Pflanzen helfen beim Schadstoffabbau und der Verdunstung von überschüssigem Wasser

Schwimmende Inseln auf urbanen Gewässern

Mit der Neubebauung des Quartieres am Potsdamer Platz wurde das urbane Gewässer als zentrales Gestaltungselement angelegt und in ein komplexes Regenwasserretentions/-nutzungskonzept integriert. Das Wasser zirkuliert dabei zwischen den für die Speicherung notwendigen Zisternen und dem Gewässer und wird für die Gebäudetechnik sowie zur Bewässerung der Dachgärten genutzt. Zur zusätzlichen Pufferung von Starkregenereignissen oder während Trockenperioden kann der Wasserstand um jeweils 15 Zentimeter schwanken. Das zirkulierende Wasser wird an den Zuläufen in das urbane Gewässer in Reinigungsbiotopen gereinigt. Fotos: Henning Günther

Der Wasserhaushalt in Städten ist durch den hohen Versiegelungsgrad gegenüber dem der unbebauten Landschaft erheblich verändert. Der größte Teil des Niederschlages wird in unterirdischen Rohren und Kanälen in kurzer Zeit vollständig abgeführt. Das abfließende Wasser ist je nach Oberfläche teilweise erheblich mit Schmutz- und Schadstoffen belastet. Die innerhalb kurzer Zeiträume auftretenden hohen Regenwasserabflüsse als auch die von ihnen mitgeführten hohen Schmutzfrachten beeinträchtigten maßgeblich die Oberflächengewässer in Städten. Diese Beeinträchtigungen verhindern zahlreiche Potenziale und Synergien eines des eigentlich attraktivsten Gestaltungselementes in Städten. Die Szenarien die durch den Klimawandel prognostiziert werden, sagen eine Häufung der extremen Abflussereignisse voraus. Es bedarf daher Lösungen, um das Regenwasser offen und dezentral zurückzuhalten, verzögert weiterzuleiten sowie zu reinigen.

Für die städtische Vegetation stellt der Wechsel zwischen den Extremereignissen und deren prognostizierte Zunahme eine besondere Herausforderung dar. Zahlreiche Grünflächen decken ihren Wasserbedarf ausschließlich über das anfallende Regenwasser, weil sie keinen Kontakt zu Grundwasser haben. Während langer Trockenperioden leiden diese Pflanzen daher unter Trockenstress. In der Folge reduzieren Straßenbäume ihr Wachstum und werden anfälliger für Krankheiten und Schädlinge. Rasenflächen können während lang anhaltender Trockenzeiten vollständig absterben. Eine der wichtigsten Pflege und Unterhaltungsmaßnahmen für die städtische Vegetation ist daher die künstliche Bewässerung mit dem dezentral zurückgehaltenen Regenwasser. Ohne diese Maßnahme reduziert sich deutlich die Lebenserwartung der Pflanzen und damit auch ihre wichtige stadtklimatische Funktion. Nur dauerhaft ausreichend mit Wasser versorgte Bestände können auch die stadtklimatischen Leistungen der Vegetation gewährleisten. Offene Regenwasserretentionssysteme wie kleine dezentrale Wasserflächen, sind aus stadtklimatischer Sicht eines der effektivsten Systeme, weil sie das Wasser vor Ort für den langsamen Verdunstungsvorgang durch die Vegetation speichern.

Offener und dezentraler Rückhalt von Regenwasser vor Ort reduziert den Oberflächenabfluss und stellt das Wasser für den langsamen Verdunstungsprozess zur Verfügung. Die Verdunstung erfolgt sowohl über die freie Wasserfläche als auch durch Transpiration der Pflanzen, die das im Boden gespeicherte Wasser als Wasserdampf wieder in die Atmosphäre transportieren.

Die Retentionssysteme selber, insbesondere deren Wasserqualität sind von den Extremereignissen ebenfalls betroffen. Der erste Regenwasserabfluss kurz nach dem Einsetzen des Niederschlages weist die größte Stofffracht auf ("First Flush") und belastet erheblich die Retentionssysteme durch Sauerstoffzehrung und Trübung des Wassers. Während langer Trocken- und Hitzeperioden kann die Wassertemperatur zunehmen und ein intensives Algenwachstum einsetzen. Algenwachstum wird als Sekundärverschmutzung bezeichnet, da für den Abbau der pflanzlichen Biomasse genauso wie für den Abbau anderer eingetragener Verschmutzungen Sauerstoff notwendig ist. Weil der Sauerstoffbedarf für den Algenabbau oft überwiegt, setzen anaerobe Abbauprozesse ein. Die Attraktivität solcher Systeme nimmt damit rasch ab und es ist ein hoher Pflegeaufwand notwendig, um etwa Algen aus dem Wasser zu entfernen und so anaerobe Bedingungen zu vermeiden.

Eine Lösung sind schwimmende Vegetationssysteme. Diese bestehen aus unterschiedlichen schwimmenden Konstruktionen, kombiniert aus Auftriebskörpern und Vegetationsträgern, die mit Pflanzenarten der Gewässerufer bepflanzt sind. Die Konstruktionen bieten den Pflanzen Halt und die erforderliche Stabilität sowie den notwendigen Auftrieb, um auf dem Wasser zu schwimmen. Die Pflanzen durchwachsen den Vegetationsträger und hängen mit ihren Wurzeln frei im Wasser. Sie decken Ihren Nährstoffbedarf direkt aus dem Wasser.

