gwf Praxiswissen | Herausforderung RegenwasserAusgabe 2019-2020
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gwf Praxiswissen
Herausforderung
Regenwasser 2019-2020
STANDARDWERK FÜR DIE ENTWÄSSERUNGSTECHNIK
www.vulkan-verlag.de
Dieses Fachbuch beschreibt praxisnahe Aspekte:
• Stadthygiene und Gewässerschutz
• Schutz vor Überflutungen im urbanen Raum
• Bemessungsgrundlagen, Modellierung und Simulation von Niederschlag- und Abflussprozessen
VULKAN VERLAG. FÜR ALLE, DIE MEHR WISSEN WOLLEN.
Helmut Grüning, Klaus Hans Pecher 1. Auflage 2019
Artikelnummer: 73830 Auch als eBook erhältlich.
Preis: € 69,-
www.vulkan-shop.de
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PRAXISWISSEN ZUR
ABWASSERABLEITUNG
PRAXISWISSEN
Herausforderung
Regenwasser2019
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Editorial
D
ie jüngsten Schlagzeilen zu Starkniederschlägen und Hochwasser kommen aus Italien. Die Weltkulturerbe- Stadt Venedig versinkt in den Fluten der Adria und in Li- gurien bringt ein Erdrutsch, ausgelöst durch Dauerregen, erneut eine Autobahnbrücke zum Einsturz. Eindrucksvoll wird wieder deutlich, welche Zerstörungskraft Wasser hat und welche Bedeutung Regenwassermanagement zum Schutz von Menschenleben und Infrastruktur gewinnt.„Wir müssen Wasser in der Stadt wieder erlebbar ma- chen“, ist eine der Kernaussagen von Prof. Mathias Uhl, der im Interview ab Seite 4 seine Zukunftsstrategie für eine wasserbewusste Stadtplanung erläutert. An den Kli- mawandel angepasste Infrastrukturprojekte finden auch Beachtung im neuesten Monitoringbericht vom Bundesumwelt ministerium (BMU) und dem Umweltbun- desamt (UBA). Die erfolgreiche Umsetzung hängt von ei- ner regionalen Detailplanung aufgrund der durchaus un- terschiedlichen lokalen Wasserbilanzen ab. Ein ausgefeil- tes Messdatenmanagement bietet hierfür die Grundlage und garantiert bestmöglichen Betrieb beispielsweise von Kanalnetzen und Regenbecken.
Ebenfalls im Fokus dieser Ausgabe „Praxiswissen“ stehen Versickerungsanlagen zur Grundwasseranreicherung.
Die Statistiken der Landesämter verzeichnen in den letz- ten zehn Jahren sinkende Grundwasserstände und aus- bleibende Nassjahre – eine Herausforderung für die Wasserversorger und auch für die Landwirtschaft, er- klärt Prof. Rainer Horn im Interview ab Seite 26.
Weltweit spricht man von Wasserkreislaufwirtschaft, Wie- derverwendung und Zero Liquid Discharge. In Deutsch- land gibt es Pilotprojekte, beispielsweise in Fahrzeug- waschanlagen oder in einer Gärtnerei, Wasser wiederzu- verwenden. Dies spart Energie, Kosten und Ressourcen.
Die Beiträge aus der Forschung über die Bestimmung von feinen abfiltrierbaren Stoffen (AFS63), Mikroplastik oder die Anreicherung von Schwermetallen an Versicke- rungsmulden zeigen, dass die Behandlung von Regen- wasser in seiner Zusammensetzung durchaus komplex sein kann. Die Praxisbeispiele über die Umsetzung von Regenbehandlungsanlagen und die Nutzung des aufbe- reiteten Wassers offenbaren aber auch das Potenzial, das die Regenwasserbehandlung für eine nachhaltige Was- serverwendung bietet.
