63 4 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Städtische Ressourcen Anforderungen und Möglichkeiten Das letzte Jahrzehnt ist durch eine Folge von Hitzerekorden und Trockenphasen gekennzeichnet. Aktuelle klimatische Entwicklungen beeinträchtigen das Leben in urbanen Räumen. Neben Starkregen mit Intensitäten, die zur temporären hydraulischen Überlastung der Entwässerungssysteme führen (urbane Sturzfluten), stellen Hitzeperioden und Trockenheit eine Herausforderung dar. Von asphaltierten und betonierten Flächen wird Niederschlagswasser innerhalb kürzester Zeit in die Kanalisation eingeleitet. Asphalt und Beton speichern zudem tagsüber die Hitze und geben diese in der Nacht wieder ab. Es kommt zum sogenannten Urban-Heat- Island-Effekt (urbane Hitzeinseln). Insbesondere in den Nachtstunden führen erhöhte Temperaturen zu Hitzebelastungen der Bevölkerung. Vor allem in Innenstädten ist häufig jede verfügbare Fläche befestigt und bebaut. Verdunstung und Versickerung, die den natürlichen Wasserhaushalt prägen, finden kaum noch statt. Der klimabedingte Trend lässt sich nicht mehr aufhalten, sondern bestenfalls abschwächen. Doch zumindest die Auswirkungen extremer Wetterbedingungen lassen sich durch Konzepte zur wassersensitiven Stadtentwicklung mindern [1]. Ziel ist es, urbane Räume resilient gegenüber Hitze und Starkregen zu gestalten. Durch Entsiegelung und Bepflanzung müssen natürliche Wasserhaushaltsprozesse unterstützt werden. Dazu bieten sich folgende Möglichkeiten an: Bild 1: Mehrstöckiges vertikal und horizontal begrüntes Gebäude in München, Aika Schluchtmann. © Grüning Pro und Contra urbanes Grün Verdunstung, Versickerung, urbaner Wasserhaushalt, Bewässerung, Stadtklima, Überflutung, Stadtentwässerung Helmut Grüning Grün in urbanen Räumen zeichnet sich durch ästhetische und ökologische Wirkungen aus. Um urbanes Grün langfristig auch in stark verdichteten Räumen etablieren zu können, müssen Anforderungen der unterschiedlichen Infrastrukturen mit den Lebensbedingungen der Pflanzen in Einklang gebracht werden. Den zahlreichen positiven Wirkungen stehen jedoch auch störende Einflüsse gegenüber, die bereits im Planungsprozess urbaner Räume zu berücksichtigen sind. Durch die Auswahl angepasster Arten und geeigneter Standorte sowie dauerhafter Pflegekonzepte können störende Effekte vermieden oder zumindest reduziert werden. Hier ist die Kooperation unterschiedlicher Fachdisziplinen gefordert. Dazu zählen unter anderem Akteure aus den Bereichen Landschaftsarchitektur und Stadtplanung, Verkehrsplanung und Wasserwirtschaft. In diesem Beitrag sollen Aspekte zur Etablierung von urbanem Grün, in erster Linie aus wasserwirtschaftlicher Sicht thematisiert werden. Bild 3: Stadtgarten Essen als Beispiel für die Integration von Grünflächen in dicht besiedelten Räumen. © Johannes Kassenberg Bild 2: Beispiel für eine extensive und intensive Begrünung von Dächern. © BuGG 64 4 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Städtische Ressourcen  Begrünung von Dächern und Fassaden (horizontales und vertikales Gebäudegrün). Ein gelungenes Beispiel für ein horizontal und vertikal begrüntes Gebäude zeigt Bild 1. Dargestellt ist der Entwurf eines 16-stöckigen Gebäudes in München.  Bepflanzte Grünstreifen und abwechslungsreich gestaltete Gärten. Zunehmenden Zuspruch findet auch urbane Agrikultur, beispielsweise auf Dächern (Bild 2). Die Vorzüge dieser Konzepte begrenzen sich dabei nicht nur auf die direkte Produktion von Lebensmitteln in städtischen Ballungsgebieten.  Stadtbäume, beispielsweise als Straßenbegleitgrün, prägen das städtische Umfeld und zeichnen sich darüber hinaus durch ein umfassendes positives Wirkspektrum aus.  Parkanlagen und Stadtwälder haben nicht nur rein ökologische Vorteile. Hochwertige und attraktive Grünflächen steigern die Lebens- und Wohnqualität und werten den Standort auf. Bild- 3 zeigt exemplarisch den Stadtgarten im Innenstadtbereich der Stadt Essen. Für das Stadtklima optimal sind viele über den städtischen Raum verteilte miteinander vernetzte Grünbereiche.  Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser sowohl auf Privatgrundstücken als auch im öffentlichen Raum sind zunehmend Bestandteil von Regenwassermanagementkonzepten. Dabei handelt es sich beispielsweise um als Mulden ausgebildete Rasen- oder Wiesenflächen. Pro urbanes Grün Zahlreiche positive Aspekte sprechen für die Etablierung von urbanem Grün. Aus dem Katalog der positiven Wirkungen, vor allem von Stadtbäumen, werden hier einige Beispiele aufgeführt. Optik und Wohlbefinden: Attraktive Grünflächen im urbanen Raum ermöglichen Naturerleben und Erholung. Wie beispielsweise Breuste [2] oder Dickhaut und Eschenbach [3] anschaulich beschreiben, tragen urbanes Grün und vor allem Bäume in der Stadt zum Wohlbefinden der Bevölkerung bei. Viele Menschen fühlen sich mit Bäumen in einer Straße oder auf einem Platz wohler und identifizieren sich gleichzeitig stärker mit der Umgebung. Bäume mit ihren unterschiedlichen Farbnuancen und Strukturen (Größe, Kronen- und Blattform) werten Stadtquartiere und Straßenräume auf. Kühleffekte: Vorzugsweise Bäume wirken als Schattenspender, steigern die Luftfeuchtigkeit und kühlen durch Transpiration an heißen Tagen. Zwischen innerstädtischen Räumen und der ländlichen Umgebung werden Temperaturunterschiede von mehreren Grad Celsius gemessen. Wie Rahman et al. [4] nachweisen, kann die Kühlleistung einer Linde bis zu 2,3 kW betragen. Diese Kühlleistung resultiert aus verschiedenen Vorgängen. Dazu zählt der Schatten, den die dichten Baumkronen spenden oder das Reflektieren der kurzwelligen Sonnenstrahlen von den Blattoberflächen. Außerdem verwenden Grünpflanzen einen großen Prozentsatz der abgefangenen Strahlung, um Wasser aus den Spaltöffnungen ihrer Blätter zu verdampfen (Transpiration). Dadurch wird das lokale Klima positiv beeinflusst. Die kühlende Wirkung von innerstädtischen Grünanlagen wie Stadtparks, die auch als „Park-Kälteinseln“ (engl. park cool island) bezeichnet werden, reicht mehrere Hundert Meter in das urbane Umfeld hinein. Die Lufttemperaturdifferenz zur Bebauung kann bei mittleren bis großen innerstädtischen Parkanlagen etwa 1,5 bis 4,5 °C ausmachen [5]. Luftreinhaltung und Sauerstoffproduktion: Pflanzen nutzen Sonnenstrahlen zur Photosynthese und wandeln dabei Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff um. Die CO 2 -Bindung und die Sauerstoffproduktion eines Baumes pro Tag hängt von seiner Größe und der Anzahl seiner Blätter ab. Darüber hinaus können Pflanzen über die Blattoberfläche Schadstoffe und Stäube aus der Luft filtern. Der reduzierende Beitrag, den urbanes Grün im Vergleich zur Schadstoffproduktion in den Städten leisten kann ist wertvoll, allerdings vergleichsweise gering [6, 7]. Überflutungsvorsorge und Wasserhaushalt: Die Wirkung von Gründächern und Versickerungsanlagen in innerstädtischen Räumen reicht nicht aus, um Bilder 4a und b: Beispiele strukturarm gestalteter Vorgärten. © Grüning 65 4 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Städtische Ressourcen Überflutungen auszuschließen. Das Überflutungsrisiko kann durch diese naturnahen Systeme aber gesenkt werden. So können einzelne Gründächer das Überflutungsrisiko bei einem Starkregen nur eingeschränkt beeinflussen. Die Dachbegrünung erfolgt aber auch nicht primär, um kurzfristig Abflüsse bei intensivem Starkregen zurückzuhalten, sondern um den lokalen Wasserhaushalt im urbanen Raum zu unterstützen. In Abhängigkeit von Aufbau und Art der Dachbegrünung (extensiv oder intensiv) können 40 bis 80- % des Jahresniederschlages zurückgehalten werden. Ein wesentliches Ziel der Maßnahmen zur wassersensitiven Stadtentwicklung ist es, das Wasser durch geeignete Speichermaßnahmen im urbanen Raum zu halten und nicht unmittelbar in die Kanalisation abzuleiten. Auch konventionelle Entwässerungssysteme werden nicht für die Ableitung