Die Schwammstadt

Schaut man auf die innovativen Entwicklungen zur Ressourcenschonung im Bereich des Städtebaus, so ist die „Schwammstadt“ eine der besonders aktuellen. Es ist dabei aktuell sogar eines der zentralen Buzz-Words – vor allem in der Freiraum-Planung. Aber warum eigentlich?

Auf der Erde durchläuft Wasser einen dauerhaften Kreislauf. Angetrieben durch die Sonne verdunstet es im Meer, steigt als Wasserdampf auf, kondensiert dort und bildet Wolken, fällt in Form von Niederschlag zu Boden und läuft dann oberirdisch über Flüsse und Bäche ab oder speist das Grundwasser. Gerade Pflanzen nehmen an diesem Kreislauf teil – sie verdunsten ebenso Wasser, dass sie aus Boden oder Grundwasservorrat ziehen.

 

Die gestörte Wasserbilanz der Stadt

Menschliches Handeln stört dabei diesen Kreislauf. So sind z.B. die Trockenlegungen von Mooren oder die Begradigung von Flüssen lokal gravierende Eingriff in den Wasserhaushalt. Landwirtschaftliche genutzte Flächen hatten zuvor ggf. ein größeres Wasserspeicherpotenzial. In einem kleineren Maßstab verhindern aber auch Häuser und Straßen die Versickerung an Ort und Stelle. Kommt eine Vielzahl solcher kleinen Maßnahmen zusammen, dann kann dies ebenso maßgebliche Folgen haben. In Agglomerationen oder Städten ist daher der Wasserkreislauf ebenso deutlich gestört.

Durch die große versiegelte Fläche wird auftreffender Niederschlag größtenteils schnell und ohne Anreicherung des lokalen Grundwasserreservoirs abgeführt. Die Folge sind beispielsweise:

• hoher oberflächlicher Abfluss von Niederschlagswasser,
• starke Beanspruchung der Kanalisation zur Abfuhr von Niederschlag,
• geringe Niederschlagsrückhaltung bei Niederschlag,
• reduzierte Wasserverfügbarkeit für Pflanzen und damit durch verminderte Verdunstungskühlung eine erhöhte sommerliche Temperatur in der Stadt,
• hohe und sehr schnell auftretende Wassermengen bei Starkregenereignissen, sowie
• ein absinkender Grundwasserpegel.

 

Folgen der Überlastung

Bei Starkregen (in Deutschland aktuell maximal ca. 300l/m² in 24h) kommt es durch die hohe Flächenversiegelung so besonders in Städten vermehrt zu einer Überlastung der Kanalisation. Dabei ist es fast unerheblich, ob lokal eine Mischkanalisation (in Deutschland üblich) oder eine Trennkanalisation vorliegt. Folgen einer solchen Überlastung ist zunächst der Rückstau. Ergibt sich dadurch „nur“ ein technisches Problem, gelangen Abwässer teil- oder ungeklärt in Vorfluter. Das Gewässer, in das der Vorfluter mündet, wird verschmutzt und in der Folge z.B. die Trinkwassergewinnung durch Uferfiltrat gestört.

Eine Überlastung kann aber auch zum Austreten von Wasser aus der Kanalisation in tiefliegenden Bereichen der Kanalisation führen. Typische Bilder sind hochgedrückte Gullideckel und auf der Straße abfließendes Wasser. Bei besonders stark auftretendem Niederschlag entstehen so verheerende urbane Sturzfluten, wie wir sie im Extrem im Sommer 2021 im Ahrtal erlebt haben. Oder ganze niedrig gelegenen Stadtteile werden überschwemmt. Und leider bewirkt der Klimawandel, dass Starkregen in unseren Breiten vermehrt vorkommt. Das Problem wird sich also in den kommenden Jahren immer weiter verschärfen. In den kommenden Jahrzehnten ist eine Zunahme um bis zu 50% zu erwartet.