Meistens sind Retentionsteiche auf Wasserstandschwankungen von +/-15 Zentimetern ausgelegt, um ein Trockenfallen oder Überstauen der Ufervegetation zu vermeiden. Im Gegensatz dazu sind die an der Wasseroberfläche schwimmenden Vegetationsbestände stets optimal mit Wasser versorgt und damit unabhängig von den Schwankungen, die von Starkregenereignissen und Trockenperioden hervorgerufen werden. Denkbar wären auch größere Wasserstandschwankungen, um die teuren, innerstädtischen Grundflächen für die städtischen Gewässer effektiver zum Rückhalt sowie für Bewässerungszwecke zu nutzen. Eine etwa 300 Quadratmeter große Wasserfläche die zur Hälfte mit schwimmender Vegetation bepflanzt ist, könnte während einer 30-tägigen Trockenperiode sowohl die hohen Verdunstungsleistungen von Uferröhrichten gewährleisten als auch einen Teil des Wassers zur Bewässerung von circa 60 Straßenbäumen bereit stellen. Die schwimmend bepflanzten Wasserbecken erhöhen damit sowohl aufgrund der eigenen Evapotranspiration als auch aufgrund der Wasserversorgung bestehender Grünflächen die wichtige Verdunstungskühlung in Städten.

Vergleich der durch das Verdunstungspotenzial hervorgerufenen Wasserstandschwankungen einer zu 50 Prozent mit schwimmender Vegetation bepflanzten Wasserfläche und einer am Ufer stehenden Uferpflanzengesellschaft. Während einer 30-tägigen Hitzeperiode fällt der Wasserstand um 60 Zentimeter, ohne dass die schwimmende Vegetation dabei Trockenstress leidet. Eine Ufervegetation erreicht dagegen nach etwa sieben Tagen die maximale Schwankung von 15 Zentimetern und ist damit anfälliger für Trockenstress.

Gleichzeitig leisten die mit schwimmender Vegetation bepflanzten Systeme ähnlich eines bepflanzten Bodenfilters einen bedeutenden Beitrag zur Wasserreinigung. Die Wurzeln der Pflanzen bieten unterhalb der schwimmenden Konstruktionen eine frei im Wasser schwebende Aufwuchsoberfläche für eine große Anzahl von wasserreinigenden Mikroorganismen von bis zu zehn Quadratmeter je Quadratmeter Grundfläche. Die Mikroorganismen sowie die Nährstoffaufnahme der Pflanzen tragen zu einer Reinigung des Wassers bei, indem zum Beispiel Stickstoff denitrifiziert und Phosphor in der pflanzlichen Biomasse eingebaut wird. Gleichzeitig setzen sich auf den Oberflächen der Wurzeln im Wasser suspendierte Schwebstoffe ab, so dass Trübungen merklich reduziert werden. Die Beschattung des Wassers unterstützt ein ausgeglichenes Lichtregime in den künstlichen Gewässern. Dadurch können sich weniger Algen im Freiwasser und mehr sauerstoffliefernde Unterwasserpflanzen am Gewässergrund entwickeln. Die Kombination aus hoher Toleranz gegenüber Extremereignissen, die vielfältigen Reinigungswirkungen und die hohe stadtklimatische Bedeutung der bepflanzten Wasserflächen machen die schwimmenden Vegetationssysteme zu einem der zukunftsorientiertesten Instrumente für das städtische Regenwassermanagement.

Neben den verschiedenen Reinigungsprozessen wurde in der Vergangenheit ein Prinzip zur langfristigen Entwicklung schwimmender Vegetationsbestände nach dem Vorbild natürlicher Schwingrasen entwickelt und untersucht. Wartungen und Reparaturen von bisher errichteten schwimmenden Systemen sind meist mit hohem Aufwand verbunden. Sie können meist nur vom Wasser aus und in Abhängigkeit unter anderem von der Witterung beziehungsweise der Erreichbarkeit durchgeführt werden. Zahlreiche Konstruktionen sind daher nach einigen Jahren wieder entfernt worden, wenn sie nicht mehr dem Bild einer bepflanzten grünen Insel entsprachen. Dagegen treten an den Ufern natürlicher Gewässer oft Schwingrasen oder Schwingriede auf, die manchmal über Jahrhunderte auf dem Gewässer schwimmen. Sie gleichen der Ufervegetation, ihnen fehlt aber im Gegensatz zu dieser der Kontakt zum Gewässergrund. Durch Wind oder Wellengang können Teile dieser Bestände abreißen und mit dem Wind als schwimmende Insel über das Gewässer treiben. Diese Bestände stellen ökologisch stabile, das heißt äußerst langlebige Sukzessionsstufen dar, die sich erst verändern und ihren Auftrieb verlieren, nachdem der gesamte See verlandet ist.

Eine nach diesem Prinzip funktionierende Technik wurde unter Verwendung geeigneter Pflanzenarten entwickelt, mit der sich die oben genannten Funktionen schwimmender Vegetationsstrukturen und urbaner Gewässer über einen langen Zeitraum erhalten lassen. Die Inseln können auf neu angelegten städtischen Gewässern oder auf bestehenden Gewässern nachträglich mit geringem Aufwand eingesetzt werden. Deren Widerstandsfähigkeit sowie die der städtischen Grünflächen könnte auf diese Weise gegenüber den Einflüssen von Starkregenereignissen und Trockenperioden verbessert werden. Dafür sind weitere Untersuchungen der zahlreichen Wechselwirkungen notwendig, um optimale Einsatzbereiche und -bedingungen zu definieren.

Dr. Henning Günther

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe Stadt+Grün 07/2014 .

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