Klimawandel, Überflutungsschutz und Digitalisierung

Meldungen über heftige Starkregenereignisse, die Überflutung ganzer Stadtteile und daraus resultierende Schäden bestimmen in immer kürzeren zeitlichen Abständen die Nachrichtenlage. Die Regelwerksgeber haben darauf inzwischen mit erhöhten Anforderungen an den Schutz baulicher Anlagen reagiert. Mit dem in der einschlägigen DIN-Norm geforderten Überflutungsschutznachweis sind davon insbesondere die Planung, der Bau und die Unterhaltung von Freianlagen betroffen. Der Beitrag zeigt die Risiken, Herausforderungen und Chancen dieser Entwicklung für den Landschaftsbau auf und gibt konkrete Anregungen und Handlungs-empfehlungen wie diesen erfolgversprechend zu begegnen ist.

In jüngerer Zeit ist ein häufigeres Auftreten kleinräumig besonders heftiger Starkregenereignisse zu beobachten. Meldungen über sogenannte Katastrophenregen, die innerhalb kürzester Zeit ganze Stadtgebiete unter Wasser setzten und Überflutungsschäden im dreistelligen Millionenbereich nach sich ziehen, sind inzwischen in immer kürzeren Abständen zu lesen (vgl. BBK 2015:63-64).

Die DIN 1986-100 (Gebäude- und Grundstücksentwässerung) trägt dem Rechnung, indem für Grundstücke mit mehr als 800m² befestigter Fläche, ein rechnerischer Nachweis des Überflutungsschutzes gefordert wird. Die DIN-Norm folgt hier konsequent der Philosophie der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung, dass das abfließende Regenwasser am Ort der Entstehung der Abflüsse also möglichst dezentral zu bewirtschaften (zurückzuhalten) ist.

Gefordert wird dies nicht nur für Neubauten, sondern auch für bestehende Grundstücke, bei denen im Rahmen von Um- und Erweiterungsmaßnahmen erhebliche Änderungen an der Grundstücksentwässerung vorgenommen werden. Regelanforderung ist, dass das 30-jährliche Regenereignis schadlos auf dem Grundstück zurückzuhalten ist (vgl. Rickmann et.al. 2008: S.255).

Für die Grundstücksentwässerungs-, Außenanlagen- und Hochbauplanung zieht das neue planerische Herausforderungen nach sich. Es sind oftmals Rückhaltevolumina in bisher nicht gekannter Größenordnung auf dem Grundstück nachzuweisen. Der Rückhalt soll vorrangig durch kurzzeitigen Einstau auf Hof- oder Verkehrsflächen realisiert werden.

Die Integration des Überflutungsschutzes stellt im Hinblick auf die höhenmäßige Planung, bauliche Ausführung und Pflege/Instandhaltung hohe Anforderungen an den Landschaftsbau. Eine Nicht-Beachtung dieser kann im Schadenfall Haftungsrisiken für alle im Landschaftsbau Tätigen Gewerke (Planung, Ausführung und Pflege/Instandhaltung) nach sich ziehen.

Die in der jüngsten Vergangenheit deutlich gestiegenen Schadensaufwände der Versickerungen für Sturm, Hagel und Elementarereignisse in Deutschland (vgl. GDV 2017) machen die Aktualität und Dringlichkeit für die im Bauwesen Tätigen allgemein und derer im Landschaftsbau im Besonderen deutlich.

Die Versicherer haben darauf inzwischen reagiert, indem sie sich mit Hilfe hochaufgelöster digitaler Geländemodelle und Niederschlagsabflusssimulationen ein detailgetreues Bild über Gefährdungssituationen und Schadenursachen verschaffen. Sie nutzen das einerseits um im Bestand, die spezifische Überflutungsgefährdung und das Risikopotential detailliert zu ermitteln und es zur Grundlage für die Anpassung der Versicherungsprämien heranzuziehen. Für seit 2008 erstellte Neubauten (Inkrafttreten der o. a. Überflutungsschutzanforderungen) sind sie damit auch in der Lage, festzustellen, ob die seitdem geltenden Anforderungen an den Überflutungsschutz gemäß DIN 1986-100 realisiert sind. Im Schadensfall kann so ermittelt werden, ob die an der Planung, dem Bau, der Unterhaltung, dem Betrieb und der Instandhaltung Beteiligten regelwerkskonform gehandelt haben oder ob sich die Ursachen der Schäden auf Versäumnisse einzelner Beteiligter zurückführen lassen. Da diese GIS-gestützten Systeme flächendeckend für jedes Grundstück und jede Freianlage eingesetzt werden können, muss heute jeder im Landschaftsbau Tätige damit rechnen, dass Vollzugsdefizite beim Überflutungsschutz im Neubau sowie risikoauslösende Veränderungen im Bestand etc. im Schadenfall detailliert aufgedeckt und eine Haftbarmachung von Seiten der Versicherer gegen ihn durchgesetzt wird.

