Umsetzung Blau-Grüner Infrastruktur weltweit

BGI-Umsetzung in der Schweiz: Von Wegbereitend bis Nachhinkend

Trotz des weltweiten Erfolgs von BGI für die Siedlungswasserwirtschaft ist die Regenwasserbewirtschaftung in der Schweiz kein treibender Faktor für den Bau solcher Infrastrukturen. Noch immer sind andere Faktoren ausschlaggebender. Viele Schweizer Städte sind führend bei der Einführung von BGI zur Förderung der Biodiversität und der Lebensqualität. Grund dafür sind Vorschriften wie die zur Dachbegrünung in Basel [26], Zürich [27] und Lausanne [28–30] oder das Schweizer Gewässerschutzgesetz (GSchG) [31]. So erarbeitete Zürich wegen des GSchG sein «Bachöffnungskonzept» [32], in dessen Rahmen bis heute 16 km eingedolte Bäche freigelegt und revitalisiert wurden. Damit sollte unter anderem sichergestellt werden, dass der vielfältigen Flora und Fauna nicht die Lebensgrundlage entzogen wird [32]. Gleichzeitig wurden schätzungsweise 220–320 l/s Wasser von der Kläranlage ferngehalten und rund 16 Mio. Franken eingespart, indem keine neuen Rohreverlegt werden mussten [32, 33].

Obwohl diese Bemühungen bahnbrechend waren, kämpft die Schweiz immer noch damit, bodengebundene BGI, die häufig eine Versickerung von Wasser vorsehen, wie z. B. bepflanzte Rückhaltebecken, Versickerungsgräben, Mulden-Rigolen-Systeme, Rückhalteteiche und sickerfähige Beläge (Fig. 1), in grossem Massstab umzusetzen. Dieses Manko ist auf mehrere Gründe zurückzuführen: Erstens wird dem Grundwasserschutz eine sehr hohe Priorität eingeräumt, zudem gelten strenge Anforderungen an die Art der Versickerung [34, 35]. Zweitens wird die Versickerung von Niederschlagswasser auf privaten Grundstücken zwar vorrangig gefordert, aber oft erst im Baugenehmigungsverfahren, wenn die notwendige Fläche für den Bau von BGI bereits anderweitig genutzt wird. Auch die hohen Grundstückspreise, vor allem in städtischen Gebieten, sind nicht förderlich, um unbebaute Flächen für die BGI-Nutzung bereitzuhalten.

Im Bereich der öffentlichen Flächen wurden in den letzten zwei Jahrzehnten viele Strassenabwasserbehandlungsanlagen (SABA) als BGI für Nationalstrassen gebaut [36], aber der verbleibende Strassenraum – insbesondere in städtischen Gebieten – wurde versiegelt und entwässert, statt z. B. öffentliche Parkplätze entlang von Quartierstrassen wasserdurchlässig zu gestalten und so mit gutem Beispiel voranzugehen (Fig. 2). Und nicht zuletzt haben Schweizer Städte relativ milde Niederschläge im Vergleich zu Städten an den Küsten, die mit Orkanen, extremen Überschwemmungen und starken konvektiven Stürmen konfrontiert sind. Allerdings führt der Klimawandel auch hierzulande zu häufigeren extremen Wetterereignissen wie Hitze, Trockenheit und Starkregen [37]. Ingenieure, Planer und lokale Behörden müssen unbedingt zusammenarbeiten, um mit BGI die Siedlungswasserwirtschaft, besonders in Bezug auf die Regenabwasserbewirtschaftung, in der Schweiz zukunftstauglich zu gestalten.

Lessons Learned und Wissenstransfer in die Schweiz

Aufgrund der umfangreichen Umsetzung von BGI-Programmen in anderen Ländern können die Schweizer Gemeinden aus deren Erfolgen, Misserfolgen und Fortschritten lernen, speziell in Bezug auf Leistung, Betrieb und Wartung von BGI [9]. Glücklicherweise ist die Schweiz aufgrund ihrer Kultur der Zusammenarbeit perfekt aufgestellt, um dieses Wissen zu absorbieren und miteinander über die zukunftsfähigsten Lösungen zu diskutieren. Einige der Lehren, die aus der weit verbreiteten Einführung von BGI gezogen wurden, werden im Folgenden erläutert:

