Oberflächenwassermanagement für den Aldi Nord Campus in Essen

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1 WES GmbH LandschaftsArchitektur Jarrestr Hamburg Hoppegarten, 26. Oktober 2017 Oberflächenwassermanagement für den Aldi Nord Campus in Essen Erläuterungsbericht vorgelegt von der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbh

2 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 2 1 Vorbemerkungen Aldi Nord plant in Essen einen Neubau für die Zentralverwaltung, den Aldi Nord Campus. Die WES GmbH, LandschaftsArchitektur ist mit der Freiraumplanung (LP1-4) für das Projekt beauftragt. Die Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker mbh (IPS) wurde von der WES GmbH mit Unterstützungsleistungen für die wasserwirtschaftliche Planung beauftragt. Abbildung 1: Lageplan Aldi Nord Campus Der Architektenentwurf beinhaltet als wesentliches gestalterisches Element der Freiraumplanung zwei Wasserbecken, nördlich und südlich des Verwaltungsgebäudes (s. Abbildung 1). Ziel des Regenwasserkonzeptes war es, diese Wasserbecken in das Regenwassermanagement zu integrieren, zum einen um für eine Nachspeisung zu sorgen (ohne Trinkwasser) und zum anderen um die Regenabflüsse von den befestigten Flächen möglichst nachhaltig auf dem Grundstück zu belassen. Das Grundstück ist bereits im Rahmen eines früheren Projektes (Planung von 2001 durch das Ingenieurbüro Kügler, gefördert durch die Emschergenossenschaft) vom öffentlichen Kanalnetz der Stadt Essen abgekoppelt worden. Die dazu angelegt Versickerungs- und Retentionsfläche im Westen des Grundstückes soll weiterhin genutzt werden, allerdings nur noch für Teilflächen des Geländes.

3 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 3 2 Beschreibung des geplanten Wassermanagements 2.1 Wasserbecken für die Verwaltungsgebäude Das Entwässerungskonzept für den Standort sieht vor, das Dachwasser der Verwaltungsgebäude sowie das Oberflächenwasser der umliegenden befestigten Flächen in die beiden Wasserbecken einzuleiten. Abbildung 2 zeigt die Zuordnung der Einzugsgebietsflächen zu den Wasserbecken. Eine detaillierte Darstellung kann dem anliegenden Flächenplan entnommen werden. Abbildung 2: Einzugsgebietsflächen der Wasserbecken. Die Wasserbecken sind gedichtet (z.b. mit EPDM-Folie) und m² (südliches Becken) bzw m² (nördliches Becken) groß. Der Wasserstand beträgt an der tiefsten Stelle ca. 2,30 m (bei Mittelwasserstand). Die mittlere Wassertiefe beträgt im südlichen Becken 1,00 m im nördlichen Becken 1,32 m. Die Becken verfügen über je einen Filterbereich, in denen die von den umliegenden Flächen eingeleiteten Abflüsse gereinigt werden und eine Behandlung des Wassers durch Umwälzung erfolgt. Die Auslegung der Filter und Umwälzung erfolgt in Anlehnung an die FLL-Schwimmteich-Richtlinie 1. 1 Richtlinie für Planung, Bau, Instandhaltung und Betrieb von Freibädern mit biologischer Wasseraufbereitung (Schwimm- und Badeteiche), Ausgabe 2011, Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL)

