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Fachartikel
28. September 2022

Blau-grüne Massnahmen

Schwammstadt im Strassenraum

Im Strassenraum sind nicht nur die Anforderungen an eine standortgerechte Begrünung und an den Rückhalt von Wasser für die Pflanzen hoch, auch soll das Strassenabwasser möglichst schnell abgeführt und gereinigt werden. Im Rahmen einer umfassenden Recherche wurden der Wissensstand und die offenen Herausforderungen zusammengetragen, verbunden mit konkreten Handlungsempfehlungen für die Planungspraxis.
Michael Burkhardt, Beatrice Kulli, Andrea Gion Saluz, 

Der Klimawandel fĂŒhrt zu einer Zunahme von extremen Wetterereignissen, wobei vor allem StĂ€dte und Agglomerationen durch Hitzebelastungen und Starkregen vor Probleme gestellt werden, wie Klimaszenarien fĂŒr die Schweiz aufzeigen [1, 2]. Die SiedlungsrĂ€ume stehen vor enormen Herausforderungen, deren Folgen fĂŒr Mensch und Umwelt durch Anpassungsmassnahmen wenigstens teilweise begegnet werden können. Die Baudirektion des Kantons ZĂŒrich hat deshalb unter FederfĂŒhrung des Amtes fĂŒr Wasser, Energie und Luft AWEL den Massnahmenplan «Anpassung an den Klimawandel» erarbeitet, um auf die VerĂ€nderungen reagieren zu können [3].

Dabei kommt dem Strassenraum eine SchlĂŒsselrolle zu. GegenwĂ€rtig umfassen Strassen, Wege und ParkplĂ€tze in den StĂ€dten rund 20% und in Agglomerationen 9% der FreiflĂ€chen [4]. Bekanntermassen reduzieren versiegelte FlĂ€chen den RĂŒckhalt von Regenabwasser (Retention), verunmöglichen die Transpiration durch Pflanzen und erhöhen durch die WĂ€rmerĂŒckstrahlung die Hitzebelastung. Die zunehmende Versiegelung fĂŒhrt zu einer grösseren Menge an nicht direkt versickerbarem Regenwasser, das zunehmende Verkehrsaufkommen zu erhöhten Belastungen im Strassenabwasser. Die AnsprĂŒche der Bevölkerung an den Strassenraum nehmen gleichfalls zu. Die AufenthaltsqualitĂ€t soll verbessert und zusĂ€tzliche FlĂ€chen fĂŒr Langsamverkehr geschaffen werden. Aufgrund der FlĂ€chenkonkurrenz drĂ€ngen sich daher multifunktionale LösungsansĂ€tze auf, die sich mit einer Mehrfachnutzung von FlĂ€chen verbinden, wie z. B. ParkplĂ€tze mit begrĂŒnter und sickerfĂ€higer OberflĂ€che [5].

Bei Gesellschaft, Politik und Behörden gelten blau-grĂŒne Massnahmen entlang der StrassenrĂ€ume als besonders zukunftstrĂ€chtig. Zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten wurden bereits entwickelt und umgesetzt [6]. Die Pflanzung von BĂ€umen, die Schaffung von GrĂŒnflĂ€chen, offenporige PflĂ€sterungen oder Chaussierungen gehören dabei zu den verbreitetsten Massnahmen zur Reduktion der Hitzebelastung und Abflussminderung [7]. Insbesondere StadtbĂ€ume, bevorzugt grosse und alte, erbringen eine wirkungsvolle Beschattung und Evapotranspiration. Ausserdem erbringen sie eine hohe Ökosystemleistung. Dabei ist Sorge zu tragen, dass die Wurzeln der StadtbĂ€ume keine SchĂ€den an den technischen Infrastrukturen verursachen. An vielen urbanen Standorten kann der Wasserbedarf der vorhandenen Vegetation aber nicht natĂŒrlicherweise gedeckt werden. Vor allem in heissen Sommern muss zusĂ€tzlich bewĂ€ssert werden.

Elemente zur Regenwasserbewirtschaf­tung im Strassenraum sollen also verschiedene Anforderungen erfĂŒllen. Sie sollen das Wasser zurĂŒckhalten und fĂŒr die Pflanzen speichern, ausserdem als Pflanzenstandort geeignet sein und die Pflanzen nicht nur mit Wasser, sondern auch mit NĂ€hrstoffen versorgen. Sie sollen das Wasser aber auch bei Starkregen schnell abfĂŒhren und nötigenfalls von Verschmutzungen reinigen. Eine Belastung des Grundwassers durch Schadstoffe ist zu vermeiden.

Auf den schmalen FlĂ€chen entlang der Verkehrswege ist es oft schwierig, Boden einzubauen. Substrate sind als Alternative weit verbreitet, da sie ĂŒber eine grössere Sicker-, Retentionsleistung und StrukturstabilitĂ€t als natĂŒrliche Böden verfĂŒgen und damit fĂŒr kompakt gebaute Pflanzgruben vorzĂŒglich geeignet sind.

Sowohl bei den Gestaltungselementen mit Substraten als auch bei Boden sind jedoch verschiedene Fragen offen. Die Zusammensetzung von Substraten ist beispielsweise sehr unterschiedlich und ĂŒber das RĂŒckhaltevermögen von Schadstoffen und möglichen Risiken fĂŒr das Grundwasser ist wenig bekannt. Ob Bodenfilter in der Schweiz mit BĂ€umen bepflanzt werden dĂŒrfen, ist unklar. Es wird befĂŒrchtet, dass die FunktionstĂŒchtigkeit durch die Wurzeln beeintrĂ€chtigt werden könnte (prĂ€ferenzieller Fluss). In Deutschland hat das neue Merkblatt DWA-A
138-1 [8] diese stÀdtebaulich attraktive Möglichkeit eröffnet

Ziele und Vorgehen

Das Ziel der vorliegenden Studie war es, offene Fragen zur StrassenentwĂ€sserung und zu den Möglichkeiten einer angepassten Regenwasserbewirtschaftung im Kanton ZĂŒrich anzugehen. DafĂŒr wurden der Kenntnisstand zur Versickerung von Strassen- und Platzabwasser ĂŒber bepflanzte EntwĂ€sserungselemente mit Boden- und Substratpassage recherchiert sowie Lösungen zur Optimierung diskutiert. Die Schwerpunkte wurden wie folgt gesetzt:

  • Merkmale von Böden und Substraten zusammenstellen
  • Lösungen bei Belastungen und fĂŒr Substrate eruieren
  • Möglichkeiten von Schwammstadt-Elementen und Bepflanzungen aufzeigen, insbesondere bei engen PlatzverhĂ€ltnissen
  • Empfehlungen fĂŒr die Planungs-, AusfĂŒhrungs- und Pflegepraxis geben.

Nachfolgend werden AuszĂŒge aus der Recherche prĂ€sentiert. Alle Ergebnisse inklusive Pflanzlisten sind im Projektbericht und einer Planungshilfe zu finden [9, 10].

SCHADSTOFFE UND GEWÄSSERSCHUTZ

Belastungen im Strassenabwasser

Die Stoffbelastung ist von zentraler Bedeutung fĂŒr den möglichen Behandlungsbedarf und die Anforderungen an Boden und Substrate. In Platz- und Strassenabwasser wird sie primĂ€r durch das Verkehrsaufkommen bestimmt und in drei Belastungsklassen abgebildet [11]:

Belastungsklasse HerkunftsflÀche
Gering Strassen: < 5 000 DTV
Haus-, Vor-, ParkplÀtze: selten Fahrzeugwechsel, geringe Nutzung
Metalle, pestizidhaltige Materialien: leicht erhöhter Anteil
Mittel Strassen: 5 000–14 000 DTV
Haus-, Vor-, ParkplÀtze: mittlere Fahrzeugwechsel und Nutzung
Metalle, pestizidhaltige Materialien: erhöhter Anteil
Hoch Strassen: > 14 000 DTV
Haus-, Vor-, ParkplÀtze: hÀufige Fahrzeugwechsel, intensive Nutzung
Metalle, pestizidhaltige Materialien: erhöhter Anteil


Geringe Belastungen sind auf ParkplĂ€tzen, Zu-/Ausfahrten und in (verkehrsberuhigten) Wohngebieten zu erwarten, hohe Belastungen hingegen an Belastungsschwerpunkten wie Kreuzungen, Lichtsignalen, Kreisverkehr, Kurven und Brems-/Beschleunigungsbereichen. ZusĂ€tzliche Belastungen können durch Dach- und FassadenflĂ€chen auftreten, wenn diese auf Strassen, Wege und PlĂ€tze entwĂ€ssern. Zu beachten ist, dass sich die Nutzung auf den FlĂ€chen ĂŒber die Jahre verĂ€ndern kann, somit auch die Belastungsklasse.

Effektiv gelangen verschiedenste gelöste und partikulÀre Stoffe ins Platz- und Strassenabwasser [12, 13, 14]:

  • Fahrzeuge: Schwermetalle aus Reifen (Pneuabrieb), Mineralölkohlenwasserstoffe durch Tropfverluste, organische Spurenstoffe aus Pneus etc.
  • Verkehrsinfrastruktur: Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) aus AsphaltbelĂ€gen, Schwermetalle aus Schutzplanken etc.
  • Wege und PlĂ€tze: Organische Spurenstoffe aus FlĂ€chennutzung und -unterhalt (z. B. Pestizide) etc.

Den Partikeln (gesamte ungelöste Stoffe; GUS) kommt eine besondere Bedeutung zu, da sie selber Schadstoff, TrĂ€ger von gebundenen sowie Quelle von wasserlöslichen Schadstoffen (z. B. Additive in Pneuabrieb) sein können. So liegen Schwermetalle und PAK vor allem gebunden vor (nur ca. 40% der Schwermetalle gelöst), emittieren aber auch als Partikel (Abrieb) [15, 16].

Als wesentliche Quelle von Mikroplastik dominiert Pneuabrieb die aktuelle Diskussion zur Strassenabwasserbelastung. Der Abrieb auf Schweizer Strassen belĂ€uft sich auf fast 11 000 t pro Jahr [17]. Weitere Ergebnisse zeigen, dass die Abriebmengen von Asphalt und Bremsen den Pneuabrieb sogar ĂŒbertreffen könnten [18]. Dies wĂŒrde erklĂ€ren, warum Mikroplastik nur rund 30% der GUS-Fracht in Autobahnabwasser ausmacht.