Beispiel für eine nachträgliche Integration des Überflutungsschutzes

Am Beispiel eines Studentenwohnheimes der Technischen Universität (TU) Dortmund werden im Folgenden die Schäden eines Überflutungsereignisses, und die Nachrüstung des Überflutungsschutzes mit Hilfe landschaftsbaulicher Mittel aufgezeigt. In einem zweiten Schritt werden der Stand, Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit GIS-gestützter Analyse- und Planungswerkzeuge für eine erfolgreiche Integration des Überflutungsschutzes dargestellt.

In Dortmund hat es im Juli 2008 ein so genanntes Katastrophenregenereignis gegeben. Innerhalb von 2,5 Std. fielen mit 200 bis 250mm mehr als ein Viertel des Jahresniederschlags an. In der Folge wurden ganze Stadtteile, unter anderem auch weite Teile der Universität, überflutet. Neben Hochschul- und Institutsgebäuden gerieten dabei auch die Keller- und Erdgeschosse mehrerer Studentenwohnheime unter Wasser.

Der besonders heftige Starkregen hatte die Bäume nahezu vollständig entlaubt und die in den Tiefpunkten angeordneten Einläufe zugesetzt. Verschärfend kam hinzu, dass bei einem solchen Ereignis auch die unbefestigten Flächen aufgrund der Intensität des Starkregens abflusswirksam sind.

Das Studentendorf Vogelpothsweg grenzt direkt an den Campus Nord der TU Dortmund. Beim Überflutungsereignis vom 26.07.2008 lief das Wasser aus den höher gelegenen Universitätsbereichen in Richtung Studentendorf und führte dort zur Überflutung von Erd- und Kellergeschossen. Mit Hilfe landschaftsbaulicher Nachrüstmaßnahmen wurde erreicht, dass bei zukünftigen Überflutungsereignissen die Zuströme soweit möglich in Retentionsmulden zurückgehalten beziehungsweise um das Studentendorf herum geleitet werden. Im Studentendorf selber wurden die Außenanlagen so nachprofiliert, dass die Gebäude bei zukünftigen Überflutungsereignissen vor zuströmendem Wasser geschützt sind. Die hügelige Gestaltung der Außenanlagen aus den 1980er-Jahren wurde dabei aufgegriffen und so ergänzt, dass Wälle und Drempel nun die Gebäude schützen. Notwasserwege führen das Regenwasser in die neu angelegten Retentionsmulden ab. Bis zum entwässerungstechnisch relevanten fünfjährlichen Regenereignis wird das Regenwasser der Dach-, Stellplatz- und Wegeflächen sicher in den Mulden zurückgehalten und zeitnah versickert. Beim 30-jährigen Überflutungsereignis werden auch größere anströmende Wassermengen sicher in die Mulden abgeleitet und zumindest der überwiegende Teil dort zurückgehalten. Das überlaufende Regenwasser wird in Notwasserwegen, die so angeordnet sind, dass die Unterlieger nicht gefährdet werden, abgeleitet. Mit den integrierten Abkopplungs- und Überflutungsschutzmaßnahmen ist es gelungen bei insgesamt vier Studentenwohnheimen rund 15000 m² befestigte Flächen vom Mischwasserkanalnetz abzukoppeln (Rückhaltung, Versicherung und Verdunstung). Damit können rund 21.000,- Euro an Regenwassergebühren pro Jahr eingespart werden. Gleichzeitig ist Sorge dafür getragen, dass die Gebäude bei zukünftigen Überflutungsereignissen besser geschützt sind und Schäden in der bisherigen Größenordnung nicht mehr zu erwarten sind. Mit den in den dezentral angeordneten Mulden geschaffenen Rückhaltevolumina ist ein wichtiger Beitrag zur hydraulischen Entlastung des öffentlichen Kanalnetzes und zum Schutz der Unterlieger vor Überflutung geschaffen worden. Im Zuge der der Abkopplungsmaßnahmen konnten wichtige Elemente der Überflutungsschutzmaßnahmen mit realisiert werden. Mit den zukünftig jährlich eingesparten Regenwassergebühren wird ein Beitrag zur Refinanzierung der aufgewendeten Mittel erbracht. Die Kombination von Erneuerung der Außenanlagen, Regenwasserabkopplungs- und Überflutungsschutzmaßnahmen hat sich hier als richtungsweisendes Vorgehen gezeigt, mit dem zugleich neue Herausforderungen (Überflutungsschutz) bewältigt und ein Beitrag zur Reduzierung der Betriebskosten (Einsparung bei den Entwässerungsgebühren) erreicht werden.

