Forschungs- und Innovationsprojekt
"GrünSpeichertBlau“ - Evaluierung von Baumrigolen
Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Erprobung und Optimierung von leistungsfähigen Grünelementen zur Hochwasservorsorge in urbaner Umgebung und im ländlichen Raum. Konkret wird das Regenwassermanagement mit öffentlichen Grünflächen am Beispiel von multifunktionalen Baumrigolen im Wohnpark Stein untersucht. Durch die quantitative und qualitative Evaluierung von Baumrigolen wurden Handlungsempfehlungen für bayerische Kommunen hinsichtlich Bauweise und Pflege von blau-grüner Infrastruktur erarbeitet.
Zielsetzung
Die Überschwemmungen durch Starkregenereignisse Ende Mai/Anfang Juni 2024 in Bayern erfordern weitere Anstrengungen im Hochwasserschutz. Gerade der ländliche Raum kann, selbst vom Klimawandel stark betroffen, Lösungen bieten.
Ein Baustein sind Grünflächen im Siedlungsbereich, die in der Lage sind, Starkregenereignisse aufzunehmen und damit gleichzeitig Bäume mit dem gespeicherten Regenwasser zu versorgen. Es gibt erste Ansätze, Vegetationsflächen mit Entwässerungsanlagen in sogenannten Baumrigolen zu kombinieren. Deren Funktionsweise und Unterhalt ist noch nicht abschließend untersucht.
Das Forschungsprojekt, gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus (StMELF) liefert mit seinen Ergebnissen einen wertvollen Beitrag zur nachhaltig wirksamen Umsetzung des Schwammdorf bzw. Schwammstadt-Prinzips.
Methodik
Um die Funktionsweise der in der Stadt Stein gewählten Bauweise zu evaluieren und deren Leistungsfähigkeit nachzuweisen, wurden folgende Untersuchungen vorgenommen: Messung des Wasserhaushaltes der Baumrigolen (volumetrischer Wassergehalt, Pegelmessung, Saugspannung) und Modellierung (Grafik, Zeitreihen). Bonitur und Messungen zur Baum- bzw. Wurzelvitalität und -wachstum (Visuelle Bonitur durch Experten, Aufgrabung, Stammumfang).
Laboranalyse des eingeleiteten Oberflächenwassers bei Regenereignissen sowie Untersuchung des Sickerwassers nach Passage der Baumgrube, Bewertung anhand von Grenzwerten, ob die Reinigung durch die technischen Einrichtungen bzw. das Baumsubstrat den gesetzlichen Bestimmungen und Umweltanforderungen entspricht.
Ergebnisse
Bei einem Starkregenereignis am 22.09.2025, das als 10-jährigen Ereignis mit 52,2 Liter/m² deutlich über der geplanten Versickerungskapazität lag, sprang auch der Notüberlauf am Ende der Rigolen-Kaskade an. Das Regenwasser durchdrang sehr schnell die Schotterpackungen und Substrate auf Höhe der Einleitung bei ca. 90 cm. Dies führte zu einem deutlichen Anstieg der Bodenfeuchte, teilweise bis zur Sättigung. Bis auf eine Baumrigole sank der Wasserstand aber schon tags darauf ab, so dass keine Staunässe entstand. In den Baumstandorten zeigten sich unterschiedliche Abflussverhalten und Wasserspeichervermögen.
Abbildung 1: Starkregenereignis am 22.9.2025 und Auswirkungen auf den Bodenwasserhaushalt bei Baum 11.Visualisiert mit der Web-Anwendung Arbor monitor. Deutlicher Anstieg des Wassergehaltes in 90 cm Tiefe. Angeschlossen sind zwei Straßenabläufe mit größerer Straßenfläche.
Die Ergebnisse der Wasserproben beruhen auf zwei Stichproben, die noch keine Verallgemeinerung zulassen. Aus Kostengründen wurden nicht alle Parameter untersucht, zu denen es Geringfügigkeitsschwellenwerte (GFS-Werte) nach der Bund-/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) gibt. Exemplarisch wurden die Proben im Projekt GrünSpeichertBlau auf die abfiltrierbaren Stoffe, Zink, Kupfer, Salzgehalt, Kohlenwasserstoffe (Öle) und das Biozid Mecoprop (MCPP) untersucht. Auffallend war ein einmalig erhöhter Wert für Kohlenwasserstoffe, der vermutlich auf eine vorhergehende Verunreinigung mit Schmieröl zurückzuführen ist. Die Werte für Zink und Kupfer sind unbedenklich. Der Gehalt an abfiltrierbaren Feinanteilen ist teilweise hoch und weiterhin zu beobachten. Die Technik der Probeentnahme ist zu überprüfen. Generell ist eine Vorreinigung durch eine zusätzliche Substratpassage vorzunehmen, wie sie z.B. nach DIBt zugelassene Rinnen bieten.
Neben der Überwachung der Versickerungsleistung diente die eingebaute Sensortechnik dazu, den Versorgungsgrad der Bäume mit Wasser zu dokumentieren. Das System der Firma Arbor revital und Agvolution beruht auf einer Auswertung von Messwerten an mehreren Standorten, die aggregiert werden. Mit Hilfe von Schwellenwerten gelang es, die Bäume trotz geringer natürlicher Niederschläge zu etablieren. Hierfür wurde im Schnitt mit einer wöchentlichen Bewässerung von 100 Liter pro Baum gearbeitet, die in zwei Bewässerungsgängen á 50 Liter durch die Firma Arauner Facility Services vorgenommen wurden. Somit konnte die Saugspannung unmittelbar in den Pflanzballen im Bereich unter 63 kPa gehalten werden. Im ersten Standjahr können die Bäume im Substrat noch nicht von den gelegentlich eingeleiteten Niederschlägen profitieren.