Mit der grossen Menge Pneuabrieb gelangen auch Additive in die Umwelt, wie Vulkanisationsbeschleuniger (Benzothiazol, 2-Mercaptobenzothiazol, Mercaptobenzothiazolsulfid), Antioxidantien (Amine, Phenole), Weichmacher und Stabilisatoren (z. B. 4-iso-Nonylphenol, Di(2-ethylhexyl)phtalat (DEHP), 2,2’-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (BPA)) [19, 20]. Mercaptobenzothiazol erreicht im Strassenabwasser bis einige hundert Mikrogramm pro Liter, wirkt aber schon bei 0,8 ÎŒg/l (chronisch) toxisch auf aquatische Organismen. Vom in Pneu eingesetztem Vulkanisationsbeschleuniger 1,3-Diphenylguanidin (DPG) emittieren rund 50%, die anteilig in den mobilen Stoff Anilin umgewandelt werden [18]. Das Antioxidationsmittel 6PPD (N-(1,3-Dimethylbutyl)-N’-Phenyl-P-Phenylenediamin), seit Jahren in Pneus eingesetzt, wird nach neuen Erkenntnisse durch Ozon in 6PPD-Quinon umgewandelt, das schon bei 0,8 ± 0,16 ”g/l eine letale Wirkung (LC50) auf junge Lachse aufweist und im Strassenabwasser zwischen < 0,3 und 19 ”g/l gefunden wurde [21]. Die FĂŒlle nachgewiesener Spurenstoffe ist immens, wie auch das europĂ€ische Projekt Microproof im Auftrag der Conference of European Directors of Roads (CEDR) zeigt [22].

Der internationale Wissensstand zum Vorkommen solcher Stoffe im Strassenabwasser spiegelt sich jedoch in der Schweiz weder im Monitoring noch in Planungshilfen wider [23]. Nur bei den Testanforderungen fĂŒr Adsorberanlagen werden zwei Spurenstoffe als Leitsubstanzen beigezogen [24]. Bemerkenswert ist dabei, dass viele Spurenstoffe eine hohe MobilitĂ€t und ÖkotoxizitĂ€t aufweisen können, weit höher als Schwermetalle, so wie es fĂŒr organische Spurenstoffe im kommunalen Abwasser seit Jahren bekannt ist.

Taumittel werden flĂŒssig (Salzsole) oder als Tausalz eingesetzt. Zu den unerwĂŒnschten Folgen zĂ€hlen SalzschĂ€den am StrassengrĂŒn sowie Belastungen von Böden und GewĂ€ssern [25, 26]. Das Tiefbauamt des Kantons ZĂŒrich hat einen durchschnittlichen Salzverbrauch von ca. 15 000 t pro Winter. Bei einer gestreuten OberflĂ€che von ca. 22 Mio. m2 entspricht dies einer jĂ€hrlichen Salzmenge von 650 g/m2 [27]. Im Strassenabwasser können die Konzentrationen zwischen einigen 100 bis einigen 1000 mg/l Chlorid liegen [28]. Unter der Annahme, dass sich die jĂ€hrliche Salzmenge in ZĂŒrich auf 50 EinsĂ€tze je Route verteilt und jeweils durch Abflussereignisse mit im Mittel 250 l/m2 im Winter abgeschwemmt werden, ergibt sich eine theoretische mittlere Salzkonzentration von ca. 2,6 g pro Liter. Der Salzeintrag ist insofern problematisch, da die meisten LaubbĂ€ume bei > 100 mg/kg erste SchĂ€den aufweisen und bei > 150 mg/kg in Boden und Substraten die meisten Baumarten geschĂ€digt werden.

Interessant ist, dass der Eintrag von Niederschlagsabwasser in Pflanzgruben selten ĂŒber die GesamtflĂ€che erfolgt, sondern meistens ĂŒber Randbefestigungen (Ablaufkante). Daher ist nicht der ganze Sickerbereich bzw. Wurzelraum gleich stark dem Salz oder anderen Schadstoffen ausgesetzt.

GewÀsserschutz und ZulÀssigkeit

Belastetes Platz- und Strassenabwasser zÀhlt gemÀss Schweizer GewÀsserschutzverordnung zu «anderes verschmutztes Abwasser» [29]. Es ist entsprechend seiner Belastungsklasse zu behandeln [11]. Mit der Behandlung soll die Verunreinigung des Grund- und OberflÀchenwassers durch Versickerung oder Direkteinleitung vermieden werden.

Bei der Versickerung ins Grundwasser ist der Ort der Beurteilung das Grundwasser [21]. Die Anforderungswerte im betroffenen Grundwasser sind einzuhalten, gelten jedoch nicht unmittelbar fĂŒr das zu versickernde Strassenabwasser. Viele Kantone verlangen die Anforderungswerte allerdings fĂŒr das zu versickernde Wasser nach einer allfĂ€lligen Vorbehandlung (z. B. Bodenpassage).

Zum planerischen Grundwasserschutz gehören die Schutzzonen S1, S2 und S3 bei Trinkwassernutzung, der GewĂ€sserschutzbereich Au fĂŒr nutzbare unterirdische GewĂ€sser, der Zuströmbereich Zu bei Verunreinigungen aus der Bodenbewirtschaftung, und ĂŒbrige Bereiche ĂŒB mit geringerer Relevanz.

Im Kanton zulĂ€ssig ist die Versickerung von Platz- und Strassenabwasser mit Bodenpassage bis zu 14 000 DTV im GewĂ€sserschutzbereich Au und uneingeschrĂ€nkt im ĂŒB [11]. Fehlt die Bodenpassage bei mittlerer und höherer Belastung, sind Adsorberanlagen mit nachgewiesenen Wirkungsgraden einzusetzen.

EIGENSCHAFTEN VON BÖDEN UND SUBSTRATEN

WĂ€hrend Böden natĂŒrlich entstanden sind, sind Substrate entwickelte Produkte fĂŒr bestimmte Anwendungsbereiche. Trotz dieser Unterschiede bestimmen die Eigenschaften von Böden und Substraten die Standortfaktoren, das hydraulische Regime und den StoffrĂŒckhalt.

Strukturelle Eigenschaften

Unter Textur (Körnung) ist die Korngrössenverteilung der PrimĂ€rteilchen zu verstehen. Die Struktur beschreibt deren rĂ€umliche Anordnung und den ĂŒbergeordneten Zusammenhalt in Aggregaten. GemĂ€ss der schweizerischen Bodenklassifikation wird der mineralische Feinanteil, der die Bodenart bestimmt, in drei Grössenfraktionen unterschieden:

  • Ton (< 0,002 mm)
  • Schluff resp. Silt (0,002–0,05 mm)
  • Sand (0,05–2 mm)

Als Grobboden oder Skelett werden Bestandteile > 2 mm bezeichnet. Diese umfassen Kies, Schotter oder andere Gesteinsrelikte. Sowohl in natĂŒrlichen als auch technischen Substraten kann der Skelettanteil > 30 Vol.-% einnehmen. Struktur und Körnung beeinflussen massgeblich die Anteile verschiedener Porengrössen:

Grobporen (> 50 Όm, pF < 1,8)

Sie sind temporĂ€r wassergefĂŒllt und entleeren sich nach einem Niederschlag rasch. Die Grobporen sind fĂŒr die Luftversorgung der Wurzeln (LuftkapazitĂ€t, LK) und die schnelle Versickerung von Wasser bei starkem Regen (hohe gesĂ€ttigte WasserleitfĂ€higkeit oder spezifische Sickerleistung) verantwortlich. In Substraten wird ein hoher Anteil Grobporen angestrebt.

Mittelporen (0,2–50 Όm, pF 4,2–2,5)

Sie halten das Wasser gegen die Schwerkraft und geben es den Pflanzen wieder ab (nutzbare FeldkapazitÀt, nFK). Sandige und tonige Böden haben weniger Mittelporen als schluffige Böden oder Lehme (Gemische von Sand und Ton) sowie Böden mit viel organischer Substanz.

Feinporen (< 0,2 Όm, pF 4,2)

Sie halten das Wasser so stark fest, dass es den Pflanzen nicht zur VerfĂŒgung steht, aber einen kapillaren Wasseraufstieg ermöglicht. Mit steigendem Tonanteil nimmt der Anteil Feinporen zu. Sandige Böden und Substrate mit EinzelkorngefĂŒge haben wenig Mittel- und Feinporen und daher geringe Kapillarwirkung.

Die Anteile der Porenklassen lassen sich aus der Körnung und Lagerungsdichte herleiten. Beides sind Parameter, die sich vor Ort beim Einbau und zur Kontrolle einfach bestimmen lassen. Dabei gilt: je höher die Lagerungsdichte, desto kleiner die PorositÀt.

Der fĂŒr BĂ€ume wichtige Wasser- und Lufthaushalt kann sich durch stabile Aggregate bzw. SekundĂ€rporen verbessern. In grobkörnigen Materialien ist hingegen die GefĂŒgebildung von geringer Bedeutung. Bereits in leicht bindigen Böden können biogene Makroporen (0,5–10 mm Durchmesser) entstehen, beispielsweise RegenwurmgĂ€nge und KanĂ€le abgestorbener Wurzeln. Diese Makroporen kommen zwar nur punktuell vor, weisen aber eine hohe vertikale Ausdehnung auf (KonnektivitĂ€t) und sind relevant als schnelle Fliesswege.

Neben der mineralischen Fraktion kommt in Böden und Substraten ein organischer Anteil vor, beispielsweise Humus, Kompost oder Torf. Das Bodenleben benötigt die organische Substanz als Nahrungsgrundlage und Pflanzen ziehen daraus NÀhrstoffe. Im humosen Oberboden oder Substraten liegt der Anteil meistens zwischen 1 und 4 Masse-%. Je nach Feuchtezustand wirken organische Bestandteile wasserabweisend (hydrophob) oder als Wasserspeicher.

Hydraulische Eigenschaften

Die WasserleitfĂ€higkeit hĂ€ngt von der Textur, Struktur und dem Wassergehalt ab. Erst wenn die Fein- und Mittelporen vollstĂ€ndig gesĂ€ttigt sind, fĂŒhren in der Regel auch die Grobporen Wasser. Je mehr Grob- und Makroporen vorliegen, desto höher sind Infiltration und gesĂ€ttigte WasserleitfĂ€higkeit kf. Unter Gleichgewichtsbedingungen, wenn Wasser gleichmĂ€ssig oder leicht eingestaut infiltriert und der Flurabstand mindestens 1 m betrĂ€gt, entspricht die Versickerungsrate der gesĂ€ttigten WasserleitfĂ€higkeit. Nimmt der Wassergehalt ab, herrschen ungesĂ€ttigte Bedingungen und die WasserleitfĂ€higkeit reduziert sich. Da sich Wasser stets vom feuchten (geringes Potenzial) zum trockenen (hohes Potenzial) bewegt, kann bei Trockenheit das Wasser auch entgegen der Schwerkraft kapillar aufsteigen.

