Baumrigolen als Schwammstadtelemente

Mit dem Klimawandel stehen Städte vor großen Herausforderungen: Sie müssen ihre Bewohnerinnen und Bewohner, aber auch Gebäude und Infrastruktur besser vor Hitze und Starkregen schützen. Ein Schlüssel dafür ist ein neuer Umgang mit Regenwasser. Bisher wurde Regenwasser meist schnell in die Kanalisation geleitet und in Kläranlagen behandelt. Doch die immer häufiger auftretenden Starkregenereignisse überlasten diese Systeme. Das führt dazu, dass verschmutztes Wasser in Flüsse und Bäche gelangt. Die zunehmende Versiegelung von Flächen – also Asphalt und Beton statt Grün – verschärft das Problem zusätzlich. Zukünftig sollte Regenwasser deshalb stärker direkt vor Ort aufgefangen und genutzt werden.

Eine Lösung bieten sogenannte blau-grüne Infrastrukturen. Sie verbinden die Speicherung von Regenwasser mit grünen Elementen wie Bäumen oder bepflanzten Flächen. Im Straßenraum bedeutet das zum Beispiel: Regenwasser wird nicht einfach abgeleitet, sondern in speziellen Speichersystemen gesammelt, die gleichzeitig mit einem Baumstandort verbunden sind. Solche Anlagen nennt man Baumrigolen, oder auch optimierte Straßenbaumstandorte. Sie speichern Regenwasser im Untergrund, reinigen es auf natürliche Weise durch den Boden und stellen es den Bäumen in Trockenzeiten zur Verfügung.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Bäume werden in Dürreperioden besser mit Wasser versorgt, kühlen durch Verdunstung die Umgebung und helfen, Überschwemmungen bei Starkregen zu verhindern. Allerdings gibt es auch Herausforderungen. Zu viel Wasser kann die Wurzeln schädigen, zu wenig Wasser kann besonders für junge Bäume problematisch sein. Technische Lösungen wie Kapillarsäulen, die das Wasser gezielt an die Wurzeln leiten, können hier helfen. Ebenso wichtig ist es, geeignete Baumarten auszuwählen, die mit unterschiedlichen Wassermengen sowie feuchten Böden und Salzlasten gut umgehen können.

Die Stadt Leipzig hat sich der Herausforderungen gestellt und verfolgt über ihr Lenkungsnetzwerk Wassersensible Stadtentwicklung unter Mitwirkung kommunaler Akteure der Stadtentwicklung, Bauplanung und Siedlungswasserwirtschaft das Ziel eines stadtweiten nachhaltigen Niederschlagswassermanagements. Beispielgebende städtebauliche Projekte sind die gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) im Rahmen des BMBF-finanzierten Forschungsprojekts Leipziger BlauGrün geplante Entwicklung des ehemaligen Eutritzscher Freiladebahnhofs als abflussloses Quartier oder das entstehende Löwitz-Quartier mit Retentionsdächern, bepflanzten Verdunstungsbeeten, Baumrigolen und vertieften Grünflächen.

Im Leipziger Stadtteil Gohlis wurden im Jahr 2020 im Zuge des grundhaften Ausbaus einer Wohnstraße drei Baumrigolen unterschiedlicher Bauweise eingebaut. Das Besondere daran: Es waren die ersten Systeme dieser Art im öffentlichen Straßenraum in ganz Deutschland. Das UFZ hat die Standorte mit Sensoren ausgestattet und über vier Jahre hinweg genau beobachtet. Dabei wurden nicht nur wasserbezogene Daten wie die Speicherung und Versickerung des Regenwassers erfasst, sondern auch die Entwicklung der Bäume und die Belastung des Bodens mit Schadstoffen untersucht. So entstand ein umfassendes Bild darüber, wie solche Anlagen in der Praxis funktionieren.

In diesem Artikel werden der Aufbau der Leipziger Baumrigolen sowie das Monitoringprogramm vorgestellt. Außerdem werden die wichtigsten Erfahrungen aus vier Jahren Betrieb zusammengefasst – mit Blick auf die Chancen, aber auch die Herausforderungen, die beim Einsatz dieser innovativen Systeme im Straßenraum auftreten können.

