Regenwassernutzung im Schwammstadt-Konzept

Das Schwammstadt-Konzept.
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Das Schwammstadt-Konzept, das auf naturnahe Wasserbewirtschaftung setzt, gewinnt in diesem Kontext zunehmend an Bedeutung [1]. Ziel ist es, Regenwasser dort zu speichern, wo es anfällt und für verschiedene Zwecke zu nutzen. Zur Kühlung der Städte wird mehr Grün benötigt, allerdings benötigen Bäume und andere Bepflanzungen große Mengen an Wasser. Ausgetrocknete Böden können nach Trockenperioden aber kaum Regenwasser aufnehmen, daher ist eine temporäre Speicherung zwingend notwendig. Regenwasserspeicher sind hierbei ein zentrales Instrument.

Die verfügbaren Wasserressourcen nehmen vielerorts ab oder verschlechtern sich in ihrer Qualität. Besonders kritisch ist die Übernutzung von Grundwasser [2]. Auch hier kann die Nutzung von Regenwasser eine mögliche Entlastung darstellen. Überschüssiges Wasser kann durch die gezielte Versickerung zur Grundwasseranreicherung im urbanen Raum beitragen.

Regenwasserbewirtschaftungssatzung wichtiges ­Instrument

Eine Kombination aus Regenwasserspeicher und Versickerungsanlage schützt besonders gut bei Starkregenereignissen.
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Eine zu schaffende Regenwasserbewirtschaftungssatzung vermeidet die Überlastung der Kanalisation bei Starkregen, fördert die Grundwasserneubildung, schützt die Gewässerqualität und unterstützt die Anpassung an den Klimawandel. Zudem können ergänzende Förderprogramme Anreize für die Umsetzung schaffen. Die Kommunen stützen sich dabei meist auf das Kommunalabgabengesetz (KAG) und das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) sowie die Landeswassergesetze. Die Satzung ist mit anderen Regelwerken wie Bebauungsplänen oder Entwässerungssatzungen abzustimmen. Wichtig ist eine ganzheitliche Betrachtung, die Regenwasserspeicher als Teil eines integrativen Wasserkonzepts versteht [3]. Die strategische Kombination mit anderen blau-grünen Infrastrukturen, wie Gründächern, begrünten Fassaden oder Retentionsräumen, ermöglicht synergetische Effekte.

Regenwasserzisternen in Stadtplanung integrieren

Städte und Gemeinden haben die Möglichkeit, den Einbau von Regenwasserspeichern über Bebauungspläne vorzuschreiben oder entsprechende Maßnahmen finanziell zu fördern. Eine Kombination mit der Dachbegrünung ist sinnvoll, um die Wasserspeicherung zu optimieren und gleichzeitig die Kanalisation zu entlasten. Auch im Bestand bieten sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Durch gezielte Förderprogramme können Gebäudeeigentümer dazu motiviert werden, bestehende Gebäude mit Regenwassernutzungssystemen nachzurüsten.

Besonders wirkungsvoll ist der Einsatz von Regenwasserzisternen auf öffentlichen Flächen und Gebäuden.
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Besonders wirkungsvoll ist der Einsatz von Regenwasserzisternen auf öffentlichen Flächen und an öffentlichen Gebäuden wie Schulen, Verwaltungsgebäuden oder Sportanlagen. Hier kann das gesammelte Wasser etwa für die Bewässerung von Grünanlagen oder für die Toilettenspülung verwendet werden. Auch in Parks und urbanen Grünflächen bieten sich Regenwasserspeicher als nachhaltige Bewässerungslösung an, wodurch der Verbrauch von wertvollem Trinkwasser deutlich gesenkt wird. Regenwasser ist in der Regel besser zur Bewässerung geeignet als das regional oftmals harte Grundwasser.

Im Rahmen der Verkehrs- und Platzgestaltung lassen sich Regenwasserzisternen integrieren. So können sie unter Verkehrsflächen installiert werden, um Regenwasser aufzunehmen und zwischenzuspeichern. Multifunktionale öffentliche Plätze bieten die Möglichkeit, in Extremwettersituationen als temporäre oberirdische Wasserspeicher zu fungieren und so in Kombination mit unterirdischen Zisternen Speicherraum zur Verfügung zu stellen.

