Kosten & Finanzierung
Zukunftsweisende Konzepte der Stadtplanung: Die Schwammstadt
Text: Bernd Ishorst | Foto (Header): © BuGG e.V.
Bei der Schwammstadt (Sponge City) handelt es sich um ein Konzept der Stadtplanung, bei dem anfallendes Niederschlagswasser möglichst nicht über die Kanalisation abgeleitet, sondern durch verschiedene Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung lokal aufgenommen, zwischengespeichert und dem natürlichen Wasserkreislauf wieder zugeführt wird. Zusätzlich soll in den Sommermonaten durch Verdunstungskühlung eine Verbesserung des Stadtklimas erreicht werden.
Auszug aus:
QUARTIER
Ausgabe 3.2022
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Zu den wichtigsten Maßnahmen bei der Umsetzung des Konzepts der Schwammstadt gehören die Entsiegelung, die wasserdurchlässige Flächenbefestigung, die Retention, die Versickerung von Niederschlagswasser, die Erhöhung der Verdunstung und die Regenwassernutzung.
Versiegelte Flächen sind durch einen Bodenbelag wie Asphalt, Beton oder Pflastersteine luft- und wasserdicht abgedeckt. Zur Wiederherstellung einer möglichst natürlichen Bodenfunktion sind Entsiegelungsmaßnahmen erforderlich. Die versiegelnd wirkenden Schichten werden hierzu entfernt und in der Regel durch einen wasserdurchlässigen Bodenbelag ersetzt. Besonders geeignete wasserdurchlässige Bodenbeläge sind z. B. Rasen, Schotterrasen, Holzroste, Rasengittersteine oder Pflaster mit offenen Zwangsfugen. Für begrünbare Beläge als Flächenbefestigungen gelten die FLL-Richtlinien für Planung, Bau und Instandhaltung von begrünbaren Flächenbefestigungen.
Die Entsiegelung führt zu einer Minderung des Direktabflusses von Regenwasser in die Kanalisation und einer Erhöhung der Grundwasserneubildung durch Versickerung. Zusätzlich führt sie zu einer Verbesserung des Stadtklimas durch Verdunstungskühlung. Für vollständig entsiegelte Flächen werden im Gegensatz zu versiegelten bzw. teilversiegelten Flächen keine Niederschlagswassergebühren erhoben.
Wasserdurchlässige Flächenbefestigung
Wasserdurchlässige Flächenbefestigungen, wie z. B. versickerungsfähige Verkehrsflächen, sind Oberflächenbefestigungen, durch die Niederschlagswasser am Ort des Auftretens in größerem Umfang versickern kann. Im Merkblatt für Versickerungsfähige Verkehrsflächen (MVV) der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) werden Flächenbefestigungen mit wasserdurchlässigen Pflastersystemen, Pflastersteinen mit Sickerfugen, Drainasphaltschichten und Drainbetonschichten beschrieben. Die wasserdurchlässige Flächenbefestigung eignet sich gut zur Minderung des Direktabflusses von Regenwasser in die Kanalisation, zu einer Erhöhung der Grundwasserneubildung durch Versickerung und zur Verbesserung des Stadtklimas durch Verdunstungskühlung.
Die Retention oder Regenwasserrückhaltung wird schon seit Langem im öffentlichen Bereich (zentral) und auf Grundstücken (dezentral) gefordert und umgesetzt, um eine Risikominimierung bei Starkregenereignissen zu ermöglichen. Zur Rückhaltung der Regenwassermengen stehen zahlreiche technische Lösungen, wie z. B. Muldenanlagen, Stauraumkanäle, Rigolen sowie Regenwasserretention auf Flachdächern oder Regenrückhaltebecken zur Verfügung. Im öffentlichen Bereich muss die Berechnung des erforderlichen Regenrückhaltevolumens gemäß DWA-Arbeitsblatt A 117 „Bemessung von Regenrückhalteräumen“, Ausgabe Dezember 2013, erfolgen. Viele Stadtentwässerungsbetriebe verlangen mittlerweile im Zuge des Entwässerungsantrags bei Grundstücksentwässerungsanlagen einen Überflutungsnachweis bzw. die Bemessung von Regenrückhalteräumen bei Einleitungsbeschränkungen. Oberirdische Regenrückhaltemaßnahmen, wie Mulden oder Becken, leisten zusätzlich durch Verdunstung einen Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas.
