Projekt eines Regengartens: Hier ein technischer Leitfaden

Regenwassermanagement in unseren Städten: Das Projekt eines Regengartens mit 3 praktischen Beispielen, zum kostenlosen Download

Der globale Klimawandel ist offensichtlich und hat bereits sichtbare Auswirkungen auf die ganze Welt. Die Erde heizt sich immer mehr, extreme Niederschlagsereignisse sind immer häufiger und der Meeresspiegel steigt. Dies führt zum Risiko von Hitzewellen, Überschwemmungen und anderen klimabedingten Katastrophen, die sich oft zerstörerisch auf unser Ökosystem auswirken.

Chancen und Strategien zur effektiven Bewältigung dieser Risiken bestehen bereits oder können auf lokaler oder internationaler Ebene unter Einsatz neuer nachhaltigen Technologien entwickelt werden.

Unser Fokus wird sich in dieser Woche mit einigen möglichen Lösungen befassen: ein vereinfachtes Regengarten-Projekt und ein komplexeres (ein Bioretentionsgarten) mit drei praktischen Beispielen zum kostenlosen Download.

Komplexes Regengarten-Projekt mit wasserdichten Geotextilien

Was ist ein Regengarten?

Im Allgemeinen ist ein Regengarten eine Vertiefung (Schale oder ein Becken) (natürlich oder künstlich), die das Oberflächenwasser sammelt, das von Dächern, Straßen, Gehwegen und anderen undurchlässigen oder halbdurchlässigen städtischen Flächen, nach starken Regenereignissen fließen. Diese Vertiefung und die Schichten unter der Oberfläche ermöglichen die teilweise oder vollständige Entsorgung des Wassers in einem unterirdischen Abwassersystem.

Mit dem Begriff Regengarten bezeichnet man jedoch auch eine Typologie von Projekt mit einer „lebenden“ Schicht, die es erlaubt, Schadstoffe, Pestizide, Düngemittel usw., die durch den Abfluss des Wassers entstehen, zu filtern, bevor diese in die Kanalisation gelangen.

Die komplexeren Regengarten-Projekte werden oft als „Bioretention“ bezeichnet: wie z.B. Teiche, Flächen, Gärten usw.

Der Regenwasserabfluss ist in städtischen Gebieten viel offensichtlicher als in natürlichen Umgebungen, da semipermeable Materialien und das Straßensystem, Wasser transportieren und Infiltrationen minimieren.

Durch die Zersiedlung werden ständig Flächen aus der natürlichen Umgebung entzogen, wodurch der lokale Wasserkreislauf weniger effektiv wird. Es ist klar, dass die Urbanisierungsrate schneller ist, als die Anpassungsfähigkeit der natürlichen Umwelt. Der Klimawandel ist schneller als die normale Anpassungsfähigkeit des Abwassersystems.

Der Wasserabfluss „reinigt“ die städtischen Oberflächen, indem er große Mengen an Ablagerungen mit sich führt (sogenannte „Verschmutzung ohne Punktquellen“). Es wird geschätzt, dass bis zu 70% der Verschmutzung von Flüssen und Seen an Regen zurückzuführen ist, der die städtischen Gebiete „wäscht.

Niederschlag und Regenwassermanagement

Das Regenwassermanagement beinhaltet die Kontrolle des Regenwasserabflusses durch Projekte und Systeme, die eine Reihe von Maßnahmen zur Reduzierung der mit dem Regenwasserabfluss verbundenen Risiken umfassen.

Ein erster notwendiger Schritt im Regenwassermanagement besteht darin zu verstehen, wie das Wasser mit dem betreffenden System interagiert.

Ein Regenereignis ist oft durch einen kurzen Anfangsspitzwert, mit einem großen Wasservolumen gekennzeichnet. Übersteigt dieser die Kapazität des Abwassersystems, besteht Hochwassergefahr.

Eine weitere häufige Ursache für Überschwemmungen ist eine unzureichende Instandhaltung, die zu einer Behinderung (d.h. Blockierung des Wasserflusses durch Ablagerungen) führt und folglich zu einer Ineffizienz des Wassertransportsystems.

Ein wirksamer Ansatz zur Regenwasserbewirtschaftung sollte eine gründliche hydrographische Analyse berücksichtigen. So ist es beispielsweise unerlässlich, die Mengen von Niederschlagsereignissen im Voraus zu prognostizieren.