 

Folgen des Wassermangels

Neben der Überlastung bei Starkregen ist ein weiterer Prozess des allgemeinen Wassermangels durch zu schnelle Abfuhr des Niederschlags die verringerte lokale Verdunstungsleistung. Sie wirkt eigentlich kühlend. Durch den Effekt und die starke Aufheizung städtischer Oberflächen kommt es in Städten zu einer verstärkten Hitzeentwicklung im Sommer. In besonders starken Fällen und bei geringer städtischer Durchlüftung kann es dabei auch zu einem kleinräumlichen Effekt sogenannter urbaner Hitzeinseln (heat islands effect) kommen. Und die dadurch noch einmal erhöhte Verdunstung in diesen Bereichen sorgt dafür, dass in solchen Bereichen eine besonders hohe Trockenheit im Boden entsteht. Was gegebenenfalls sogar zu einem Absterben von Stadtbäumen führen kann. Da sie eigentlich verschattend und kühlend wirken, verstärkt sich der Effekt im Extremfall sogar noch. Und auch der Klimawandel trägt dazu bei, dass sich die Städte weiter aufheizen.

Zusammenfassend, keine besonders lebenswerte Zukunftsvision.

 

Schwammstadt – das Prinzip

Das Prinzip der Schwammstadt versucht diesen Effekten entgegen zu wirken. Dabei soll sich die Stadt in den natürlichen Wasserkreislauf einfügen. Im Idealfall sollte sie sich daher bei Niederschlag vollsaugen wie ein Schwamm, diese Feuchtigkeit möglichst lange lokal speichern und in Hitzeperioden möglichst lokal Wasser zur Verfügung stellen oder verdunsten. Vorteile der Schwammstadt sind dabei:

• Regenwasserrückhaltung und lokale Versickerung entlasten die Kanalisation.
• Nicht abgeführtes Regenwasser kann oberflächlich zurückgehalten werden. Wasser in der Stadt ist dabei oft Ausdruck lebenswerter Räume. Gleichzeitig kann es oberflächlich verdunsten und so kühlend wirken.
• Versickerndes Regenwasser versorgt Stadtbäume und Grünflächen und ermöglicht ihnen eine hohe Verdunstungsleistung. Die dabei entstehende Verdunstungskühle, verbessert ebenso das Stadtklima. Wir es durch das Grün nicht genutzt, speist es das Grundwasser.
• In Abhängigkeit der Pflanzenwahl können dabei Begrünungen von Dächern und Fassaden zur städtischen Biodiversität beitragen.
• Gesammeltes Regenwasser lässt sich lokal nutzen.

Eine Schwammstadt bietet daher gleichzeitig einen sichereren, gesünderen und oft optisch ansprechenderen Lebensraum für Menschen.

 

Ziele des Schwammstadt-Prinzips

Um sich wieder in den natürlichen Wasserkreislauf einzufügen, ist zunächst den negativen Effekten von urbanem Wasserumgang entgegenzuwirken. Ein modernes Wassermanagement zielt dabei darauf ab, Raum zu schaffen, der Wasser aufnehmen kann und in der Folge lokal genutzt wird. Zentrale Ziele sind dabei:

