Fränkische
Regenwassermanagement in Zeiten des Klimawandels

30.04.2021 Starkregen – ein zunehmendes Problem: Anfallendes Niederschlagswasser muss, auch wenn es in großen Mengen anfällt, behandelt und verbracht werden – eine anspruchsvolle Aufgabe.

Große Mengen von Regenwasser können zu echten Problemen führen.
© Foto: Yexelia Stock Adobe.com
Große Mengen von Regenwasser können zu echten Problemen führen.

Große Mengen an Regenwasser können hierzulande inzwischen zu echten Problemen führen. So genannte Starkregenereignisse werden vom DWD (Deutscher Wetterdienst) wie folgt definiert:

  • über 5 l/m² Niederschlag pro 5 Min.
  • über 7,1 l/m² Niederschlag pro 10 Min.
  • über 10 l/m² Niederschlag pro 20 Min. und
  • über 17,1 l/m² Niederschlag pro 60 Min.

und in zwei Kategorien eingeteilt:

  • Regenmengen von 15 bis 25 l/m² in 1 Stunde oder von 20 bis 35 l/m² in 6 Stunden und
  • Regenmengen > 25 l/m² in 1 Stunde oder > 35 l/m² in 6 Stunden.

Im ersten Fall gibt der DWD eine „Markante Wetterwarnung“ heraus, im zweiten eine „Unwetterwarnung“.

Wie die Definitionen erkennen lassen, spielt die Niederschlagsmenge nur in Zusammenhang mit der Zeit, in der sie anfällt, eine entscheidende Rolle. Auch große Wassermengen stellen die Entwässerungssysteme nicht vor Probleme, sofern sie kontinuierlich und in einem ausreichenden Zeitrahmen niedergehen.

Weiter zeigen die Zahlen, dass bei der Beschreibung von Starkregen eine gewisse Bandbreite existiert; es gibt also „kleine“ und „große“ Starkregenereignisse. Darüber hinaus endet die Skalierung durch das Größer-als-Zeichen und fasst, ähnlich der Beaufort-Skala, alle über dem Maximum liegenden Ereignisse zusammen.

Dies mag mit ein Grund dafür sein, dass die Frage, ob der Klimawandel für die beobachteten Extremniederschläge verantwortlich ist, auch unter Wissenschaftlern aktuell intensiv diskutiert wird.

Dass überhaupt Zweifel an dieser Annahme geäußert werden, liegt auch in den wissenschaftlichen Verfahren der Meteorologie begründet. Wenn es in den Medien immer wieder heißt, „seit Beginn der Wetteraufzeichnungen“, muss man bedenken, dass diese anfänglich sehr rustikal geführt wurden. Niederschlagsmengen wurden meist einmal am Tag gemessen und lieferten dann Aussagen für ein bestimmtes Gebiet. Die automatische, kontinuierliche und fein gerasterte Erfassung von Niederschlagsmengen durch Radar steht dem DWD in ihrer heutigen Qualität erst seit ca. 17 Jahren zur Verfügung – ein zu geringer Zeitrahmen, um – wissenschaftlich korrekt – einen Trend bestimmen zu können; hierzu werden mindestens dreißig Jahre benötigt.

Eine Mulde wird als Regenablauf genutzt. © Foto: Fränkische
Eine Mulde wird als Regenablauf genutzt.

Außerdem weist die Statistik in den letzten dreißig Jahren keinen signifikanten Anstieg der jährlichen Zahl von Starkregenereignissen aus, und auch die Niederschlagsmenge hat sich in diesem Zeitraum lediglich sehr leicht erhöht.

Auf der anderen Seite ist die zunehmende Häufigkeit meteorologischer 'Rekorde' in den letzten Jahrzehnten unbestritten, ebenso wie die Erwärmung des Klimas. Da wärmere Luft mehr Wasser aufnehmen kann als kalte, stehen Niederschlägen größere Mengen an Wasser zur Verfügung, welche insbesondere über aufgeheizten Städten schnell aufsteigen, um dann heftig abzuregnen.