In der Strassen- und SiedlungsentwĂ€sserung ist fĂŒr die Beschreibung des Wasserabflusses die spezifische Sickerleistung SSpez [l/(min m2)] verbreitet. Über eine NĂ€herungsformel lĂ€sst sich SSpez mit kf verknĂŒpfen: SSpez = kf/2 [11]. Der gesĂ€ttigte Fluss nach Darcy gilt fĂŒr eine laminare Strömung im homogenen, gesĂ€ttigten Grundwasserleiter, wĂ€hrend die Versickerung perkolativ im ungesĂ€ttigten Zustand erfolgt und eine LeitfĂ€higkeitsreduktion durch LufteinschlĂŒsse zu erwarten ist.

SekundĂ€rporen erhöhen mit dem Alter der Anlagen die Sickerraten [30]. Da in Pflanzsubstraten eher kein relevantes AufbaugefĂŒge zu erwarten ist, dĂŒrfte die AnfangsdurchlĂ€ssigkeit nicht zunehmen.

RĂŒckhaltevermögen fĂŒr Stoffe

PartikulĂ€re Stoffe wie GUS oder Pneuabrieb werden durch mechanische Filterung an der OberflĂ€che und in der Matrix von durchströmten Böden sowie Substraten > 90% zurĂŒckgehalten [15, 23]. Schwermetalle werden bei erhöhtem pH-Wert (> 9) ausgefĂ€llt und ebenfalls filtriert [18]. Der hohe physikalische RĂŒckhalt durch OberflĂ€chen- und Raumfiltration ist darauf zurĂŒckzufĂŒhren, dass (1) eine deckschichtkontrollierte Filtration an der BodenoberflĂ€che wirkt, (2) die Partikel meistens grösser sind als die Porenradien, und (3) eine DurchgĂ€ngigkeit des Porenraums fehlt (KonnektivitĂ€t). Diese Mechanismen gelten sowohl fĂŒr Böden als auch Pflanzsubstrate, wobei der effektive Wirkungsgrad durch die vorliegenden Partikeleigenschaften und die physikalischen Kenngrössen des jeweiligen Materials beeinflusst ist.

Gelöste Stoffe interagieren mit den OberflĂ€chen der Feinfraktion. Vor allem Tonminerale und organisches Material, aber auch Oxide und Hydroxide, stellen die relevanten OberflĂ€chen fĂŒr die Adsorption zur VerfĂŒgung [31]. Aufgrund deren Ladung binden positiv geladene Stoffe (z. B. Schwermetalle, NĂ€hrstoffe) an Bodenpartikel. Organisches Material kann sowohl positiv als negativ geladene Stoffe binden. Die generelle FĂ€higkeit der festen Boden- oder Substratmatrix, geladene Stoffe zu binden, wird mit der Kationen- und AnionenaustauschkapazitĂ€t beschrieben (KAK, AAK). Eine hohe KAK bedeutet, dass Schwermetalle und NĂ€hrstoffe gut binden. In tonreichen und stark humosen Böden ist die KAK besonders gross. FĂŒr Pflanzsubstrate ist die KAK oft nicht bekannt, aber die eingesetzten Komponenten und Mengenanteile deuten darauf hin, dass diese eher gering ist.

Organische Spurenstoffe werden eher schlecht von Versickerungsböden zurĂŒckgehalten. So wurden auch Spurenstoffe wie Biozide im Abstrom von Mulden-Rigolen nachgewiesen [32, 33]. Laborversuche bestĂ€tigen den Befund, dass gewisse Spurenstoffe von sickerfĂ€higen Böden nur unzureichend adsorbiert werden [34]. HierfĂŒr sind der geringe Tonanteil und die hohe DurchlĂ€ssigkeit verantwortlich.

Chlorid ist ein inerter Stoff, im Boden sehr mobil und wird schnell ausgespĂŒlt. Treten im Grundwasser Konzentrationserhöhungen auf, verdĂŒnnen sie sich schnell [28]. Natrium dagegen bindet gut an der Feinfraktion und erreicht Konzentrationen bis 500 mg/kg.

Bei hoher Natriumzufuhr können PflanzennĂ€hrstoffe (z. B. Calcium, Magnesium, Kalium) und Schwermetalle von den Tonmineralen verdrĂ€ngt werden [16, 26]. Natrium kann im massiven Überschuss auch dispergierend auf Bodenaggregate wirken. Dies kann zu VerschlĂ€mmung, einer eingeschrĂ€nkten Sickerleistung und StaunĂ€sse fĂŒhren.

Die StĂ€rke der Bindung durch Adsorption ist fĂŒr Stoffe unterschiedlich. Schwach gebundene Stoffe können bei sich Ă€ndernden Bedingungen erneut mobilisiert und verlagert werden. Durch einen SpĂŒlstoss, ausgelöst durch Starkregen oder eine grosse AnschlussflĂ€che, wird z. B. Tausalz ausgewaschen. Tritt genĂŒgend Sickerwasser auf, vor allem im SpĂ€twinter, ist deshalb keine dauerhafte SchĂ€digung der VitalitĂ€t, wie SalzschĂ€den an BĂ€umen, zu erwarten. Dies belegen Felduntersuchungen [35].

Herkömmliche Pflanzsubstratrezepturen sind per se nicht dafĂŒr entwickelt, die eingetragene Stoffvielfalt zurĂŒckzuhalten. Die Filterfunktion fĂŒr partikulĂ€re Schadstoffe ist nur das zufĂ€llige Resultat der Substratmatrix. Gleiches gilt fĂŒr gelöst eingetragene Schadstoffe wie Schwermetalle, die gelegentlich ĂŒber die Sickerpassage entfernt werden. Es ist nicht zu erwarten, dass gelöste Schadstoffe gut gebunden werden, weil die dafĂŒr erforderliche Feinfraktion (Ton, Humus) in zu geringer Menge und QualitĂ€t vorliegen. Es ist aber auch nicht wirtschaftlich sowie technisch sinnvoll, bei jeder Pflanzgrube die Funktion als Schadstoffbarriere universell und unspezifisch vorzusehen. Sinnvoll ist hingegen eine standortspezifische Betrachtung unter BerĂŒcksichtigung der Belastungsklasse, Grundwasserschutzzone und VerhĂ€ltnismĂ€ssigkeit.

PrÀferenzieller Fluss

Wasser versickert in ungesĂ€ttigten Böden und Substraten gleichmĂ€ssig oder ungleichmĂ€ssig. GleichmĂ€ssige Infiltration in einem homogen porösen Medium fĂŒhrt dazu, dass die Matrix parallel zur OberflĂ€che durchfeuchtet wird. Typisch dafĂŒr sind sandige Böden und Pflanzsubstrate mit EinzelkorngefĂŒge. Beim ungleichmĂ€ssigen Fluss versickert dagegen das Regenwasser in Makroporen schneller als in der umgebenden Bodenmatrix. Das PhĂ€nomen des lokal schnellen Fliessens unter Umgehung der ungesĂ€ttigten Matrix wird prĂ€ferenzieller Fluss genannt und lĂ€sst sich in drei Untergruppen gliedern [36]:

  • HeterogenitĂ€ten (Funneling Flow): plötzlicher Wechsel von Materialien unterschiedlicher Körnung (feinkörnig ĂŒber grobkörnig)
  • Makroporenfluss (Bypass Flow): morphologische oder funktionelle Besonderheiten der Makroporen (RegenwurmgĂ€nge, WurzelkanĂ€le)
  • InstabilitĂ€ten (Fingering Flow): hydrophobe Substanzen (z. B. Torf, Kompost)

Die NiederschlagsintensitĂ€t spielt eine entscheidende Rolle bei der Initiierung von prĂ€ferenziellem Fluss [37]. Erst wenn Regenwasser auf einer sickerfĂ€higen OberflĂ€che staut, z. B. bei Starkregen, wird im Oberboden die InfiltrationskapazitĂ€t ĂŒberschritten, werden Makroporen angeströmt, und darin das Wasser unter gesĂ€ttigten Bedingungen abgeleitet [38]. Deshalb steigt mit der Grösse der AnschlussflĂ€che die HĂ€ufigkeit des Wassereinstaus und damit die von prĂ€ferenziellem Fluss.

Die Anzahl Makroporen steigt mit dem Alter des Bodens (Bodenbildung). Alte Pfahlwurzeln oder RegenwurmgĂ€nge verursachen biogene Makroporen. Abgestorbene lange, dicke (Pfahl-)Wurzeln (Durchmesser 10–30 mm) können stabile Makroporen ausbilden, die ĂŒber Jahrzehnte bestehen bleiben [39, 40]. Schwermetalle oder andere Stoffe reichern sich in den KanĂ€len von Wurzeln an [41]. Eine tiefwurzelnde Bepflanzung ist daher entweder zu vermeiden oder von Beginn an gut zu planen und dabei die Wurzeln beim Wachstum zu lenken.

Wenn ein hoher Anteil an organischem Material vorliegt (Humus, Kompost, Torf etc.), kann bei Trockenheit die Hydrophobie des organischen Materials den prĂ€ferenziellen Fluss begĂŒnstigen. Dies kann vor allem bei oberflĂ€chennah eingebrachten organischen Materialien bedeutsam sein. Auch die WĂ€nde von RegenwurmgĂ€ngen sind mit hydrophoben organischen Stoffen ausgekleidet.

Der prĂ€ferenzielle Fluss tritt folglich dann auf, wenn folgende Voraussetzungen gegeben sind: (1) konnektive Makroporen (geogen, biogen), (2) hohe NiederschlagsintensitĂ€t und (3) inhomogene Infiltration. PrĂ€ferenzielles Fliessen ist bei technischen Substraten eher nicht zu erwarten, weil durchgĂ€ngige Makroporen und strukturelle InstabilitĂ€ten meist fehlen. Versickert belastetes Wasser ĂŒber prĂ€ferenzielle Fliesswege, spricht man von prĂ€ferenziellem Transport.