• Rückhaltung von Wasser
  Die Rückhaltung von Niederschlag über unter- oder oberirdische Speicher ist im Städtebau bisher schon eine übliche Maßnahme. Sie reduziert maximale Abflusswerte. Häufig werden dabei aber noch zentrale Regenwasserrückhaltebecken gebaut. Sie bedingen eine weiterhin hohe Belastung und auch Anfälligkeit bei Starkregenereignissen. Ziel der Schwammstadt ist es, den Wasserabfluss zu verlangsamen. Dazu ist es besser, die Wasserrückhaltung dezentral – als am Ort des Niederschlags – umzusetzen. Somit entsteht erst gar keine hohe Belastung der Kanalisation und das Risiko bei Stark- und Extremereignissen wird deutlich geringer.
• Entsiegelung und lokale Ableitung
  Versiegelte Fläche führt dabei Niederschlagswasser zunächst immer erst ab, wobei dies eigentlich gar nicht immer zwingend ist. Die Schwammstadt zielt dabei vor allem auf einen reduzierten Oberflächenabfluss von Wasser. Entsprechend gilt es daher zunächst grundsätzlich Flächen zu entsiegeln bzw. bei notwendigen Oberflächen den Wasserdurchlass zu erhöhen. Müssen Flächen versiegelt werden, so kann ggf. das Niederschlagswasser bewusst außerhalb der technischen Infrastruktur für Abwasser (gegebenenfalls auch mittels Pflanzenkläranalgen) lokal abgeleitet werden.
• Versickerung
  In Abhängigkeit des vorhandenen Bodens ist die Versickerung von Niederschlag die lokal einfachste Lösung. Die Schwammstadt will hierbei Wasser lokal erhalten. Bekannt sind dabei häufig schon Mulden und Rigolen, die auch bei wenig durchlässigen Böden eine lokale Versickerung zulassen.
• Verdunstung
  Neben offenen Wasserflächen verdunsten Pflanzen maßgeblich Wasser. Entsprechend können durch Freiraumgestaltung, Fassadenbegrünung und Dachbegrünung schon erhöhte Verdunstungsleistungen generiert werden. Natürlich ist dabei die Verdunstungsleistung eines intensiv bewirtschafteten Daches deutlich höher als die eines typischen, extensiven Gründachs. Möglich sind auch Kombinationen, in denen die Regenwasserrückhaltung bewusst mit Vegetation kombiniert wird (z.B. bei Tiefbauten wie Tiefgaragen).
• Minderung des Wasserbedarfs
  Im Kontext der Schwammstadt ist dabei auch ein weiterer Gedanke wichtig: Der Wandel von einer linearen Betrachtung von Zu- zu Abwasser hin zu einer integralen Wasserbewirtschaftung. Und hin zu Wasser als wertvolle Ressource. Gerade in diesem Kontext eignet sich oft auch eine gebäudebezogene Zisterne. Denn sie mindert einerseits den Wasserabfluss. Kombiniert z.B. mit der Gartenbewässerung kann sie andererseits aber auch dazu beitragen, den Trinkwasserbedarf eines Gebäudes zu senken oder so das Gebäude besser in den lokalen Wasserkreislauf einzubinden.

 

Schwammstadt – Wasserrückhaltung

Im städtebaulichen Maßstab führen viele kleine Speicherräumen im Freiraum und auf Dächern zu einer verzögerten und gedrosselten Ableitung von Niederschlag.

Gerade bei Flachdächern kann hierbei auch die Geschwindigkeit des Wasserabflusses durch die Gestaltung des Dachaufbaus (z.B. auch als Gründach) reguliert werden. Für Neubaugebiete werden hierbei z.B. auch maximale Abflussbeiwerte für Dachflächen oder auch die Vorgabe eines Retentionsdaches durch die Stadtplanung ausgegeben. Solche Dächer können selbst zwischen 20 und 40 l/m² Wasser bei extensiver Begrünung und zwischen 50 und 100l/m² bei intensiver Begrünung speichern. Sie verringern den schnellen Abfluss bei einem Starkregenereignis. Mit den Dächern geht damit aber auch eine deutlich erhöhte Last in der Statik einher.

Oft lassen sich Bestandsdächer aber aus statischen Gründen nicht gleichwertig mit Grünflächen belegen. In diesem Fall können Zisternen oder Rigolen zur Wasserrückhaltung beitragen. Beide schaffen ein füllbares Volumen für Wasser. Zisternen speichern dabei das Wasser für eine weitere Verwendung. Rigolen nehmen Wasser auf, um es anschließend langsam zu versickern.

 

Schwammstadt – Entsiegelung und lokale Ableitung

Grundsätzlich zeichnet sich die Schwammstadt dadurch aus, dass weniger Flächen als üblich versiegelt werden. Aber auch die Schaffung versickerungsfähiger Flächen sowie mehr Grünanlagen trägt zur lokalen Speicherung von Regenwasser bei.

