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Starkregeneinflüsse auf die bauliche Infrastruktur

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Starkregeneinflüsse auf die bauliche Infrastruktur


Projektnummer
Projektbeginn
10.2016
Projektende
08.2016
Projektstatus
abgeschlossen mit Bericht

Zahlreiche Starkregenereignisse haben in der Vergangenheit neben Personenschäden auch zu schweren Schäden an baulicher Infrastruktur geführt. Das Forschungsprojekt hat die Vulnerabilität baulicher Infrastruktur gegenüber Starkregen, Hochwasser und Hagel untersucht. Nach dem Vorbild der sogenannten Schwammstadt sollten neben dem reinen Objektschutz auch für die Liegenschaft Maßnahmen erarbeitet werden, die die bauliche Infrastruktur vor Starkregeneinflüssen schützen und gleichzeitig einen nachhaltigen Umgang mit Niederschlagswasser fördern.

Ausgangslage

In den vergangenen Jahren kam es durch Starkregenereignisse bundesweit neben Personenschäden teilweise zu verheerenden Schäden an baulicher Infrastruktur. Dies ist neben fehlendem oder unzureichendem Objektschutz auch auf gegenüber Wassereintritt empfindliche Bauteile und -stoffe zurückzuführen. Es besteht Forschungsbedarf, die einzelnen Vulnerabilitäten der baulichen Infrastruktur gegenüber Starkregen herauszuarbeiten und Maßnahmen aufzuführen.

Weltweit gibt es mittlerweile einige Konzepte zur sogenannten Schwammstadt, die einen nachhaltigeren Umgang mit Niederschlagswasser ermöglichen. So kann das Wasser gespeichert werden, um es etwa zur Grünflächenbewirtschaftung zu nutzen, die Verdunstung kann angeregt werden, um das Mikroklima zu verbessern und Hitze entgegenzuwirken. Außerdem besteht das Potenzial, auch stärkere Niederschläge zu binden und nach dem Niederschlagsereignis zu nutzen und/oder gedrosselt wieder abzugeben.

Ziel

Mit dem Forschungsprojekt wurde untersucht, wie sich die Vulnerabilität baulicher Infrastruktur gegenüber Starkregen, Hochwasser und Hagel darstellt. Verschiedene Möglichkeiten zur Verringerung der Vulnerabilität sollen identifiziert werden. Ziel war es, die meist konzeptionellen, stadtplanerischen Ansätze auf die kleinste Einheit in der urbanen Struktur, die Liegenschaft ("Schwammliegenschaft"), herunterzubrechen. Es sollte aufgezeigt werden, wie im Neubau und im Bestand Niederschlagswasser gebunden und genutzt werden kann. Zudem wurde erarbeitet, welche weiteren Umweltpotenziale z.B. gegenüber Hitze oder Feinstaub derartige Maßnahmen haben.


Auftragnehmer des Forschungsprojektes war das Ingenieurbüro Reinhard Beck GmbH & Co. KG, Wuppertal.

Konzept

Arbeitsschritte

Die Erarbeitung von Vulnerabilitäten, Objektschutzmaßnahmen und Maßnahmen zur 100%igen Starkregenbindung erfolgte auf unterschiedliche Weise:

  • Zur Erarbeitung der Vulnerabilitäten wurde eine ausgiebige Literaturrecherche durchgeführt und aufgeschlüsselt, wie Bauteile und -stoffe auf den Einfluss von Starkregen reagieren und wie die Vulnerabilität – auch im Kontext des Gesamtsystems – einzuschätzen ist.
  • Zur Untersuchung der Verringerung der Vulnerabilität wurden - ebenfalls anhand einer Literaturrecherche - Maßnahmen zum Objektschutz zusammengestellt und bewertet.
  • Für die Überprüfung der Wirksamkeit von Maßnahmen auf der Liegenschaft, die neben dem Fernhalten des Wassers von baulicher Infrastruktur gleichzeitig Niederschlagswasser binden sollen, wurde ein Oberflächenabflussmodell erstellt (Wirksamkeitsanalyse).
  • Um die Untersuchung in den Kontext anderer Umwelteinflüsse (Hagel, Hitze, Feinstaub etc.) zu bringen, erfolgte eine Literaturrecherche zu weiteren Umweltpotenzialen der Maßnahmen.