Regenwassermanagement im Zeichen des Klimawandels
"Es gibt nichts Gutes, außer, man tut es"
(Erich Kästner)
Dr. Hella Runge | Chefredakteurin, gwf Wasser|Abwasser und WaterSolutions
PRAXISWISSEN
Herausforderung Regenwasser
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2019Inhalt
Inhalt
Interviews
Mathias Uhl: „Wir müssen Wasser in der Stadt wieder erlebbar machen.“... 4
Rainer Horn: Seenlandschaften auf Ackerflächen, ausge trocknete Böden, zu wenig Grundwasser ... 26
Regenwassermanagement Hitze und Starkregen bändigen durch Regenwassermanagement ... 8
Der Starkregen kann kommen ... 12
Mehr als nur Regenwasserbewirtschaftung: Optimierung von Planung und Betrieb auf Basis eines verlässlichen Messdatenmanagements ... 15
Günstig und schnell: Polyethylen-Flachtanks zur Regenrückhaltung ... 20
Perfektes Regenwasser management ... 22
Riesenkunststofftanks zur Regenspeicherung ... 24
Seite 10: Frankfurt am Main, Europaviertel West. Baumquartiere in Kombination mit Sickermulden verbessern das Stadtklima und mindern die Überflutungsgefahr.
Seite 27: Starkregen hat dieses Feld in Schleswig-Holstein teilweise in einen See verwandelt.
Inhalt
PRAXISWISSEN
Abwassertechnik
und Kläranlagen2018
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Regenwasserbehandlung
Ölabscheider und Starkregenereignisse ... 31 Abwasserbehandlung meets Regenwasserbehandlung ... 34 Vorzeigemodell kommunaler Eigenbetrieb ... 36 Mikroplastik in Oberflächen abflüssen –
Grenzen der Sedimentierbarkeit ... 40 Methodische Untersuchungen zur Bestimmung von AFS63
(Feine Abfiltrierbare Stoffe) in Verkehrsflächenabflüssen ... 45 Räumliche Verteilung der Schwermetallgehalte in
den Oberböden von 35 Versickerungsmulden für
Verkehrsflächenabflüsse ...56 Teil 1: Technische Regenwasser filtration:
Systemanforderungen und Wirkmechanismen ...67 Teil 2: Systeme zur technischen Regenwasserfiltration:
Kennwerte und Bemessung ...74
Seite 42: Halbtechnische Filteranlage zur Untersu-
chung des Rückhalts von feinpartikulären Stoffen Funke Kunststoffe GmbH
Tel.: 02388 3071-0 www.funkegruppe.de
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reinigt
Oberfl ächenwasser in Straßenabläufen
Bindet PAK’s, Schwermetalle, Öl und hält
Mikroplastik
zurück!Interview mit Mathias Uhl
PRAXISWISSEN
Herausforderung Regenwasser
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2019„Wir müssen Wasser in der Stadt wieder erlebbar machen.“
Wo Menschen siedeln, greifen sie in den Wasserhaushalt der besiedelten Fläche und des umgebenden Gewässereinzugs
gebiets ein. Je dichter die Bebauung und je höher der Anteil der versiegelten Fläche sind, desto drastischer sind die hydrogeo
logischen Veränderungen. Wir sprachen mit Prof. Mathias Uhl vom IWARU (Institut für Infrastruktur · Wasser · Ressourcen · Umwelt) an der Fachhochschule Münster über die Möglichkeiten einer Quartiers und Stadtplanung, bei der der Schutz des Mediums Wasser und der weitgehende Erhalt des natürlichen Wasserhaushalts Zielvorgaben sind.
Herr Prof. Uhl, bei unserem Vorgespräch zu diesem Interview sagten Sie schon, der Ausdruck „Wassersensible Zukunftsstadt“
(unser Fokusthema) sei eine nicht zutreffende Übersetzung für das, was Sie vertreten und was von der International Water Asso
ciation (IWA) als „Water Wise City“ bezeichnet wird. Was bedeu
tet der Begriff denn genau?