Schlussfolgerungen

Das gehäufte Auftreten von kleinräumigen, sehr heftigen Starkregenereignissen zieht eine hohe Gefährdung für alle Liegenschaften nach sich. Im Gegensatz zur Hochwassergefahr sind davon nicht nur die in der Nähe von Gewässern gelegenen, sondern alle Liegenschaften betroffen. Die seit rund zehn Jahren bestehenden Anforderungen an den Überflutungsschutz und die Empfehlung, ihn mit Hilfe des Anstaus in ebenen, anderweitig genutzten Grundstücksflächen zu realisieren, stellt sie in den Fokus des Landschaftsbaus. Freianlagen haben heute neben den angestammten Nutzungsanforderungen immer auch dem Überflutungsschutz zu dienen.

Die tatsächliche Leistungsfähigkeit eines planmäßigen, oberflächigen Rückhaltes im Überflutungsfall reagiert auf Planabweichungen und nachträgliche Veränderungen (besonders von Höhenverläufen) im Zuge von Ausführung, Pflege, Instandhaltung sowie bei Umplanung und Erweiterung mit empfindlichen Einbußen bis hin zum Totalversagen im Überflutungsfall. Erfordert schon die frühzeitige Integration des Überflutungsschutzes in Planung und Ausführung eine höhere Sorgfalt bei der Ausbildung der Höhenprofilierung, so stößt die nachträgliche Integration oftmals an Grenzen und erfordert zum Teil massive Eingriffe in Nutzung und Gestalt von Freianlangen.

Ein leistungsfähiger Überflutungsschutz folgt dem Ansatz, die Topografie eines Grundstückes, einer Freianlage in der Weise auszubilden, dass die Wassermengen im Überflutungsfall so gelenkt werden, dass bauliche Anlagen nicht geschädigt und das anfallende Wasser oberflächig zurückgehalten wird. Unterirdische Rückhaltevolumina sind bei solchen Starkregen in der Regel nicht leistungsfähig, da schon deren Beschickung über Einläufe wegen der mitgeführten Stoffe (Laub, Sedimente etc.) im Überflutungsfall nicht gewährleistet werden kann.

Der favorisierte topografische Ansatz bei der Realisierung des Überflutungsschutzes findet sich auch bei der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung (offene Ableitung, Rückhaltung und Versickerung in offenen Mulden etc.) wieder. Die Erfahrung zeigt, dass mit einer Entwässerung über offene, oberflächig angeordnete Versickerungsanlagen bereits gut die Hälfte des im Überflutungsfalle vorzuhaltenden Rückhaltevolumens bereitgestellt wird. Darüber hinaus sind die Elemente der offenen Ableitung in Bezug auf Lage und Höhenverläufe zu großen Teilen deckungsgleich mit den Notwasserwegen des Überflutungsschutzes. Vor diesem Hintergrund bietet es sich an, Überflutungsschutz und dezentrale Regenwasserbewirtschaftung synergetisch miteinander zu verknüpfen.

Verfügbarkeit GIS-gestützter Analyse- und Planungswerkzeuge

Im Zuge erhöhter Überflutungsgefahren, lassen immer mehr Kommunen sogenannte Starkregenanalysen beziehungsweise Starkregengefahrenkarten erstellen.

Mit Hilfe von GIS-gestützten Karten können Fließwege und Überflutungsgefährdungen flächendeckend für verschiedene Niederschlagssituationen in hoher Auflösung analysiert werden. Sie werden verstärkt auf stadtgebietsweiter, quartiers- oder auch bebauungsplanbezogener Ebene eingesetzt um Überflutungsgefahren zu identifizieren und zu minimieren.