Bemerkenswert ist, dass der prĂ€ferenzielle Stofftransport nahezu unabhĂ€ngig von den Eigenschaften der Stoffe erfolgt und gelöste wie partikulĂ€re Stoffe gleichermassen verlagert werden können. Anhand der FĂ€rbung entlang der Schichtgrenze zwischen Bodenschicht (oben) und der Sandschicht (darunter) und in den groben Poren des Bodens ist in Figur 2 zu erkennen, dass Pneuabrieb bis zur Schichtgrenze transportiert wurde. Die in die Tiefe verlagerte Stoffmenge dĂŒrfte aber gegenĂŒber dem Stoffeintrag auf der FlĂ€che eher klein sein (< 1%).

Ob prĂ€ferenzielle Fliesswege in Bodenfiltern und Substraten zu einer messbaren Grundwasserbelastung im Strassenraum fĂŒhren, ist unklar. ErgĂ€nzende Untersuchungen zu den transportrelevanten Faktoren im Strassenraum und den Austragsmengen in urbanes Grundwasser sind daher hilfreich. Vor dem Hintergrund, dass Baumpflanzungen in Mulden zunehmend in ErwĂ€gung gezogen werden, aber WidersprĂŒche und Meinungen zur Relevanz von Wurzeln auf prĂ€ferenziellen Transport bestehen, sollte dieser Einfluss in Behandlungsanlagen und Pflanzgruben besonders untersucht werden.

ANFORDERUNGEN AN SUBSTRATE

Grundeigenschaften

Pflanzsubstrate kommen meist dort zum Einsatz, wo natĂŒrliche Böden fehlen oder ihre Funktion nicht mehr erfĂŒllen können (z. B. Sicker- oder TragfĂ€higkeit). Sie mĂŒssen je nach Einsatzbestimmung unterschiedliche mechanische, hydraulische, chemische und biologische Grundanforderungen erfĂŒllen. Ausserdem liefern Baumpflanzungen im humosen Oberboden und mineralischen Unterboden an urbanen Standorten nicht immer genĂŒgend Wurzelwachstumsergebnisse [42].

Substrate fĂŒr Vegetationstragschichten sollen daher optimale Wachstumsbedingungen durch gute DurchlĂŒftung, Wasserhaltevermögen, NĂ€hrstoffangebot und die Grösse des Wurzelraums gewĂ€hrleisten. FĂŒr die StrassenentwĂ€sserung steht eine hohe WasserleitfĂ€higkeit und hohe Reinigungsleistung im Vordergrund [43]. PrĂ€destiniert sind dafĂŒr strukturstabile Gemische, welche Verdichtungen standhalten und Wasser gut versickern lassen (hohe WasserleitfĂ€higkeit), aber NĂ€hrstoffe und Wasser der Vegetation bereitstellen (hohe nFK). Ein pH-Wert zwischen ca. 6,0 und 7,0 ist empfehlenswert, um Pflanzen gute Standortbedingungen zu bieten.

Ein Pflanzsubstrat ist gemĂ€ss Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL) ein Gemisch aus mineralischen und organischen GerĂŒstbaustoffen und Zusatzstoffen natĂŒrlicher und kĂŒnstlicher Herkunft [44]. Wie bei natĂŒrlichen Böden, sind die Grobfraktion (> 2 mm) relevant fĂŒr die WasserleitfĂ€higkeit (SickerfĂ€higkeit) und die Feinfraktion (< 2 mm) fĂŒr das pflanzenverfĂŒgbare Wasser (nFk). ZusĂ€tzlich ermöglicht die Grobfraktion auch einen ausgedehnten Wurzelraum und eine tragfĂ€hige Struktur. Durch die homogene Zusammensetzung und den geringen Tonanteil dominiert das EinzelkorngefĂŒge.

Zu den natĂŒrlichen mineralischen GerĂŒstbaustoffen und schadstofffreien mineralischen Recyclingbaustoffen (RC-Materialien) zĂ€hlen beispielsweise natĂŒrlicher Boden, Landerde, Sande wie Bruchsand aus Granit, Ziegelsand aus Bruchziegel, BlĂ€hschiefer, Splitt, Schotter, Steinmehl und Kieswaschschlamm. Als Landerde gilt ein tonhaltiger Oberboden, der beispielsweise bei der ZuckerrĂŒbenwĂ€sche anfĂ€llt. Unter Einhaltung gesetzlicher Vorgaben sind gemĂ€ss FLL auch industrielle Nebenprodukte zugelassen. Die Substrate dĂŒrfen aber keine Stoffe enthalten, die das Grundwasser belasten können [44]. Die Schadstoffgehalte in den Einzelfraktionen oder der Substratmischung werden jedoch nur gelegentlich angegeben.

Zu den Zusatzstoffen zÀhlt organische Substanz wie Humus, Mulch, Kompost oder sog. Schwarzerde. Schwarzerde ist ein Kompost mit ca. 30% Pflanzenkohle (mehr als zehn Wochen kompostiert). Durch Mineralisation der Biomasse wird primÀr der NÀhrstoffbedarf der Vegetation abgedeckt. ZusÀtzlich kann organische Substanz die Puffereigenschaften des Substrats verbessern und Mikroorganismen einbringen.

Als weitere Zusatzstoffe gelten Hilfsstoffe, z. B. Pflanzenkohle und Mykorrhiza-Impfstoffe. Die Mengenanteile sind deutlich verschieden. Beispielsweise wird ein Animpfen in geringster Menge dosiert, um die Entwicklung von Pilzhyphen zu stimulieren. Welchen effektiven Mehrwert die Zusatzstoffe auf das Pflanzenwachstum haben, ist eher unsicher.

Relevanz von Pflanzenkohle

FĂŒr die Herstellung von Pflanzenkohle fĂŒr Böden und Substrate wird organisches Material unter Ausschluss von Sauerstoff pyrolysiert. Ein dafĂŒr gĂ€ngiges Temperaturfenster liegt zwischen 500 und 800 °C und die erzeugte innere OberflĂ€che zwischen 300 und 600 m2/g [45].

In Substraten sollten ausschliesslich Pflanzenkohlen aus natĂŒrlichem, unbelasteten GrĂŒngut und eine qualitĂ€tsgesicherte ProzessfĂŒhrung in der Pyrolyse eingesetzt werden (z. B. Holzreste, Strauchschnitt). Die positiven Eigenschaften der Pflanzenkohle dĂŒrfen nĂ€mlich nicht durch den möglichen Eintrag von Schadstoffen unterlaufen werden. FĂŒr hochwertige Pflanzenkohlen wurden durch das European Biochar Certificate (EBC) zwei geeignete QualitĂ€tsanforderungen definiert (EBC-Agro, EBC-AgroBio), wobei das etwas strenger EBC-AgroBio zu bevorzugen ist [46]. Diese sollten von den eingesetzten Pflanzenkohlen erfĂŒllt werden. Abgeraten wird von EBC-Urban, weil dafĂŒr nicht nur rein pflanzliche Biomassen zugelassen sind, sondern auch AbfĂ€lle aus industriellen Prozessen wie beschichtetes Altholz und Kunststoffe bis zu 1,0 Massen-%, und höhere Schadstoffgehalte toleriert werden.

Pflanzenkohle kann Wasser dank ihrer grossen inneren OberflĂ€che bis zum 5-fachen Eigengewicht aufnehmen, wodurch die NĂ€hrstoffspeicherung und WasserhaltekapazitĂ€t (FK) verbessert werden [47, 48, 49]. In Substraten mit Pflanzenkohle nehmen die Mittelporen (nFK) zu [50]. Offenbar unterstĂŒtzt die Kohle auch die Aggregatbildung und damit wasser- und luftleitende grobe SekundĂ€rporen [51]. Interessant ist der Einsatz in Substraten auch deshalb, weil sie dafĂŒr als C-Senke finanziell vergĂŒtet werden kann [52].

Pflanzenkohle soll vor dem Einsatz mit NĂ€hrstoffen und evtl. mit Mikroorganismen angereichert werden, beispielsweise durch Konditionierung mit FlĂŒssigmedien (Komposttee o. À.) oder Co-Kompostierung. So zeigten BĂ€ume im «Stockholmer Substrat» mit kompostierter Pflanzenkohle einen 5-mal grösseren Zuwachs als vergleichbare BĂ€ume in konventionellen Substraten [53]. Ausserdem siedeln sich Mikroorganismen an, die die NĂ€hrstoffumsetzung verbessern [54, 55].

Als nachteilig wird der pH-Wert der rohen Pflanzenkohle (ca. pH 9) beschrieben. Beobachtet wurde aber, dass sich dieser durch das Sickerwasser schnell dem Umgebungsmilieu anpasst und keinen signifikanten Einfluss auf Pflanzenwachstum, Mobilisierung von Schwermetallen oder GrundwasserqualitÀt hat [56].

Vielfach wird darauf hingewiesen, dass Pflanzenkohle Schadstoffe wie Schwermetalle aufgrund ihrer grossen OberflĂ€che binde, andererseits aber auch erwĂ€hnt, dass die Wirkung mit der Zeit nachlasse [57]. Die zahlreichen widersprĂŒchlichen Aussagen zeigen, dass die Schadstoffbindung durch Pflanzenkohlen nicht eindeutig belegt ist. So ist beispielsweise nicht auszuschliessen, dass die Schwermetalle nur wegen des erhöhten pH-Werts in der rohen Kohle temporĂ€r ausfallen und mit Absinken des pH-Werts wieder remobilisieren. Diese entsprĂ€che keinem langfristigen RĂŒckhalt der Schadstoffe.

Verwirrung stiften zwei Begrifflichkeiten. Wenn von «aktivierter Pflanzenkohle» gesprochen wird, dann ist biologisch bzw. mikrobiell aktivierte Kohle, z. B. durch Co-Kompostierung oder BesprĂŒhen mit Mikroorganismen, gemeint. Eine chemisch aktivierte «Aktivkohle» zeichnet sich dagegen vor allem durch ein hohes Bindungsvermögen fĂŒr gelöste Spurenstoffe aus, weil durch den Prozess der Aktivierung eine rund doppelt so grosse innere OberflĂ€che und andere Porengrössenverteilung als in der ursprĂŒnglichen Pflanzenkohle erzeugt wird. Meistens werden dafĂŒr fossile Rohstoffe (z. B. Steinkohle) beigezogen. Nur vereinzelt findet sich chemisch aktivierte Pflanzenkohle aus heimischem GrĂŒngut.