Eine Stadt ist eine Water Wise City, wenn in ihr alle der in vier verschiedene Ebenen einzuordnenden Aktivitäten und Maß- nahmen umgesetzt sind. Die erste Ebene stellt eine funktio-
nierende und nachhaltige Infrastruktur zur Wasserversorgung und Abwasser entsorgung dar. Diese technische Infrastruktur ist der Nukleus der Gesundheitsfürsorge, weil mit ihr das Risiko von Infek tionskrankheiten eingedämmt wird. Die zweite Ebene bildet die wasserbewusste Stadtplanung (water sensitive ur- ban design). Diese zielt auf den nachhaltigen Umgang mit der Ressource Wasser, einen möglichst geringen Eingriff in den natürlichen Wasserhaushalt und eine hohe Widerstands- fähigkeit gegen Hochwasser. Die dritte Ebene betrifft das Management des Wassereinzugsgebietes, beispielsweise ei- nes nahen Flusses. Dieses ist eine Aufgabe, die eine Kommune nicht mehr einzeln wahrnehmen kann, denn Gewässer halten sich nicht an Gemeindegrenzen. Vollständig wird die Water Wise City dann, wenn die vierte Ebene auch umgesetzt ist, nämlich wenn die Menschen, die dort leben, den Schutz der Ressource Wasser und einen nachhaltigen Umgang damit auf allen gesellschaftlichen Ebenen verinnerlicht haben.
Im Übrigen weiß ich bis heute auch keinen deutschen Aus- druck, mit dem man eine Water Wise City knapp und den- noch umfassend beschreiben kann. Wir sind noch auf der Suche danach.
Welche Rolle spielt das Regenwassermanagement?
Auf dem Land bedeutet Regen Segen: kein Wachstum ohne ausreichenden Niederschlag. In der Stadt wurde Regen oft nur als störend empfunden. Man wollte, dass er möglichst schnell und vollständig abfließt. Man braucht ihn nicht, denn das Was- ser, was man benötigt, kommt schließlich aus dem Wasserhahn.
Wassersensitive Stadtplanung muss dahin führen, dass man auch in der Innenstadt Regen als Geschenk empfindet und ihm den ihm zustehenden Raum zur Verfügung stellt. Wir müssen Wasser in der Stadt wieder erlebbar machen.
Gleichzeitig gibt es auch das Regenwasser als „böses Wasser“, nämlich in Form von Hochwasser, das innerhalb kurzer Zeit Exis- tenzen ruinieren kann, weil Gewerbe- oder Wohngebäude ge- flutet werden und wichtige Infrastruktur zerstört wird.
Verheerende Schäden durch plötzlich auftretende Hochwasser
situationen bei Starkregen entstehen unter anderem auch des
halb, weil man sich – im Gegensatz zur Errichtung von Hochwas
Interview mit Mathias Uhl
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serschutzwänden entlang großer Flüsse – schlecht darauf vorbe
reiten kann. Nehmen diese Ereignisse nach Ihrer Einschätzung zu?
Sie nehmen zu, weil man bei vielen Bauvorhaben aus jüngerer Zeit ganz einfache und wirksame Maßnahmen des Hochwasser- schutzes für Gebäude und eine hochwasserresiliente Stadt- planung nicht mehr berücksichtigt hat. Dazu gehören bauliche Maßnahmen wie eine gegenüber der Straßenebene leicht er- höhte Lage des ersten Wohngeschosses, aber auch planerische Maßnahmen, indem man nämlich keine Bebauung von Überflu- tungsgebieten genehmigt.
Wieviel Prozent unserer bestehenden innerstädtischen Flächen sind versiegelt? Wie ist der Anteil der versiegelten Fläche in einem wassersensitiven Quartier?