Städtische Gebiete sind durch Strukturen, Gebäude, Straßen und allgemeine Oberflächen gekennzeichnet, die die Menge des aus dem Boden abgeleiteten und gefilterten Wassers begrenzen, was zu einer erheblichen Zunahme der Oberflächenwassermengen führt. Darüber hinaus werden Straßenoberflächen, ein bevorzugter Pfad, auf der die Strömung rasch Geschwindigkeit und Verwüstungspotential zunimmt.

Reaktion der Stadtentwässerung hinsichtlich des Klimawandels

Wie während der „11. Internationalen Urban Drainage Modelling”- Konferenz“ gezeigt wurde, könnte die Klimakrise eine wesentliche Rolle bei der Änderung des Niederschlagsmusters spielen. So wird beispielsweise die Zunahme der sommerlichen „Extremniederschläge“ vorgesehen.

Infolgedessen muss eine neue Risikobewertung vorgenommen werden, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen auf das Trink- und Abwassersystems.

In vielen Weltgebieten, wurde bei der Berechnung der Entwässerungstechnik davon ausgegangen, dass die Niederschlagsstatistik auch in Zukunft unverändert bleibt und sich auch in Zukunft fortsetzen wird.

Um den Klimawandel jedoch korrekt zu berücksichtigen, müssen die Niederschlagsdaten mit einem Faktor multipliziert werden, der eine erwartete Zunahme der Niederschlagsintensität beinhaltet.

Basierend auf diesen Annahmen kann ein neuer Plan entwickelt werden, der folgendes berücksichtigt:

• die Planung neuer Abwassersysteme;
• Wartung, Aktualisierung und Anpassung bestehender Systeme.

Die Regengarten-Lösung passt perfekt in dieser zweiten (und wirtschaftlicheren) Arbeitskategorie.

Überschwemmung

Projekt eines Regengartens: zwei verschiedene Lösungen

Um diese Probleme zu mildern, wurden verschieden Lösungen gedacht. In diesem Fokus werden wir ein voll funktionsfähiges Projekt mit zwei Optionen realisieren. Dabei ist es zu berücksichtigen, dass jede vorgeschlagene Lösung an örtlichen klimatischen Faktoren, Vorschriften, Verfügbarkeit von Materialien usw. anzupassen ist.

In diesem Beispiel, gehen wir davon aus, dass alle Untersuchungsarten bereits in einer früheren Entwurfsphase durchgeführt und berücksichtigt wurden.

Kleiner städtischer Regengarten

Vereinfachtes Regen-Garten-Projekt

Ein Regengarten ist in seiner einfachen Form ein System zur Erfassung von Abflusswasser, welches den Fluss von der Oberfläche in den Untergrund umleitet, wodurch bestimmte Reaktionen aktiviert werden, die das Wasser behandeln und reinigen.

Die Einfachheit des Projekts ermöglicht seine Anwendung praktisch überall wie z.B. in privaten Räumen, um auch kleine Wassermengen zu erfassen. Zum Beispiel findet man es in Innenhöfen in Richtung des Kanalausgangs (siehe Bilder unten).

Ansicht des Regengarten-Bereichs

Wie man sehen kann, wird das vom Dachsystem erworbene Regenwasser, nach dessen Sammlung über einen Kiesweg in den Regengarten geleitet.

Um ein Größenkriterium für einen kleinen Regengarten definieren zu können, benötigt man einige grundlegende Informationen, die leicht auffindbar sind, wie:

• Entwässerungsbereich des Dachs;
• Anzahl der Fallrohre;
• Bodenneigung;
• Art des Bodens;
• Regenmenge.

In diesem Beispiel verfügen wir über ein 200 m² großes Dach mit 4 Fallrohren: jedes Fallrohr dient daher einer Fläche von 50 m.

Kleiner Regengarten

Unter Berücksichtigung folgender Richtlinien sollte:

• bei Neigungen von 4% oder weniger die Teichtiefe ca. 10 Zentimeter betragen;
• bei Neigungen zwischen 5% und 7% die Teichtiefe ca. 15 Zentimeter betragen;
• bei Neigungen zwischen 8% und 12% die Teichtiefe ca. 20 betragen;
• bei größeren Neigungen wird es zu komplex, diese Art von Regengarten anzuwenden.

Wenn man davon ausgeht, dass man über eine Neigung von 6% und einen Teich von 15 cm Tiefe verfügt, dann gilt folgendes:

Die Grundbodenqualität wird die Geschwindigkeit bestimmen, mit der das Wasser aus dem Untergrund aufgenommen wird: Sandboden leitet das Wasser schneller als ein schluffiger Boden ab, hingegen ein Lehmboden, der das Wasser sehr langsam ableitet.

