Extremwetter als lösbare Herausforderung

Klaus W. König

28.02.2017, 07:38 Uhr, aktualisiert 20.03.2023, 12:04 Uhr

ÜBERLINGEN

Im ersten Halbjahr 2016 traten Starkregenereignisse besonders kleinräumig und heftig auf. Trotz professioneller Wetterdienste und lokaler Unwetterwarnungen konnten die Betroffenen nicht ausreichend vorsorgen. Sach- und Personenschäden waren erheblich. Das hat Auswirkungen auf die Siedlungs- und Grundstücksentwässerung der Zukunft.

Gefährlich wird es, wenn Cumulonimbus–Wolken entstehen und in kurzer Zeit bis in eine Höhe von 12 km gelangen. Dort kommt es in kühler Atmosphäre zu schlagartiger Kondensation, was zu Hagel und Starkregen führt. Beim Deutschen Wetterdienst DWD erfolgt eine Warnung vor extremem Unwetter, der höchsten Warnstufe, ab einem zu erwartendem Starkregen von 40 l/m² pro Stunde, oder wenn über 6 Stunden verteilt mehr als 60 l/m² befürchtet werden. | Foto: König

In Bestandsgebieten, vor allem im Zentrum der Städte und Gemeinden, kann es eng werden. Zu ebener Erde fehlt oftmals die Fläche für „grüne Maßnahmen“. Dann bietet sich das Sammeln und Bewirtschaften des Regenwassers auf den Dächern an. Der sonst übliche Aufwand für Rohre und Speicher wird so gespart. Bei großen Liegenschaften zeichnet sich mittlerweile die Verdunstung als Trend ab, z.B. durch begrünte Flachdächer mit zusätzlichem Retentionsvolumen, um Starkregen zu puffern. Im Nebeneffekt kühlt die Verdunstung aus den Gründächern die Umgebung – ideal für aufgeheizte Städte im Sommer.

Kanalisation veraltet

Die Kanalisation ist im Zentrum vieler Städte veraltet und unterdimensioniert. Investitionen und Erweiterungen im bestehenden System sind sehr kostenintensiv und werden deshalb nach Möglichkeit vermieden. Die kostengünstigere Lösung ist eine Beschränkung der zulässigen Einleitung in überlastete Kanalnetze – Hamburg hat damit in einzelnen Quartieren bereits begonnen.

Tiefgarage in Ditzingen/Landkreis Ludwigsburg am 4. Juli 2010. Überflutung nach intensivem Starkregenereignis. Die Niederschlagsmenge von 100 l/m² in einer Stunde ließ auch Regenrückhaltebecken in kürzester Zeit volllaufen. Die Kanalisation hatte keine Chance, das gesamte Wasser aufzunehmen. | Foto: Deutscher Dachgärtnerverband

Retentionsdach kappt Niederschlagsspitzen

Wird Regenwasser nicht oder nur teilweise im Speicher z. B. für die Bewässerung der Außenanlagen gebraucht, ist die Dachbegrünung eine effektive Möglichkeit, Niederschläge zeitverzögert abfließen bzw. auf dem Dach verdunsten zu lassen. Das neu entwickelte Retentions-Gründach der ZinCo GmbH vervielfacht gezielt diesen Effekt und gleicht damit Niederschlagsspitzen aus. Eine gewöhnliche Extensivbegrünung speichert zwischen 20 und 40 l/m² Wasser, eine Intensivbegrünung zwischen 50 und 100 l/m², in Einzelfällen sogar darüber. Im Hinblick auf lokale Überflutungsereignisse soll die Dachbegrünung möglichst viel Niederschlag speichern können. Andererseits führt ein Zuviel an pflanzenverfügbarem Wasser zu Vegetationsumbildungen und damit zu erhöhtem Pflegeaufwand oder gar zu Staunässe und Wurzelfäulnis.

Zweiteiliger Aufbau

Daher ist das Retentions-Gründach zweiteilig aufgebaut: Regenrückhaltung und Begrünungsaufbau sind getrennt. Abstandshalter (Spacer) bestimmen die frei wählbare Höhe des Retentionsvolumens. Beispiel: Ein 10 cm hoher Abstandshalter gewährleistet, unabhängig vom Substrat der Begrünung, eine zusätzliche Regenwasser-Speicherung von ca. 80 l/m². Angestautes Wasser fließt kontinuierlich über ein Drosselelement ab, das im Gully verankert ist. Dies geschieht in einem für das jeweilige Objekt definierten Zeitraum, zwischen 24 Stunden und mehreren Tagen. Das nach Computersimulation berechnete Drosselelement und der Gully liegen geschützt innerhalb eines fein geschlitzten Kontrollschachts, welcher das Einschwemmen von Fremdstoffen verhindert.