Abbildung 2: Messdaten des Baumstandortes B2, Alnus spaethii im Zeitraum vom 1.2 bis 30.09.2025.
Zoombild vorhanden
Auswurzelung Baum B2, Alnus x spaethii bis zu 90 cm, bei sehr guter Vitalität des Baumes.
Im zweiten Standjahr kann der Bewässerungsradius aufgrund der Auswurzelung bei den meisten Baumarten erweitert werden. Ab dem 3. Jahr sind Bewässerungsgaben in Höhe von 200 bis 300 Liter pro Baum anzustreben, deren Zeitpunkt am Bodenfeuchtemonitoring festgemacht wird.
Hinweise für die Praxis
- Auch wenn einheitliche Pläne und Schnittzeichnungen vorliegen, gibt es Unterschiede im Aufbau der Baumrigolen. Diese reichen von der Lage und Einbauhöhe der eingebauten Lavaschicht bis zu unterschiedlich verdichtetem Baumsubstrat. Die Ausführung durch viele Baubeteiligte mit abweichendem, vegetationstechnischen Verständnis, erschwert später eine exakte Versuchsdurchführung.
- Im Zuge der Planung angestellte Bodenuntersuchungen (Schürfe) im Baugebiet lassen keine flächendeckenden Schlüsse über den Aufbau des Baugrundes zu. Verdichtete Schichten können auch während des Bauablaufes auf späteren Vegetationsflächen durch unsachgemäße Bodenarbeiten entstehen.
- Eine Vorfilterung durch Substrat bzw. 30 cm bewachsenen Oberboden ist bei dezentralen Versickerungsanlagen unverzichtbar und hält insbesondere auch Feinanteile zurück.
- Im Forschungsprojekt GrünSpeichertBlau funktionierte der Rückhalt und die Versickerung unterhalb der D-Rainclean Filterrinne so gut, dass kein Überschusswasser in die angeschlossenen Baumstandorte übergeleitet wurde. Aus diesem Grunde bieten einige Hersteller nun schon Rinnen an, die gleichzeitig Wasser filtern, auffangen und transportieren.
- Der nachträgliche Einbau von Sensoren in Baumsubstrate ist schwierig. Es sollten Platzhalter, wie z. B. senkrechte KG-Rohre in die Baumgruben eingebaut werden, von denen dann eine horizontale und vor allem bodenschlüssige Instrumentierung vorgenommen wird.
- Im Projekt wichen die angezeigten Sensorwerte zum Teil stark voneinander ab. Die Bodenverhältnisse am jeweiligen Einbauort können sehr unterschiedlich sein. Gerade in technischen Baumsubstraten mit hohem Anteil an Grobkorn kann die Wasserverteilung stark variieren. Daher sollten stets mehrere Baumstandorte zur Ermittlung des Bewässerungsbedarfs ausgewertet werden.
- Die Überwachung der Wasserversorgung der Baumstandorte mittels Sensortechnik kann Wasser und Arbeitszeit sparen. Ein leistungsfähiger Dienstleister kann mit den Informationen über die Wasserversorgung die Gießrouten flexibel planen und mittels eines GIS-Systems zuverlässig dokumentieren.
- Die Messwerte des volumetrischen Wassergehaltes, im Projekt mit SMT 100 Sensoren ermittelt, müssen auf das vorliegende Substrat bzw. den Boden kalibriert werden. So können realistische Aussagen über den tatsächlichen Wassergehalt und auch das pflanzenverfügbare Wasser gemacht werden.
- Lokale Niederschläge können stark von den Messwerten der Wetterstationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und anderen frei verfügbaren Anbietern von Wetterdaten abweichen. Es ist anzuraten eine eigene Wetterstation in das Messnetz zur Bewässerungssteuerung einzubinden.
- Baumstandorte sind währen der Bauzeit zu schützen und sollten zumindest an Durchfahrten erst nach Abschluss aller Bauarbeiten bepflanzt werden.
- Es muss sichergestellt werden, dass auf den Straßen und Wegen, von denen das Regenwasser in die Pflanzflächen gelangen kann, kein Streusalz eingesetzt wird.
- Bewässerungsgaben mit ca. 100 Liter pro Baum (StU 25-30) im ersten Standjahr haben sich bewährt. Aufgrund des möglichen Kapillarbruches zwischen bindigem Pflanzballen und umliegenden grobkörnigem Substrat, sollte die Bewässerung in zwei aufeinanderfolgenden Gaben von 50 Litern ausschließlich auf den Ballen erfolgen.
- Im zweiten Standjahr kann der Bewässerungsradius aufgrund der Auswurzelung bei den meisten Baumarten erweitert werden.
In der Stadt Stein hat sich die Kombination aus Versickerungsanlage und Baumstandorten im ersten Versuchsjahr bewährt. Bei der Dimensionierung auf ein fünfjähriges Niederschlagsereignis wird das Oberflächenwasser zurückgehalten und versickert in den Rigolenkörpern. Alle Bäume sind durch das Bewässerungsmanagement angewachsen.
Projektdaten:
Projektleitung: Nikolai Kendzia
Projektbearbeiter: Nikolai Kendzia, Iris Wuts
Laufzeit: 01.10.2024 bis 30.09.2025
Finanzierung: Bayer. Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus
Förderkennzeichen: A/24/11
Ausgewählte Publikationen