Aufbau der Baumrigolen

Die drei Baumrigolen befinden sich entlang der Kasseler Straße in Leipzig-Gohlis (Abb. 1). Sie wurden 2020 gebaut und Ende November desselben Jahres mit Winterlinden (Tilia cordata "Greenspire") bepflanzt. Bei der Planung wurde die Stadt von der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbH unterstützt.

Jede Baumrigole ist etwa 7 Meter lang und 2,3 Meter breit. Über Öffnungen in den Bordsteinen sowie durch seitliches Zufließen gelangt Regenwasser von der Straße, den Parkplätzen und Gehwegen direkt in die Rigolen. Je nach Standort beträgt das Einzugsgebiet rund 215 bis 300 Quadratmeter. Die Baumrigolen sind schematisch in Abbildung 2 dargestellt.

In allen drei Rigolen wurden Alleebäume mit einem Stammumfang von 20 bis 25 Zentimeter gepflanzt. Darunter unterscheiden sich die Bauweisen jedoch deutlich:

Das Design der Baumrigole BR1 (Abb. 2b und 3a) zielt vorrangig auf eine effiziente Wasserspeicherung ab. Das Kernstück des Systems bildet eine wasserdichte Tonwanne im unteren Bereich, die als Reservoir für Regenwasser dient. Zum Schutz vor Staunässe und Überlauf verfügt die Wanne über ein Abflussrohr mit integrierter Rückschlagklappe. Eine lehmige Kapillarsäule stellt sicher, dass in Trockenphasen gespeichertes Wasser kapillar zu den Baumwurzeln geleitet wird.

Über dem Reservoir sind Schichten aus Kies, Baumsubstrat (FLL Pflanzgrubenbauweise 2) und Mutterboden aufgebaut. Die Begrünung der Oberfläche wurde nachträglich angepasst – anstelle der ursprünglichen Rasenfläche wurde eine vorkultivierte Pflanzmatte installiert. Diese enthielt eine reiche Mischung verschiedener Staudenarten (Abb. 4), namentlich: Blauroter Steinsame (Buglossoides purpurcaeruleum), Maiglöckchen (Convallaria majalis), Punktierter Gilbweiderich (Lysimachia punctata), Schwefelfarbige Elfenblume (Epimedium x versicolor), drei Sorten von Taglilien (Hemerocallis sp.) mit früher, mittlerer und später Blüte in verschiedenen Farbtönen, Zypressen-Wolfsmilch (Euphorbia cyparissiens), Kriechendes Gipskraut (Gypsophila repens), Herzblättrige Bergenie (Bergenia cordifolia), Kaukasus-Storchschnabel (Geranium renardii), Holland-Lauch (Allium hollandicum) und Goldkrokus (Crocus flavus).

Für die Baumrigole BR2 (Abb. 2a und 3b) wurde ein vereinfachtes Konzept gewählt, um die Versickerung zu optimieren. Sie unterscheidet sich von anderen Modellen, da sie ohne Wasserspeicher, Kapillarsäule und Abflussrohr auskommt. Die Schichten setzen sich stattdessen primär aus verschiedenen Kiessorten, speziellem Baumsubstrat und Mutterboden zusammen, was eine hervorragende Infiltration gewährleisten soll.

Die Baumrigole BR3 (Abb. 2b und 3c) teilt viele konstruktive Merkmale mit der BR1. Sie unterscheidet sich jedoch in der Ausführung der Abdichtung, bei der anstelle einer massiven Tonwanne eine Bentonitschicht zum Einsatz kommt. Auch hier wird die Wasserspeicherung mit einer kapillaren Förderung kombiniert, um eine kontinuierliche Wasserversorgung der Bäume zu gewährleisten.

Die drei Baumrigolen-Systeme wurden entwickelt, um auch bei heftigem Niederschlag, wie er statistisch nur alle fünf Jahre auftritt, zuverlässig zu funktionieren. Sie sind so konstruiert, dass sie zu einer Entlastung des Kanalnetzes bei Starkregenereignissen beitragen. Die integrierten Kiesschichten spielen dabei eine entscheidende Rolle: Sie schaffen einen temporären Speicherraum für das Regenwasser. Auf diese Weise wird die Fließgeschwindigkeit verringert und das Wasser kann kontrolliert in den Boden versickern oder den Bäumen als Reserve dienen. Dieser Ansatz verhindert nicht nur Überflutungen, sondern unterstützt auch das Wachstum der Bäume durch eine verbesserte Wasserversorgung.