4 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 4 Nach dieser Richtlinie sind in Deutschland zahlreiche Naturschwimmbäder mit Umwälzung geplant und realisiert worden. Selbstverständlich handelt es sich bei den geplanten Wasserbecken nicht um Schwimmbäder. Da die Funktionsweise aber gleich ist, ist diese technische Regel für die Auslegung geeignet. In Deutschland gibt es verschiedene Beispiele für vergleichbare Anlagen, wie z.b. das Wasserbecken am Potsdamer Platz in Berlin. Die Umwälzung über einen naturnahen Filter gewährleistet eine sehr gute Sichttiefe und vermeidet das Massenwachstum von Algen. Die Filter und Pumpen sind so bemessen, dass eine Umwälzung des Inhaltes der Wasserbecken innerhalb eines Tages erfolgen kann. Bei einem Durchlässigkeitsbeiwert des verwendeten Filtermaterials (Kies 2/8 mm) von kf= m/s resultiert daraus eine notwendige Filterfläche von mindestens 162 m² (Süd) bzw. 177 m² (Nord). Die Filterbereiche sind naturnah gestaltet und mit Wasserpflanzen (z.b. Iris oder Zyperngras) bepflanzt. Die Durchströmung der (Kies-)Filter erfolgt durch Gravitation (Vertikalfilter). Abbildung 3 verdeutlicht das Prinzip der Wasserbecken mit Umwälzung. Abbildung 3: Prinzipskizze Wasserbecken mit Umwälzung Die Umwälzpumpen sind so dimensioniert, dass die Umwälzung des Wasserbeckens gewährleistet ist. Die notwendige Pumpenleistung beträgt 16 l/s (Süd) bzw. 18l/s (Nord). Die Pumpen können als Schachtpumpwerke realisiert werden, die zweckmäßigerweise außerhalb des Teiches angeordnet werden (Zugänglichkeit).

5 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 5 Um Schwimmstoffe (Laub, etc.) abzuziehen, wird vor der Pumpe ein sogenannter Skimmer angeordnet. Abbildung 4 zeigt Ausführungsbeispiele und das Wirkungsprinzip eines Skimmers. Abbildung 4: Ausführungsbeispiele und Wirkungsprinzip Skimmer Wasserbecken als Teil des Regenwassermanagements Wie einleitend dargestellt, sind die Wasserbecken nicht nur gestalterische Elemente sondern auch ein wichtiger Teil des Regenwassermanagements. An das nördliche Wasserbecken sind insgesamt ca m² Dachfläche und andere befestigte Flächen angeschlossen (s. Flächenplan), an das südliche Becken insgesamt ca m² (Tabelle 1).

6 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 6 Tabelle 1: Flächenbilanzen Wasserbecken Flächenbilanz Teich Nord Flächenbilanz Teich Süd Teilfläche m² Teilfläche m² Dachfläche extensiv begrünt 220 Dachfläche extensiv begrünt 165 Dachfläche Platte 210 Dachfläche extensiv begrünt 126 Dachfläche Kies 95 Dachfläche intensiv begrünt 20 Dachfläche extensiv begrünt Dachfläche Platte 41 Terrassenfläche, Platte Terrassenfläche, Platte Dachfläche Kies 160 Dachfläche extensiv begrünt Dachfläche extensiv begrünt Dachfläche intensiv begrünt 62 Dachfläche Kies 64 Dachfläche intensiv begrünt 330 Dachfläche extensiv begrünt 722 Dachfläche sonst. Befestigung 950 Dachfläche extensiv begrünt 220 Dachfläche Platte 622 Dachfläche Platte 210 Dachfläche intensiv begrünt 160 Summe Dachfläche Kies 110 TG-Decke intensiv begrünt Summe Die Wasserbecken werden so angelegt, dass der Wasserstand temporär bis zu 0,30 cm ansteigen kann. Damit werden ausreichend Retentionsvolumina für die Zwischenspeicherung des zufließenden Wassers von den angeschlossenen Flächen bereitgestellt. Bezogen auf die angeschlossenen Flächen ergeben sich folgende spez. Stauvolumina (Tabelle 2). Umgerechnet in Niederschlagshöhen können die Wasserbecken in der Staulamelle ca. 80 mm (Nord) bzw. 65 mm Regen zwischenspeichern, wobei die Speicherwirkung der Dachbegrünung noch nicht einmal berücksichtigt wurde. Tabelle 2: Stauvolumen Wasserbecken Fläche Staulamelle Stauvolumen Angeschlossene spez. Volumen Wasserbecken [m²] [m] [m³] Fläche [m²] [m³/ha] Nord , Süd , Für den Fall von lang anhaltenden bzw. intensiven Niederschlägen bzw. während der Wintermonate (geringe Verdunstungsleistung) sind seitlich an den Wasserbecken Überlaufrigolen (s. Abbildung 5) angeordnet. Ein Überlauf in das öffentliche Kanalnetz ist nicht vorgesehen.