Richtrezepturen fĂŒr Pflanzsubstrate

Substratmischungen sind auf die Einbauanforderung abzustimmen. Durch die FLL wurden deshalb zwei Grundtypen entwickelt: nicht ĂŒberbaubare und ĂŒberbaubare Substrate (Tab. 2) [44]. Viele Produkte von Firmen und ausgeschriebene Substratanforderungen orientieren sich an diesen FLL-Grundrezepturen.

FLL-Pflanzsubstrat 1

Die nicht ĂŒberbaubaren Vegetationssubstrate sind fĂŒr den Wurzelraum in offenen Baumgruben vorgesehen. Sie gelten als unempfindlich gegen verkehrsbedingte ErschĂŒtterungen, z. B. entlang von Strassen, und werden lose, zweilagig verfĂŒllt. Bei stĂ€rkerer Beanspruchung (z. B. FussgĂ€ngerbereiche) sind bauliche Massnahmen gegen Verdichtung vorzusehen. Der Anteil wasserhaltender Mittelporen ist gegenĂŒber natĂŒrlichen Böden eher gering.

FLL-Pflanzsubstrat 2

Überbaubare Substrate dienen primĂ€r der Wurzelraumerweiterung fĂŒr BĂ€ume angrenzend zur Pflanzgrube, und weisen eine zu Sandboden vergleichbar hohe gesĂ€ttigte WasserleitfĂ€higkeit auf. Der Einbau erfolgt schichtweise, um eine Nachverdichtung zu vermeiden. Solche Substrate werden als Unterbau unter der Frostschutz- und Tragschicht eingesetzt, z. B. unter sickerfĂ€higen BelĂ€gen fĂŒr StellplĂ€tze, Wege, PlĂ€tze, wassergebundene Decken, Feuerwehrzufahrten.

Pflanzensubstrate in der Praxis

In StĂ€dten und Gemeinden werden weitere Empfehlungen und Anforderungen an Pflanzsubstratrezepturen definiert, wie durch das WĂ€denswiler-, GSZ-, Schönbrunner-, Basler Radix plusÂź-Substrat oder Stockholmer-Substrat. In der Stadt ZĂŒrich sind drei Varianten vorgesehen: zwei nicht ĂŒberbaubare Substrate A1 und A2 und ein ĂŒberbaubares Substrat B fĂŒr den verdichtbaren Einbau unter der Fahrbahn, dem Trottoir sowie als Verbindung zur Baumgrube. Die Rezepturvielfalt betrifft einerseits die Körnungslinien, andererseits die Materialeigenschaften der Komponenten.

Ob die eingebauten Produkte immer die gestellten Anforderungen erfĂŒllen, ist eher unklar. Dies ist auch darauf zurĂŒckzufĂŒhren, dass sich einige vorgegebene Parameter, besonders im eingebauten Zustand, nur mit erheblichem Aufwand kontrollieren lassen. Dazu gehören beispielsweise das Gesamtporenvolumen oder die LuftkapazitĂ€t.

Schwer nachvollziehen lĂ€sst sich, warum so viele verschiedene Substratrezepturen mit voneinander leicht abweichenden Kenngrössen (chemische, physikalische) gefordert werden. Wenn die allgemeinen Grundanforderungen an die Substratrezeptur eingehalten sind, entwickelt sich sowieso unter dem Einfluss des jeweiligen Standorts (Witterung, Bepflanzung etc.) ĂŒber die Zeit eine spezifische Substratsignatur. Gleiche Rezepturen zeigen folglich langfristig standortspezifische Differenzierungsmerkmale.

Als richtungsweisend gilt das Stockholmer-Substrat, welches im Kern nur aus zwei Komponenten besteht: 85% Gestein (100/150 mm) fĂŒr eine hohe Wasser-/LuftdurchlĂ€ssigkeit, Durchwurzelbarkeit und TragfĂ€higkeit, und 15% kompostierte Pflanzenkohle als Wasser-/NĂ€hrstoffspeicher und zur Filterung eingetragener Partikel [53]. Weiteres Merkmal ist, dass das Material vor Ort gemischt wird. ZunĂ€chst wird Schotter- und Gesteinsmaterial verdichtet und dann der Pflanzenkohle-Kompost eingeschlĂ€mmt. Im Einbau werden darĂŒber eine kiesige Tragschicht (32/90 mm) und als Unterlage reine Pflanzenkohle eingesetzt. In der Schweiz ist ein solches Gemisch noch immer die Ausnahme.

Adsorbersubstrate

Technische Adsorbersubstrate sind auf eine hohe hydraulische DurchlĂ€ssigkeit (hohe WasserleitfĂ€higkeit) und maximalen StoffrĂŒckhalt, auch von Spurenstoffen, ausgerichtet [24, 34]. Sie bestehen aus spezifischen Komponenten zur Schadstoffbindung, wie organischem Material (Kokos etc.), Zeolith, granuliertem Eisenhydroxid (GEH) oder granulierter Aktivkohle (GAK). Die Komponenten kommen einzeln oder als Mischungen zum Einsatz, mit Korngrössen der Einzelkomponenten von 1-5 mm. Die organischen Materialien sind oft faserig. GAK findet in neueren Filtermaterialien zur Bindung von Spurenstoffen, wie in der Abwassertechnik, Verwendung. Diese FĂ€higkeit bringt auch chemisch aktivierte Pflanzenkohle mit [58]. Ein qualitĂ€tskontrolliertes Produkt aus heimischer Pflanzenkohle bietet nur ein Schweizer Hersteller an (INKohClean).

GegenĂŒber Boden besteht der Vorteil, dass Adsorbersubstrate die Schadstoffe platzsparend stark anreichern und damit die diffuse Belastung des Strassenabwassers gezielt entfernt wird. Kompaktanlagen, Schacht- und Rinnenfiltersysteme mit Adsorbersubstraten können bestenfalls GUS, Schwermetalle und Spurenstoffe gleichzeitig und gleich gut entfernen. GemĂ€ss Herstellerangaben schwankt die Standzeit bis zur Beladungsgrenze, je nach Material und Anlagenkonzept, zwischen fĂŒnf und fĂŒnfzehn Jahren. Der Einbau erfolgt oberirdisch oder unterirdisch.
FĂŒr angebotene Substratmischungen, die den SchadstoffrĂŒckhalt fĂŒr Strassenabwasser bewerben, sollten nachvollziehbare Untersuchungsergebnisse vorgelegt werden. Als Nachweis bietet sich der VSA-Labortest fĂŒr Adsorbermaterialien an [24].

BAULICHE UMSETZUNG IM STRASSENRAUM

Versickerungen und Anlagen

Die Versickerung von Niederschlagswasser im Strassenraum erfolgt in der Regel ĂŒber eine kleinere VersickerungsflĂ€che im Vergleich zur AnschlussflĂ€che. Die anfallende Wassermenge wird daher auf der VersickerungsflĂ€che einstauen können. Die bepflanzte OberflĂ€che ist auch so anzulegen, dass das Niederschlagsabwasser zufliesst (konkav). Durch eine zielgerichtete ZufĂŒhrung von Niederschlagswasser an Baumstandorte erhöhen sich die VitalitĂ€t und das Wachstum. Daher ist auch die AnschlussflĂ€che unter BerĂŒcksichtigung der hydraulischen LeistungsfĂ€higkeit der eingebauten Materialien zu maximieren. Vielmals wird aber bei Pflanzgruben aus gestalterischen GrĂŒnden eine gewölbte SubstratoberflĂ€che vorgesehen. Diese AusfĂŒhrung ist unbedingt zu vermeiden.
Versickerungen mit einem VerhĂ€ltnis AE/AV < 5 sind nicht bewilligungspflichtig, weil das Niederschlagsabwasser am Ort des Anfalls versickert [11]. Dazu gehören RasenflĂ€chen, Wiesen, Strassenböschungen, durchlĂ€ssige FlĂ€chenbelĂ€ge wie Rasengittersteine, Sicker-/Verbundsteine, Schotterrasen, nicht befestigte Wege, RuderalflĂ€chen und Pflanzgruben mit kleiner AnschlussflĂ€che. Bei einem VerhĂ€ltnis von EntwĂ€sserungs- zu VersickerungsflĂ€che AE/AV ≄ 5 handelt es sich um eine bewilligungspflichtige Anlage, je nach Anlagenfunktion um eine Versickerungs- oder Behandlungsanlage.

Bei Anlagen ist Retentionsvolumen auf die JĂ€hrlichkeiten gemĂ€ss VSA auszulegen. Im Kanton ZĂŒrich wird die Auslegung in der Regel auf EinjĂ€hrlichkeit vorgenommen. Stets ist bei der Dimensionierung auch die Überlaufsituation zu planen (NotentwĂ€sserung).

Gering belastetes Wasser kann ohne Behandlungsanlage ĂŒber Substrate versickert werden. Bei mittlerer und hoher Belastung ist eine Bodenpassage oder Filtermaterial vorzusehen. Die Pflanzsubstrate erfĂŒllen nicht den Zweck einer Behandlung fĂŒr stĂ€rker belastetes Strassenabwasser, bzw. hierfĂŒr mĂŒssen die spezifischen Nachweise erst erbracht werden. Im Kanton ZĂŒrich darf gering und mittel belastetes Strassenabwasser im GewĂ€sserschutzbereich ĂŒB ohne Bodenpasssage versickert werden. Im Au ist fĂŒr alle drei Belastungsklassen eine Bodenpassage erforderlich.
Bei der Ableitung von höher belastetem Strassenabwasser bieten sich insbesondere in Grundwasserschutzzone S3 und im GewĂ€sserschutzbereich Au kombinierte kombinierte Adsorber- und Pflanzsubstrate an. Eine Pflanzgrube, in der Strassenabwasser versickert werden soll, kann als Versickerungsanlage mit vorgeschalteter Behandlung ausgefĂŒhrt werden, ggf. sogar mit Vorreinigung zur Abtrennung sedimentierbarer Partikel (GUS). Anschauliche Beispiele, teils sogar mit langjĂ€hriger Betriebserfahrung, sind aus Deutschland bekannt. Diese Systeme lassen sich auch in der Schweiz etablieren.

Einzuhalten ist ein Flurabstand zwischen 10-jĂ€hrlichem Hochwasserspiegel und Pflanzgrubensohle von ≄ 1,0 m. Die Grundwasserspiegel sind beispielsweise im Kanton ZĂŒrich im Layer «Grundwasserkarte» des kantonalen GIS Browsers ersichtlich oder können bei der kantonalen GewĂ€sserschutzfachstelle nachgefragt werden.