In einer typischen Wohnsiedlung gibt es allein schon 40 % Dachflächen, vom Rest der Siedlungsfläche sind mindestens die Verkehrswege in der Regel versiegelt. Im gewerblichen Bereich rechnet man mit etwa 80 % versiegelter Fläche. In Innenstädten können etwa 80-90 % der Bodenfläche undurchlässig sein. Ein wassersensitives Gebiet kann einen Versiegelungsgrad von unter 50 % erreichen. Generell hängt der Grad der Flächenversiegelung von der Siedlungsdichte ab, aber nicht so, dass die Versiegelung mit fallender Bevölke- rungsdichte stetig abnimmt. Bei der Auswertung der Flä- chennutzungsdaten für das Land NRW konnte ich feststellen, dass die Flächennutzung pro Kopf mit zunehmender Einwoh- nerdichte exponentiell sinkt, d. h. im Gegenzug, dass in dünn- besiedelten Gebieten die Flächennutzung exponentiell steigt. Daraus ergibt sich letztendlich das Optimum der kleinsten prozentualen Versiegelung bei einer Bevölkerungs- dichte von 500-1.000 pro km2.
Wassersensitive Stadtplanung wird an neu zu erschließenden Bebauungsflächen und Konversionsflächen umgesetzt, bei de
nen der Nachweis des Wasserhaushalts mittlerweile obligato
risch ist. Sie sind in Münster am Projekt OxfordKaserne beteiligt.
Welche Maßnahmen werden dort getroffen?
Die ehemalige britische Oxford-Kaserne in Münster-Gieven- beck wird in ein neues Wohnquartier mit zugehörigem Anteil an Kleingewerbe und Arbeitsmöglichkeiten überführt. Als Be- standteile einer so genannten „blau-grünen“ (wassersensiti- ven) Infrastruktur werden Gründächer und so genannte Regen gärten (rain gardens) eingeplant. Letztere sind Grünflä-
chen, die beispielsweise als Hoch- oder Tiefbeete ausgeführt sein können, in denen Dachabflüsse gespeichert, verdunstet und verzögert abgeleitet werden können. Eine besondere Komponente, die auch aus dem Eindruck des Hochwassers 2014 entstanden ist, bilden so genannte prioritäre Fließwege.
Das sind offene Abflussrinnen für Oberflächenwasser, die das bei Stark- oder Dauerregen auftretende Wasser aufnehmen und über ein Regenrückhaltebecken verzögert in den Gieven- bach ableiten. Diese Fließwege haben auch eine wichtige Funktion, weil ihr Füllstand Rückschlüsse über aktuelle Hoch- wasserlagen erlaubt. Bei der Vorstellung des Projekts wurden diese Fließwege als positiv für die Menschen erachtet: „Weil wir dann verstehen, wo das Wasser fließt“.
Sind der Gebrauch von Trinkwasser und die Ableitung von Abwasser außen vor, oder gibt es Vorhaben, bei denen der Wie
dereinsatz von dezentral gereinigtem Abwasser in ein solches Planungskonzept eingebunden ist?
Dezentrale Abwasseraufbereitung und ggfs. Wiederverwen- dung sind nicht ausgeschlossen, aber man muss sich bei sol- chen Maßnahmen fragen, welchen Aufwand man betreiben will, um bestimmte Ziele zu erreichen. Technologisch ist heute nahezu alles möglich, beispielsweise getrennte Leitungssysteme für Regen- und Trinkwasser ebenso wie dezentrale Abwasser- aufbereitung mit Wiederverwendung. Der Einbau aller dieser Technologien bedeutet hohe Investitionskosten und die Her- stellung sowie der Herantransport der dazu benötigten Kompo-
“ Wassersensitive Stadtplanung muss dahin führen, dass man auch in der Innenstadt Regen als Geschenk
empfindet und ihm den ihm zustehenden Raum zur Verfügung stellt.”
MATHIAS UHL
Prof. Mathias Uhl ist 62 Jahre alt und Vorstandsmitglied des Instituts für Infrastruktur · Wasser · Ressourcen · Umwelt an der Fachhochschule Münster. Er studierte Bauingenieurwesen und Stadtplanung an der Universität Hannover und promo- vierte dort zum Thema Messtechnik in der Stadtentwässe- rung. 1992 gründete er die Ingenieurgesellschaft für Stadt- hydrologie mbH. Seit 1998 ist er Professor für Wasserwirt- schaft an der FH Münster, wo er in mittlerweile 49 Projekten Forschung zur Siedlungshydrologie, Regenwasserbehand- lung, Hydrometrie, zum Überflutungsschutz und zum Water Sensitive Urban Design betrieb und noch betreibt.