In diesem Fall betrachten wir einen Schluff-Boden.

Für die Wassermenge berücksichtigen wir durchschnittlich 5 Zentimeter Regen pro Ereignis.

Folgend die Formel:

Regengarten-Erweiterung = Dachfläche x Regenmenge / Gartentiefe

50 m² * 0,05 m = Wasservolumen = 2,5 m³
2,5 m³ / 0,15 = Regengarten-Erweiterung = 16,7 m²

Gemäß diesen Informationen, sollte unser Regengarten mindestens 16,7 m² groß sein.

Das entsprechende BIM-Projekt des Regengartens, ist am Ende des Artikels zum kostenlosen Download bereitgestellt. In der Datei finden Sie auch die Volumentabelle für die Berechnung der Erdarbeiten.

Das Bild unten, zeigt ein kleines Regengarten-Projekt in einem urbanisierten Kontext. Bei Platzmangel kann dieses Sammelsystem sehr nützlich sein.

Kleiner städtischer Regengarten

Downloaden Sie kostenlos die 3D-Modelle eines vereinfachten Regengarten-Projekts

Komplexes Regengarten-Projekt

In einem stark urbanisierten Kontext, könnte es schwierig erscheinen, diese Konzepte anzuwenden, da ein größeres Wasservolumen eine größere Teichoberfläche erfordern könnte: Dieses Hindernis kann jedoch nur durch die Erhöhung der Entwässerungskapazität der Teichunterschichten überwunden werden.

Ziel dieser Vertiefung ist, einen Leitfaden mit nützlichen Hinweisen für die Gestaltung des Regengartens bereitzustellen. Aus diesem Grund werden Aspekte der Berechnung und der damit verbundenen Regeln und Vorschriften (die auf lokaler Ebene berücksichtigt werden müssen) ausgelassen.

Nehmen wir jedoch an, dass die Gartenoberfläche ca. 2% des undurchlässigen Stadtgebietes beträgt, sollte ein Teich 10-30 cm tief sein und eine hydraulische Leitfähigkeit von 100-300 mm/Stunde aufweisen.

Sehen wir nun einige Projektmerkmale.

Komplexer Regengarten Schnitt-Ansicht

In diesem Regengarten-Beispiel wird zunächst ein 2,75 m x 1,40 m großer Aushubbereich (ohne das Volumen der Bauelemente) entworfen, mit einer wasserdichten Beschichtung an beiden Seiten und am Boden.

Zunächst müssen wir das Regenwasser auffangen, das aus einer Seite der Straße und aus der gegenüberliegenden Seite vom Fahrradweg und dem Bürgersteig kommt.

Der Wasserfluss wird durch Ablauflöcher in den Garten geleitet, die auch die höchste Grenze darstellt, die das Wasser erreichen kann, bevor das ‚Überlaufsystem‘ in Betrieb gesetzt wird.

Zu beachten ist, dass der ‚Überlauf‘ das Wasser ohne jede Behandlung ablaufen lässt.

Eine nützliches Zusatzbauteil könnte ein kleiner Wartungsgraben sein, der direkt unter den Abflussöffnungen steht. Durch diese Vorbehandlung werden Sedimente aufgefangen, die den Biofilter verstopfen und dessen Lebensdauer verkürzen könnten und die Gesamtleistung beeinträchtigen würden.

Die erste technische Ebene, auf der das Wasser stoßen wird, ist die Filterfläche. Hier wird das Vorhandensein von Vegetation eine wichtige Rolle spielen.

Dieser Plan sollte unter Berücksichtigung der strukturellen Eigenschaften der Materialien und der hydraulischen Leitfähigkeit gewählt werden, die im Allgemeinen zwischen 100 und 300 mm/Stunde ist.

Der Hauptzweck sollte darin bestehen, die Entwässerung zu ermöglichen und konsequent weniger als 3% Schluff und Ton zu enthalten (die Materialien werden durch Waschen verarbeitet, um Ton und Schluff-Teile zu entfernen).

Selbstverständlich sollte ein Substrat erstellt werden, um die Expansion der Pflanzenwurzeln zu unterstützten, und ein reichhaltiges mikrobiologisches Umfeld zu fördern.

Mit Rücksicht auf das Wurzelsystem der gewählten Pflanzensorte, sollte diese Schicht nicht 40 und 60 cm überschreiten.