Objektgerechte Planung

Der über dem Retentionsvolumen liegende Begrünungsaufbau stellt alle für das Funktionieren der Dachbegrünung wichtigen Aspekte sicher. Das sind der Luft-Wasser-Haushalt im Wurzelraum, die Dränage und die Wasserspeicherung für die Pflanzen. So sind alle Dachbegrünungs- und Nutzungsformen möglich, auch Geh- und Fahrbeläge. Abhängig von Klima, Niederschlagsmengen und gewünschter Retention werden die Parameter für das Retentions-Gründach objektspezifisch festgelegt und durch Simulationsrechnungen geprüft. Dazu gehören maximales Einstauvolumen, maximale Entwässerungsmenge pro Zeiteinheit und die Zeitdauer, bis der Stauraum wieder zur Verfügung stehen soll. Eine Referenz ist das neue Büro- und Verwaltungsgebäude der Mitsubishi Electric Europe B.V. in Ratingen mit 3.800 m² Extensivbegrünung und 640 m² Intensivbegrünung. Unter beiden Begrünungsvarianten befinden sich, vollflächig verlegt, 6 cm hohe Spacer-Elemente und damit ein zusätzliches Retentionsvolumen von bis zu 40 l/m² Wasser.

Lokaler Starkregen mit Überflutung in Frickingen/Bodenseekreis am 22.07.2016. Im Jahr 2016 war besonders, dass die bedrohliche Wettersituation mehrere Wochen andauerte und über einen längeren Zeitraum sehr viele einzelne Katastrophen in Kommunen verschiedener Bundesländer auslöste – ein meteorologisches Phänomen, das seinen Ursprung im so genannten „Tief Mitteleuropa“ hatte. | Foto: Jäckle

Einleitbeschränkung kann erfüllt werden

Auch die Optigrün international AG hat diesen Entwicklungen Rechnung getragen und die Systemlösung Retentionsdach Typ Drossel mit den Varianten Gründach und Verkehrsdach entwickelt. Damit gibt es alternative Lösungen, um einen vorgegebenen Maximalabfluss einzustellen und somit die Einleitbeschränkung in den Kanal zu erfüllen. Basis dieses Systems ist die Wasserretentionsbox, mit der bis zu 140 l/m² angestaut werden können. Mit Hilfe eines Kapillarsystems wird das zwischengespeicherte Niederschlagswasser in den darüber liegenden Begrünungsbau gezogen und über die Vegetation verdunstet. Die maximale Abflussspende lässt sich einstellen auf 1-10 l/s x ha. Die gewünschte Anstauhöhe kann mit dem Regenwasser-Simulationsprogramm RWS 4.0 exakt berechnet werden.

Wetter-App steuert Abfluss situationsbezogen

Erst seit 15 Jahren macht der Deutsche Wetterdienst (DWD) eine flächendeckende, hochaufgelöste Radarbeobachtung. Das ist Voraussetzung, um gezielt für einzelne Landkreise Wetterwarnungen herausgeben zu können. Beim DWD erfolgt eine Warnung vor „markantem Wetter“ bereits, wenn in einer Stunde mindestens 15-25 l/m² (bzw. in 6 Stunden 20-35 l/m²) erwartet werden. Die nächste Stufe heißt „Unwetter“ bei einer Prognose ab 25 l/m² (oder in 6 Stunden mehr als 35 l/m²). Die höchste Warnstufe ist das „extreme Unwetter“ ab 40 l/m² (oder in 6 Stunden über 60 l/m²).

Angestautes Wasser fließt kontinuierlich über ein Drosselelement ab, das im Gully verankert ist. Dies geschieht in einem für das jeweilige Objekt definierten Zeitraum, zwischen 24 Stunden und mehreren Tagen. | Abb.: ZinCo

Optigrün international AG

Das Unternehmen Optigrün international AG präsentierte auf der Messe GaLaBau 2016 in Nürnberg erstmals die zum Patent angemeldete Drossel 4.0 "Smart Flow Control" – und gehört damit zu den Gewinnern der GaLaBau-Innovationsmedaille. Grundsätzlich wird so viel Niederschlag wie möglich in der Wasserretentionsbox gespeichert und der Vegetation über Kapillarsäulen zur Verfügung gestellt. Steht Regen bevor, öffnet sich (durch eine mit dem Internet verbundene Wetter-App) der Ablauf, so dass die vorhergesagte Niederschlagsmenge abfließt. Somit ist das für den bevorstehenden Regen erforderliche Retentionsvolumen vorhanden. Der Abfluss vom Dach erfolgt in der Regel nur vor einem Regenereignis – also dann, wenn die Kanalisation noch nicht belastet ist. Während des Niederschalgs schließt sich der Ablauf und die Kanalisation wird durch den Regenrückhalt in den Wasserretentionsboxen auf dem Dach entlastet.

