KLIMZUG-NORD Projekt des Monats April 2013

Mitbenutzung von Flächen als Überflutungsschutz - „Demonstrationsanlage in Hamburg-Eilbek“ (TP 2.4)

In städtischen Gebieten werden zur Bewirtschaftung des Niederschlagswassers hauptsächlich zentrale Anlagen, wie das Kanalnetz, und die vorhandenen Gewässer benutzt. Solche Anlagen werden für bestimmte Regenereignisse bemessen. Bei Extremereignissen, die das Bemessungsereignis überschreiten, kann es zu unkontrollierten Abflüssen an der Oberfläche kommen, die zu Überflutungen mit entsprechenden Schäden an Gebäuden, Straßen etc. führen können. Nach Aussage von Meteorologen können solche Starkregenereignisse als Folge des Klimawandels zukünftig häufiger vorkommen.

Ein ergänzender Ansatz ist die Verwendung von Maßnahmen der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung (DRWB), bei denen die Anlagen auf viele Grundstücke verteilt vorliegen (z.B. Gründächer und Mulden). DRWB-Maßnahmen können einen wesentlichen Beitrag zur Anpassung bestehender Entwässerungssysteme an die Folgen des Klimawandels leisten. Durch die dezentrale Bewirtschaftung des Niederschlags auf dem einzelnen Grundstück können die Zuflüsse zu zentralen Entwässerungssystemen wie Kanalnetz oder Gewässer vermindert und damit Überlastungen dieser Systeme reduziert werden. Darüber hinaus kann die DRWB durch die Förderung von Verdunstung und Versickerung zu einer Erhaltung des naturnahen Wasserhaushaltes sowie zu einer Verbesserung des Mikroklimas beitragen.

Ein nachhaltiges Konzept der Regenwasserbewirtschaftung sollte auch extreme Starkregenereignisse berücksichtigen. Zur Vermeidung von Schäden durch solche außergewöhnlichen Ereignisse, wie sie beispielsweise am 06.06.2011 (s. Abb.1) in Hamburg aufgetreten sind, werden zunehmend innovative Ansätze wie die Einrichtung von Notwasserwegen oder die Mitbenutzung von Flächen diskutiert. Diese können als eine Art von semi-zentralen Maßnahmen gesehen werden.

Abbildung 1: Sturzflut in Hamburg am 06. Juni 2011

Durch die Mitbenutzung von Flächen kann ein zusätzliches Retentionsvolumen geschaffen werden, indem vorhandene Flächen (z.B. Straßen, Parkplätze, Grünflächen, Sport- und Spielflächen) bei extremen Regenereignissen der temporären Speicherung und / oder Ableitung von überschüssigem Wasser dienen. Ziel der Mitbenutzung ist es, Schäden durch unkontrolliert abfließendes Wasser an anderer Stelle zu vermeiden.
Bundesweit gibt es einige Projekte, die planmäßig das Konzept der Mitbenutzung in die Regenwasserbewirtschaftung integriert haben. Die Erstellung eines solchen Konzepts ist in hohem Grade von den lokalen Rahmenbedingungen abhängig und nur bedingt übertragbar.

Innerhalb des Teilprojekts 2.4 (Innovation im Bauen zur Klimaanpassung) von KLIMZUG-NORD werden im Arbeitspaket 7 (Bautechnische Innovation in der Source- und Pathway Kontrolle) einzelne Maßnahmen zur Regenwasserableitung und –rückhaltung (s. Abb.2) für verschiedene Stadtstrukturen zu einem integrativen Konzept weiterentwickelt.

Abbildung 2: Beispiel von Elementen der Regenwasserbewirtschaftung in städtischen Gebieten

Die Mitbenutzung von Flächen stellt den letzten Schritt eines solchen Konzepts dar. Diese Maßnahmen treten in Kraft, wenn die Kapazität der DRWB-Maßnahmen überschritten wird. In diesen Fällen sollte das Überschusswasser kontrolliert abgeleitet und zwischengespeichert werden. In der nächsten Abbildung (s. Abb. 3) wird dieses Konzept für steigernde Niederschlagsmenge graphisch dargestellt.

Abbildung 3: Beispiel eines integrativen Konzepts für die Regenwasserbewirtschaftung in städtischen Gebieten. Oben links: perspektivische Darstellung. Oben rechts: das Regenwasser wird auf den DRWB-Maßnahmen zurückgehalten. Unten links: Überlauf des Regenwassers nach der Überschreitung der Kapazität der Maßnahmen. Unten rechts: das Überschusswasser wird kontrolliert zum Sportplatz abgeleitet und dort zwischengespeichert.