Rasengittersteine dienen der Flächenentsiegelung.
FOTO: BWL BETONWERK LINDEN
FOTO: OTTO GRAF GMBH
Versickerung von Niederschlagswasser
Unter der Voraussetzung geeigneter Untergrundbedingungen soll bei der Schwammstadt das Niederschlagswasser von öffentlichen Flächen sowie von Grundstücken möglichst vor Ort versickert und so auf direktem Weg dem natürlichen Wasserkreislauf (Grundwasser) zugeführt werden.
Die zentrale Versickerung von Niederschlagswasser erfolgt in der Regel über Versickerungsbecken. Das Niederschlagswasser wird hierzu in Regenwasserkanälen gesammelt und dem Versickerungsbecken zugeführt, zwischengespeichert und über eine flächige bewachsene Bodenzone versickert.
Bei der dezentralen Versickerung auf Grundstücken kommen folgende Verfahren infrage:
- Flächenversickerung
- Muldenversickerung
- Rigolenversickerung
- Mulden-Rigolen-Element
- Mulden-Rigolen-System
- Versickerungsschacht
Bereits im Vorfeld der Planung einer Regenwasserversickerung sollte in jedem Fall eine hydrogeologische Untersuchung vor Ort durchgeführt werden. Durch Geländeuntersuchungen und Grundwasserstandmessungen werden die zur Regenwasserversickerung erforderlichen Daten ermittelt. Im hydrogeologischen Gutachten werden dann detailliert die Boden- und Grundwasserverhältnisse beschrieben.
Die wichtigsten Kenndaten sind hierbei die Tiefenlage des Grundwasserspiegels sowie dessen Schwankungsbreite und die Wasserdurchlässigkeit des Bodens (Durchlässigkeitsbeiwert kf in m/s).
Der Abstand der Sohle der Versickerungsanlage zum mittleren höchsten Grundwasserstand (MHGW) sollte mindestens 1,0 m betragen. In Ausnahmefällen kann der Abstand bei geringer stofflicher Belastung der Niederschlagsabflüsse auch weniger als 1 m betragen, wobei aber in jedem Fall ein Mindestabstand von 0,5 m berücksichtigt werden muss.
Bei der Regenwasserversickerung liegen die Durchlässigkeitsbeiwerte (kf-Werte) in der Regel in einem Bereich von 10 −3 bis 10 −6 m/s. Besonders geeignete Bodenarten sind sandiger Kies, sandiger Schluff sowie Grob‑, Mittel- und Feinsande.
Versickerungsanlagen mit Zwischenspeicherung führen durch Regenrückhaltung zu einem höheren Überflutungsschutz. Oberirdische Versickerungsanlagen leisten zusätzlich durch Verdunstung einen Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas.
| kf–Wert in m/s | Bereich |
| unter 10−8 | sehr schwach durchlässig |
| 10−8 bis 10−6 | schwach durchlässig |
| 10−6 bis 10−4 | durchlässig |
| 10−4 bis 10−2 | stark durchlässig |
| über 10−2 | sehr stark durchlässig |
Durchlässigkeitsbereiche nach DIN 18130-1
Durch Dach- und Fassadenbegrünung kann die Verdunstung auf einfache Art und Weise erhöht werden.
FOTO: ZINCO GMBH
Eine Erhöhung der Verdunstungskühlung durch Dach- und Fassadenbegrünungen bei Gebäuden, Begrünung von Außenflächen und durch Bäume wirkt bei längeren Trockenperioden in den Sommermonaten der Entstehung urbaner Hitzeinseln entgegen. Dies führt somit zu einer Verbesserung des Stadtklimas.