Interview mit Mathias Uhl
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2019nenten sind mit einem erheblichen Ressourcenverbrauch und CO2-Fußabdruck verbunden.
Wie kann man es besser machen?
Indem man Neubauten von vornherein so plant, dass man nur mit einer Kaltwasserleitung und einer Stromversorgung auskommt, natürlich aus regenerativen Quellen. Man ver- wendet Holz als natürlichen Baustoff mit sehr großer Wand- stärke, so dass eine optimale Wärmedämmung erreicht wird und nur eine verhältnismäßig kleine Zusatzheizung benötigt wird. Küchen und Badezimmer werden mit elektrischen Warmwasserbereitern ausgestattet. Weitere Energieeinspa- rung wird möglich durch Wärmerückgewinnung aus Dusch- wasser mittels dezentraler Wärmetauscher. Das ist eine Vari-
ante, die zwar in der Investition sehr teuer ist, aber extrem niedrige Energieverbräuche und damit niedrige laufende Kosten ermöglicht.
Wie lassen sich Komponenten einer Water Wise City in einen be
stehenden, dichten Bebauungsplan nachträglich einfügen?
Geht das überhaupt im Innenstadtbereich, beispielsweise mit UBahntrassen und mehrspurigen Verkehrswegen?
Es geht nicht überall alles und es ist auch nicht überall alles sinnvoll. Im Innenstadtbereich ist die Möglichkeit der Regen- rückhaltung über die Dachflächen in Form von Dachbegrü- nung möglich und diese Möglichkeit sollte man auch nutzen.
Darüber hinaus geht man dazu über so genannte „Unflächen“, das sind Brachflächen, als Regenrückhaltespots und Pocket- Parks auszubauen. Solche Flächen, an denen Menschen sich außerhalb ihrer Wohnungen oder ihres Arbeitsplatzes aufhal- ten können, verbessern die Regenrückhaltung und das Stadt- klima, zudem erhöhen sie die Aufenthaltsqualität in einem Quartier enorm, auch wenn sie nicht sehr groß sind. Das Was- ser kann als sichtbares Element, beispielsweise in Form eines Wasserspiels mit eingebunden werden.
Wie stellt man in einem wassersensitiven Quartier sicher, dass keine Schadstoffe aus Baumaterialien (z. B. Fassadenfarben) in den Boden, ins Grundwasser oder in anliegende Oberflächen
gewässer gelangen?
Zunächst indem man dafür sorgt, dass nur Materialien verwen- det werden, die keine Schadstoffe enthalten. Beispielsweise gehören Schwermetalle wie Kupfer als Dach- und Fassadenbe- deckung und biozidhaltige Fassaden farben schlichtweg ver-
“ Es geht nicht überall alles und es ist auch nicht überall alles sinnvoll.”
IWARU
Am Institut für Infrastruktur · Wasser · Ressourcen · Umwelt (IWARU) erforscht und entwickelt ein interdisziplinäres Team Konzepte, Produkte und Dienstleistungen für eine nachhalti- ge Nutzung und Bewirtschaftung der Umwelt. In verschiede- nen Arbeitsgruppen werden Fragestellungen zu den The- men Wasserversorgung und Entwässerungstechnik, Trink- wasser- und Abwassertechnik, Wasserbau und Hydromechanik, Siedlungshydrologie und Wasserwirtschaft, Geotechnik und Bauverfahrenstechnik, Biogene Energieträ- ger, Städtebau, Grundwassernutzung in Entwicklungsländern und Schließung von Energie- und Stoffkreisläufen bearbeitet.