• Terminologie (s. Box)
• Erfüllung der Anforderungen an den Unterhalt von BGI
• Verwaltung und gemeinsame Nutzung von Daten
• Flexible und multifunktionale Gestaltung von BGI

Anforderungen an den Unterhalt erfüllen

Die erste Generation von BGI machte deutlich, dass ein tieferes Verständnis des Unterhalts und der Kontrolle erforderlich ist, um die Funktionsfähigkeit dieser Systeme langfristig und nachhaltig zu gewährleisten [44, 45] (Fig. 3). So braucht es den regelmässigen Unterhalt, um sowohl die vielen Vorteile der BGI und die vorgesehenen Leistungsfähigkeiten langfristig zu erhalten als auch die der Planung zugrundeliegenden behördlichen Anforderungen jederzeit zu erfüllen [44–46]. Der Unterhalt wurde schon früh als ein Hindernis für BGI erkannt [47] und bleibt ein zentraler Problempunkt [9, 46]. Eine Herausforderung für Gemeinden, die BGI einsetzen, sind die Kosten für die oft arbeitsintensiven Unterhaltsprogramme, welche letztlich die Umsetzung behindern können [48]. Wird bei BGI-Programmen dem Unterhalt nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt, beginnen die Folgen aufgrund mangelnder Wartung den geplanten Nutzen der BGI zu überwiegen. In diesen Fällen ist eine umfassende Instandsetzung der BGI erforderlich, die zeit- und kostenintensiv ist [49]. Mit der Zunahme von BGI-Programmen in den USA haben mehrere Städte und Bundesstaaten wie Philadelphia und Minnesota Handbücher für den Unterhalt entwickelt [50, 51]. Diese stehen online zur freien Verfügung. Im Laufe der Zeit kann die Leistung von BGI durch die Ansammlung von Sedimenten, Schadstoffen und Abfällen, Hochwasserereignisse, die zu Erosion führen, schlechte Planung und Umsetzung oder unzureichende Wartung beeinträchtigt werden [46]. Diese Prozesse sind räumlich und zeitlich sehr variabel, und die notwendige Instandhaltung zur wirksamen Erhaltung der Funktion und Leistung von BGI ist oft schwer vorherzusagen.

BGI-Terminologie

Der Begriff Blau-Grüne Infrastruktur (BGI) wird zwar in Europa und der Schweiz häufig verwendet, ist aber relativ neu. BGI betont das «Blau» in grüner Infrastruktur. Als Begriff ist «grüne Infrastruktur» weltweit gut verbreitet und wird häufig zur Beschreibung einer Reihe von Elementen verwendet, die Wasser vor Ort versickern oder speichern, zu denen auch durchlässige Pflaster und Regentonnen gehören (beide vegetationsfrei) [38]. Andere gebräuchliche Begriffe sowie ihre Übersetzungen auf Deutsch und Französisch sind in der Aqua & Gas Ausgabe 9/2023 als Tabelle aufgeführt.

Kontrollen nach dem Bau haben gezeigt, dass Funktion und Instandhaltung je nach Art der BGI, Bauweise und Standortbedingungen stark variieren [46]. Dies führt zu einem sehr unterschiedlichen Wartungsbedarf und letztlich zu einer unterschiedlichen Leistung im Laufe der Zeit [45, 46, 52]. Darüber hinaus erschweren verschiedene Faktoren die genaue Bestimmung des Instandhaltungsbedarfs für einzelne BGI: BGI sind meistens dezentrale Anlagen und somit über das gesamte Siedlungsgebiet weitläufig verteilt. Zudem sind viele verschiedene Eigentümer beteiligt, sowohl private wie öffentliche. Und nicht zuletzt finden in solch naturnahen Anlagen viele komplexe Prozesse statt, die je nach Anlagentyp, Einzugsgebiet, Regencharakteristika u.v.m. sehr unterschiedlich ablaufen. Um diese Hindernisse bei der Instandhaltung zu überwinden, ist ein umfassendes, anpassungsfähiges, risikobasiertes und kosteneffizientes Kontroll- und Unterhaltsprogramm erforderlich, zumal BGI-Programme eine zunehmend grössere und kritische Rolle für eine Gemeinde spielen [9].