extremer und sehr seltener Starkregen bemessen. Das wäre sehr aufwändig und teuer. Die Bemessung der Kanalisation ist letztlich ein Kompromiss zwischen der technisch/ wirtschaftlichen Machbarkeit und einer Risikoabschätzung. Biodiversität: Abwechslungsreich gestaltete Grünbereiche bieten Lebensräume für Insekten, Vögel und andere Tierarten und leisten damit einen wertvollen Beitrag zur Artenvielfalt. Manche urbane Räume zeichnen sich stellenweise sogar durch eine hohe Artenvielfalt der Flora und Fauna aus [8]. Im Gegensatz dazu geht in den durch Monokulturen geprägten ländlichen Räumen die Artenvielfalt dramatisch zurück [9]. Leider ist in den Städten zunehmend ein Trend zu Schotter- oder Steingärten zu beobachten, verbunden mit der Erwartung eines reduzierten Pflegeaufwandes (Bild- 4). Hier steuern zahlreiche Kommunen inzwischen durch Vorgaben in den Bebauungsplänen gegen. Auch in den Landesbauordnungen verschiedener Bundesländer wird für unbebaute oder nicht anderweitig zulässig genutzte Flächen eine wasserdurchlässige Gestaltung und Begrünung gefordert. Contra urbanes Grün Bei der Diskussion nachteiliger Effekte von urbanem Grün sollen die positiven Wirkungen keinesfalls relativiert werden. Jedoch besteht die Gefahr, dass Fehlplanungen oder die Vernachlässigung des Pflegeaufwandes bei urbanem Grün letztlich zu kontraproduktiven Entwicklungen führen. Welche Aspekte sind dabei in erster Linie vor dem Hintergrund der Entwässerungssysteme zu berücksichtigen? Pflegeaufwand: Das Spektrum der Bepflanzung reicht von grasbewachsenen Versickerungsanlagen bis zu meterhohen Bäumen, die tief im Untergrund verwurzelt sind. Alle Pflanzen im urbanen Raum haben eine Gemeinsamkeit: Sie benötigen Wasser und ein Mindestmaß an Pflege. Ungepflegte (im Sinne von „verunkrauteten“ Bereichen) stellen möglicherweise einen wertvollen Beitrag zur Biodiversität dar, wirken optisch aber weniger reizvoll. Leider ist jedoch immer wieder zu beobachten, dass Grünflächen von einem Teil der Bevölkerung nur eingeschränkt wertgeschätzt werden und vermüllen. Wie im Grünbuch Stadtgrün des BMUB [10] anschaulich beschrieben, führen Sparmaßnahmen der Kommunen zu Defiziten bei der Gestaltung und Pflege von Grünanlagen. Vor allem die Beseitigung von Herbstlaub stellt ein Problem dar. Hier können im Herbst aufgestellte Sammelbehälter, die von der Kommune regelmäßig geleert werden, den Pflegeaufwand für die Bevölkerung reduzieren und möglicherweise die eingeschränkte Akzeptanz für urbanes Grün steigern (Bild 5). Verlegte Straßeneinläufe: Straßeneinläufe sind die maßgebliche Schnittstelle zwischen der Oberfläche und der Kanalisation. Pollen und Samen sowie Laub und Äste werden vor allem bei intensiverem Regen mit dem Oberflächenabfluss zu den Straßeneinläufen transportiert. Dadurch wird der Einlauf verlegt Bild 5: Im Herbst aufgestellte Laub- Sammelbehälter zur Reduktion des Pflegeaufwandes. © Grüning Bilder 6a, b, c: Verlegung von Straßeneinläufen durch Blüten und Laub. © Grüning 66 4 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Städtische Ressourcen und das Wasser kann nicht mehr in die Kanalisation eingeleitet werden. Mit Laub und Schmutz gefüllte Fangeimer beeinträchtigen zusätzlich die Ableitung der Oberflächenabflüsse in die Kanalisation. Bild 6 zeigt eine Auswahl verlegter Straßeneinläufe. Das Problem tritt nicht nur im Herbst durch Laub, sondern beispielsweise auch durch Blüten und Pollen im Frühjahr oder Sommer auf. Wurzelleinwuchs: Der Untergrund des öffentlichen Verkehrsraumes wird intensiv genutzt. Im Gehwegbereich werden bevorzugt Versorgungsleitungen (Trinkwasser, Telekommunikation, Gas und Elektrizität) in einer Tiefe von etwa einem Meter verlegt. Vornehmlich in der Straßenmitte liegen Abwasserkanäle und größere Transportleitungen (zum Beispiel Fernwärme). Für die öffentlichen Abwasserkanäle sind Tiefenlagen von mehr als zwei Meter üblich. Die Grundstücke sind an die öffentliche Kanalisation