Vor diesem Hintergrund sollten sich alle Planer das geflügelte Wort des amerikanischen Astronomen, Carl Sagan, zu eigen machen, „absence of evidence is not the evidence of absence“, also sinngemäß, die Tatsache, dass ein Beweis fehlt, heißt nicht, dass die Annahme falsch ist. Nicht wenige Meteorologen sind sich sicher, dass der Klimawandel auch hinsichtlich der zu erwartenden extremen Niederschläge ursächlich verantwortlich ist, nur stehe der wissenschaftlich ordentlich geführte Beweis aus den genannten Gründen zum Teil noch aus.

Blockrigolen Rigofill Inspect kommen hier zum Einsatz. © Foto: Fränkische
Blockrigolen Rigofill Inspect kommen hier zum Einsatz.

Tatsache ist, dass die Versicherungen einen deutlichen Anstieg klimatisch begründeter Schadensfälle konstatieren und bereits seit langem deutliche Warnungen in Richtung Entwässerungs-Infrastruktur aussprechen.

Und die Auswirkungen des Klimawandels sind global bereits gut zu beobachten; während einige Regionen durch Dürren verkarsten, sind in anderen die anfallenden Wassermassen kaum noch zu bändigen. Also, auch wenn die Niederschlagsmenge pro Jahr in toto nicht signifikant zunimmt, kann die Niederschlagsmenge eines lokal deutlich begrenzten Starkregenereignisses dieses sehr wohl tun.

Bei der Dimensionierung von Entwässerungssystemen berechnet man nach dem sogenannten Bemessungsregen. Dieser beschreibt eine Regenspende, die mit fünf Minuten Dauer (D) in einem Intervall (T) von fünf Jahren vorkommt. Die Bezeichnung dieser statistischen Größe lautet entsprechend r(5/5). Gemessen wird die Wassermenge in Liter pro Sekunde und Hektar. Derzeit beträgt der bundesdeutsche Durchschnittswert 311 l/s·ha.

Einbau von Rohrrigolen. © Foto: Fränkische
Einbau von Rohrrigolen.

Starkregenereignisse überschreiten (zunehmend häufig) die hier zugrunde liegenden Wassermengen jedoch. Um Starkregenereignisse rechnerisch in den Griff zu bekommen, kommt der so genannte Jahrhundertregen, r(5/100) in Ansatz. Analog zum Berechnungsregen handelt es sich hier um den statistischen Wert eines Regenereignisses von fünf Minuten Dauer, das in seiner Stärke so alle hundert Jahre einmal vorkommt. Aufgrund der eingangs beschriebenen klimatischen Veränderungen haben wir es inzwischen recht häufig mit „Jahrhundertregen“ zu tun.

Dr. Paul Becker, Vizepräsident des Deutschen  Wetterdienstes, mahnt deshalb unmissverständlich: „Wir erleben  in den letzten Jahre eine Häufung klimatologischer Rekorde, die sich in der Summe nur mit dem Klimawandel erklären lassen. Mit diesen Rekorden nehmen aber auch Extremereignisse zu, die direkt oder indirekt uns alle betreffen. Für die Zukunft erwarten wir eine weitere Zunahme solcher Extremereignisse. Dies erfordert von uns allen intensivere Anpassungs- und Klimaschutzmaßnahmen.“ (Quelle: Deutscher Wetterdienst)

Die Kombination von SediPipe L mit Rigofill Inspect. © Foto: Fränkische
Die Kombination von SediPipe L mit Rigofill Inspect.

Die Natur als Vorbild

Beim Umgang mit Niederschlagswasser sollten wir uns zunächst anschauen, wie die Natur mit dem Problem umgeht, denn die beste Möglichkeit besteht fast immer darin, das anfallende Wasser vor Ort versickern zu lassen. Die Zusammenführung von Regen- und Schmutzwasser, die vor noch nicht allzu langer Zeit üblich war, führte zu einer Erhöhung der Abwassermenge. Da die Behandlung von Abwasser hinsichtlich Transport, Reinigung und Rückführung in den natürlichen Wasserkreislauf mit technischem Aufwand und also auch mit Kosten verbunden ist, konnte sich dieser Lösungsansatz auf Dauer nicht durchsetzen. Schätzungen gehen davon aus, dass die Transportkosten, also jene, die für das Bauen und Instandhalten von Abwasserkanälen anfallen, ungefähr dreiviertel der Gesamtkosten für Abwasseranlagen ausmachen.