Monitoring

Die Baumrigolen wurden von der Stadt Leipzig, Mobilitäts- und Tiefbauamt (MTA), in Auftrag gegeben und betrieben. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) nutzte dieses Projekt, um die Leistungsfähigkeit der Baumrigolen wissenschaftlich zu überwachen. Für die Studie wurde eine Referenzfläche eingerichtet – eine herkömmliche Baumscheibe BS2 (3,3 m x 2 m x 1,2 m, Abb. 3d), die mit der gleichen Baumart und dem Baumsubstrat FLL Pflanzgrubenbauweise 1 ausgestattet ist.

Eins der wichtigsten Ziele des Monitorings war es, die Retention des ankommenden Regenwassers und der Straßen- und Fußwegabläufe zu untersuchen. Hierfür wurde in einem vertikalen Rohr zur Belüftung der unteren Schichten ein Füllstandssensor installiert, der den Wasserstand im Speicherraum (bei BR1 und BR3) oder im unteren Bereich (bei BR2) misst. Zusätzlich wurden jede Baumrigole und die Referenz mit je fünf Bodenfeuchte-Sensoren ausgestattet. Drei davon wurden in unterschiedlichen Tiefen direkt unter dem Baum angebracht – teilweise also direkt in den Kapillarsäulen bei BR1 und BR3. Die beiden anderen Sensoren befinden sich in gleicher Höhe wie der oberste Messpunkt unter dem Baum, jedoch in unterschiedlichem Abstand zum Stamm. Menge und Intensität des Niederschlags werden mit Hilfe eines Regensensors gemessen, der in einem Privatgarten an der Kasseler Straße installiert wurde.

Von großer Bedeutung ist es, den Einfluss der unterschiedlichen Wasserverfügbarkeiten in den Retentionssystemen im Vergleich zu herkömmlichen Baumscheiben auf die Bäume selbst zu untersuchen. Aus diesem Grund wird die Vitalität der Winterlinden seit ihrer Pflanzung im Jahr 2020 kontinuierlich evaluiert. Die morphologischen Parameter Brusthöhendurchmesser, mittlerer Kronenradius und Baumhöhe werden zweimal pro Jahr erfasst. Des Weiteren werden die Baumkronen seit der Pflanzung in jeder Vegetationsperiode mit einem Smartphone fotografisch dokumentiert. Die Abbildung 5 zeigt beispielhaft die Entwicklung des Brusthöhendurchmessers. Der Stammzuwachs der Bäume in den wasserspeichernden Baumrigolen ist vergleichbar mit oder leicht geringer als der der meisten Linden in den herkömmlichen Baumscheiben. Im Gegensatz dazu wächst der Stamm des Baumes in der Baumrigole BR2 im gesamten Beobachtungszeitraum nur minimal. Die Ursache für dieses schwache Wachstum wird im Kapitel "Erfahrungen aus vier Jahren Betrieb" genauer beleuchtet. Es ist anzumerken, dass die Baumscheibe BS4, die den zweitbesten Zuwachs aufwies, im Jahr 2024 abstarb und ersetzt werden musste.

Die Versickerung von Oberflächenwasser aus Straßen, Gehwegen und Gebäuden in Baumrigolen führt zu einem Eintrag städtischer Schadstoffe wie verkehrsbedingte Chemikalien (z. B. aus Abgasen und Reifenabrieb) sowie Bioziden aus Fassaden. Ähnlich wie natürliche Böden wirken auch die Systeme der Baumrigolen als Barriere gegen das Eindringen dieser Schadstoffe ins Grundwasser. Diese Filterfunktion beruht auf physikalischer Filtration, Sorption und mikrobiellen Abbauprozessen. Da Langzeiterfahrungen zu diesem Thema fehlen, bieten die Baumrigolen in der Kasseler Straße eine ideale Gelegenheit, das Verhalten und die mögliche Anreicherung von Schadstoffen, insbesondere Schwermetallen und persistenten organischen Schadstoffen, zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden Bodenproben entnommen und auf polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die typischerweise aus Verbrennungsabgasen stammen, sowie weitere Chemikalien aus Reifenabrieb untersucht. Zusätzlich wurden Fasermatten mit Aktivkohle als passive Probenehmer in den Systemen platziert, um die Schadstoffkonzentrationen in den verschiedenen Schichten langfristig zu vergleichen und so umfassendere Daten zu erhalten als durch Einzelproben.