Gemeinsame Nutzung von Daten

Um die Gestaltung von BGI weiterzuentwickeln, vernetzte Systeme zu schaffen und nachhaltige Unterhaltsprogramme zu entwickeln, sind Messdaten erforderlich [53, 54]. Derzeit bewegen sich die Gemeinden in Richtung datengestützte Planung und Wartung und verlangen immer häufiger eine Überwachung, um die Leistung ihrer Regenwasserbewirtschaftungspläne nachzuweisen (z. B. Measure W in Los Angeles; Storm Water Grant Program 2019, https://safecleanwaterla.org/). Dadurch wird eine Vielzahl von Daten erzeugt, die nur mit einem effizienten Datenmodell genutzt werden können [55]. Für Gemeinden, die Regenwasserbewirtschaftungsstrategien entwickeln, umsetzen und verwalten, können Daten den Transfer von bewährten Verfahren und Erfahrungen aus anderen Gemeinden erleichtern und so die kontinuierliche Weiterentwicklung des Stands der Technik in der Regenwasserbewirtschaftung unterstützen. Grosse Datensammlungen werden Aufschluss darüber geben, wie die naturnahe Regenwasserinfrastruktur im Laufe der Zeit funktioniert. Aber die Wissenschaft rund um die Regenwasserdatenverwaltung steckt noch in den Kinderschuhen [55].

Um diese Daten nutzen zu können, braucht es ein Format, das den Datenaustausch fördert. Die aktuelle Möglichkeit, grosse Datenmengen zu sammeln, schafft die Voraussetzung, Funktion und Leistung von BGI zu verstehen [54]. Die meisten vorhandenen Daten zur Regenwasserinfrastruktur sind nach Bewirtschaftern, Forschenden oder Gemeinden und oft nach Abteilungen innerhalb der Gemeinden gegliedert. Dies macht es schwierig, Daten und Erkenntnisse über die Gemeindegrenzen hinaus zu übertragen. Ausserdem ist die Datenbankarchitektur selbst auf regionaler und kommunaler Ebene unterschiedlich, sodass die Daten nicht nahtlos integriert werden können. Darüber hinaus sind eine kontrollierte Sprache, ein kontrolliertes Format und Metadaten in den gesammelten Daten von entscheidender Bedeutung, um uneinheitliche Systeme mit sich überschneidenden und falsch benannten Variablencodes oder falsch interpretierten Daten zu vermeiden [56, 57]. Ohne einen gemeinsamen Standard müssen die Daten bei der Übertragung zwischen Organisationen oft übersetzt oder umgewandelt werden, was einen erheblichen Zeitaufwand erfordert [58].

Dies verlangsamt die Datenabfrage und liefert Ergebnisse mit irrelevanten oder fehlenden Daten, was die gemeinsame Nutzung von Daten und eine tiefergehende Analyse einschränkt [59]. Die fehlende Kontinuität zwischen den Datensystemen schränkt die Effizienz und den Nutzen ein, der aus Daten zu Regenwasserinfrastrukturen gezogen werden kann. Angesichts der Erfahrungen in den USA wurde die Notwendigkeit eines umfassenden Rahmens für Wasserdaten auf nationaler Ebene erkannt (z. B. der vorgeschlagene Water Data Act (H.R. 7792) [60]) und sollte auf die Schweiz übertragen werden.

Widerstandsfähigkeit und Flexiblität von BGI-Systemen

Die Überwachung und Instandhaltung von BGI wird in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen, da wir uns weiter auf eine Periode der Nichtbeständigkeit wegen des Klimawandels zubewegen. Wir können uns nicht länger auf die Annahmen der Vergangenheit verlassen, dass die Siedlungsentwässerungssysteme reagieren wie bisher [61, 62]. Dies gilt auch für BGI, die in erster Linie lebende Systeme sind, die dem Wetter und anderen Stressfaktoren wie Trockenheit, Schädlingen, Schadstoffen aus dem Strassenverkehr und schnell fliessendem Oberflächenabfluss ausgesetzt sind. BGI müssen nicht nur überwacht und gewartet werden, um ihre Leistungsfähigkeit unter Stress zu gewährleisten [63], sie müssen auch so konzipiert sein, dass sie extremen Belastungen standhalten. Zudem müssen sie flexibel sein, um im Laufe der Zeit umgestaltet und angepasst werden zu können [64] (Fig. 4).