und an die Versorgungsleitungen angeschlossen. Vor allem im Gehwegbereich konkurrieren Baumwurzeln des Straßenbegleitgrüns mit den jeweiligen Leitungen. Über die Verbindungen der Rohrelemente oder durch schadhafte Stellen dringen Wurzeln in die Leitungen ein und führen zu Verstopfungen (Bild 7). Untersuchungen von Stützel et al. [11] zeigen, dass nicht die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen durch Leckagen oder in den Leitungen selbst der wesentliche Grund für Wurzeleinwuchs sind, sondern die Umgebungsbedingungen der Leitungszonen. Wurzeln wachsen in Richtung geringer verdichteter Bereiche mit höherem und damit luftdurchlässigerem Porenraum. Bedingungen, die häufig im Bereich der oberen Bettungsschicht von Rohrleitungen vorkommen. Neben dem Einfluss auf die Entwässerungssysteme sind weitere Aspekte bei der Etablierung von urbanem Grün zu berücksichtigen. Sturmschäden: Bei Stürmen können Bäume umstürzen oder Äste abbrechen. Stürzen hohe Bäume in naheliegende Gebäude, entsteht möglicherweise ein hoher Sachschaden und im Extremfall sind sogar Menschen unmittelbar betroffen. Beschädigung befestigter Flächen: Bäume haben die natürliche Eigenschaft zu wachsen. Sie benötigen mit der Zeit immer mehr Platz. Wenn Oberflächenbefestigungen bis fast an den Stamm heranreichen, kommt es zu Schäden und Stolperkanten (Bild- 8). Fehlen Wasser und Luft im Untergrund, wachsen Baumwurzeln aufgrund schlechter Bodeneigenschaften auch entlang der Oberfläche. Maßnahmen und Konzepte Die aufgeführten Beeinträchtigungen können zumeist durch geeignete Maßnahmen deutlich reduziert werden. Das beginnt mit der Wahl eines geeigneten Standortes und der Auswahl von Pflanzen, die an den jeweiligen Standort angepasst sind. Inzwischen werden unterschiedliche Systeme entwickelt und untersucht, um vor allem den Lebensraum für Stadtbäume so zu gestalten, dass eine langfristige Versorgung mit Wasser und Nährstoffen sichergestellt werden kann. Einen Überblick über unterschiedliche Bewässerungskonzepte für Stadtbäume geben beispielsweise Dickhaut und Eschenbach [3]. Exemplarisch für Bewässerungslösungen wird das Konzept des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens „Entwicklung eines Bewässerungskonzeptes von urbanem Grün während klimatisch bedingter Trockenphasen (BeGrüKlim)“ vorgestellt. Im Projekt wird ein Speichersystem zur Bewässerung von Stadtbäumen entwickelt und untersucht (Bild-9). Die Behälter werden mit Regenwasserabflüssen aus konventionellen Systemen zur Entwässerung von Grundstücken und öffentlichen Flächen befüllt. Grundstücksentwässerungsleitungen oder Regenwassereinläufe von Parkplätzen oder Straßenflächen werden so an die Speicher angeschlossen. Mit dem System werden folgende maßgebliche Ziele verfolgt:  Die Bewässerungslösung gewährleistet, dass Stadtbäume Trockenphasen besser überstehen.  Die unterirdischen Speicher wirken wie dezentrale Regenrückhalteräume und leisten so einen Beitrag zum Überflutungsschutz.  Das zwischengespeicherte Wasser versickert in den Untergrund und bleibt damit Teil des natürlichen Wasserkreislaufes. Fließen dem System im gefüllten Zustand Oberflächenabflüsse zu, besteht die Möglichkeit der Überleitung in das Kanalnetz durch einen Notüberlauf.  Luftzuführungen gewährleisten die erforderliche Belüftung des Wurzelraumes. Bilder 7a und b: Wurzelschäden in Abwasserleitungen. © IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur Bilder 8a, b, c: Beschädigte Oberflächenbefestigung im Bereich zu kleiner Baumscheiben. © Grüning 67 4 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Städtische Ressourcen Bild 9: Konzept zur Bewässerung von Stadtbäumen und zum Rückhalt von Regenwasser mit einem unterirdischen Speichersystem. © Fa. Humberg/ FH Münster Prof. Dr.