Die Analyse von Benzo[a]pyren als Vertreter der PAK (Abb. 6) belegt, dass eine langfristige Akkumulation von Schadstoffen im Bodenmaterial stattfinden kann. Dies ist besonders kritisch für Infrastrukturen, die den Straßenabfluss ausgedehnter Einzugsgebiete verarbeiten. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, das Design von Baumrigolen anzupassen, um ein Auswaschen von angereicherten Schadstoffen in das Grundwasser sowie in Oberflächengewässer zu verhindern. Weitere Forschungen hierzu sind im Gange.

Erfahrungen aus vier Jahren Betrieb

Da es sich bei den Baumrigolen in der Kasseler Straße um die ersten ihrer Art im öffentlichen Raum Deutschlands handelte, wurden beim Bau und der Betriebsüberwachung wertvolle Erfahrungen gesammelt. Die dabei aufgetretenen Herausforderungen und die daraus gewonnenen Erkenntnisse sind entscheidend für die weitere Einführung von optimierten Straßenbaumstandorte. Dieses Kapitel fasst sie zusammen.

1. Wasserzufluss: Die Entwicklung der Wasserstände in den drei Baumrigolen wurde seit Beginn der Messungen überwacht und ist in Abbildung 7 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede:

• BR1 (mit Retention): Der Wasserstand blieb stabil und stieg bei Regenereignissen deutlich an.
• BR2 (ohne Retention): Die Wasserstände zeigten nur kurzlebige, kleine Spitzen während der Regenereignisse, die schnell wieder abklangen.
• BR3 (mit Bentonit): Hier sank der Wasserstand über die Zeit, was darauf hindeutet, dass die Fugen im Wasserspeicherraum während des Baus nicht vollständig abgedichtet wurden. Dies reduzierte die Wasserspeicherfähigkeit.

In BR1 und BR3 stieg der Wasserstand bei starkem Regen mehrmals auf über einen Meter an, was wahrscheinlich zu einem Überlauf in die Kanalisation führte.

Fazit: Die Messungen zeigten auch, dass der Wasserstand bei manueller Reinigung der straßenseitigen Zulauflöcher schnell anstieg. Die Zuläufe neigen dazu, durch Laub und Schmutz zu verstopfen, was den Wasserfluss bei kleineren Regenfällen behindert (Abb. 8). Für zukünftige Projekte müssen daher Lösungen für eine zuverlässige Wasserzufuhr gefunden werden. Eine mögliche Verbesserung wäre der Einsatz von Bordsteinkanten mit breiteren Öffnungen (ca. 17 cm), um den ungehinderten Wassereintritt in die Baumrigolen zu gewährleisten.

2. Baumängel: Zusätzlich zu den funktionalen Problemen der Straßenzuläufe wurden im laufenden Betrieb der Baumrigolen auch Konstruktionsmängel identifiziert.

• BR2: Versickerungstests aus dem Jahr 2021 ergaben eine extrem langsame Wasserversickerung von nur 0,58 Zentimeter pro Stunde, verglichen mit 9,41 Zentimeter pro Stunde bei BR1 und 6,14 Zentimeter pro Stunde bei BR3. Ein Baugrundgutachten bestätigte, dass dies auf eine übermäßige Verdichtung der unteren Schichten zurückzuführen ist. In der oberen Schicht wurde hingegen eine deutlich bessere Versickerung festgestellt. Die schlechte Infiltration im unteren Bereich führte zu Wasserstau in der oberen Schicht, was auch die durchschnittlichen Messwerte der Bodenfeuchtesensoren bestätigen: 25,9 ± 0,5 Prozent in der Tiefe gegenüber 12,8 ± 0,5 Prozent direkt unter dem Baum. Die Winterlinde litt sichtlich unter Staunässe, was sich im geringsten Stammdurchmesser aller Bäume widerspiegelt (Abb. 5). Allerdings ist der Baum trotz offensichtlich wesentlich erschwerter Umstände immer noch vital.
• BR3: Offenbar wurde die Abdichtung der Bentonitschicht nicht ordnungsgemäß geprüft, was eine signifikante Reduzierung der Wasserspeicherkapazität zur Folge hatte (Abb. 7).