Grundlage dafür bilden hochaufgelöste digitale Geländemodelle (DGM) mit einer Mindestpunktdichte von mindestens 1/m², die mit Hilfe von Überfliegungen per Radar gewonnen werden. Einzelne Bundesländer stellen diese Daten bereits heute flächendeckend kostenfrei für jedermann zur Verfügung. Im Zuge der Umsetzung des Umweltinformationsgesetzes (UIG) und der EU-Richtlinie zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft (INSPIRE) ist mit einer bundesweiten Datenabdeckung zu rechnen. Mit Hilfe von GIS-Bearbeitungen können dabei im ersten Schritt die Fließwege (orientiert an topografischen Tiefenlinien) abgeleitet werden. Sie geben bereits erste wichtige orientierende Hinweise für die überflutungsschutztechnische Einschätzung.

Die Abbildung 9 zeigt die Akkumulation des anfallenden Niederschlagswassers im Überflutungsfall. Eine solche Simulation zeigt das Zusammenfließen, Auffüllung von Senken und das Überlaufen für jedes zeitliche Intervall differenziert auf. Es werden Fließgeschwindigkeiten und Wasserstände in Senken über den Verlauf des Regenereignisses selber für eine je nach Flächengröße, Geländegefälle und daraus resultierenden Fließzeiten als relevant festzulegende Nachlaufzeit abgebildet. Daraus können Anpassungserfordernisse bei der Höhenprofilierung von Außenanlagen, der Höhenfestlegung von Hochbauten, Tiefgarageneinfahrten, ebenerdiger (barrierefreier) Hauszugänge etc. abgeleitet und in einem weiteren Simulationsdurchlauf auf ihre Leistungsfähigkeit hin überprüft werden.

Die Verbreitung und Anwendung der mit Spezialprogrammen und breiter fachlicher Erfahrung anzuwendenden Analysen ist zur Zeit noch wenig verbreitet und bisher in ihrem Einsatz auf große Planungsvorhaben in überflutungsschutztechnisch kritischem Umfeld beschränkt. Die Herausbildung von Standardvorgehensweisen und weitere programmtechnische Innovationen zeigen aber, dass es nicht lange dauern wird, bis sich diese Techniken für alle Planungs- und Bauvorhaben durchsetzen werden. Die in fünfjährigem Intervall aktualisierten Überfliegungsdaten der Bundesländer erlauben es perspektivisch heute schon, ein hochaufgelöstes Monitoring über die nachhaltige Leistungsfähigkeit des Überflutungsschutzes flächendeckend zu erstellen.

Unabhängig von den nur mit GIS-Kenntnissen zu erstellenden Analysen stehen bereits heute hochaufgelöste Informationsportale zur Verfügung, die die GIS-Daten in aufbereiteter Form so zur Verfügung stellen, dass jedermann ohne besondere Vorkenntnisse sich die überflutungsschutzrelevanten Aspekte einer Bebauung detailliert vor Augen führen und mit Hilfe von in minutenschnelle zu erstellenden Planskizzen (Höhenlageplan, Schnitte) dokumentieren kann. Das Land Nordrhein-Westfalen stellt in seinem Informationsportal ELWAS (Elektronisches wasserwirtschaftliches Verbundsystem für die Wasserwirtschaftsverwaltung in NRW) ein grafisch aufbereitetes DGM als plastisches Reliefbild zur Verfügung, mit Hilfe dessen die Topographie jeder Fläche erfasst und überflutungsschutztechnisch eingeordnet und grob analysiert werden kann.

Im Folgenden wird die überflutungstechnische Sanierung zweier Gebäudeinnenhöfe des oben angeführten Studentenwohnheimes mit Hilfe landschaftsbaulicher Mittel dargestellt. Mit Hilfe der minimalinvasiver topografischer Eingriffe in die ursprünglich hügelige Freiflächengestaltung aus den 1980er-Jahren werden die Innenhöfe vor zuströmendem Wasser beim Überflutungsereignis wirkungsvoll geschützt. Kleine Wallschüttungen und die Ausbildung eines Drempels im Bereich der Zuwegung sorgen dafür, dass das Wasser im Überflutungsfall nicht mehr in die Innenhöfe hineinläuft und dort Keller- und Erdgeschosse überflutet, sondern auf dem Hauptweg verbleibt und an den Innenhöfen vorbeistreicht. Die höhenmäßigen Eingriffe in die Topographie beschränken sich dabei auf Größenordnungen von 20 bis 30 cm. Eine durchgängige und zentimetergenaue konsequente bauliche Umsetzung ist für das Erreichen des Überflutungsschutzes hier von zentraler Bedeutung. Mit Hilfe der Erstellung von Geländeschnitten mit ELWAS lassen sich die Höhenverläufe im relevanten Bereich zentimetergenau online überprüfen.