Durch das Niederschlag-Abfluss-Modell KalypsoHydrology kann die Wirkung solcher Anpassungsmaßnahmen quantifiziert werden. Das Modell wurde im Rahmen von KLIMZUG-Nord mit Funktionen zur Berechnung der Retention von Wasser in Flächen und der Versickerung in den Boden erweitert. Erstmals konnte hier auch die Kopplung von Maßnahmen umgesetzt werden. So können nun auch die Überläufe von einzelnen Maßnahmen in andere Maßnahmen entwässern. Das neue System der Kopplung wird in der Abbildung 4 skizziert.

Abbildung 4: Konzeptuelle Darstellung der Kombinationen von Maßnahmen der DRWB

Das Modell rechnet hier mit realen gemessenen Niederschlagszeitreihen (z.B. vom Ereignis im Juli 2002) oder auch mit synthetischen Ereignissen. Die Ergebnisse dieser Simulationen werden als Referenz bzw. Status Quo betrachtet. Anschließend werden Simulationen unterschiedlicher Anpassungsmöglichkeiten mit dem Ziel der Optimierung des Systems durchgeführt.

Demonstrationsanlage in Hamburg-Eilbek

Im Rahmen der Demonstrationsanlage des Teilprojekts 2.4 wurden Anpassungsstrategien für die Folgen des Klimawandels innerhalb des Modellgebiets „Wandse“ entwickelt. Zum Thema Wasserwirtschaft wurden Untersuchungen innerhalb des Fokusgebiets „Wandsbeker Chaussee“ durchgeführt. Hier wurde die Wirkung von verschiedenen DRWB-Maßnahmen und Vorteile durch die Mitbenutzung von Flächen quantifiziert. Die Arbeit erfolgte durch die Anwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) für die Vorbereitung der Grundlagendateien und KalypsoHydrology für die Simulation. Abbildung 5 zeigt den untersuchten Bereich und in Abbildung 6 sind die Topographie und die Fließrichtungen dargestellt.

Abbildung 5: Luftbild des untersuchten Bereich

Abbildung 6: Hohes Modell des untersuchten Bereich mit Fließrichtungen

Folgende Abbildungen zeigen eine Möglichkeit der Umsetzung des entwickelten Konzepts, in der als Maßnahmen sowohl Gründächer (Abb. 8) als auch die Mitbenutzung von Flächen (Abb. 7) zum Einsatz kommen.

Abbildung 7: Beispiel einer mitbenutzten Fläche (A.Kittel)

Abbildung 8: Beispiel der Anwendung von Gründächern

Die zwei Effekte dieser Anpassung sind einerseits die Rückhaltung von Regenwasser in den Gründächern und, im Fall eines Extremereignisses, die Speicherung von Überschusswasser in der mitbenutzten Fläche. Das Überschusswasser fließt oberflächlich auf natürliche Weise zum Sportplatz. Als Beispiel ist in Abbildung 9 die Wirkung dieser Maßnahmen im Fall des starken Regenereignisses von Juli 2002 dargestellt. Die in folgender Tabelle gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf die zwei Annahmen, (1) dass alle Dächer begrünt werden und (2) dass der Sportplatz bis zu einem Wasserstand von 30 cm eingestaut werden kann. Es wurden Simulationen für drei Szenarien unterschiedlicher Größe von Rückhalteflächen durchgeführt (500m², 1000m² und 2000m²). Für eine bessere Darstellung der Ergebnisse werden in diesem Beispiel nur die Spitzenabflüsse präsentiert. Aus dieser Tabelle kann entnommen werden, dass für das betrachtete Ereignis Flächen von 500 und 1000 m² schon nach der ersten Abflussspitze voll eingestaut sind, während bei einer Fläche von 2000 m² noch Retentionsvolumen zur Verfügung steht. Die erste Spitze kann bei der Nutzung der kleinsten Fläche um ca. 50% und bei den zwei größeren Flächen um ca. 80% vermindert werden. Bei der zweiten Spitze wird der Abfluss bei den beiden kleineren Flächen um ca. 40% und bei der größten Fläche um ca. 80% vermindert.

Abbildung 9: Vergleich zwischen dem Status Quo und der drei Szenarien mit unterschiedlichen Größen der Rückhalteflächen

Durch die Simulation unterschiedlicher Kombinationen von Maßnahmen kann, unter gegebenen Randbedingungen, ein optimales Konzept zur Regenwasserbewirtschaftung gefunden werden.

Literatur
KompetenzNetzwerk HAMBURG WASSER (Hrsg.):
Regenwassermanagement für Hamburg – Abschlussbericht 2010

Kontakt:
Dipl.-Ing. Giovanni Palmaricciotti
Institut für Wasserbau (B10)

Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)
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D
21073 Hamburg
Tel.: +49 / (0)40 / 428 78-3571
Fax: +49 / (0)40 / 428 78-2802
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