Dachbegrünungen haben in den letzten Jahrzehnten aufgrund der ökologischen, funktionalen und gestalterischen Vorzüge erheblich an Bedeutung gewonnen. Für die Planung, den Bau und die Instandhaltung von Dachbegrünungen gelten die FLL Dachbegrünungsrichtlinien. Sie gelten für Intensivbegrünungen, einfache Intensivbegrünungen und Extensivbegrünungen auf Dächern und Decken. Die zugehörigen Regenentwässerungsanlagen müssen in Übereinstimmung mit der DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke“ und der DIN EN 12056-3 „Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden – Dachentwässerung, Planung und Bemessung“ geplant und ausgeführt werden.
Bei der Fassadenbegrünung handelt es sich um den planmäßigen und mindestens kontrollierten Bewuchs geeigneter oder speziell vorgerichteter Fassaden mit Pflanzen. Für die Planung, den Bau und die Instandhaltung von Fassadenbegrünungen gelten die FLL Fassadenbegrünungsrichtlinien, Ausgabe 2018. Fassadenbegrünungen werden unterschieden in boden- und fassadengebundene Begrünungen.
Bei der bodengebundenen Begrünung haben die Pflanzen eine direkte Verbindung zum gewachsenen Boden. Die Versorgung der Pflanzen mit Wasser und Nährstoffen erfolgt in der Regel auf natürliche Weise über den Boden. Regelmäßige Pflege ist notwendig, aber erfahrungsgemäß mit relativ geringem Aufwand verbunden.
Bei der fassadengebundenen Begrünung besteht keine Verbindung zum Boden. Die Versorgung der Pflanzen mit Wasser und Nährstoffen erfolgt in der Regel über automatische Anlagen. Der Pflegeaufwand ist erfahrungsgemäß größer als bei bodengebundenen Begrünungen. Fassadenbegrünungen zeichnen sich vor allem durch ihren Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas durch Verdunstungskühlung aus.
Stadtbäume können bei optimaler Wasser‑, Luft- und Nährstoffversorgung über einen langen Lebenszyklus zu einer Verbesserung des Stadtklimas und somit zu mehr Lebensqualität für Mensch und Tier beitragen. Zur Optimierung der Wachstumsbedingungen für Stadtbäume entscheiden sich Kommunen und Stadtplaner immer häufiger für den Einsatz von Wurzelkammersystemen. Durch den Einsatz von Wurzelkammersystemen können sich die Baumwurzeln frei entfalten, sodass dem Stadtbaum dauerhaft genügend Nährstoffe für ein gesundes und nachhaltiges Gedeihen zur Verfügung stehen. Beim Konzept der Schwammstadt können Bäume einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung des Stadtklimas durch Verdunstungskühlung leisten.
Für die Fassadenbegrünung gilt aktuell die FLL Fassadenbegrünungsrichtlinie.
FOTO: BUGG E.V.
Wurzelkammersystem für Stadtbäume
FOTO: GREENLEAF
Bei der Regenwassernutzung wird Regenwasser gesammelt, behandelt, gespeichert und als Betriebswasser (Nicht-Trinkwasser) zur WC-Spülung, zum Wäschewaschen oder zur Gartenbewässerung verwendet. Die Planung und Bemessung, der Einbau sowie die Kennzeichnung, Inbetriebnahme und Wartung von Regenwassernutzungsanlagen müssen gemäß DIN EN 16941-1 „Vor-Ort Anlagen für Nicht-Trinkwasser – Anlagen für die Verwendung von Regenwasser“ erfolgen. In Deutschland gelten für Regenwassernutzungsanlagen neben der DIN EN 16941-1 noch weitere Regelwerke, wie die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) und die Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Versorgung mit Wasser (AVBWasserV). Zukünftig sind noch die Anforderungen der DIN 1989-100 „Regenwassernutzungsanlagen – Bestimmungen“ in Verbindung mit DIN EN 16941-1 (zzt. noch im Entwurfsstadium) zu berücksichtigen. Der Einbau von Regenwassernutzungsanlagen ist in Deutschland meldepflichtig. Beim Konzept der Schwammstadt ist die Regenwassernutzung zur Gartenbewässerung besonders günstig, da hierbei nicht nur eine Minderung des Direktabflusses durch die Speicherung erfolgt, sondern zusätzlich das Stadtklima durch Verdunstungskühlung verbessert wird.
