Das Schwammstadt-Prinzip | Muffenrohr

Das Schwammstadt-Prinzip - vom Rohr-Boden- zum Boden-Rohr-System

Spätestens seit den letzten sommerlichen Starkregenereignissen wurde klar, dass städtische Kanalisationsnetze die anfallenden Wassermengen nicht mehr ableiten können. Verstärkte Oberflächenabflüsse über unkontrollierte Fließwege können dann zu lokalen Überflutungen mit verheerenden Schäden an Infrastrukturen und Gebäuden führen.

Aber nicht nur die Wassermengen machen uns im Sommer zu schaffen. Auch die steigenden Hitzebelastungen in den urban geprägten Gebieten mit einer hohen Bebauungs- und Versiegelungsdichte verringern die Lebensqualität in den Städten. Um diesen und in beiden Fällen manchmal katastrophalen Auswirkungen des Klimawandels entgegenzuwirken, sind angepasste Entwässerungs- und Klimatisierungskonzepte in den Städten gefragt. Bei der Gestaltung des städtischen Bodens im Straßenraum muss man bisher ungenutzte Handlungsmöglichkeiten zur Umsetzung von Maßnahmen gegen sogenannte urbane Sturzfluten und überhitzte Städte in Betracht ziehen. Beispielsweise können temporäre Überflutungsflächen genutzt, definierten Fließwege zur sicheren oberirdischen Ableitung von Niederschlagswasser bei Starkregenereignissen (urbane Sturzfluten) ausgestaltet oder die begrünter Dächer zur Verbesserung der Verdunstungsrate erhöht werden.

Überflutungen nach einem lokalen Starkregenereignis in Dortmund-Marten im Jahr 2008

Das Schwammstadt-Prinzip

Im Bericht des Bundesinstituts für Bau-, Stadt-, und Raumforschung (BBSR) „Überflutungs- und Hitzevorsorge durch die Stadtentwicklung“ werden diese Maßnahmen als sogenanntes Schwammstadt- Prinzip bezeichnet. Es ist Ziel dieser veränderten Nutzungen, die Oberflächen der Stadt stärker als bisher für die Aufnahme und Speicherung von Niederschlagsmengen in den Städten zu etablieren. Durch diese Art des naturnahen Regenwassermanagements in den Städten können Grünflächen zu natürlichen „Kühlschränken“ der Stadt werden, indem sie ausreichend mit Wasser versorgt werden. Diese Kühlleistung kann durch die Speicherung von Niederschlagswasser, bodenverbessernde Maßnahmen und kontinuierliche Versorgung der Vegetation mit Wasser gesteigert werden. Die Förderung des Schwammstadt-Prinzips und die Entwicklung nachhaltiger Speicher- und Bewässerungssysteme werden daher als zentrale Zukunftsaufgaben für klimaangepasste Städte beschrieben. Auch die Wasserwirtschaft hat den Nutzen der bewussten Verdunstung von Wasser zur Kühlung der Stadt im Klimawandel als neues Aufgabengebiet erkannt.

Dies hat sich z. B. im aktuell vorliegenden Entwurf des Arbeitsblatts DWA-A 102 [2] niedergeschlagen. Es werden Maßnahmen zur Umsetzung des Schwammstadt- Prinzips als zukünftige Entwässerungskonzepte zum „Erhalt des lokalen Wasserhaushalts“ beschrieben. Hierzu gehört auch die Vegetation mit ihrem Anteil an Verdunstung. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass konventionelle Entwässerungsverfahren als Misch- oder Trennkanalisation in ihrer „Reinform“ mit vollständiger Ableitung von Regenwasser der Zielvorgabe zum lokalen Wasserhaushalt eindeutig nicht mehr gerecht werden. Sie sollten bei zukünftigen Planungen im Bestand und Vorliegen entsprechender Handlungsspielräume durch die Integration vorzugsweise dezentraler Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung sukzessive in modifizierte Systeme überführt werden. Die Abkopplung abflusswirksamer Flächen von der bestehenden Kanalisation zeigt sich dabei als wirkungsvoller Ansatz zur Reduzierung hydraulischer Systembelastungen, zur Verbesserung des Überflutungsschutzes sowie zur Minderung der stofflichen und hydraulischen Gewässerbelastung durch Regenwetterabflüsse.

Grundsätzlich handelt es sich bei der Umsetzung des Schwammstadt-Prinzips, auch im Sinne des Regelwerks der DWA, um innerstädtische Abkopplungsmaßnahmen, bei denen private Flächen, der Straßenraum oder andere öffentliche Flächen zusätzlich zu der vorhandenen Nutzung für die Niederschlagswasserbewirtschaftung unter Einbeziehung der Vegetation (Verdunstung) multifunktional genutzt werden.

