Boden aufnehmen konnte. Sie berechneten die Rate, mit der der Boden Wasser an 86 Stellen aufnahm, indem sie Wasser auf den Boden schütteten und festlegten, wie schnell es in den Boden gelangte. Sie verglichen die Absorptionsrate mit den tatsächlichen Niederschlagsmengen zwischen 2018 und 2021 und verwendeten Computermodelle, um die Bodenabsorption über die gesamte Wasserscheide abzuschätzen. Aufgrund wiederkehrender Überschwemmungsprobleme im südöstlichen Teil der Wasserscheide entschieden sie sich für das Gebiet von Walnut Creek.
„Unsere Hypothese war, dass der städtische Boden in Walnut Creek durch die Baugeschichte irgendwie missbraucht wurde und wahrscheinlich nicht viel Wasser absorbierte und zu Überschwemmungen beitrug“, sagte Martin. „Wir haben uns geirrt. Es ist aufregend, falsch zu liegen.“
Sie fanden heraus, dass der Boden in der Wasserscheide ziemlich sandig ist – was gut ist, um Regen zu absorbieren. In fast allen Fällen kann der Boden Wasser in dem Maße aufnehmen, in dem er Regen erhalten hat.
„Unter den meisten regnerischen Bedingungen fließt das Wasser in den Boden und läuft nicht in Bäche oder verursacht Überschwemmungen“, sagte Martin. „Es wird Ausnahmen geben; bei einem Hurrikan wird sogar der Boden davon überwältigt, wie viel Regen mit einer wirklich hohen Rate hereinkommt.“
Bewaldetes Land und Gebiete, in denen Blätter den Boden bedecken, konnten Wasser am besten aufnehmen. Sie waren auch überrascht zu sehen, dass Rasengras ziemlich gute Arbeit leistete.
Sie verglichen ihre Ergebnisse mit Schätzungen, die mit anderen Abflussmodellen erstellt wurden, und stellten fest, dass sie die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu absorbieren, unterschätzt hatten. Die Gesamtergebnisse legen nahe, dass es unwahrscheinlich ist, dass der Boden selbst für wiederkehrende Überschwemmungen in dieser Wasserscheide verantwortlich ist.
„Zumindest in diesem Bereich unterschätzen sie, wie sehr uns der Boden zugute kommt“, sagte Martin. „Das bedeutet, dass alle Gebäude und Straßen eine schlimmere Wirkung haben, als wir uns vorgestellt haben. Es ist nicht nur die Gesamtmenge an undurchlässiger Oberfläche, die eine große Sache ist. Es ist auch, wie verbunden sie ist. Wenn wir an Stellen Erde zum Aufbrechen geben könnten Wenn wir es aufstellen, könnten wir die Rolle, die es beim Aufsaugen von Regen spielen könnte, besser nutzen.“
Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse auch dazu beitragen könnten, die Methoden zu verbessern, die Stadtplaner zur Vorhersage der Bodenaufnahme und zur Entwicklung von Regenwassermanagementlösungen verwenden.
„Es gibt ein paar verschiedene Tools, mit denen Regenwassermanager versuchen abzuschätzen, wie viel Wasser der Boden absorbiert“, sagte Martin. „Wir fanden, dass diese Tools nicht sehr genau waren. Unsere Methode, die maschinelles Lernen als Werkzeug verwendet, um die Bodeninfiltrationsraten zusammen mit einigen Online-Mappings zu kartieren, könnte ein besserer Weg sein, um zu bestimmen, wo Niederschlag absorbiert wird und wo ist es nicht.“
Die Studie „Bodeninfiltrationsraten werden von Modellen in einer städtischen Wasserscheide im Zentrum von North Carolina, USA, unterschätzt“ wurde online in veröffentlicht Zeitschrift für Umweltmanagement am 8. April. Zu den Co-Autoren gehörten Chase B. Bergeson, Barbara Doll und Bethany B. Cutts. Die Studie wurde von der North Carolina State University finanziert, die Martin als Teil eines Start-up-Pakets der Fakultät gewährt wurde.
Chase B. Bergeson et al, Soil Infiltration Rates are underestimated by models in a urban watershed in central North Carolina, USA, Zeitschrift für Umweltmanagement (2022). DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.115004