Es mehren sich die Hinweise, dass eine grosse Vielfalt an Pflanzen und biotischen Organismen [65, 66] die Widerstandsfähigkeit von begrünten BGI-Systemen erhöht, da Redundanz und Reaktionsvielfalt des Systems gesteigert werden [67]. Mit anderen Worten: Je mehr Arten vorhanden sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass einige von ihnen nicht durch den Stress bedroht werden und das System weiterhin funktioniert. Es ist auch wichtig, dass die Arten im Laufe der Zeit selbst zusammenfinden (und neue Arten in das System eintreten und dort gedeihen können), da dies zu einer Steigerung der Systemfunktionen und der Widerstandsfähigkeit beiträgt [66]. Das wichtigste Prinzip der Flexibilität besteht darin, vorausschauend zu planen, um die Anpassungsfähigkeit im Laufe der Zeit zu ermöglichen [64]. Ein einfacher Ansatz ist z. B., bei der Standortwahl darauf zu achten, dass das BGI-Element an der Oberfläche erweitert oder vertieft werden kann (weit genug von der Strasse, den Bäumen oder den Abwasserrohren entfernt), oder bereits alternative Standorte für zusätzliche Elemente zu identifizieren und reservieren. Ein weiterer Grundsatz der Anpassung besteht darin, die Leistung zu verfolgen, um festzustellen, ob und wann eine Anpassung erforderlich ist [63]. Dies könnte z. B. auf Vegetationsarten angewandt werden, um festzustellen, ob andere Arten für dieses BGI-Element in einem zukünftigen, heisseren und möglicherweise trockeneren Klima besser geeignet wären.

Offene Fragen und Chancen für die Zukunft

Die grossflächige Einführung von BGI birgt ein grosses Potenzial, um die mit dem Regenwassermanagement und dem Klimawandel verbundenen Herausforderungen zu bewältigen. Die BGI-Gemeinschaft steht jedoch noch vor grossen Herausforderungen und offenen Forschungsbereichen. Es ist zwar nicht möglich, alle diese Bereiche zu erwähnen, aber wir heben Themen hervor, die für die Schweiz besonders relevant sind und in der Schweiz zu den laufenden Forschungsthemen gehören:

Widerstandsfähigkeit und Anpassung

Wie können Gestaltung, Dimensionierung und Planung von BGI am besten auf ein heisseres und extremeres zukünftiges Klima abgestimmt werden?
Trotz der zahlreichen Forschungsergebnisse, die darauf hinweisen, dass BGI zur Anpassung an den Klimawandel beitragen können, werden die Auswirkungen des Klimawandels auf die BGI-Elemente selbst nur begrenzt diskutiert. Die meisten Forschungsarbeiten befassen sich mit der Frage, wie BGI zur Verminderung von Oberflächenabfluss und zur Verringerung der Hitze eingesetzt werden können; BGI selbst müssen jedoch auch widerstandsfähig sein. In diesem Artikel wurden anekdotische Beispiele angeführt, um dieses Problem zu überwinden; es sind jedoch weitere Forschungen in diesem Bereich erforderlich, um sicherzustellen, dass BGI in der Lage sind, ihre Leistung in einem zukünftigen Klima aufrechtzuerhalten.

Qualität des Regenwasser

Welche Schadstoffe sollten durch BGI zurückbehalten bzw. behandelt werden? Und wie kann die entsprechende Wirksamkeit sichergestellt werden?

Es gibt eine Reihe von Schadstoffen (von gelösten Stoffen bis hin zu Partikeln), die durch BGI zurückgehalten bzw. behandelt werden sollen. Da neue Chemikalien und Schadstoffe in die Umwelt gelangen, kann es schwierig sein, die Toxizität für den Menschen und den Verbleib dieser transportierten Stoffe zu bestimmen. Angesichts des breiten Spektrums an Schadstoffen und der verschiedenen Arten von BGI sind die Informationen über die Wirksamkeit von BGI zur Behandlung dieser Stoffe begrenzt. Eine hochaktuelle Forschungsfrage verschiedener Schweizer Fachhochschulen ist diejenige nach dem Rückhalt von Schadstoffen aus dem Strassenabwasser (Schwermetalle und Mikroplastik aus Pneuabrieb, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe [PAK] aus Asphaltbelägen usw.) in den verschiedenen Baumsubstraten nach Stockholmer Modell [68], die immer häufiger für Baumrigolen entlang von Strassen im urbanen Raum eingebaut werden [69] (Fig. 5).