Und ein weiterer Aspekt sollte Beachtung finden: Niederschläge, die gesammelt und abtransportiert werden, fehlen dem Boden vor Ort, und durch die unterbundene, natürliche Versickerung sinkt der Grundwasserspiegel kontinuierlich.

Zusätzlich geht die Kanalisierung der Niederschläge im großen Stil mit einer Konzentration der anfallenden Volumen in den vorhandenen Systemen einher. Bei großen anfallenden Mengen können die Kanalnetze kollabieren, es kann zu Rückstaus kommen, welche ein erhebliches Schadenspotential für die an das System angeschlossenen Einleiter in sich bergen.

Das Wirkprinzip von SidePipe XL. © Foto: Fränkische
Das Wirkprinzip von SidePipe XL.

Aus diesen Gründen existiert „die eine“ Entwässerungslösung nicht; es muss vielmehr stets ein von Fachleuten verantwortetes Entwässerungskonzept für die jeweilige Situation erstellt werden. Dieses hat rechtliche, geologische, hydraulische, ökologische und nicht zuletzt wirtschaftliche Aspekte zu bewerten und zusammenzuführen – ein äußerst komplexer Vorgang, für dessen Beschreibung das Schlagwort „Regenwassermanagement“ durchaus angemessen erscheint.

Versickerung und Retention

Die Flächenversickerung stellt sicherlich die einfachste Form der Versickerung dar. Bei ihr sickert das Regenwasser über eine große Fläche allmählich in den (versickerungsfähigen) Boden. Für diese Methode werden große Flächen benötigt, wie sie im ländlichen Raum häufiger, in urbanen Strukturen jedoch sehr selten vorkommen. Auch Wege innerhalb von Grünanlagen sowie sportlichen Einrichtungen können mit Hilfe von Versickerungspflaster, Drainasphalt usw. auf diese Weise entwässert werden, allerdings sind dabei die RAS-Ew (Richtlinien für die Anlage von Straßen – Teil: Entwässerung) zu beachten.

Bei der Muldenversickerung (Bild 2) dient eine Vertiefung im Gelände als Zwischenspeicher, aus dem das Wasser allmählich versickert. Die Entwässerung über eine Mulde erfordert keinen großen technischen Aufwand und lässt sich häufig in garten- und landschaftsbauliche Maßnahmen integrieren.

Die Versickerung kann auch über Rigolen (Bilder 3, 4, 5) erfolgen. Rigolen sind im ursprünglichen Sinne unterirdisch liegende, mit Kies gefüllte Reservoirs, welche große Mengen an Wasser schnell aufnehmen können, um sie dann langsam aber stetig wieder abzugeben. Dadurch verfügen Rigolen über eine gute Retentionsfähigkeit, womit gemeint ist, dass sie sich hervorragend als Pufferspeicher eignen, auch und gerade bei den eingangs erwähnten Starkregenereignissen. So können sie, gerade im städtischen Bereich bzw. bei einem hohem Versiegelungsgrad, einen sinnvollen Beitrag zum Überflutungsschutz und zum Funktionserhalt eines Kanalsystems leisten.

Das Prinzip von SediPipe XL. © Foto: Fränkische
Das Prinzip von SediPipe XL.

Besonders effektiv arbeiten moderne Rigolenfüllkörper mit einem Hohlraumanteil von mindestens 95 %. Diese verfügen mit ihrer gitterförmigen Tragstruktur und den integrierten Säulen über hervorragende statische und hydraulische Eigenschaften. Die einzelnen Elemente lassen in alle Richtungen Ergänzungen und Erweiterungen zu und sind über die entsprechenden Revisionsschächte mit Inspektionskameras befahrbar und durchzuspülen. Die vollständigen Rigolensysteme können bei entsprechendem Bodenaufbau auch in großer Tiefe sowie unter Verkehrsflächen verlegt eingesetzt werden.