Forschungsleitfragen

Mit den beschriebenen Ansätzen sollten folgende Fragen beantwortet werden:

  • Welche Bauteile oder -stoffe sind besonders vulnerabel gegenüber Starkregen?
  • Mit welchen Maßnahmen am Gebäude können Schäden verhindert werden?
  • Mit welchen Maßnahmen auf der Liegenschaft können Schäden an baulicher Infrastruktur verhindert werden?
  • Wie können Maßnahmen auf der Liegenschaft zusätzlich ein definiertes Starkregenereignis binden?
  • Wie ist das Kosten-Wirksamkeits-Verhältnis für die möglichen Maßnahmen auf der Liegenschaft?
  • Welche weiteren Umweltpotenziale haben die Maßnahmen etwa gegen Hitze oder zur Feinstaubbindung?

Ergebnisse

Ein hundertprozentiger Starkregenrückhalt soll das Niederschlagswasser auf der Liegenschaft zurückhalten und den Abfluss oberflächlich und im Kanalsystem vermeiden. Hierzu gibt es zahlreiche Maßnahmen, die je nach Liegenschaft verschieden effektiv wirken. Unterschieden wird zwischen Speichermaßnahmen wie Speicherbecken, Retentionsmulden, Zisternen und Retentionsdächern sowie Maßnahmen zur Steigerung der Versickerungs- und Verdunstungsleistung. Anhand eines gekoppelten Kanalnetz-/Oberflächenmodells einer Beispielliegenschaft wurde die Wirkung der Maßnahmen beurteilt und auf andere Liegenschaften übertragen.

Die Ergebnisse zeigen, dass ein erheblicher Teil des Starkregenabflusses zumindest kurzfristig auf der Liegenschaft gebunden werden kann. Der Rückhalt von Wasser in Bereichen mit einem geringen Gefährdungspotenzial wirkt sich positiv auf den Schutz der baulichen Infrastruktur aus. Dennoch ersetzen diese Maßnahmen den Objektschutz nicht komplett. Generell gefährdete Bereiche werden durch derartige Rückhaltemaßnahmen nicht ausreichend geschützt.

Ausschlaggebend für die Wirkung und die Kosten der Maßnahmen sind neben der Flächenverfügbarkeit auch das Gefälle und die Bodenverhältnisse. Besonders wirksam sind vor allem oberflächliche Maßnahmen wie Retentionsmulden und der Rückhalt in der Fläche. Auf der Beispielliegenschaft ließen sich damit rund 70% des 100-jährlichen Niederschlagereignisses mit einem Drittel der Kosten temporär speichern.

Um diese Ergebnisse auch auf andere Liegenschaften zu übertragen, wurden Bewertungsmatrizen entwickelt, die sowohl die Kosten als auch die Wirkung und den Nutzen der Maßnahmen abhängig von der Geländeneigung, der Flächenverfügbarkeit und den Bodenverhältnissen bewerten.

Maßnahmen zur Steigerung von Verdunstung und Versickerung wie Gründächer, Flächenentsiegelung und Versickerungsanlagen haben zusätzlich eine positive Umweltwirkung beispielsweise auf das Kleinklima, die Biovitalität und die Grundwasserneubildung.

Veröffentlichungen

Starkregeneinflüsse auf die bauliche Infrastruktur
Hrsg.: BBSR, Sonderveröffentlichung, April 2018
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Projektbeteiligte
Eckdaten
Schlagworte zum Projekt : Starkregen, Hagel, Hochwasser, Niederschlagswasser, bauliche Infrastruktur, Schwammstadt, Vulnerabilität
Projekt auf der Webseite des BBSR : https://www.bbsr.bund.de/BBSR/DE/forschung/programme/zb/Auftragsforschung/5EnergieKlimaBauen/2016/starkregeneinfluesse/01_start