• Entsiegelung bzw. reduzierte Versiegelung
  Im Gebäudebestand besteht oft durch den Rückbau von untergeordneten Gebäuden oder Gebäudeteilen die Möglichkeit, die Versiegelung zu reduzieren. Auf der anderen Seite ist im Bestand – gerade bei urbanen Quartieren – häufig städtebaulich auch der Wunsch der Nachverdichtung vorhanden. Um hierdurch nicht zu einer weiteren Versieglung beizutragen, sollte vor allem über die Aufstockung von bestehenden Gebäuden und den Dachausbau nachgedacht werden.
  Im Neubau lassen sich durch kompakte Bauweisen der Footprint der Gebäude reduzieren. Kompakte Stellflächen für ruhende Mobilität oder Tiefgaragen unter dem Gebäude sorgen dabei dafür, dass zumindest ein Teil der Grundstücksfläche weiterhin unversiegelt bleiben.
  Für Straßen im Bestand lassen sich z.B. auch zusätzliche Grünflächen im den Straßenräumen erzeugen. So entsteht mehr urbane Vielfahl in Flora und Fauna. Straßen im Neubau können sogar verkehrsberuhigt und damit deutlich schmaler realisiert werden.
• Lokale Abführung von Oberflächenwasser
  Oberflächenwasser muss nicht zwingend über die Kanalisation abgeführt werden. Besondere Chancen bestehen im Bereich von Gartenwegen, deren Oberflächenwasser direkt im Garten in Beete abgeführt werden. Ein bewusst gestalteter oberflächlich Überlauf zeigt dabei den Wasserfluss. Bei neuen Straßen werden u.a. auch Tiefbeete eingesetzt. Letztlich reicht hier oft auch schon eine bewusste Geländemodellierung.
• Steigerung der Versickerungsfähigkeit bzw. wasserdurchlässige Beläge
  Versiegelte Flächen lassen Niederschlag an der Oberfläche abfließen. Daher wird versucht, Bodenbeläge wasserdurchlässig zu gestalten. Ein Idealbild einer befahrbaren, aber gleichzeitig auch durchlässigen Oberfläche bieten Rasengittersteine. Sie eignen sich z.B. ebenso für Fahrwege zur Anleiterung im Brandfall als auch für PKW-Stellplätze (insbesondere für E-Mobilität, weil hier die Gefahr auslaufenden Öls noch deutlich geringer ist). Grundsätzlich bestehen aber zwei Wege: 1. Die Schaffung von Durchlässigkeit durch das genutzte Bodenbelagsmaterial (wasserdurchlässige Betonsteine). 2. Durch die Steigerung von Fugen kann Wasser über die Zwischenbereiche versickern. Besonders Kleinsteinpflaster bietet hierbei einen guten Wasserdurchlass.

 

Schwammstadt – lokale Versickerung

Soweit Entsiegelung und lokale Ableitung auf begrünte Flächen nicht ausreichen, sind zusätzliche Maßnahmen für die lokale Versickerung zu schaffen. Entscheidend ist hierbei die Versickerungsfähigkeit des lokal vorhandenen Bodens. Diese lassen sich auch durch Eigenheimbesitzer selbst durch einen Versickerungsversuch bestimmen.

Im Straßenraum bieten sich z.B. entlang von Straßen und Gehwegen sogenannte Mulden (oberirdische Senke zur erhöhten Wasseraufnahme) in Kombination mit Rigolen (unterirdische Kies-Volumen zur erhöhten Wasseraufnahme) an. Beide dienen als Pufferspeicher, die kurzfristig aufgefangenen Niederschlag sammeln um ihn dann zu versickern. Natürlich stellen ausgedehnte Grünflächen mit Teichen, offene Wasserflächen, Constructed Wetlands, Parks oder Wiesen ideale Versickerungsflächen dar. Stadträumliche Mehrwerte entstehen aber auch durch eine lineare alleeartige Lösung durch Säumung mit Bäumen, die Staunässe vertragen und das lokal gesammelte Wasser schnell verdunsten. Kleinmaßstäblich bietet sich bei einer Neugestaltung auch eine sogenannte Baumrigole an. Sie schafft im Wurzelbereich eines Baumes ein zurückgehaltenes Wasservolumen, dass dieser direkt über den Wurzelballen nutzen kann.

 

Schwammstadt – erhöhte Verdunstung

Um die Verdunstung zu erhöhen, können entweder zusätzliche offene Wasserflächen oder eine Begrünung beitragen. Platzsparend sind dabei vor allem straßenfolgende Alleen.

Neben einer Gartengestaltung, die über Büsche und Bäume schon sowieso eine erhöhte Verdunstungsleistung zum klassischen Rasengarten haben, können zusätzlich Fassaden- und Dachbegrünung umgesetzt werden. Neben der häufig verbesserten Optik sind solche Systeme auch in der Lage, der Entstehung von Hitzeinseln entgegenzuwirken und verstärkt Staub und Feinstaub zu binden. Außerdem sind Dachbegrünungen von Häusern und Tiefgaragen mit Kletterpflanzen oder Living Walls (direktbepflanzten Fassaden) in der Lage, zwischen 50 und 100 % des jährlichen Niederschlags zurückhalten. Gebäude profitieren von Fassaden- und Dachbegrünung durch geringeren Wärmeverlust im Winter und reduzierten Wärmeeintrag im Sommer.