Bodenaufbau

Platz- und Strassenabwasser ist gemĂ€ss VSA ĂŒber ≄ 30 cm bewachsenem Ober-/Unterboden zu versickern, davon mindestens 20 cm Oberboden [11, 59]. Möglich ist auch ein einschichtiger Aufbau mit > 40 cm Oberboden. Dies ist eine Minimalanforderung an die SchichtmĂ€chtigkeit, weil in der Praxis Setzungen, Unebenheiten etc. auftreten. Daher wird empfohlen, bevorzugt ≄ 50 cm Ober-/Unterboden einzubauen, wobei alleine das Oberbodenmaterial bis zu 50 cm SchichtmĂ€chtigkeit umfassend kann. Dies bedingt aber eine geeignete Bepflanzung. Der Boden sollte bevorzugt 10–15% Tonanteil aufweisen, um hohe Stoffbindung und WasserdurchlĂ€ssigkeit zu gewĂ€hrleisten. Wird ein Abstand zwischen der unteren Wurzelzone und dem Grundwasser von > 0,5 m eingehalten, kann ein unerwĂŒnschter Stoffeintrag ausgeschlossen werden, auch weil Wurzeln die dauerhaft wassergesĂ€ttigte Bodenzone meiden.

Böden sollten eine hohe SickerfĂ€higkeit aufweisen mit SSpez von 30–120 l/m2 h aufweisen [11]. Hydraulisch besonders gut geeignet sind körnige, strukturstabile Böden. Diese können aber eine schwache RĂŒckhaltewirkung fĂŒr gelöste Schadstoffe aufweisen. Die Minimalanforderung fĂŒr den Untergrund betrĂ€gt SSpez 60 l/m2 h.

In Bodenfiltern ist immer eine geschlossene Pflanzendecke mit Ansaat (Wiese, Gras) und/oder Bepflanzung vorzusehen, um VerschlĂ€mmung und Kolmation zu vermeiden. Zur Etablierung ausreichenden flĂ€chigen Bewuchses ist bis zu zwölf Monaten Vorlaufzeit einzukalkulieren. So lange kann die Anlage nicht mit Regenabwasser beschickt werden. Als alternative Erstabdeckung können Mulch (Schotter, Kies je ca. 10 cm), Pflanzmatten (Holz, Jute o. À., möglichst keine Kunststoffe) oder Rollrasen dienen und die Vorlaufzeit massiv verkĂŒrzen. Kleine und feine Wurzeln, wie jene von Gras, verursachen keinen prĂ€ferenziellen Fluss.

Substrate in Pflanzgruben

Typische Bauweisen von Pflanzgruben (Synonyme: Baumrigole, Baumgrube, Versickerungsbeet etc.) orientieren sich oft an den FLL-Empfehlungen. Sie zeichnen sich beispielsweise durch offene Baumscheiben, tiefe Pflanzgruben mit Substraten, TiefenbelĂŒftung und ĂŒberbaufĂ€hige Substrate aus [44]. Wesentliche Elemente einer Pflanzgrube sind eine wasserdurchlĂ€ssige FlĂ€che (z. B. Baumscheibe), ĂŒber die Niederschlagswasser versickert wird, und die Pflanzgrube, welche einen temporĂ€ren Wasserspeicher bildet und als Wurzelraum dient. Die Systeme werden teils mit RetentionsrĂ€umen (unterirdische Wanne, Schacht etc.) kombiniert, um noch mehr Wasser fĂŒr Trockenperioden bereitzustellen.

Das Niederschlagabwasser kann punktuell ĂŒber eingefasste Rinnen/Rohre oder flĂ€chig allseitig zur Baumscheibe geleitet werden. Selbst unterirdische Zuleitungen in den Wurzelraum sind verbreitet. Mit einer Mulchschicht (z. B. abdeckende Schicht aus Hartgesteinsplitt 8/16) lĂ€sst sich der Aufprall des Regens und damit die VerschlĂ€mmung der OberflĂ€che vermeiden.

Um optimale Standortbedingungen fĂŒr BĂ€ume in Pflanzgruben bereitzustellen, sind diese bevorzugt wie folgt zu dimensionieren, wobei die Anforderungen teils ĂŒber die der FLL hinausgehen [44]:

  • Gesamtvolumen: > 24 m3, entspricht 2–4 m3 Wasservorrat
  • Direkter Wurzelraum (nicht ĂŒberbaubares Substrat): > 3 m3, lose einzubauen, maximal mit Baggerschaufel andrĂŒcken
  • Baumscheibe: > 6 m2, offen oder teildurchlĂ€ssig
  • Tiefe: > 1,5 m Grube

Unter der Annahme, dass eine versickerungsfĂ€hige Baumscheibe von 6 m2 FlĂ€che mit Boden erstellt ist, können bis zu 30 m2 AnschlussflĂ€che (AE/AV < 5) angeschlossen werden, ohne dass eine bewilligungsfĂ€hige Anlage vorliegt. Viele Baumstandorte entlang von Wegen, PlĂ€tzen und Strassen fallen in diesen Bereich, weil eine vergleichsweise kleine AnschlussflĂ€che in die Baumscheibe entwĂ€ssert.

Als Faustregel gilt, dass der Durchmesser der Baumkrone dem Durchmesser des Wurzelraums entspricht und pro Quadratmeter KronenprojektionsflĂ€che etwa 0,75 mÂł Wurzelraumvolumen anzustreben sind [44]. Um optimale Standortbedingungen zu bieten, sollte sich die Grösse der Pflanzgrube primĂ€r an den Anforderungen der Bepflanzung orientieren.

Pflanzenkohle, roh oder konditioniert, wird in Einzelschichten (Sandwich), eingemischt in Substraten (5–30 Vol.-%), oder eingeschlĂ€mmt in grobes Material eingebaut. Welche Einbauart sich lĂ€ngerfristig mit einer höheren VitalitĂ€t verbindet, ist nicht eindeutig. Sehr viel wahrscheinlicher dĂŒrften die QualitĂ€t und Konditionierung der Kohle sowie die Menge den Wachstumserfolg bestimmen.
Pflanzgruben mit Pflanzsubstrat lassen bei der Filterung einen der Bodenpassage ebenbĂŒrtigen RĂŒckhalt fĂŒr GUS erwarten. Daher kann Strassenabwasser mit geringer Belastung nach heutigem Wissensstand ohne Behandlung versickert werden. Sind Substrate im Bereich höherer Belastungen vorgesehen, sollte bis zum Vorliegen entsprechender Untersuchungsresultate der StoffrĂŒckhalt durch ein Barrierenkonzept mit Adsorbersubstraten umgesetzt werden. Über den RĂŒckhalt von gelösten Spurenstoffen ist wenig bekannt und es herrscht ebenfalls Untersuchungsbedarf.

Pflanzengruben mit Behandlung

FĂŒr technische Behandlungssysteme, die zur Vorreinigung mit stĂ€rker belastetem Platz- und Strassenabwasser beschickt werden, ist festzulegen, welche Schadstoffe und Belastungshöhen entfernt werden sollen. Besonders vorteilhaft sind universell wirksame Substrate, die stoffunspezifisch reinigen und damit Spurenstoffe, Schwermetalle und GUS entfernen.

Eine bodendeckende Bepflanzung ist bei Rinnensystemen möglich. FĂŒr grossflĂ€chige Sickermulden oder offene SickerschĂ€chte sind sogar BĂŒsche und Pflanzen des Röhrichtsaumes geeignet. Es gibt Hinweise, dass die Vegetation die Reinigungsleistung und die Standzeit der Substrate verlĂ€ngern, weil die WurzelaktivitĂ€t der Kolmation entgegenwirkt, die mikrobiologische AktivitĂ€t organische Schadstoffe abbauen hilft und sich durch den Eintrag von Pflanzenmaterial eine Deckschicht bildet, die ebenfalls eine Reinigungsleistung ĂŒbernimmt.

Die Standzeit der Substrate sollte je nach Verkehrsbelastung und Menge auf > 10 Jahre ausgelegt sein. Nachher lassen sich die Materialien aussaugen und durch neues Substrat rasch ersetzen. Die Entsorgung kann ĂŒber eine Bodenwaschanlage oder Deponierung erfolgen.

Einbau: Physikalische Anforderungen

Oberbodenverdichtung oder Verschmieren der BodenoberflĂ€che sind fĂŒr die Versickerung nachteilig. Eine Verdichtung betrifft primĂ€r die SekundĂ€rporen, die infolge der GefĂŒgebildung entstanden sind, gefolgt von Grobporen, besonders in strukturlabilen Böden. Je feinkörniger, skelettĂ€rmer und organischer das einzubauende Material, desto grösser ist die Verdichtungsempfindlichkeit. Selbst versickerungsfĂ€hige Böden mit Vegetation sind ohne besondere Vorverdichtung und strukturstabile Kornabstufung nicht fĂŒr eine Befahrung geeignet. Besondere Vorsicht ist beim Unterhalt von Bodenfiltern geboten.

Organisches Material, das leicht abbaubar ist wie Kompost oder Torf, bietet NĂ€hrstoff an, kann aber durch den mikrobiellen Abbau zu Setzungen fĂŒhren. Schlecht abbaubares organisches Material wie Pflanzenkohle und mineralisches Material verĂ€ndert sich ĂŒber die Zeit kaum.

Die TragfĂ€higkeit von Substraten wird durch das Skelettmaterial bestimmt [60]. Das Material sollte einheitlich (enge Korngrössenverteilung), blockförmig oder kantig sein, wodurch eine hohe PorositĂ€t gewĂ€hrleistet ist. FĂŒr hohe TragfĂ€higkeit und DurchlĂ€ssigkeit hat sich Grobmaterial > 32 mm bewĂ€hrt. Beispielsweise werden beim Stockholmer-Substrat Steine und Schotter eingebaut. Gut abgestufte Mischungen nehmen die Verkehrslasten gut auf. Wesentliches Merkmal ist, dass das Material widerstandsfĂ€hig gegen die permanente Beanspruchung durch Verkehr, Wasser (Frost-/Tauwetter) sowie Tausalz sein muss.