Regenwassernutzungsanlage zur Gartenbewässerung
FOTO: OTTO GRAF GMBH
Erstellung der Wasserhaushaltsbilanz
Ziel der Wasserhaushaltsbilanz ist der Erhalt eines naturnahen Wasserhaushalts und damit die Reduzierung der abzuleitenden Niederschlagsmengen über die Kanalisation. Die Ermittlung erfolgt über die Bilanzierung aus Niederschlag, Verdunstung, Abfluss und Speicheränderung bezogen auf ein Gebiet und einen Zeitraum. Mit der Arbeits- und Merkblattreihe DWA-A/M 102 „Grundsätze zur Bewirtschaftung und Behandlung von Regenwetterabflüssen zur Einleitung in Oberflächengewässer“ wurde erstmals der Erhalt des lokalen Wasserhaushalts als Zielgröße formuliert. Im Entwurf zum Merkblatt DWA-M 102, Teil 4, „Wasserhaushaltsbilanz für die Bewirtschaftung des Niederschlagswassers“ vom März 2022 ist ein Rechenverfahren für den langjährigen lokalen Wasserhaushalt in Siedlungsgebieten enthalten.
Bereits in der Entwurfsphase des Merkblatts DWA-M 102-4 (Gelbdruck vom Dezember 2020) forderten einige Genehmigungsbehörden bei neuen Erschließungsmaßnahmen die Aufstellung einer Wasserhaushaltsbilanz nach dem Rechenverfahren gemäß Entwurf. Bei der Bilanzierung muss gemäß Abschnitt 5.3.3 der Vergleich zwischen dem langjährigen Mittel der Wasserbilanz des unbebauten Gebiets (Referenzzustand) und dem langjährigen Mittel der Wasserbilanz des geplanten bebauten Gebiets erfolgen. Hierbei sollen die Bilanzgrößen im bebauten Zustand bzw. Planungszustand denen des unbebauten Referenzzustands so weit wie möglich angenähert werden. Sind durch unvermeidbare Randbedingungen größere Abweichungen zu erwarten, müssen diese fachlich begründet und im Rahmen von Ersatz- und Ausgleichsregelungen berücksichtigt werden.
Extremwetterereignisse und deren katastrophale Folgen werden zu einer immer größeren Herausforderung für die gesamte Menschheit. Aufgrund der Klimaerwärmung muss zukünftig mit mehr Stürmen, extremeren Regenfällen und Hitzewellen gerechnet werden. Mittlerweile häufen sich in Deutschland Überflutungsereignisse durch Starkregen sowie längere Hitze- und Trockenperioden. Ein Konzept zur Vermeidung bzw. Minimierung von Überflutungen bei Starkregenereignissen sowie zur Verbesserung des Stadtklimas ist die sog. Schwammstadt, bei der das Niederschlagswasser möglichst nicht in den öffentlichen Kanal eingeleitet, sondern durch verschiedene Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung zwischengespeichert und dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt wird. Zusätzlich erfolgt durch Verdunstungskühlung, hervorgerufen durch eine ausgeprägte Begrünung von Außenflächen, eine Verbesserung des Stadtklimas.
Die Umsetzung des Konzepts zur Schwammstadt muss nicht unbedingt eine ganze Stadt oder Gemeinde betreffen, sondern kann sich auch nur auf ein Stadtviertel, Bebauungsgebiet oder einen Straßenzug beziehen. Einige Kommunen fördern Maßnahmen zum Konzept der Schwammstadt. Im Rahmen der Städtebauplanung erfordert die Schwammstadt eine frühzeitige Einbindung der Fachplanungsbüros aller beteiligten Gewerke.