Regenwasserrückhaltung bei Starkniederschlägen

Wirkung einer Regenwasserzisterne als Rückhaltespeicher bei einem 30-jährlichen Starkregenereignis.
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Allerdings werden Regenwasserspeicher meist als lokale Maßnahme auf dem Grundstück betrachtet, ihre Wirkung auf die Regenwasserinfrastruktur bleibt unberücksichtigt. Ein Rechenbeispiel soll exemplarisch zeigen, welche Wirkung von Zisternen auf die Infrastruktur ausgehen kann. Um die Rückhaltewirkung von Regenwasserspeichern an einem einfachen Beispiel zu ­bewerten, wird ein typisches Neubaugrundstück betrachtet. Die Größe von Baugrundstücken in Deutschland variiert zurzeit im Mittel zwischen 400 m² und 600 m² [4], daher werden hier 500 m² angesetzt. Die Dachflächen des Gebäudes und einer Garage werden mit 100 m², die befestigten und versiegelten Zuwegungen mit 50 m² angesetzt. Die teildurchlässige Gartenfläche beträgt 350 m². Das Volumen des eingesetzten Regenwasserspeichers 6.500 l.

Berechnungsbeispiel Rückhaltevolumen einzelnes Grundstück

Für einen Überflutungsnachweis wird in der Regel ein 30-jährlicher Regen angesetzt, dieser wird auch hier exemplarisch verwendet. Für Grundstücke mit einer abflusswirksamen Fläche kleiner als 800 m² wird dieser allerdings gemäß DIN-1986-100 [5] und DWA-A 138-1 [6] nicht standardmäßig gefordert. Ein 30-jährliches Starkregenereignis variiert je nach Region in Deutschland. Typischerweise wird eine Niederschlagshöhe von 50-80 mm in einer Stunde angesetzt (Mittelwert in Deutschland), daher werden 60 mm/h verwendet.

Die Regenmenge der versiegelten Fläche (150 m²) bei einem Spitzenabflussbeiwert C_s von b1,0 beträgt:

V_R,versiegelt = 150 m² × 60 l/m² = 9.000 l = 9 m³

Für die Gartenflächen wurde ein Abflussbeiwert C_s von 0,2 angesetzt:

V_R,Garten = 350 m² × 60 l/m²× 0,2 = 4.200 l = 4,2 m³

Der Gesamtabfluss (versiegelt + Garten) beträgt:

V_R,gesamt = 9,0 m³ + 4,2 m³ = 13,2 m³

Bei der angenommenen Konstellation laufen von der versiegelten Fläche etwa 9 m³ Regenwasser ab, 6,5 m³ werden gespeichert. Der Überlauf beträgt etwa 2,5 m³. Damit ergibt sich ein Rückhaltegrad von ca. 72 %. Bei der Kombination mit einer Versickerungsanlage kann dieser weiter reduziert werden. Wird der Abfluss der Gartenfläche entsprechend mit einberechnet, der theoretisch vom Grundstück abläuft und in die Kanalisation gelangen kann, dann ergibt sich ein Rückhaltegrad von etwa 49 %. Für die Minderung von lokalen Überflutungen ist das einzelne Grundstück nicht relevant, hier kommt es auf die Wasserbilanz des gesamten Quartiers an. Auch hier soll eine Beispielrechnung zeigen, welches Potential der flächendeckende Einsatz von Regenwasserspeichern theoretisch hat.

Berechnungsbeispiel Rückhaltevolumen Neubaugebiet

Die Fläche eines Neubaugebietes wird mit 10 ha (100.000 m²) angenommen, davon fallen 20 % auf Verkehrsflächen, 20 % auf öffentliche Grünflächen und 60 % auf die Grundstücke, was 120 Grundstücken entspricht. Pro Grundstück wird ein Speicher mit 6.500 l Volumen installiert.