 

Schwammstadt – Minderung des Wasserbedarfs

Eine Schwammstadt sollte aber nicht nur das lokale Wassersystem wenig beeinflussen. Sie sollte auch den menschlichen Wasserverbrauch mindern. Möglichkeiten zur Umsetzung sind dabei:

• Regenwasser sammeln
  Gerade von untergeordneten Bauten wie Schuppen und Gewächshäusern kann Regenwasser gesammelt werden. Durch die typische Lage im Garten ist das Wasser dann ideal geeignet, um Wasser zur Gartenbewässerung zu Verfügung zu stellen.

  

Ebenso lassen sich natürlich an Fallrohren Regentonnen installieren.

• Regenwasser sammeln mit Zisternen
  Dächer bieten sich auch an, um dort Sammelbehälter aufzustellen, die Regenwasser auffangen. Dieses kann dann zu Reinigungszwecken, als Toilettenspülwasser oder zur Bewässerung bei Trockenheit weiterverwendet werden. Auch in künstlich angelegten Teichen kann sich Niederschlag ansammeln.

Wird das Niederschlagswasser in Zisternen zwischenspeichert, lässt es sich auch als Brauchwasser nutzen – zum Beispiel für die Bewässerung von Grünflächen oder Roof-Top-Farmen (im Rahmen des Urban Farming). Auch der Betrieb von Klospülung und Waschmaschinen ist möglich. So hilft das Schwammstadt-Konzept dabei, wertvolles Trinkwasser zu sparen und die Grundwasserressourcen zu schützen.

 

Beispiele einer Schwammstadt

Die Idee der Schwammstadt ist nicht neu – sie kommt ursprünglich aus dem asiatischen Bereich. Der hier übliche Monsun führte dabei immer schon zu einer hohen Belastung der Städte durch Niederschlag. Seit 2015 betreibt China dabei den Stadtumbau im Siine der Schwammstadt bewusst voran. Mittlerweile versuchen aber auch viele Städte in Deutschland, das Schwammstadt-Prinzip in ihre Stadtgestaltung zu integrieren. Besondere Beispiel für Deutschland sind dabei:

• Hamburg: HAMBURG WASSER und die Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft (BUKEA) arbeiten gemeinsam daran Hamburg zur Schwammstadt weiter zu entwickeln. Parks, Teiche, Mulden, Dach- und Fassadenbegrünung, versickerungsfähige Beläge und kombinierte Anlagen, die Regenrückhalt und andere Nutzungen miteinander verbinden sind in der Strategie enthalten. Sie Stadt nutzt dabei vor allem schon geplante Sanierungen, um das Thema zu verankern. Ein Beispiel dazu ist die Straße Wiesenhöfen in Volksdorf. Mittlerweile wird das über die Straße gesammelte Regenwasser in den angrenzenden Ohlendorffs Park geleitet. Hier speist es u.a. einen Wasserspielplatz für Kinder. Eine wichtige Rolle im Gesamtkonzept spielt dabei udie Gründachstrategie. Ihr Ziel es ist, mindestens 70% der Dachflächen sowohl für Neu- und Bestandsbauten zu begrünen. Die gesamte Strategie für Hamburg wird von Hamburg Wasser gut dargestellt.
• Berlin: Auch Berlin setzt zur Umsetzung des Schwammstadt auf eine Vielzahl an Maßnahmen. Dabei besonders relevant sind die Dachbegrünung, Versickerungsmulden sowie künstliche Gewässer, Feuchtbiotope und Zisternen. Die gesamte Strategie für Hamburg wird von den Berliner Wasserbetrieben gut dargestellt. Dabei hat die Stadt ähnlich der landläufig bekannten Energieagenturen auch eine eigene Regenwasseragentur gegründet.

 

Titelbild: Wasserdurchlässiges Pflaster
Von JJ Harrison (https://www.jjharrison.com.au/) – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17055600