Management und Resilienz verschiedener Gründachsysteme bei Starkregenereignissen und Trockenperioden im urbanen Raum
Projektdurchführung
Bildungs-und Demonstrationszentrum für
Dezentrale Infrastruktur - BDZ e. V
An der Luppe 2
04178 Leipzig
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Die fortschreitende Versiegelung von Flächen bringt für Kanalisation, Kläranlagen und Vorfluter in zahlreichen Städten und Gemeinden erhebliche Herausforderungen mit sich, insbesondere bei extremen oder außergewöhnlichen Niederschlagsereignissen. Darüber hinaus können ausbleibende Niederschläge ebenfalls zu Problemen im urbanen Wasserhaushalt führen.
Ebenso ist zu festzustellen, dass der Anteil von Wasser- und Grünflächen in Städten immer kleiner wird. Das führt zu ungünstigeren Luftfeuchtigkeitsverhältnissen, Wärmeinseln und schlechte Luftqualität sind die Folge.
Eine Möglichkeit, den genannten Phänomenen entgegenzuwirken, ist der verstärkte Einsatz von Gründächern. Sie tragen zur Klimaverbesserung bei, haben positive Auswirkungen auf die Biodiversität und treten nicht in Konkurrenz zu ebenerdigen Flächen.
Im Zuge des Klimawandels kommt es immer häufiger zu Wetterereignissen wie Starkregen und Trockenperioden, die sich auf Gründächer im urbanen Raum und insbesondere auf deren Effektivität bezüglich des Rückhaltes von Niederschlägen unterschiedlich auswirken. Längere Trockenperioden führen zum völligen Durchtrocknen des Gründachsubstrates und verändern das Wiederbefeuchtungsverhalten bei darauffolgendem Starkregen oder wiederholten Niederschlagsereignissen mit unterschiedlicher Intensität und Dauer.
Ziel des Vorhabens war es, belastbare Aussagen zum Rückhaltevermögen unterschiedlicher Gründachsysteme unter variierenden Niederschlagsbelastungen zu erarbeiten. Dabei sollten sowohl häufige als auch seltene Starkregenereignisse unterschiedlicher Intensität und Zeitdauer berücksichtigt werden.
Ergänzend dazu war es Ziel, wesentliche physikalische Eigenschaften der eingesetzten Substrate, wie Speicherkapazität und Porenvolumen, systematisch zu erfassen und in eine ganzheitliche Wasserbilanz verschiedener Gründachtypen zu integrieren.
Die Projektergebnisse sollten zudem eine fundierte Grundlage liefern, um Einsparpotenziale bei der Dimensionierung von Kanalisationen aufzuzeigen und Gründächer als Alternative oder Ergänzung bewerten zu können.
Begleitend war die Entwicklung von Informations- und Beratungsangeboten für unterschiedliche Zielgruppen vorgesehen.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Zur Erreichung der genannten Ziele wurden im Rahmen des Vorhabens acht Gründächer mit unterschiedlichen Systemaufbauten und zwei Normaldächer errichtet. Dabei wurde in folgenden Punkten variiert:
• verschiedene Hersteller
• extensive und intensive Gründächer
• Substratmächtigkeit zwischen 6 cm und 30 cm
• Retentionsräume zwischen 2,5 cm und 8 cm
• Sedumsprossen als Matte und als Keime
• Bepflanzung mit unterschiedlichen Stauden
Die Gründächer wurden mit Hilfe einer Beregnungsanlage definierten, variierenden Niederschlagsmengen ausgesetzt:
• 1-jährlicher Regen (T1a)
• 5-jährlicher Regen (T5a)
• 100-jährlicher Regen (T100a)
Ebenso wurden verschiedene Vorsättigungsszenarien betrachtet:
• Gesättigte Bedingungen: Versuch 1 h nach Vorsättigung
• Teilgesättigte Bedingungen: Versuch 4 h nach Vorsättigung
• Ungesättigte Bedingungen: Versuch 72 h nach Vorsättigung
Um repräsentative Ergebnisse zu erhalten, wurden die Beregnungsversuche für jedes Dach zweimal durchgeführt, somit liegen Ergebnisse von insgesamt 222 Versuchen vor.
Das Messprogramm beinhaltete die Erfassung von Niederschlagsmengen, Abflussraten, Speicherzuständen und weiteren relevanten Parametern. Die gewonnenen Messdaten wurden ausgewertet, miteinander verglichen und mit Ergebnissen aus Realobjekten sowie aus parallelen Forschungsprojekten abgeglichen. Auf dieser Grundlage erfolgte die Ableitung von Bewertungskriterien und Handlungsempfehlungen für den Einsatz von Gründächern.
Ergänzend dazu wurden das Niederschlags-Abfluss-Modell und das Regenwassermanagementmodell SWMM (Storm Water Management Model) angewendet, um die Abflussprozesse auf Gründächern und deren Auswirkungen auf das Kanalnetz unter variierenden Niederschlagsbedingungen zu simulieren und zu analysieren.
Die gewonnenen Erkenntnisse wurden komprimiert in einer Handlungsempfehlung für den Einsatz von Gründächern für Planer, Kommunen und Ingenieurbüros dargestellt und in verschiedenen Fachveranstaltungen präsentiert.
Parallel entstand ein Netzwerk „Gründächer“ in Mitteldeutschland.
Ergebnisse und Diskussion
Die Untersuchungen zeigen, dass Gründächer ein wirksames Instrument zur klimaangepassten Regenwasserbewirtschaftung im urbanen Raum darstellen. Vor dem Hintergrund zunehmender Flächenversiegelung und häufigerer Starkregenereignisse leisten sie einen wesentlichen Beitrag zur Entlastung von Kanalisation und Gewässern.