Pflanzsubstrate sind ebenfalls bei maximal erdfeuchter Konsistenz lagenweise einzubauen, dabei nicht ĂŒberbaubare Substrate lose, maximal mit der Baggerschaufel angedrĂŒckt, und ĂŒberbaubare Substrate bei max. 45 MN/m2 verdichtet. Die FLL empfiehlt, sich an folgenden Anforderungen zu orientieren [44]:

  • Verkehrstragschicht, teildurchlĂ€ssig: Tragschicht und Erdbau-Planum auf Substrat mit ME2 max. 120 MN/mÂČ einbauen
  • Wurzelraum mit Substrat, gut durchlĂ€ssig: (1) nicht ĂŒberbaubares Substrat mit ME2 ≀ 45 MN/mÂČ zweilagig einbauen (oben lose, untere Lage leicht verdichtet) und (2) ĂŒberbaubares Substrat mit ME2 45–60 MN/mÂČ bei ≀ 95% DPr und mindestens zwei Lagen einbauen (unten > 60 cm, oben > 40 cm) sowie statisch oder mittelgrosser RĂŒttelplatte verdichten
  • Untergrund: WasserdurchlĂ€ssigkeit im Bereich vom Substrat, um Versickerung ins Grundwasser zu ermöglichen und StaunĂ€sse vermeiden

FĂŒr einen mehrlagigen Einbau resultiert, dass (von unten beginnend) Lage 1 und 2 mit je 45 MN/mÂČ, Lage 3 ≀ 80 MN/m2 (Erdbau-Planum) und Lage 4 mit 80 MN/m2 (befahrbar VerkehrsflĂ€che) eingebaut werden. Als Nachweis fĂŒr die Lagerungsdichte bieten sich eine Rammsonde oder eine rechnerische Herleitung aus der Summenkurve an.

Ein Verformungsmodul von ME2 ≀ 45 MN/m2 bedeutet, dass die FlĂ€che bereits mit bis zu 45 kg/cm2 belastet werden kann. Die gleichen Anforderungen werden an Schottertragschichten im Strassenbau gestellt. Materialien fĂŒr Frostschutzschichten weisen dagegen geringere Anforderungen auf (z. B. der Körnung), sind aber ebenfalls befahrbar und lassen sich mobil herstellen (z. B. Mischen im Radlader). Einbauvarianten fĂŒr geringere ME-Werte im Verkehrswegebereiche sollten entwickelt und nachgefragt werden, weil sich damit die Standortbedingungen fĂŒr Bepflanzungen (WasserleitfĂ€higkeit, LuftkapazitĂ€t, Wurzelraum) deutlich verbessern lassen.

Feuerwehrzufahrten können weniger hoch verdichtet werden als Strassen oder Parkplatze, denn die Befahrung findet nur im Ausnahmefall statt. Hohe Verdichtung kann auf ausgewiesene StandplĂ€tze fĂŒr Leiterwagen begrenzt werden.

BEPFLANZUNG IM STRASSENRAUM

BĂ€ume reduzieren durch Interzeption, Transpiration und Evaporation die Sickerwassermenge um 20–60%. Sofern genĂŒgend Wasser bereitsteht, zeigen StadtbĂ€ume eine gegenĂŒber WaldbĂ€umen 2- bis 3-mal höhere Transpirationsleistung und benötigen dafĂŒr tĂ€glich 2–5 l Wasser pro m2 KronenflĂ€che [61]. Ein Baum mit 10 m Kronendurchmesser kann pro Tag 160–400 l transpirieren. Sie benötigen jedoch optimale Bedingungen bei Wasser-, Luft- und NĂ€hrstoffversorgung, um im Umfeld von Strassen ihre volle Leistung zu erbringen.

Verdunstung, Beschattung oder BiodiversitĂ€tsbeitrag werden durch die Art der Vegetation bestimmt. Insbesondere bei BĂ€umen ist aber die Wahl fĂŒr den Strassenraum eingeschrĂ€nkt, weil viele einheimische Arten, vor allem solche aus Baumschulen (veredelte Arten), dem Stress durch Hitze, Trockenheit, temporĂ€ren Wassereinstau und Salz im Strassenraum langfristig nicht standhalten [62, 63]. Nicht nur standortspezifisch, sondern ĂŒber die Zeit wirken die Stressfaktoren. Fallen beispielsweise die FrĂŒhjahrsniederschlĂ€ge aus, um das Tausalz auszuwaschen, können eher SalzschĂ€den auftreten. Zudem werden sich in den nĂ€chsten 20 Jahren die klimatischen Bedingungen im innerstĂ€dtischen Raum erheblich verschĂ€rfen, sodass bereits heute auf diese VerĂ€nderungen eingegangen werden muss.

Daher sind standortgerechte Arten (bevorzugt Wildformen) und Diversifikation in den Vordergrund zu rĂŒcken. Dazu sollen auch Arten aus anderen Regionen, beispielsweise dem Mittelmeerraum, vorgesehen werden. Der Beitrag zur BiodiversitĂ€t ist dann besonders gross, wenn möglichst viele verschiedene und auch einheimische Arten gepflanzt werden. Im Kanton ZĂŒrich sollten bevorzugt Arten des BiodiversitĂ€tsindex 3 und höher gewĂ€hlt werden [64].

BĂ€ume entwickeln ihre Wurzeln standortangepasst [43]. Mit Pflanzenkohle, BelĂŒftung und wenig verdichtetem Substrat lĂ€sst sich die Wurzelrichtung aktiv lenken [65]. Wuchskorridore können unter Leitungen, Kofferungen und Fundationen (Unterbau) gebaut werden. So treten die genetischen Grundtypen in den Hintergrund und es lassen sich SchĂ€den an der Infrastruktur vermeiden [66]. Aktive technische BelĂŒftungsmassnahmen sind eine weitere Strategie, den Baumstandort zu verbessern und Wurzelwachstum zu beeinflussen.

In Berlin wurden seit vielen Jahren positive Erfahrungen mit Baumpflanzungen in Mulden gemacht. Daher wurden sechs PrĂŒfaspekte fĂŒr die Planungspraxis entwickelt [67]. Ziel ist, dass sich die BĂ€ume schnell am Standort adaptieren und gleichmĂ€ssig wachsen, ohne dass die Funktion der Mulden beeintrĂ€chtigt wird. Bei gelegentlicher Einstauhöhe bis 30 cm ĂŒber 24 Stunden bestehe fĂŒr gesunde BĂ€ume ein geringes SchĂ€digungsrisiko [68]. Eine intensivere Bepflanzung stösst auch in der Schweiz auf Interesse, weil fĂŒr BĂ€ume innerstĂ€dtische FreiflĂ€chen knapp sind und Trockenperioden grosse SchĂ€den verursachen.

Die erarbeiteten PflanzvorschlĂ€ge fĂŒr wechselfeuchte VegetationsflĂ€chen fĂŒr Mulden oder Pflanzgruben beziehen Stauden, StrĂ€ucher und BĂ€ume ein [9, 10]. Die Typologie berĂŒcksichtigt den Feuchtebedarf (trocken, feucht) und die TausalzvertrĂ€glichkeit (geringe Salzlast < 100 mg/kg Chlorid, hohe Salzlast ≄ 100 mg/kg Chlorid):

  • AE/AV < 5: trocken, salztolerante Pflanzen bei versiegelten AnschlussflĂ€chen
  • AE/AV ≄ 5: feucht, Salztoleranz nicht relevant, weil Salz ausgewaschen wird

In Versickerungsböden und Pflanzsubstraten ist der kapillare Wasseraufstieg limitiert. LĂ€ngere Trockenperioden können flachwurzelnder Vegetation Probleme bereiten. Relevant fĂŒr die Wurzelzone ist deshalb der Untergrund unterhalb der Pflanz- bzw. Versickerungsgrube. Je nach Untergrund kann zwischen Grabensohle und ca. 1 m unterhalb der Hauptwurzelraums noch genĂŒgend Wasser bereit-
stehen.

Wurzelnackte BÀume durchwurzeln die Pflanzsubstrate sofort nach der Pflanzung. Daher wird entgegen der etablierten Praxis empfohlen, die Anzucht bevorzugt in den Pflanzsubstraten vorzunehmen, die auch spÀter in den Gruben verwendet werden.

PLANERISCHE EMPFEHLUNGEN

In einem Merkblatt wurden im Rahmen dieses Projekts fĂŒr Platz- und Strassenabwasser einige Empfehlungen und Hintergrundinformationen fĂŒr die Praxis zusammengefasst [10]. Der Fokus liegt primĂ€r auf gering belastetem Strassenabwasser. FĂŒr mittel und hoch belastetes Strassenabwasser werden aber erste Hinweise zu Gestaltungsoptionen gegeben. Werden die PlanungsgrundsĂ€tze eingehalten, ist nach heutigem Kenntnisstand der Grundwasserschutz ausreichend berĂŒcksichtigt. Nachfolgend einige Eckpunkte der Planungshilfe.

Belastungsreduktion

Durch Massnahmen lassen sich stoffliche Belastungen vermeiden oder vermindern, beispielsweise Verkehr beruhigen (reduzieren, verlangsamen) und Strassenreinigung intensivieren (Kehrdienst). Auf FlĂ€chen mit höherer Belastung können emissionsmindernde Massnahmen dazu fĂŒhren, dass sich diese zu geringeren Belastungen verĂ€ndern. Empfohlen wird, die Umsetzbarkeit der Massnahmen in einer frĂŒhen Planungsphase stets zu prĂŒfen.

Tausalz

FĂŒr die Einleitung und Versickerung von Niederschlagswasser mit Tausalz gibt es weder gesetzliche noch planerische Vorgaben. Dennoch sollte Winterdienst besonders im Einzugsbereich von baumbestandenen Pflanzgruben flĂ€chendifferenziert und mit reduzierten Tausalzmengen durchgefĂŒhrt werden. Eine geschickte EntwĂ€sserung hilft SalzschĂ€den an BĂ€umen zu vermeiden. Salztolerante Arten werden fĂŒr trockene Standorte empfohlen.

AnschlussflÀche

Grosse AnschlussflÀchen an Pflanzgruben sind vorteilhaft, weil sie die Wasserversorgung von BÀumen deutlich verbessern und das Auswaschen von Tausalz beschleunigen. Ist bei einer Pflanzgrube (Baumrigole, Tiefbeet etc.) ein FlÀchenverhÀltnis AE/AV > 5 vorgesehen, wird diese zu einer Anlage. Der Standort ist dann regelmÀssig feucht, aber nicht hoch belastet mit Tausalz.