Beispiel für die Nutzung des unterirdischen Straßenraums

Einbau von duktilen Gussrohren in einem Boden mit gebrochenen grobkörnigen Steinen

Des Weiteren sind Lösungen zu bevorzugen, die keine Einschränkungen der Gebrauchstauglichkeit der so genutzten Räume zur Folge haben. Lösungen im Raum unterhalb von genutzten Verkehrsflächen sind zu bevorzugen. Zu beachten ist jedoch, dass diese Räume ebenfalls nicht ungenutzt sind. Abwasserkanäle, Trinkwasser- und Gasleitungen, Stromkabel sowie Telekommunikationsleitungen werden bereits unterirdisch eingebaut und führen schon jetzt zu Konkurrenzsituationen. Hinzu kommen ungeplante unterirdische Versorgungsnetze, nämlich das Wurzelwerk von Bäumen, die scheinbar unkontrolliert mit den Kanälen und Leitungen interagieren.

Somit bedarf es zur Umsetzung des Schwammstadt-Prinzips einer interdisziplinären Abstimmung unter Einbeziehung der Abteilungen für Stadtgrün. Für die Lösung dieser auf den ersten Blick scheinbar unlösbaren Aufgabe gibt es einige wesentliche verbindende Elemente. Dies sind zum einen Porenräume in groben gebrochenen Bettungsmaterialien von Kanälen und Leitungen, die überbaubar sind, als Speicher für Regenwasser genutzt werden können und gleichzeitig Bäumen einen ausreichend großen Wurzelraum bieten. Zum anderen sind es Rohrsysteme, die ausreichend robust sind und nicht von den spitzkörnigen Bettungsmaterialien geschädigt werden.
Zusätzlich müssen sie dicht gegenüber Wasseraußendruck sein und nachgewiesen haben, dass sie wurzelfest sind. Dieses Boden-Rohr-System unterscheidet sich somit vom üblichen Rohr-Boden-System, bei dem die Böden so ausgewählt oder auch modifiziert werden, dass sie lediglich eine optimale Bettung der Kanäle und Leitungen sicherstellen. Trinkwasser- und Gasleitungen werden bevorzugt im Gehweg eingebaut. Hier finden sich auch die Kabel der Strom- und der Kommunikations-Netzbetreiber. Hinzu kommt, dass sich Kellerräume häufig direkt in der Nähe der Gehwege befinden und so bei Einleitung von Niederschlagswasser eine Kellervernässung planerisch und bautechnisch vermieden werden muss. Vor diesem Hintergrund bietet es sich an, eine Bauweise zur Niederschlagswasserbewirtschaftung in den Leitungsgräben von Abwasserkanälen umzusetzen.

Duktile Guss-Rohrsysteme – Lösungen mit einem robusten Boden-Rohr-System

Ein Rohrsystem, das in diesem grobkörnigen Bettungsmaterial eingebaut werden darf, wird aus duktilem Gusseisen nach EN 598 gefertigt und mit einer Zementmörtel-Umhüllung (ZM-U) nach EN 15542 gegen Korrosion und mechanische Beanspruchung geschützt. Die verwendeten Steckmuffen-Verbindungen, Typ TYTON®, sind wurzelfest und dicht gegenüber Wasseraußendruck. Die Zementmörtel-Umhüllung kann in gebrochenem Bettungsmaterial mit einem Größtkorn bis 63 mm und Einzelkörnern bis max. 100 mm Größe eingesetzt werden.

Die Integration dieses Boden-Rohr-Systems in das städtische Umfeld wird hier veranschaulicht. Der Leitungsgraben mit den duktilen Gussrohren wird unterhalb der Fahrbahn zum Speicher für Niederschlagswasser. In diesen Speicher kann das Wasser von nicht belasteten Flächen, wie beispielsweise Dachflächen (Ausnahme Dächer mit Kupfer- oder Zinkdeckung) direkt eingeleitet werden. Belastete Niederschlagswässer werden zunächst vorbehandelt und dann in den Niederschlagswasser- Speicher eingeleitet. Für die Vorbehandlung können z. B. auf dem Markt befindliche Systeme mit DIBt-Zulassung verwendet werden. Das Wasser dient entweder der Bewässerung der im Leitungsgraben wachsenden Baumwurzeln oder wird im Sinne eines Rigolen-Systems versickert. Diese dezentrale Speicherung, Versickerung und Verdunstung von Niederschlagswasser am Ort des Niederschlagsereignisses hat mehrere positive Auswirkungen, wie zum Beispiel die Verbesserung des lokalen Wasserhaushalts und die Schaffung von Wurzelraum für ein optimiertes Wachstum von Stadtbäumen.

Erhöhte Anforderungen an die Gewässerqualität sowie die Auswirkungen des Klimawandels machen ein Umdenken erforderlich und führen dazu, dass der Speicherwirkung von Böden verstärkt Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, um Niederschlagswasser vor Ort im Boden zu bewirtschaften. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass durch diese Art des naturnahen Niederschlagswasser-Managements in den Städten Grünflächen zu natürlichen „Kühlschränken“ der Stadt werden können, indem sie ausreichend mit Wasser versorgt werden. Diese Kühlleistung kann durch die geplante Speicherung von Regenwasser, bodenverbessernde Maßnahmen und kontinuierliche Versorgung der Vegetation mit Wasser gesteigert werden. Die Förderung dieses sogenannten Schwammstadt-Prinzips und die Entwicklung nachhaltiger Speicher- und Bewässerungssysteme sind daher zentrale Zukunftsaufgaben für klimaangepasste Städte.

Mit freundlicher Unterstützung von