Die durchgeführten Versuche belegen, dass Gründächer Abflussspitzen deutlich dämpfen und zeitlich verzögern können. Besonders intensive und gedrosselte Systeme erreichen hohe Rückhaltewirkungen, während auch einfache extensive Aufbauten relevante Effekte zeigen. Die hydraulische Leistungsfähigkeit hängt dabei maßgeblich vom Systemaufbau ab, insbesondere von Substrattiefe, Drainage und Drosselung. Folgende Empfehlungen können gegeben werden:
• Zielstellung Abflussdämpfung im Kanal:
Jedes extensives und intensives Gründach ist dafür geeignet.
• Zielstellung Abflussverzögerung im Kanal:
Intensive Dächer, gedrosselte extensive Dächer (geringer Dauerstau) und extensive Dächer mit fließwegverlängernder Dränage sind dafür einsetzbar.
• Zielstellung Abflussverzögerung und Abflussdämpfung im Kanal:
Intensive Gründächer und gedrosselte extensive Dächer (geringer Dauerstau) erfüllen diese Anforderungen.
Die Ergebnisse verdeutlichen zudem, dass ein erheblicher Anteil des Niederschlags nicht direkt abfließt, sondern im System gespeichert und zeitverzögert abgegeben oder durch Evapotranspiration umgesetzt wird. Langfristige Betrachtungen zeigen, dass der überwiegende Teil des Wassers im System verbleibt bzw. verdunstet.
Die Modellierungen bestätigen diese Erkenntnisse grundsätzlich, zeigen jedoch auch, dass bestehende Standardansätze die Abflussbildung von Gründächern häufig überschätzen. Das im Projekt entwickelte Ersatzmodell ermöglicht eine deutlich realitätsnähere Abbildung des Abflussverhaltens und ist für die Anwendung in gängigen Kanalnetzmodellen geeignet.
Neben den hydrologischen Vorteilen ergeben sich für Grundstückseigentümerinnen und -eigentümer ökonomische Effekte. Die Reduktion der abflusswirksamen Fläche wirkt sich unmittelbar auf die Bemessung der Niederschlagswassergebühren aus und ermöglicht in vielen Kommunen erhebliche Gebühreneinsparungen.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Ein zentraler Bestandteil des Projektes war die begleitende Öffentlichkeitsarbeit sowie der Wissenstransfer in Fachpraxis, Verwaltung und Behörden. Auftakt bildete am 31. Mai 2024 die feierliche Inbetriebnahme der Gründachversuchsanlage am BDZ in Leipzig. An der Eröffnungsveranstaltung nahmen rund 80 Personen aus Verwaltung, Wissenschaft, Planungspraxis und Wasserwirtschaft teil.
Das Projekt und die Versuchsanlage wurden in verschiedenen Fachveranstaltungen präsentiert. Dabei standen neben der Wirkungsweise von Gründächern auch die praktischen Ableitungen für Planung und Genehmigung im Fokus.
• Vortrag im Rahmen des BuGG-Tages der Forschung und Lehre „Gebäudegrün 2024“ im Leipziger KU-BUS (September 2024)
• Vortrag und Führung für das Netzwerk Baukultur Leipzig der Ingenieurkammer Sachsen (Oktober 2024)
• Vortrag und Exkursion für Mitglieder des LEADER-Projektes „Starkregenvorsorge und Schutz vor Bodenerosion“ (Oktober 2024)
• Mitwirkung beim 5. Leipziger Gründachkolleg mit Vortrag und Führung (Oktober 2024 - Januar 2025)
• Teilnahme am 1. Mitteldeutschen Gründachtag mit Poster und Ausstellung (Januar 2025)
• Informationsveranstaltung „Wassersensible Kommunen“ (August 2025)
• Informationsveranstaltungen zur nachhaltigen Regenwasserbewirtschaftung im Landkreis Leipzig und Landkreis Meißen (August, Oktober 2025)
• Vortrag und Führung für Teilnehmende des Studium Generale der HTWK Leipzig (Dezember 2025)
• Online-Abschlussworkshop mit 60 Teilnehmenden (März 2026)
Parallel wurden im Vorfeld der Eröffnung der Versuchsanlage und nach Abschluss des Projekts Pressemit-teilungen veröffentlicht.
Die Weiternutzung der Gründachanlage als Demonstrations- und Versuchsstandort ist folgendermaßen geplant:
• Führungen / Öffentlichkeitsarbeit rund um das Thema Niederschlagswasserbewirtschaftung und Gründächer für Fachleute und private Bürgerinnen und Bürger
• Einbindung in Weiterbildungsveranstaltungen, Studienmodule und Vorlesungen
• Durchführung weiterer Versuchsreihen
• Dokumentation der Erfahrungen mit Pflege und Wartung der Gründächer
• Ggf. Um- und Ausbau von ausgewählten Gründächern
Fazit
Es konnte nachgewiesen werden, dass Gründächer einen signifikanten Beitrag zur Reduzierung von Abflussspitzen, zur Verzögerung des Abflusses und zur Stabilisierung des urbanen Wasserhaushalts leisten können. Entscheidend für ihre Wirksamkeit ist die Art der Ausführung.
Für eine zuverlässige Integration in die Planung der Niederschlagsbewirtschaftung ist eine differenzierte Betrachtung der Systemparameter sowie eine angepasste Modellierung erforderlich. Die im Projekt generierten Daten schaffen hierfür eine fundierte Grundlage für Entwässerungsbetriebe, Kommunen sowie Planungs- und Ingenieurbüros, um den Einsatz von Gründächern fachlich zu beurteilen und in Planungs- und Genehmigungsprozesse zu integrieren.