Auf die vertikale Schachtversickerung soll hier nicht weiter eingegangen werden, nicht zuletzt, weil das DWA-A 138 „Arbeitsblatt Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur

Versickerung von Niederschlagswasser“ der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. rät, dieser die Rohrrigole vorzuziehen. Rohrrigolen bestehen aus geschlitzten Rohren, die in einer Kiespackung verlegt wurden. Die Speicherfähigkeit des Kieses liegt bei 30 – 35 % Vol.; in der Planung geht man sicherheitshalber von 30 % aus. Frostfrei und filterstabil verbaute Rohrrigolen sind langlebige Einrichtungen, die dennoch mit Kontrollschächten versehen werden sollten, um Revisionsfahrten mit einer Kamera vornehmen, und gegebenenfalls die Möglichkeit der Durchspülung nutzen zu können.

Wasser ist nicht gleich Wasser

Kann man bei einem ländlichen Niederschlag, der über einer Versickerungsfläche niedergeht, noch von einer unkritischen Wasserqualität ausgehen, dessen Behandlung durch die natürliche Filterwirkung der oberen Erdschichten völlig ausreichen wird, gelten im Bereich von Besiedelungs- und Verkehrsflächen andere Annahmen.

Das Prinzip von SediPipe XL plus. © Foto: Fränkische
Das Prinzip von SediPipe XL plus.

Hier ist mit einer Verschmutzung des Wassers durch Auswaschungen, Gummiabrieb von Reifen, Reste von Schmier- und Kraftstoffen, unbeabsichtigte Eintragungen usw. zu rechnen. Die Europäische Gemeinschaft hat in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie grundlegende Anforderungen formuliert, die sicherstellen sollen, dass Regenwasser möglichst dezentral gereinigt und in den natürlichen Wasserkreislauf zurückgeführt wird. Auf Bundesebene findet diese Richtlinie ihre Umsetzung im Wasserhaushaltsgesetz.

Es ist also grundsätzlich sicherzustellen, dass anfallendes Regenwasser von Schadstoffen befreit und mit größtmöglicher Retention zwischengelagert wird, um dann möglichst lokal versickern zu können.

Eine äußerst effektive Methode der Regenwasserreinigung stellen Rohranlagen dar (Bilder 6, 7, 8, 9). Das Wasser fließt dabei in einen Startschacht, welcher gleichzeitig als Schlammfang dient. Grobe Schmutzpartikel sinken hier ab und werden vom Wasser abgeschieden. Das Wasser fließt anschließend weiter durch ein Rohr, das mit leichtem Gefälle gegen die Fließrichtung verlegt wird. Dabei sinken auch leichtere Verunreinigungen nach unten ab. Damit bei einem hohen Durchfluss diese nicht wieder aufgewirbelt, und dem bewegten Wasser erneut zugeführt werden, befindet sich im unteren Teil des Rohres ein Strömungstrenner. Dieser arbeitet denkbar effizient, wie in zahlreichen Untersuchungen und Tests nachgewiesen werden konnte. Müssen auch Flüssigkeiten abgeschieden werden, die leichter als Wasser sind, kann auch ein oberer Strömungstrenner vorgesehen werden. Auch dieser beruhigt die Bewegung der abgeschiedenen Leichtflüssigkeiten bis zu deren Stillstand. Diese werden dann im Zielschacht in einem Depot verwahrt. Eine Tauchwand sorgt für zusätzliche Sicherheit, denn sie lässt lediglich das nun gereinigte Wasser passieren.

SediSubstrator L © Foto: Fränkische
SediSubstrator L

Eine andere Variante verzichtet auf den oberen Strömungstrenner und isoliert vorhandene Leichtflüssigkeiten in einer speziellen Substratfiltereinheit, die ebenfalls im Zielschacht montiert ist. Da die Schwebeteilchen auch hier in der Sedimentationsstrecke aufgefangen werden, ist einem Verstopfen der Filtereinheit wirkungsvoll vorgebeugt. Bei entsprechender Planung, Dimensionierung und Ausführung sind für eine solche Anlage Wartungsintervalle von bis zu vier Jahren realistisch, nicht zuletzt ein wirtschaftlicher Aspekt. Bei geringstem Platzangebot kann die Verschmutzung von Rigolen außerdem wirksam durch entsprechende Schachtanlagen sichergestellt werden.

Autor: Kay Rosansky

Fränkische Rohrwerke Gebr. Kirchner GmbH & Co. KG

www.fraenkische.com

stats