Unmittelbar unterhalb der Biofilterschicht sollte auch eine Übergangsschicht implementiert werden. Dieser Bereich, der aus gut kalibriertem Sand mit weniger als 2% Feinstaubanteil bestehen muss, dient als Filter, der die vertikale Migration der Biofiltermaterialien in den Entwässerungsbereich verhindert.

Um die Entwässerung zu erleichtern, muss jede Unterschicht eine höhere hydraulische Leitfähigkeit aufweisen als die unmittelbar darüber liegende. Die Mindestdicke dieser Schicht sollte 10 cm betragen.

Die Unterschicht bildet das Entwässerungssystem, das aus feinen Zuschlagstoffen (Kiesgröße von 2 bis 7 mm) besteht. Die Hauptfunktion dieser Fläche ist, behandelte Regenwasser zu sammeln und transportieren. Schließlich ist es mittels diesem besonderen Schichtprojekt möglich, eine Wasserreserve für die Vegetation in Trockenperioden zu erhalten und zu speichern.

Die Dicke dieses (vorübergehend) untergetauchten Bereichs sollte zwischen 45 und 50 cm liegen (mindestens 30 cm ist erforderlich). Lange Perioden ohne Regenereignisse haben natürlich einen negativen Einfluss auf die Vegetation. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, die Betriebsdauer des untergetauchten Gebiets zu schätzen, wobei eine einfache Formel berücksichtigt werden kann:

Wasserabflusszeit (Tage) = mittlere Porosität x Tiefe der Unterwasserzone (mm) / Evapotranspirationsrate (mm/Tag)

Die hydraulische Leitfähigkeit des Systems ist hier höher als die überlappende Übergangszone: In dieser Zone kann auch ein Sammelrohr, als Teil der erhöhten Fassung installiert werden.

Eine zusätzliche empfehlenswerte Komponente dieser Anlage, ist der „erhöhte Abfluss“, der es ermöglicht, einen Unterwasserbehälter zu erstellen, um das überschüssige Wasser zu filtern und zu fördern.

Vegetation

Laden Sie das 3D-Modell eines komplexen Regengarten-Projektes herunter

Regengarten-Projekt: Vegetation

Wie bereits erwähnt, sind Pflanzen wesentliche Elemente in einem Bioretention System.

Es ist schwierig, eine Vegetationsvielfalt zu definieren, die unter allen klimatischen Bedingungen auf der ganzen Welt gepflanzt werden kann, daher werden wir in diesem Beispiel einige Grundprinzipien hervorheben, die bei der Auswahl der Vegetation zu berücksichtigen sind.

Die Hauptregel ist: Lokale Pflanzensorten bevorzugen.

Einheimische Pflanzen sind normalerweise im Einklang mit der Umwelt und widerstandsfähiger, daher reagieren diese besser auf Klimaschwankungen, Schädlingsbefall und Angriffe durch Unkräuter.

Ein weiterer zu berücksichtigendem Aspekt, sind die Wurzeleigenschaften. Die besten Leistungen sind streng proportional zur Länge der Wurzeln zurückzuführen. Dies kann jedoch auch beim Vorhandensein von dünnen Wurzeln und einer allgemeinen Kontaktfläche zwischen Wurzeln und Boden erzielt werden.

Darüber hinaus wird empfohlen, eine hohe Pflanzendichte in Kombination mit einer Vielfalt von Arten zu verwenden. Verschiedene Pflanzentypen können in ihrer Leistung in Abhängigkeit von der Wetteränderung während des Jahreszeitenwechsels variieren. Auch die Fähigkeit, Nährstoffe, Mineralien und Metalle zu extrahieren, kann von Pflanze zu Pflanze erheblich variieren.

Diese sind nur einige der wichtigsten Aspekte zu beachten. Eine separate, lokalisierte Untersuchung der Pflanzenkomponente ist für eine höhere Anlagenleistung unerlässlich.

In diesem Fokus haben wir nur einige Typologien von Regengärten beschrieben; es gibt jedoch noch viele andere mögliche Varianten, in Bezug auf Form, Größe und Komplexität.

In der folgenden Abbildung ist beispielsweise ein großer Regenwald zu sehen, der noch effizienter ist als die bereits beschriebene Anlage und mit einigen Funktionen versehen ist, die im komplexen Projekttyp verwendet werden (downloaden Sie kostenlos das komplette Projekt).

Komplexer Regengarten Projekt

Download
Hier finden Sie alle Links zum Download der Projektdateien, der Präsentationsfolien, des Videos und der BIM-Software Edificius für den architektonischen Entwurf (die für die Realisierung des Modells verwendet wurde.

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