Die Regenabflussmenge der Grundstücke beträgt:

V_{R,Grundstücke} = 120 Grundstücke × 13,2 m³ = 1.584 m³

Der Regenabfluss der Verkehrsflächen berechnet sich zu:

V_R,Verkehr = 20.000 m² × 60 l/m² = 1.200 m³

Der Regenabfluss der öffentlichen Grünflächen mit einem Spitzen-Abflussbeiwert C_s von 0,2 kommt hinzu:

V_{R,Grünflächen} = 20.000 m² × 60 l/m² × 0,2 = 240 m³

Das Gesamtabflussvolumen beträgt etwa 1.836 m³. Wenn jedes Grundstück mit einer Zisterne von 6,5 m³ ausgestattet ist, ergibt sich ein Rückhaltevolumen von 780 m³. Theoretisch kann 42 % des gesamten Ereignisses zurückgehalten werden, wenn die Speicher leer sind. Bei 80 % Vollausschöpfung wären 624 m³ verfügbar. Dies würde die Spitzenlast um 33 % reduzieren. Solche Szenarien zeigen das erhebliche Potenzial zur Minderung von Mischwasserabschlägen und lokalen Überflutungen. Ein Regenrückhaltebecken für die gleiche Siedlungsfläche benötigt etwa 1.000 bis 1.500 m³ Rückhaltevolumen, abhängig vom Regenspendeansatz und den hydraulischen Randbedingungen. Die Größe des Beckens kann durch den flächendeckenden Einsatz von Regenwasserzisternen halbiert werden. Durch die Kombination mit Gründächern und Versickerungsanlagen kann das Becken auch ganz substituiert werden.

Intelligente Steuerung der Regenwasserspeicher

Aufbau einer kombinierten Zisterne zur Rückhaltung und Nutzung mit moderner Messsensorik.
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In Zeiten zunehmender Starkregenereignisse können intelligente Regenwasserspeicher einen Beitrag zum kommunalen Regenwassermanagement leisten, indem sie kurzfristig Speichervolumen zur Verfügung stellen, wie vom Ingenieurbüro Sieker vorgeschlagen [7]. Voraussetzung dafür ist die gezielte Entleerung vor dem Starkregenereignis. Bei entsprechender Steuerung können mehrere Kubikmeter je Anlage zur Verfügung stehen, was im Quartiersverbund eine spürbare Entlastung für die Kanalisation bedeutet. Die Entleerung einer Zisterne sollte möglichst kurz vor dem prognostizierten Ereignis erfolgen, um unnötige Verluste gespeicherten Nutzwassers zu vermeiden. Hierfür können Wetter-Apps genutzt werden, die regionale Niederschlagsprogosen in Echtzeit liefern. Bei einem flächendeckenden Einsatz können so beträchtliche Kosten eingespart werden, da andere Maßnahmen wie Regenwasserrückhaltebecken kleiner ausfallen oder ganz wegfallen können.

Zusammenfassung

Die zunehmende Versiegelung von Städten und der Klimawandel mit häufigeren Starkregen und längeren Trockenphasen stellen neue Anforderungen an das städtische Wassermanagement. Angesichts der sinkenden Wasserverfügbarkeit und steigenden Temperaturen gewinnt das Schwammstadt-Konzept an Bedeutung, das auf die lokale Speicherung und Nutzung von Regenwasser setzt.

Regenwasserspeicher spielen eine zentrale Rolle, indem sie Wasser für verschiedene Nutzungen bereitstellen, zur Grundwasserneubildung beitragen und Abflussspitzen reduzieren. Solche Speicher können insbesondere zur Kühlung des Stadtklimas und zur Begrünung urbaner Räume beitragen. Sie ermöglichen die Nutzung von Regenwasser für Haushalts- und Gewerbezwecke und entlasten die Kanalisation.

Intelligente Steuerungssysteme erlauben es in Zukunft, Zisternen vor Starkregen gezielt zu entleeren, um Rückhaltevolumen bereitzustellen. So kann Regenwasser dezentral gespeichert und kanalentlastend genutzt werden. Beispielrechnungen zeigen, dass durch flächendeckenden Einsatz von Regenwasserspeichern erhebliche Mengen an Niederschlagswasser zurückgehalten und Überflutungsrisiken verringert werden können.