Hochwasserrückhalt und Grundwasserqualität
im urbanen Raum
Das METAPOLIS-Teilprojekt ESS.H2O konzentriert sich auf die Quantifizierung und Modellierung von Ökosystemleistungen (Ecosystem Services; ESS) der Ressource Wasser. Ökosystemleistungen sind Leistungen, die von natürlichen Ökosystemen (unentgeltlich) hervorgebracht und vom Menschen genutzt werden, um sein Wohlergehen zu gewährleisten. Der größte Anteil des Süßwassers weltweit befindet sich im Untergrund, daher stellen Grundwassersysteme eine zentrale Größe im Wasserkreislauf dar. Die meisten terrestrischen und aquatischen Ökosysteme sind von der Menge und Qualität des Grundwassers abhängig.
Ökosystemdienstleistungen in Bezug auf Wasser sind beispielsweise: die Bereitstellung sauberen Trinkwassers, Hochwasser- und Erosionsschutz, Bewässerung in der Landwirtschaft und viele weitere.
In urbanen Systemen hängt die Grundwasserneubildungsrate und -qualität, eng mit dem Versiegelungsgrad zusammen, daher werden im ESS.H2O Hochwasserrückhalt und Grundwasserqualität bei sich wandelnden Stadtstrukturen und Bebauungsgraden untersucht.
Realisation von Einfamilienhaussiedlungen
und ihre Auswirkungen auf die Wasserbilanz
Im ersten METAPOLIS Forum, dem Auftakttreffen im Oktober 2016, identifizierten Akteur/innen aus Wissenschaft und Praxis gemeinsam wichtige und aktuelle Entwicklungen in Gemeinden und Regionen mit Relevanz zu Ökosystemen und Energie aber auch zu Mobilität. Dabei wurde insbesondere die anhaltend große Nachfrage nach Bauland für Einfamilienhäuser und die Konsequenzen in Bezug auf Flächenverbrauch, Mobilität und Versiegelung thematisiert. Aufbauend auf diese Erkenntnisse hat das METAPOLIS-Team Kontakt zu den Partnergemeinden aufgenommen. Gesucht waren Einfamilienhaussiedlungen die in den vergangenen Jahren neu gebaut wurden. In diesen Gebieten werden der Planungszustand und die Realisation untersucht.
Im Teilprojekt ESS.H2O liegt der Fokus der Analysen auf der Quantifizierung von Wasserbilanzgliedern. Aufgrund erhöhter Oberflächenversiegelung in urbanen Gebieten steigt der Oberflächenabfluss und die Infiltrationsraten sinken, was wiederum zu einer Reduktion der Grundwasserneubildung führt. Besonders bei Starkregenereignissen in verdichteten Innenstädten ist dieser Trend sicht- und erlebbar. Allerdings sind es nicht nur die Innenstadtlagen die immer stärker versiegelt werden.
Exemplarisch wird hier der Effekt der Flächenversiegelung an einem 6 ha großen Neubaugebiet untersucht. Verglichen werden die Bebauung im Planungszustand und die tatsächliche Realisierung der Bebauung. Für die Wasserbilanzrechnungen wurde für beide Bebauungszustände jeweils ein hydrologisch-hydraulisches Modell aufgesetzt. Erste Vergleiche der Versiegelungsanteile zeigen, dass in der Realisierung mehr Fläche versiegelt wird als im Planungszustand vorgesehen. Während die Flächenanteile für Wohngebäude vergleichbar sind, ist die versiegelte Fläche für Terrassen, Garagen und Auffahrten in der Realisierung größer. Das heißt anstelle der geplanten 0.4 ha für Terrassen, Garagen und Auffahrten wurden 1.1 ha mit Stellflächen, Terrassen etc. bebaut. Dies wirkt sich natürlich auf die Wasserbilanz aus. Die Erhöhung der Oberflächenversiegelung um insgesamt 10 % führt zu einer Erhöhung des Oberflächenabflusses um 8 % und einer Senkung der Infiltrationsrate um 9 %.
Momentan werden weitere Neubaugebiete ähnlicher Größe untersucht. Ein erster Vergleich der Versiegelungsanteile lässt einen ähnlichen Trend zu mehr Versiegelung erkennen, wie das hier vorgestellte Gebiet.
Kommentar. Neben den Wasserbilanzrechnungen interessierte uns: der Wassertransport durch die ungesättigte Bodenzone sowie der Transport von Schadstoffen in der Luft und die Deposition auf die Bodenoberfläche mit anschließendem Stofftransport im Boden. Zusätzlich wurde ein drittes fiktives Bebauungsszenario untersucht. Vorläufige Ergebnisse wurden auf der International Conference on Urban Drainage (ICUD) im September 2017 in Prag vorgestellt: zum ICUD Konferenzbeitrag.
Schadstoffe aus dem Verkehr –
Verkehrsmessungen in Wohngebieten
METAPOLIS Teilprojekte: ESS.H2O, ESS.KLIMA+LUFT & MOBIL
Das Thema Feinstaubbelastung ist derzeit in aller Munde. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren in die Luft, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes auf der Straßenoberfläche. Messstationen für Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 10 Mikrometer oder kleiner (PM10) werden oftmals an stark befahrenen Straßen in Innenstadtlage installiert. Doch wie verhalten sich die Emissionen an weniger stark befahrenen Strassen?
Es gibt eine Vielzahl von empirischen Modellen, die zum Beispiel versuchen die PM10 Belastung der Luft oder PM63 Ablagerungen auf Strassenoberflächen vom durchschnittlichen täglichen Verkehrsaufkommen (DTV) abzuleiten. Allerdings wird der DTV standardmäßig nur auf größeren Strassen erhoben.
Im Forschungsprojekt METAPOLIS werden verschiedene Bebauungsstrukturen analysiert. Ein Fokus liegt dabei auf Wohngebieten in Niedersachsen. Für diese Wohngebiete werden mit Verkehrsstatistikgeräten der DTV erfasst und anschließend Emissionsmodelle für PM10 bzw. PM 63 Belastung gerechnet. Die mehrwöchige Messkampagne wird in fachübergreifender Zusammenarbeit der Institute für Geoökologie, Verkehrswesen und Strömungsmechanik der Universitäten Braunschweig und Hannover durchgeführt. Zunächst werden die Messungen in Braunschweig in Wohngebieten mit vorwiegend Ein- und Mehrfamilienhäusern durchgeführt. Zusätzlich sind Untersuchungen in der Gemeinde Vechelde vorgesehen. Nach erfolgreicher Durchführung kann die Messkampagne auf andere Gemeinden ausgeweitet werden.