7 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 7 Abbildung 5: Detailzeichnung Überlaufrigole Abbildung 6: Lageplan Wasserbecken Süd Abbildung 6 zeigt die Anordnung der Überlaufrigole im Lageplan beispielhaft für das südliche Wasserbecken. Die Abbildung zeigt weiterhin die Anordnung des Filterbereichs sowie die Planung der Zuführung der Dachabflüsse.

8 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 8 Die Kies-Rigolen haben eine Grundfläche von jeweils 30 m² (2*7,50 m Länge, 2 m breit). Die Höhe beträgt 1,00 m, gefüllt mit Kies 16/32 (gewaschen). Aus diesen Abmessungen errechnet sich eine Sickerfläche von 45 m² für jede der Rigolen. Hinzu kommt die Sickerleistung der Teichböschung. Bei einer Böschungslänge von ca. 90 m (dem naturnahen Teil ohne Treppenanlage) und einer Böschungsneigung von 1:5 ergibt sich für die Staulamelle eine Böschungsfläche von 135 m². Die Gesamtsickerfläche beträgt damit ca. 180 m². Für den Kf-Wert liegen keine Vorortmessungen vor. In der Planung bzw. dem Wasserrechtsantrag von 2001 wurde ein Kf-Wert von m/s zugrunde gelegt. Da die danach dimensionierten Anlagen genehmigt wurden und seit ihrer Errichtung ohne bekannte Probleme funktionieren, wurde für die aktuelle Planung ebenfalls ein Kf-Wert von m/s angesetzt. Die Rigolen inkl. Teichböschung haben damit jeweils eine Sickerleistung von Qs=180 m²* m/s *86400=15,5 m³/d. Bezogen auf die angeschlossene Fläche beträgt die Sickerleistung ca. 2.4 mm/d oder 875 mm/a. D.h. selbst ohne Berücksichtigung der Verdunstung aus den Teichen und von den Gründächern könnte der gesamte Jahresniederschlag von den Flächen versickert werden. Da es sich bei den Rigolen nicht um klassische Versickerungsrigolen sondern um Überlaufrigolen einer Teichanlage handelt, ist keine Dimensionierung nach DWA-A 138 möglich. Stattdessen wurde für das Gesamtsystems bestehend aus angeschlossenen Flächen, Wasserbecken mit Staulamelle und Überlaufrigole ein Wasserhaushaltsmodell (Software STORM) erstellt und damit die Funktionsfähigkeit modelltechnisch nachgewiesen. Als Eingangsdaten wurden dazu Regendaten der Station Essen Stoppenberg sowie Klimadaten des DWD (Verdunstung) verwendet. Die Modellierungsergebnisse sind im Anhang aufgelistet. Die Ergebnisse bestätigen die o.a. vereinfachten Handrechnungen. Das Regenwasser von den Dachflächen des Verwaltungsgebäudes und den anderen befestigten Flächen kann über die Wasserbecken vollständig auf dem Grundstück bewirtschaftet werden. Die Modellierung der Wasserbilanz zeigt auch, dass bei länger anhaltenden Trockenperioden mit einem Absinken des Wasserspiegel von max cm zu rechnen ist. Ein Austrocknen des Wasserbeckens ist ausgeschlossen.