-Ing. Helmut Grüning Fachhochschule Münster - Campus Steinfurt Inst. für Infrastruktur · Wasser · Ressourcen · Umwelt Kontakt: gruening@fh-muenster.de AUTOR Im Rahmen des Projektes werden Systemlösungen entwickelt, um behandlungspflichtige Oberflächenabflüsse durch Filtersubstrate zu reinigen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert. Die Bearbeitung erfolgt durch das Institut für Infrastruktur · Wasser · Ressourcen · Umwelt der FH Münster in Kooperation mit der Firma Humberg GmbH und der Gemeinde Nottuln. Das Konzept stellt einen Beitrag zur Konfliktlösung zwischen „Flächenversiegelung“ und „städtischem Grün“ dar. Auch im Bereich intensiv genutzter Räume ermöglicht das Baumschutzsystem der Firma Humberg eine Oberflächennutzung, beispielsweise durch parkende Fahrzeuge, bis an den unmittelbaren Baumbereich. Fazit Urbanes Grün wertet dicht besiedelte Räume auf. Neben den zahlreichen positiven Effekten müssen aber auch die damit verbundenen Herausforderungen berücksichtigt werden. Eine sorgfältige Auswahl der Arten und Standorte in Verbindung mit Systemen zur Bewässerung und durchdachte Pflegeprogramme sind eine Voraussetzung für langfristige Lösungen. Auch für innerstädtische Räume, die durch Bebauung und Flächenbefestigung geprägt sind, gibt es Konzepte zur wassersensitiven Stadtentwicklung. Dabei geht es darum, wertvolles Regenwasser nicht einfach in der Kanalisation verschwinden zu lassen, sondern gezielt zu verdunsten oder zu versickern. So bleibt auch im urbanen Raum das Regenwasser ein Bestandteil des natürlichen Wasserkreislaufes. LITERATUR [1] Hoyer J., Dickhaut W., Kronawitter L., Weber B.: Water Sensitive Urban Design. Principles and Inspiration for Sustainable Stormwater Management in the City of the Future. Jovis Verlag, Berlin, 2011. [2] Breuste J.: Die grüne Stadt - Stadtnatur als Ideal, Leistungsträger und Konzept für Stadtgestaltung. Springer Verlag, Berlin, 2019. [3] Dickhaut W., Eschenbach A. (Hrsg.): Entwicklungskonzept Stadtbäume - Anpassungsstrategien an sich verändernde urbane und klimatische Rahmenbedingungen. HafenCity Universität Hamburg, 2019. [4] Rahman, M. A., Moser, A., Gold, A., Rötzer, T., Pauleit, S.: Vertical air temperature gradients under the shade of two contrasting urban tree species during different types of summer days, Science of the Total Environment, 2018. [5] Henninger S., Weber St.: Stadtklima. Verlag Ferdinand Schöningh. utb, Paderborn, 2020. [6] Kappis C., Gorbachevskaya O, Valbuena R., Schreiter H., Bergsträßer A., Riedel H., Waschke, B.: Studie zum wissenschaftlichen Erkenntnisstand über das Feinstaubfilterpotential (qualitativ und quantitativ) von Pflanzen. Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP), Berlin, 2007. [7] Menke P., Thönnessen M., Beckröge W., Bauer J., Schwarz H., Groß W. Hiemstra, J.A., Schoenmaker-van der Bijl, E., Tonneijk, A. E. G.: Bäume und Pflanzen lassen Städte atmen - Schwerpunkt Feinstaub. Herausgegeben durch die Stiftung Die grüne Stadt, Berlin, 2013. [8] Werner P., Zahner R.: Biologische Vielfalt und Städte - Eine Übersicht und Bibliographie. Dokumentation des F+E-Vorhabens „Biologische Vielfalt und Städte - Übersichtsstudie zum Stand des Wissens“, BfN- Skripte 245, Bundesamt für Naturschutz (BfN), Bonn, 2009. [9] Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, acatech-Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und Union der deutschen Akademien der Wissenschaften: Biodiversität und Management von Agrarlandschaften - Umfassendes Handeln ist jetzt wichtig. Halle (Saale), August 2020. [10] BMUB Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (Hrsg.): Grün in der Stadt - Für eine lebenswerte Zukunft. Grünbuch Stadtgrün, Berlin, Mai 2015. [11] Stützel T., Bosseler B., Bennerscheidt C., Schmidener H.: Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen und Kanäle. Kurzbericht eines Forschungsvorhabens im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen, Lehrstuhl für Spezielle Botanik und Botanischer Garten der Ruhr-Universität Bochum und Institut für unterirdische Infrastruktur (IKT), Bochum und Gelsenkirchen, Juli 2004.