Das Beispiel macht deutlich, dass die Leistungsfähigkeit von Freianlagen in Bezug auf den Überflutungsschutz schon heute von jedem interessierten Laien, Juristen, Bausachverständigen, Schadensgutachter oder Versicherer an jeden internetfähigen PC in wenigen Minuten überprüft und Defizite aufgedeckt werden können. Vor dem Hintergrund hoher vermuteter Vollzugsdefizite beim Überflutungsschutz im Neubau (bspw. bei der baulichen Umsetzung des nach DIN 1986-100 für große Grundstücke geforderten Überflutungsschutznachweises) wird deutlich, dass sich hier erhebliche Haftungsrisiken auftun.

Fazit und Ausblick

Ähnlich wie bei Einführung der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung vor gut 20 Jahren, sieht sich der Landschaftsbau heute neu herausgefordert, die eigenen Bauwerke qualitativ über die geforderten Primärnutzungen als Teil einer integrierten Wasserinfrastruktur weiter zu entwickeln. Damit eröffnet sich zugleich die Chance infrastrukturelle Leistungen neu zu akquirieren, die nach bisherigem Verständnis im Zugriffsbereich des Tiefbaus liegen und von diesem für sich reklamiert werden. Noch mehr als bei der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung zeigen landschaftsbauliche gegenüber tiefbaulichen Lösungen weitreichende ökonomische, ökologische und betriebliche Vorteile auf. Zudem lassen sich Überflutungsschutz und Dezentrale Regenwasserbewirtschaftung synergetisch verknüpfen und so der Stellenwert des Landschaftsbaus bei Auftraggebern, Aufsichtsbehörden und der Wasserwirtschaft festigen und weiter entwickeln. Dieser Prozess ist jedoch kein Selbstläufer, sondern bedarf aktiver Lobbyarbeit durch die grüne Branche und einer Qualifizierung auf allen Ebenen. Erforderlich ist hier eine generelle Erweiterung des Begriffs von landschaftsbaulichen Freianalagen als zentralem Element einer wassersensiblen Stadt- und Freiraumgestaltung.

Nur wenn die Handelnden im Landschaftsbau die aktuellen Herausforderungen wie:

• Veränderte Starkregengefahren
• Aktuelle Überflutungsschutzanforderungen und
• verfügbare Techniken zur überflutungsschutzbezogenen Analyse, Optimierung und Monitoring

kennen, können zukünftige Haftungsrisiken minimiert und das Marktpotenzial für klimawandelangepasste, betrieblich, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Lösungen des Landschaftsbaus realisiert werden. Auch im aktuellen, digital geprägten Innovationsprozess im Bauwesen (Building-Information-Management, BIM) können sodas Profil des Landschaftsbaus geschärft und die Stärken herausgestellt werden.

Literatur

BBK (Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe) 2015: Die unterschätzten Risiken "Starkregen" und "Sturzfluten". Ein Handbuch für Bürger und Kommunen. Bonn.

Heinrichs, F. J., Rickmann, B., Sondergeld, K. D., Störrlein, K. H. 2008: Kommentar Gebäude- und Grundstücksentwässerung, Planung und Ausführung, DIN 1986-100 und DIN EN 12056-4, 4.Auflage. Berlin.

GDV (Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft) 2015: Naturgefahrenreport 2015. Die Schaden-Chronik der deutschen Versicherer in Zahlen, Stimmen und Ereignissen. Berlin.

DWA (Deutsche Gesellschaft für Wasser- und Abfallwirtschaft) 206: DWA Arbeitsblatt-A 118 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen, S.14. Hennef. KOSTRA 2000.

UIG ("Umweltinformationsgesetz in der Fassung der Bekanntmachung vom 27. Oktober 2014 (BGBl. I S. 1643), das zuletzt durch Artikel 2 Absatz 17 des Gesetzes vom 20. Juli 2017 (BGBl. I S. 2808) geändert worden ist"), Abgerufen von:

www.gesetze-im-internet.de/uig_2005/BJNR 370410004.html (zugegriffen am 09.07.2018, zuletzt aktualisiert 20.07.2017).

INSPIRE (Richtlinie 2007/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 14. März 2007 zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft "INSPIRE", Abgerufen von: eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2007:108:0001:0014:de:PDF (zugegriffen am 09.07.2018, zuletzt aktualisiert 2007).

ELWAS (Elektronisches wasserwirtschaftliches Verbundsystem für die Wasserwirtschaftsverwaltung in NRW) Abgerufen von: www.elwasweb.nrw.de/elwas-web/index.jsf (zugegriffen am 09.07.2018, zuletzt aktualisiert 11.06.2018).