Multifunktionalität

Wie können BGI-Elemente am besten gestaltet (und bewertet) werden, um Multifunktionalität zu gewährleisten?

Nebst dem in diesem Artikel hervorgehobenen massgebenden Nutzen von BGI für die Regenwasserbewirtschaftung in einem extremeren zukünftigen Klima können BGI eine ganze Reihe anderer Funktionen erfüllen. Naturnahe Systeme fördern die Biodiversität (Fig. 6), tragen zur Hitzeminderung bei, können CO₂ speichern sowie einen Beitrag zu mehr Lebensqualität und menschlicher Gesundheit leisten. Trotz koordinierter Planungsbemühungen werden einzelne BGI-Elemente oft nur für eine einzige Funktion umgesetzt, während andere Funktionen ignoriert oder passiv als gegeben vorausgesetzt werden. Angesichts der gleichzeitigen und dringenden Probleme, mit denen unsere urbanen Räume konfrontiert sind, muss jedoch sichergestellt werden, dass BGI-Elemente und grössere BGI-Systeme so konzipiert sind, dass sie mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen, und dass sie entsprechend überwacht werden, um sicherzustellen, dass die gewünschten Ziele mit der Zeit erreicht werden.

Regelwerke

Wie können gesetzliche Bestimmungen, Regelwerke und Vorschriften zur Gestaltung sicherstellen, dass BGI bereits in einem frühen Stadium des Planungsprozesses berücksichtigt und umgesetzt werden?

Der rechtliche Rahmen und die technischen Normen und Vorschriften stellen auch heute noch einige Hindernisse dar und entsprechen nicht immer dem aktuellen Stand der Technik. Obwohl das Gewässerschutzgesetz die Erhaltung des natürlichen Wasserkreislaufs als Ziel nennt [31], wird der Aspekt der Verdunstung, ein wichtiges Element von BGI-Infrastrukturen, stark vernachlässigt. Die Regelwerke sehen zwar die Versickerung als oberste Priorität im Umgang mit Regenwasser an, empfehlen aber in erster Linie reine, mit einer extensiven Grünlanddecke bepflanzte Mulden und für Dachwasser vor allem unterirdische Versickerungsanlagen. Damit BGI ihre volle Wirkung entfalten können, müssen sie multifunktional einsetzbar sein.

Empfehlungen oder Standards für die Gestaltung von Versickerungsmulden im Sinne der BGI zur Erfüllung weiterer Funktionen wie der Förderung der Biodiversität oder der Aufenthaltsqualität im Aussenraum fehlen heute. Zukünftige Regelwerke sollten die Nutzen einer Anlage übergreifend betrachten und damit eine Grundlage schaffen, um BGI frühzeitig und fachübergreifend im Planungsprozess gemeinsam zu entwickeln.

Daten und Unsicherheit

Wie können Daten und Unsicherheiten berücksichtigt werden, um die Planung, Dimensionierung, Gestaltung, Umsetzung und Verwaltung von BGI zu verbessern?

Das Verständnis der Funktionen von BGI ist erforderlich, um die Planung, Dimensionierung, Gestaltung und Umsetzung dieser Systeme voranzutreiben. Anhand von Beobachtungsdaten können wir Trends erkennen, wie diese Systeme im Laufe der Zeit funktionieren oder versagen, sowie die Faktoren bestimmen, welche die Leistung der BGI beeinflussen. Solche Erkenntnisse sind notwendig, um Architekten und Planer in der risikobasierten Planung zu unterstützen, die in komplexen urbanen Räumen unabdingbar ist. Beobachtungsdaten und die Berücksichtigung von Unsicherheiten sind entscheidend, um die nachhaltige Funktion von BGI zu gewährleisten und zu fördern.

Fazit

BGI sind eine wirksame und praktikable Lösung für die Regenwasserbewirtschaftung und viele andere Herausforderungen, mit denen urbane Gebiete konfrontiert sind. Mit den Erfahrungen aus anderen Städten und Ländern, einer offenen und konstruktiven Diskussionskultur, welche die Sichtweisen der verschiedenen Akteure abholt, modernster Forschung und verfügbaren Finanzmitteln ist die Schweiz bestens gerüstet, um bei der Umsetzung von BGI für mehr klimaresiliente urbane Räume, bei der Verbesserung der Wasserqualität und der Multifunktionalität weltweit führend zu werden. Es ist an der Zeit, dies gemeinsam anzugehen.