9 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht Regenwasserbewirtschaftung für das Parkhaus und die befestigten Verkehrsflächen Für das Dachwasser des geplanten Parkhauses (extensiv begrünt) sowie die Abflüsse von den befestigten Verkehrsflächen des Eingangsbereiches sowie des angrenzenden Besucherparkplatzes sieht die Entwässerungsplanung vor, das anfallende Regenwasser über Versickerungsmulden, ähnlich den bereits bestehenden Versickerungsmulden-/biotopen Route des Regenwassers, im angrenzenden Naturraum zu entwässern (s. Abbildung 7 und Flächenplan). Tabelle 3 zeigt die Flächenbilanz für die an die Versickerungsanlage angeschlossenen Flächen. Abbildung 7: Regenwasserbewirtschaftung für das Parkhaus und die befestigten Verkehrsflächen Tabelle 3: Flächenbilanzen Versickerungsanlage Teilfläche m² Parkhausdach extensiv begrünt Dachfläche intensiv begrünt 420 Dachfläche intensiv begrünt 283 TG-Decke, Platten Dachfläche extensiv begrünt 155 Zufahrt+Parkplatz Summe

10 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht 10 Das im nordwestlichen Teil des Grundstückes gelegene Feuchtbiotop soll dabei erhalten bleiben (s. Abbildung 7). Südlich davon wird eine neue, naturnah gestaltete Versickerungsmulde angelegt. Die Tiefe der Mulde beträgt 0,50 cm, die Böschungsneigung 1:3. Für die Versickerungsanlage wurde ebenfalls mittels Langzeitsimulation entsprechend den Empfehlungen des DWA-A 138 der erforderliche Überstaunachweis erbracht. Eingangsdaten waren die Langzeitregendaten der Station Essen-Stoppenberg ( =54 Jahre, t=5 min). Auch für die Bemessung der Versickerungsmulde wurde analog zu den Wasserbecken ein Kf-Wert von m/s zugrunde gelegt. Bei der Beurteilung der Versickerungsbedingungen ist zu berücksichtigen, dass die bestehende Versickerungsanlage bereits seit 2004 in Betrieb ist und bislang mit den Abflüssen von deutlichen größeren Flächen beschickt wurde (s. Abbildung 8). Abbildung 8: Planung des Route-des-Regenwasserprojektes von 2004 Die Langzeitsimulation zeigt, dass die Versickerungsmulde während des Simulationszeitraumes nicht überläuft. Die nach DWA-A 138 geforderte Überstauhäufigkeit von n=0.2 wird damit deutlich unterschritten.

11 Oberflächenwassermanagement Aldi Nord Campus - Erläuterungsbericht Sonstige Flächen Das Konzept sieht des Weiteren vor, das Regenwasser der befestigten Wegeflächen (Nebenwege) auf dem Gelände, über Gefälleausbildung in angrenzende Grünflächen einzuleiten und über eine Flächenversickerung zu entwässern. Die Flächenversickerung kann zur Anwendung kommen, da ausreichend große Freiflächen im Verhältnis zur angeschlossenen versiegelten Fläche zur Verfügung stehen. Ein Anschluss an einen Kanal oder ein Gewässer entfällt auch in diesem Fall. Für die Teilfläche 2 (Ausfahrt) und Teilfläche 5 (Kita) ist aufgrund der Höhenverhältnisse ein Kanalanschluss erforderlich (s. Flächenplan). Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Dachflächen in diesem Bereich begrünt werden und nur das Überschusswasser eingeleitet werden soll. Die Regenwasserleitungen außerhalb des Gebäudes, die nicht zu Versickerungsflächen führen und direkt an den öffentlichen Mischwasserkanal angeschlossen werden müssen, werden durch den Fachplaner TGA - Büro IGF Ingenieurgesellschaft Feldmeier mbh bearbeitet. 3 Gesamtbewertung Mit der vorgestellten Lösung für das Regenwassermanagement auf dem Aldi Nord Campus werden die Niederschlagsabflüsse größtenteils auf dem Grundstück zurückgehalten und dem örtlichen Wasserkreislauf wieder zugeführt. Dabei wird nicht nur auf Versickerung gesetzt, sondern über die Wasserflächen und die begrünten Dächer werden erhebliche Anteile verdunstet. Damit wird den Zielen einer modernen Regenwasserbewirtschaftung entsprochen. Verfasser: Hoppegarten, Prof. Dr.-Ing. Heiko Sieker Geschäftsführer