| Maßnahme | Eignung zur Minderung des Direktabflusses |
Erhöhung der Grundwasserneubildung |
Erhöhung der Verdunstung |
| Rückbau undurchlässiger Flächen | sehr gut geeignet | sehr gut geeignet | gut geeignet |
| Wasserdurchlässige Flächenbefestigung | gut geeignet | gut geeignet | gut geeignet |
| Begrünung von Freiflächen | sehr gut geeignet | gut geeignet | sehr gut geeignet |
| Begrünung von Dachflächen extensiv | sehr gut geeignet | nicht geeignet | sehr gut geeignet |
| Begrünung von Gebäudefassaden | wenig geeignet | wenig geeignet | sehr gut geeignet |
| Pflanzen von Bäumen | wenig geeignet | wenig geeignet | sehr gut geeignet |
| Regenwasserversickerung oberirdisch | sehr gut geeignet | sehr gut geeignet | gut geeignet |
| Regenwasserversickerung unterirdisch | sehr gut geeignet | sehr gut geeignet | nicht geeignet |
| Regenwassernutzung als Betriebswasser | sehr gut geeignet | nicht geeignet | nicht geeignet |
| Regenwassernutzung für Bewässerung | gut geeignet | wenig geeignet | sehr gut geeignet |
Auszug aus Tabelle 3 des Entwurfs zum Merkblatt DWA-M 102-4 „Eignung von Maßnahmen der Niederschlagswasserbewirtschaftung im Hinblick auf die Ziele zum Wasserhaushalt“
Hinweis
Gemäß Abschnitt 5.3.1 der DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke“, Ausgabe Dezember 2016, sollen bei der Planung und Ausführung von Regenentwässerungsanlagen auf Grundstücken vorrangig alle Möglichkeiten der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung genutzt werden, um die Einleitung von Niederschlagswasser in die öffentlichen Kanäle zu reduzieren. Diese Anforderung gilt schon seit der Ausgabe der DIN 1986-100 vom Mai 2008.
Quellen/Literatur
DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056“, Ausgabe Dezember 2016
Kommentar zur DIN 1986-100 und DIN EN 12056-4, 6., überarbeitete und erweiterte Auflage 2016
DIN EN 752 „Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden – Kanalmanagement“, Ausgabe Juli 2017
DIN EN 16941-1 „Vor-Ort-Anlagen für Nicht-Trinkwasser – Anlagen für die Verwendung von Regenwasser“, Ausgabe Juni 2018
DWA-Arbeitsblatt A 117 „Bemessung von Regenrückhalteräumen“, Ausgabe Dezember 2013
DWA-Arbeitsblatt A 118 „Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen“, Ausgabe März 2006
DWA-Arbeitsblatt A 138 „Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser“, Ausgabe April 2005
DWA-Merkblatt M 153 „Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser“, Ausgabe August 2007
DWA-Merkblatt M 102-4 „Wasserhaushaltsbilanz für die Bewirtschaftung des Niederschlagswassers“, Ausgabe März 2022
Entwurf zum DWA-Arbeitsblatt A 138-1 „Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser – Teil 1: Planung, Bau, Betrieb“, Ausgabe November 2020
FLL Dachbegrünungsrichtlinien „Richtlinien für die Planung, Bau und Instandhaltung von Dachbegrünungen“,
Ausgabe 2018 der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V., Bonn
FLL Fassadenbegrünungsrichtlinien „Richtlinien für die Planung, Bau und Instandhaltung von Fassadenbegrünungen“, Ausgabe 2018 der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V., Bonn
FLL Richtlinien für Planung, Bau und Instandhaltung von begrünbaren Flächenbefestigungen, Ausgabe 2018 der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V., Bonn
Merkblatt für Versickerungsfähige Verkehrsflächen (M VV), Ausgabe 2013 der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV)
Broschüre „Überflutungs- und Hitzevorsorge durch die Stadtentwicklung“ – Herausgeber: Bundesinstitut für Bau‑, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) in Bonn, Ausgabe April 2015
Informationsblatt „Flächen durchlässig befestigen“ der Landeshauptstadt Dresden (Geschäftsbereich Umwelt und Kommunalwirtschaft/Umweltamt/Abteilung Wasser- und Bodenschutzbehörde)
Der Autor
Bernd Ishorst
Bernd Ishorst ist Berater, Fachautor und Referent für Entwässerungstechnik sowie langjähriges Mitglied im DIN-Normenausschuss NA 119-05-02 AA „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke“.