Interview mit Mathias Uhl
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boten, aber dafür existiert derzeit bundesweit kein Ordnungs- rahmen. Das Land Bayern, in dem traditionell viel Kupfer auf Dächern verbaut ist, hat versucht, die Verwendung dieses Baustoffes zu verbieten. In Städten wie München ist der Unter- grund sehr durchlässig, so dass man Regenwasser traditionell an vielen Orten versickert – das bedeutet den direkten Durch- marsch von Schadstoffen von Dächern und Fassaden in Boden und Grundwasser. Ein Kupferverbot konnte in Bayern unter anderem auch deshalb nicht durchgesetzt werden, weil viele denkmalgeschützte Gebäude mit hohem Kupferanteil existie- ren. Deshalb besteht nun die Pflicht der dezentralen Behand- lung des von Kupferdächern abfließenden Regenwassers mit Filterkartuschen, für die auch ein Entsorgungsnachweis er- bracht werden muss.
Ist eine solche Behandlung auch für Fassadenabflüsse denkbar, beispielsweise durch Entwässerungsrinnen mit Filtereinsätzen?
Solche Systeme existieren doch schon zur Entwässerung von Verkehrsflächen oder als Einsätze von Gullys.
Grundsätzlich ja, aber da steht dann natürlich die Frage des Austausches von Filtermedien und die Erbringung eines Ent- sorgungsnachweises im Raum. Also nochmal: Es gibt erprobte Baumaterialien, bei denen eine solche Maßnahme nicht er- forderlich ist, z. B. Ziegel oder Schieferplatten für Fassaden.
Diese werden oft nicht genommen, weil sie in der Anfangs- investition teurer sind. Käme man im Bauwesen mal auf den Gedanken, die Lebenszykluskosten von Gebäuden, die eine Lebensdauer von etwa 80 Jahren haben, zu betrachten, käme man zu ganz anderen wirtschaftlichen Lösungen. Das sind dann auch Lösungen, wo ein Abriss nicht – wie heute oft – einen kostenintensiven Rückbau bedeutet, weil zu viele
Schadstoffe separat entsorgt werden müssen, sondern bei denen auch ein abbruchreifes Haus noch einen Restwert hat, weil Materialien wieder als Baumaterialien eingesetzt werden können.
Für die Behandlung von Straßenabflüssen gibt es funktionieren- de Rückhaltesysteme und erprobte Entsorgungspfade, wie sie beispielsweise als Bankettsysteme an unseren Autobahnen ein- gesetzt werden. Dort existieren Versickerungsflächen mit Sor- benzien, die Partikeln, Schwer metalle oder Kohlenwasserstoffe zurückhalten. Was die Filtereinbauten für Gullys angeht, dort versuchen wir gerade mit dem Entwurf eines DWA-Merkblatts die Spreu vom Weizen zu trennen. Allerdings gelingt die Straßen- entwässerung in Siedlungen auch genauso gut mit Bankettsys- temen. Damit hätte man in dem gleichen Abstand, der für Gullys vorgesehen ist, je eine Entwässerungsfläche von der Größen- ordnung eines PKW-Stellplatzes pro Straßenseite.
Welche Einschränkungen ergeben sich für Anwohner und Gewerbe in Bezug auf die Nutzungsmöglichkeiten? Gibt es schon Dinge, die man in „normalen“ Wohnsiedlungen darf und einem solchen Quartier nicht?
Ich würde gerne Ihre Sicht auf diese Fragestellung ändern.
Und zwar weg von der Frage, inwieweit die persönliche Frei- heit im Hinblick auf die Gestaltung und Nutzung unseres Wohn- und Lebensumfelds eingeschränkt wird, hin zu der Möglichkeit des Gewinns an Lebensqualität und des Gewinns für den Umweltschutz.
Herr Prof. Uhl, wir haben vieles gelernt, nicht nur über wasser- sensitive Stadt- und Quartiersplanung, sondern auch über nach- haltiges Bauen. Herzlichen Dank für das Gespräch.
Elemente der wassersensitiven Stadtplanung: Rückhalt und Inszenierung von Wasser (links), Gräben und Retentionsflächen (oben) und eine grüne Infrastruktur (rechts)