Fazit: Die Erkenntnis daraus ist, dass die vegetationstechnischen Anforderungen und die Wasserdurchlässigkeit im Bau gezielter überwacht werden sollten. Klassische Straßenbaumaßnahmen mit hoher Bodenverdichtung sind oft nicht mit den Anforderungen blau-grüner Infrastrukturen vereinbar.

3. Charakter der Grube: Die fehlenden Bordsteine zwischen Gehweg und Baumrigolen wurden anfangs von Anwohnern als Unfallrisiko wahrgenommen. Um dies zu lösen und gleichzeitig den Missbrauch als Fahrradständer oder Müllablage (Abb. 9a) zu verhindern, wäre eine dichtere Bepflanzung mit Sträuchern eine effektive Maßnahme. Die bisher verwendeten Vegetationsmatten erwiesen sich als wenig geeignet, da die Pflanzen nicht ausreichend in die Tiefe wurzelten. Darüber hinaus zeigt sich zunehmend ein Problem mit Baumsämlingen ab (Abb. 9b). Eine weitere Möglichkeit, die Sicherheit zu erhöhen und Verunreinigungen zu vermeiden, wäre eine wahrnehmbare gehwegseitige Aufkantung oder die Abdeckung der Rigolen mit Gittern, Platten oder Deckeln.

4. Kosten: Die Baumrigolen in der Kasseler Straße wurden als Prototypen konzipiert. Ihre Baukosten beliefen sich auf jeweils etwa 40.000 Euro (exklusive Sensorik), was die hohen Entwicklungskosten reflektiert. Spätere, optimierte Modelle wurden deutlich günstiger realisiert.

5. Kommunikation: Die Erfahrungen in der Kasseler Straße zeigen, dass die Kommunikation zwischen den Beteiligten bereits in der Bauphase entscheidend ist. Die übliche starke Verdichtung des Untergrunds, die im Straßenbau Standard ist, beeinträchtigte im Fall von BR2 die gewünschte Versickerung. Zudem war es eine Herausforderung, die Zuständigkeiten für die Wartung und Instandhaltung der Baumrigolen festzulegen. Da die Systeme sowohl grün- als auch wasserwirtschaftliche Aufgaben erfüllen, müssen die bestehenden Regelungen entsprechend weiterentwickelt werden. Damit wird die Voraussetzung geschaffen, blau-grüne Elemente problemloser in Verkehrsflächen einzuordnen und die Zuständigkeiten klar zu regeln.

6. Schlussfolgerungen

Pilotprojekte wie die Baumrigolen in der Kasseler Straße sind für eine zukunftsweisende Stadtentwicklung unerlässlich. Sie ermöglichen es, den Umgang mit Regenwasser durch blau-grüne Infrastruktur in der Praxis zu erlernen. Dieser Artikel beleuchtet die Chancen und Herausforderungen, die bei der Integration solcher neuen Systeme in bestehende Straßenräume auftreten. Die gesammelten Erfahrungen zeigen, dass das Design der Wassereinlaufsysteme optimiert werden muss, um eine vollständige Aufnahme des Straßenwassers zu gewährleisten. Im Bauprozess ist eine sorgfältige Qualitätskontrolle entscheidend: Die Dichtheit der Rückhalteräume sollte vor dem Verfüllen überprüft werden und das Baumsubstrat nicht übermäßig verdichtet werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Bepflanzung. Eine dichte Vegetation, die den gesamten Bereich der Baumrigolen optisch ausfüllt, trägt nicht nur zur Funktion, sondern auch zur Akzeptanz bei Anwohnern bei.

Die Ergebnisse dieses Monitorings fließen direkt in die Planung zukünftiger Anlagen ein. Geplante neue Pilotprojekte in Leipzig sollen die Funktion der Baumrigolen mit der städtischen Baumbewässerung kombinieren, um auf Verkehrsflächen anfallendes Niederschlagswasser noch effizienter zurückhalten zu können.

Dieser Artikel ist eine Zusammenfassung eines wissenschaftlichen Artikels mit dem Titel "Tree Infiltration Trenches in the City of Leipzig – Experiences from Four Years of Operation", der in der Zeitschrift "Land" veröffentlicht wurde und unter diesem Link frei zugänglich ist: https://www.mdpi.com/2073-445X/14/7/1315.