Smart Flow Control

Da die Drossel 4.0 „Smart Flow Control“ nicht nur automatisch, sondern auch manuell aus der Ferne überwacht und gesteuert werden kann, eröffnen sich für die kommunale und überregionale Wasserwirtschaft neue Möglichkeiten: Wenn viele Dächer in einer Kommune mit dieser Technik ausgestattet und miteinander vernetzt werden, lassen sich der Regenwasserhaushalt und die Überflutungsvorsorge flächendeckend regeln. Das bietet die Möglichkeit, ein großes steuerbares Regenüberlaufbecken auf verschiedenen, jedoch miteinander vernetzten Dächern anzulegen.

Das Retentions-Gründach von ZinCo ist zweiteilig aufgebaut. Regenrückhaltung und Begrünungsaufbau sind getrennt. Abstandshalter bestimmen die frei wählbare Höhe des Retentions-Volumens. | Abb.: ZinCo

Zusammengefasst: Versiegelung zu hoch

In den Jahren 2011 bis 2014 ging in Deutschland der tägliche Zuwachs bebauter Flächen langsam zurück. Im 4-Jahres-Durchschnitt waren es 69 ha bzw. 0,69 km². Doch etwa die Hälfte dieser Siedlungs- und Verkehrsfläche ist versiegelt, so dass Tag für Tag immer noch mehr als 30 ha Fläche aus dem natürlichen Wasserkreislauf verschwinden. Dem kann mit den vorgenannten Maßnahmen der Dachbegrünung, im Sinne von Regenrückhaltung und Verdunstung, wirkungsvoll begegnet werden.

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Unterdimensionierte Kanalisation

Die Kanalisation ist im Zentrum vieler Städte veraltet und unterdimensioniert. Investitionen und Erweiterungen im bestehenden System sind kostenintensiv und werden deshalb nach Möglichkeit vermieden. Die kostengünstigere Lösung ist die Beschränkung der zulässigen Einleitung in die überlasteten Kanalnetze – Hamburg hat damit in einzelnen Quartieren bereits begonnen. GaLaBau-Fachplaner betrachten dies vor dem Hintergrund der erwähnten Maßnahmen als lösbare Herausforderung.

Begrüntes Retentionsdach Typ Drossel 4.0 mit „Smart Flow Control“. Steht Regen bevor, wird durch eine mit dem Internet verbundene Wetter-App der Ablauf mit Drossel automatisch geöffnet, so dass die vorhergesagte Niederschlagsmenge abfließt. Damit wird genau das Retentionsvolumen geschaffen, das für den bevorstehenden Regen erforderlich ist. | Abb.: Optigrün

Zum Autor

Der Autor ist Fachjournalist sowie von der Industrie- und Handelskammer Bodensee-Oberschwaben öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Bewirtschaftung und Nutzung von Regenwasser. Schwerpunkte seiner Arbeit sind Vorträge und Veröffentlichungen zur ökologischen Haustechnik. Klaus W. König ist Mitglied der Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung „fbr“ in Darmstadt und Mitarbeiter im DIN-Ausschuss NA 119-05-08 AA Wasserrecycling/Regenwasser- und Grauwassernutzung. Er ist Lehrbeauftragter an der Universität Stuttgart, der ESB Business School in Reutlingen und an der Hochschule Neubrandenburg.

Praxisbeispiel Retentionsdach auf einer Tiefgarage mit Begrünung und Verkehrsflächen in Berlin. Während eines Regenereignisses wird die Kanalisation durch den Rückhalt in den Wasserretentionsboxen auf dem Dach entlastet. Der Abfluss erfolgt nach Vorgabe der Stadtentwässerung, wahlweise mit 1-10 l/s ha, entsprechend 0,36-3,6 l/h m². | Abb.: Optigrün

Tiefdruckgebiet Mitteleuropa

Meteorologisch haben wir es bei Starkregen immer öfter mit einem Phänomen zu tun, das seinen Ursprung im so genannten „Tief Mitteleuropa“ hat. Laut Deutschem Wetterdienst (DWD) handelt es sich dabei um ein Tiefdruckgebiet mit riesigen Ausmaßen, welches sich in mehr als fünf Kilometern Höhe über weite Teile Mitteleuropas erstreckt und wenig bewegt. Deshalb ziehen während dieser Zeit die bodennahen Tiefdruckgebiete nur langsam über uns hinweg. In feuchtwarmer Luft bilden sich schließlich Gewitter mit stationären Wolken, deren gewaltige Wassermassen als anhaltende lokale Regenschauer einzelne Orte außergewöhnlich hart treffen. Ein solches „Tief Mitteleuropa“ hatte laut DWD auch die Hochwasserereignisse an der Elbe 2002 und in Süddeutschland 2013 ausgelöst. Im Jahr 2016 war besonders, dass die bedrohliche Wettersituation mehrere Wochen andauerte und über einen längeren Zeitraum sehr viele einzelne Katastrophen in Kommunen verschiedener Bundesländer auslöste.

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