Behandlungsbedarf

Bei gering belastetem Niederschlagsabwasser ist keine Behandlung, bei stĂ€rker belastetem eine Vorbehandlung mit Adsorbersubstrat oder Bodenpassage erforderlich. Die VerhĂ€ltnismĂ€ssigkeit einer kombinierten Massnahme aus Adsorber- und Pflanzsubstrat ist gut abzuwĂ€gen. Ein VSA-Nachweis zum RĂŒckhaltevermögen wird fĂŒr Adsorbersubstrate empfohlen.

Richtrezepturen

Substrate sind grobkörniger und haben somit mehr Grobporen als natĂŒrliches Bodenmaterial. Die Luftversorgung im Wurzelraum und die Sickerleistung ist grösser, der RĂŒckhalt von pflanzenverfĂŒgbarem Wasser aber kleiner, sofern nicht ein Teil der Substratteile selber porös ist (Pflanzenkohle, BlĂ€hton, organisches Material). FĂŒr Boden und Substrate werden folgende Anteile empfohlen: SchlĂ€mmkorn (< 0,05 mm) 15-25% mit einem Tonanteil von rund 5-15% (oder vergleichbar bindungsstarkes Material), Siebfraktion (> 0,05 mm) mit Sandanteil > 30%, organische Substanz 1-4%, konditionierte Pflanzenkohle EBC-AgroBio > 5%, Sspez > 30 l/m2 h, Lagerungsdichte 1,4 g/cmÂł und maximal 1,6 g/cmÂł. Daraus leiten sich eine LuftkapazitĂ€t und FeldkapazitĂ€t von je > 30% und KAK > 10 cmolc/kg ab. Die QualitĂ€t muss nachgewiesen werden (s.u. Pflanzenkohle und Schadstoffgehalte). In der Schweiz darf nur ĂŒber nicht verschmutztes Material konzentriert versickert werden.

Innovative Rezeptur

Das Stockholmer-Substrat mit Kornfraktionen bis 150 mm Grösse hat sich bewÀhrt. Daher sollten vermehrt grössere Gesteinsfraktionen eingesetzt werden. Besonders in der Grobfraktion bieten sich auch schadstofffreie RC-Materialien wie gewaschene Gleisschotter, ggf. Betonbruch an.

Pflanzenkohle

Pflanzenkohle erhöht die WasserhaltekapazitĂ€t (nFK) und dient als AufwuchsflĂ€che fĂŒr Mikroorganismen. Vorkonditionierte Kohle kann NĂ€hrstoffe bereitstellen. Der pH-Wert der rohen Pflanzenkohle (ca. pH 9) geht durch Sickerwasser rasch zurĂŒck und hat keinen signifikanten Einfluss auf Pflanzenwachstum, Mobilisierung von Schwermetallen oder GrundwasserqualitĂ€t. Als Mindestanforderung fĂŒr die QualitĂ€t sollte EBC-AgroBio gewĂ€hlt werden.

Schadstoffgehalte

QualitĂ€tsnachweise sind fĂŒr die relevanten Materialien in Substraten vorzulegen (organische Substanz, RC-Materialien etc.). Vorteilhaft ist, wenn auch durch Wasser mobilisierbare Schadstoffe nachgewiesen werden, z. B. mittels Perkolationsversuch, um die MobilitĂ€t der Stoffe sowie eine mögliche Grundwasserbelastung abschĂ€tzen zu können.

PrÀferenzieller Fluss

Die Auftretenswahrscheinlichkeit von prĂ€ferenziellem Fluss lĂ€sst sich ĂŒber die Planung minimieren, indem (1) grobkörniges Substrat mit wenig organischer Substanz gewĂ€hlt, (2) auf tiefwurzelnde Bepflanzung verzichtet (maximal Pflanzgrubentiefe), (3) die Wurzeln zur Seite gelenkt, und (4) eine oberflĂ€chennahe grobkörnige Wasserverteilschicht (Mulch) vorgesehen werden.

Bepflanzung

FĂŒr die Ausarbeitung eines Bepflanzungskonzepts sollten möglichst viele verschiedene Arten mit BiodiversitĂ€tsindex 3 oder höher gewĂ€hlt, sowie die Salz- und Feuchtebelastung abgeschĂ€tzt werden. Der Beizug einer Fachperson ist fĂŒr den langfristigen Erfolg der Pflanzung unerlĂ€sslich.

QualitÀtssicherung

Einfach zu ermittelnde Parameter fĂŒr die QualitĂ€tssicherung bei Anlieferung auf der Baustelle oder nach dem Einbau sind vorteilhaft. DafĂŒr prĂ€destiniert sind die Korngrössenansprache (Fingerprobe), der Verdichtungszustand (Penetrometer) und spezifische Sickerleistung (Doppelring-Infiltrometer). Durch Lieferanten sind gewisse Materialeigenschaften wie Körnungskurve, pH, Salz- und Schadstoffgehalte nachzuweisen.

SCHLUSSFOLGERUNGEN

Ein hoher Anteil von versickerungsfĂ€higen, begrĂŒnten FlĂ€chen im urbanen Raum wirkt gegen OberflĂ€chenabfluss, kĂŒhlt durch Evapotranspiration, erhöht die AufenthaltsqualitĂ€t fĂŒr die Bevölkerung und fördert die BiodiversitĂ€t. Dabei sind die Massnahmen wirtschaftlich, wenn sie «Huckepack» mit anstehenden Strassenerneuerungen und Instandsetzungsarbeiten durchgefĂŒhrt werden. Bereits heute bieten sich blau-grĂŒne Gestaltungselemente vor allem in Au und ĂŒB an.

Um die Umsetzung und Vernetzung von Strukturen voranzutreiben, ist die Strassenraumgestaltung enger mit der Verkehrs- und Freiraumplanung zu verknĂŒpfen. Zudem sind Baumpflanzungen in Bodenfiltern anzustreben, zunĂ€chst schrittweise, z. B. in Pilotversuchen, um Erfahrung zu sammeln, und ausserhalb von Grundwasserschutzzonen und GewĂ€sserschutzbereich Au, d. h. im ĂŒbrigen Bereich ĂŒB oder bei sehr grossem Grundwasserflurabstand. Dennoch kann punktuelles StrassengrĂŒn nicht annĂ€hernd die Versiegelung in StĂ€dten wettmachen.

Aufgrund von Tausalz und leicht alkalischen pH-Werte wegen beigegebener Pflanzenkohlen werden keine wesentlichen SchĂ€den an der Vegetation oder beim BodengefĂŒge unter den Witterungsbedingungen der Schweiz (hohe RegenintensitĂ€ten), insbesondere bei grosser AnschlussflĂ€che, erwartet. Die Auswahl der Pflanzenarten sollte trotzdem auf die erwartete Feuchtigkeit und Tausalzmenge abgestimmt sein.

Substrate bieten optimale Standortbedingungen im urbanen Raum fĂŒr BĂ€ume, Stauden etc., wenn die wesentlichen Grundanforderungen an den Wasser- und Lufthaushalt, allenfalls die TragfĂ€higkeit und das NĂ€hrstoffangebot, erfĂŒllt sind. Bei der richtigen Zusammensetzung sind sie universell einsetzbar. Aus der natĂŒrlichen Bodengenese (-entwicklung) lĂ€sst sich ausserdem herleiten, dass Substrate nicht standortspezifisch entwickelt werden mĂŒssen, weil sich diese am Standort ĂŒber die Zeit spezifisch verĂ€ndern (Einfluss der Witterung, Pflanzen etc.). Ausschreibungen sollten fĂŒr die Substratauswahl und Pflanzgrubenbauweisen einfache, klar kontrollierbare Parameter vorsehen und die Anforderungen der FLL eher zur Orientierung nutzen.

Das Potenzial der Substrate, Schadstoffe im Strassenabwasser zu binden, lĂ€sst sich bereits heute ĂŒber einen Labortest grob abschĂ€tzen. Damit steht eine Methodik bereit, um die Materialeignung im Bereich von mittel bis hoch belastetem Strassenabwasser zu ermitteln. PrioritĂ€re Parameter fĂŒr Pflanzsubstrate gilt es als QualitĂ€tsmerkmal zu entwickeln. Um praktikable Barrierekonzepte zu etablieren, sind weitere AbklĂ€rungen angezeigt. Damit liesse sich die Vorbehandlung bei EntwĂ€sserungselementen verlĂ€sslicher einschĂ€tzen.

Unklar ist weiterhin, welche Bedeutung abgestorbene Wurzeln von BĂ€umen auf den prĂ€ferenziellen Stofftransport ins Grundwasser haben können. Unter BerĂŒcksichtigung der technischen Merkmale von Substraten lĂ€sst sich vorsichtig formulieren, dass das Risiko einer relevanten Stoffverlagerung gering sein dĂŒrfte. Durch Untersuchungen an bestehenden Versickerungen mit Bepflanzung lĂ€sst sich diese Fragen hinreichend genau klĂ€ren.

Bei der heutigen Planung von Pflanzgruben an PlĂ€tzen und Strassen wird selten die mögliche Belastung berĂŒcksichtigt. Auch ist festzuhalten, dass keine Daten zur effektiven stofflichen Belastung durch organische Spurenstoffe im Strassenabwasser vorliegen. Der Fokus lag bisher auf GUS, Kupfer und Zink. Diese KenntnislĂŒcke sollte behoben werden, um die grundsĂ€tzlichen Risiken fĂŒr das Grundwasser zu kennen und Massnahmen zielgerichtet zu treffen.

Die Schadstoffe sind aber nicht fĂŒr die Vegetation relevant. Auch sollten die WissenslĂŒcken zu prĂ€ferenziellem Transport und dem Schadstoffspektrum nicht verhindern, mit der blau-grĂŒnen Umgestaltung des Strassenraums rasch vorwĂ€rts zu gehen. Aufgrund des Klimawandels und der Dringlichkeit zu handeln, mĂŒssen gleichzeitig schnellstmöglich Kenntnisse ĂŒber die mögliche SchadstoffbeeintrĂ€chtigung des Grundwassers beschafft werden.

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Dank

Das Projekt wurde im Auftrag vom Tiefbauamt des Kantons ZĂŒrich und vom Amt fĂŒr Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons ZĂŒrich durchgefĂŒhrt. FĂŒr die gute UnterstĂŒtzung und Projektbegleitung danken wir Christoph Abegg, Sarah Marthaler, Stefan Schmid und Natascha Torres.

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