Am Versuchsgelände des Instituts für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau an der Universität für Bodenkultur Wien wurden im Zuge eines Forschungsprojekts neun unterschiedliche Oberflächenbefestigungen hinsichtlich ihrer Versickerungsfähigkeit untersucht. Zu diesem Zweck wurden diese gemäß RVS 08.18.01 [9] für Parkplatzflächen mit einer Größe von 5 x 3 m als Großlysimeter ‒ also rundum und im Planum mit Teichfolie abgedichtet ‒ errichtet. Für jede Fläche wurde der Oberflächen- und Sickerwasserabfluss getrennt erfasst. Die Flächen wurden gezielt beregnet. Als Niederschlagsereignis diente ein Starkregen mit einjähriger Wahrscheinlichkeit für den Wiener Raum. Dies entspricht rund 200 l pro Fläche. Die Ergebnisse der folgenden Versuchsfelder werden nachfolgend exemplarisch in Diagrammen dargestellt: Gitterstein 100/100/30 mit Recyclingmaterialfüllung 0/32 und Begrünung; Betonstein 20/20 mit Drainfuge 2/8; Betonstein 20/10 mit Normfuge 0/4; Betonstein 30/30 mit Normfuge 0/4 und Betonstein 21/17, zementgebundene Fuge.
(3) Versuchsanlage zur Betestung der Wasserdurchlässigkeit und der Wasseraufnahmefähigkeit unterschiedlicher Flächenbefestigungen am Versuchsgeländer der Universität für Bodenkultur Wien (Bild: © IBLB )
Die Diagramme zeigen den Zeitraum der Bewässerung als hellblauen Balken und den Oberflächensowie Sickerwasserablauf als Graphen über sieben Stunden (x-Achse). Auf der vertikalen Achse (y-Achse) wird die jeweils erfasste Wassermenge in ml angegeben.
(4) Abflussleistung von unterschiedlichen Oberflächenbefestigungen; oben: Abflussdiagramm Rasengitterstein; unten: Abflussdiagramm Drainpflasterung (Bild: © Scharf)
(5) Veränderung des Abflussverhaltens innerhalb eines Jahres (© Landstätter)
Sowohl Rasengitterstein als auch Drainagepflasterung ‒ häufig auch als Ökopflaster bezeichnet ‒ zeigen keinen nennenswerten Oberflächenabfluss. Sie unterscheiden sich jedoch in Bezug auf die Sickerwassermenge und den zeitlichen Anfall dieser. Dieser Unterschied ist auf die Wasserspeicherfähigkeit der 30 cm starken, mit Recyclingmaterial befüllten Fugen und auf ihre geringere hydraulische Leistungsfähigkeit zurückzuführen. Die nahezu vollständige Versickerung bleibt über den Verlauf von einem Jahr unverändert erhalten.
(6) Abflussleistung von unterschiedlichen Oberflächenbefestigungen; oben: Betonstein 20x10 cm mit Sandfuge; unten: Betonstein 30x30 cm mit Sandfuge (Bild: © Scharf)
(7) Veränderung des Abflussverhaltens innerhalb eines Jahres bei zwei Betonsteinen (20 x 10 cm und 30 x 30 cm) mit Sandfuge (© Landstätter)
Die beiden Diagramme der Abbildungen 6 zeigen den Einfluss der Fuge auf das Sickerverhalten von Pflasterungen deutlich. Je höher der Fugenanteil, desto besser ist die Versickerungsleistung. Aus der Tabelle 7 wird außerdem ersichtlich, dass der Anteil des Regenwassers, der oberflächlich zum Abfluss gelangt, bei geringerem Fugenanteil deutlich stärker zunimmt. Dementsprechend nimmt auch die Versickerungsleistung beider Versuchsvarianten ab, liegt aber nach einem Jahr noch bei über 40 % der aufgebrachten Wassermenge.
(8) Abflussleistung von unterschiedlichen Oberflächenbefestigungen; Betonstein 20 x 10 cm mit zementgebundener Fuge (Bild: © Bernhard Scharf)
Wie zu erwarten, leitet die Flächenbefestigung mit zementgebundener Fuge einen hohen Anteil (siehe y-Achse) des Regenwassers sehr rasch ab. Im Vergleich zu den Versuchsvarianten mit Sandfuge muss das Kanalsystem mehr als die zehnfache Wassermenge in etwa dem gleichen Zeitraum aufnehmen und ableiten.
Grundwasserschutz und Schadstoffrückhalt
Die Intensivierung der Versickerungsmaßnahmen im urbanen Raum bringt – u. A. ‒ eine Verbesserung bei der Erneuerung des Grundwasserkörpers mit sich, wirft aber auch die berechtigte Frage der potenziellen Verschlechterung der Grundwasserqualität auf.
Bekanntlich enthält der Niederschlagsabfluss im urbanen Raum ein variables Verschmutzungspotenzial, welches eine Gefahr für Oberflächen- und Grundwasser darstellt [10].
Niederschlagsabfluss von Dächern und Straßen enthält neben Nährstoffen, wie Stickstoff und Phosphor, auch Feststoffe, Schwermetalle sowie organische Schadstoffe, wie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Mineralöl-Kohlenwasserstoffe (MKW). Diese entstehen mehrheitlich aus Abgasnebenprodukten, Reifen- und Karosserie-, sowie Fahrbahnverschleiß. Die Höhe der jeweiligen Belastung hängt von der durchschnittlichen täglichen Verkehrsbelastung (DTV) ab und kann somit stark variieren [11]. Die wichtigsten Ursachen für Verunreinigungen und deren Quellen sind in nachstehender Tabelle zusammengefasst.
Die verstärkte Versickerung von Niederschlagswasser im urbanen Raum weist also ein Gefahrpotenzial hinsichtlich der Grundwasserqualität auf. Am Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz der Universität für Bodenkultur Wien wird seit Jahren an der Fragestellung des Grundwasserschutzes im urbanen Raum, bei Implementierung innovativer Lösungen und grüner Infrastruktur geforscht.
Im Rahmen des oben beschriebenen Projekts wurden in einem Zeitraum von ca. 1,5 Jahren mehrere Versuche zur Untersuchung der Barrierewirkung von den genannten Oberflächenbefestigungen hinsichtlich potenzieller Schadstoffe durchgeführt. Es wurden mehrere Regenereignisse mit und ohne Schadstoffauftragung sowie ein Starkregenereignis simuliert. Weiterhin wurde der Einfluss von Streusalz auf die Mobilisierung bestimmter Schadstoffe bei einem extra Versuch untersucht. Der Fokus bei der Beurteilung der Reinigungsleistung bzw. Schadstoffrückhalts der einzelnen Versuchsflächen ist auf drei großen Gruppen gelegt: die organischen Schadstoffe (BTEX, MTBE, PAKs und MKW), die anorganischen Schadstoffe (Schwermetalle: Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn) und die anderen gelösten Salze bzw. Ionen (Ammonium, Nitrat, Chlorid, Sulfat und Phosphat). Zur Simulation von Regenereignissen wurde eine manuelle und/oder automatisierte Beregnung mit ca. 120 bis 250 l Grundwasser pro Fläche durchgeführt. Die Wassermenge ist an einem durchschnittlichen einjährigen Regenereignis angepasst, variiert aber etwas in Abhängigkeit vom Versuch bzw. Zielsetzung beim jeweiligen Versuch. Die Versuchsflächen wurden in einem Zeitraum von ca. 18 Monate mehrfach mit den genannten relevanten Schadstoffen kontaminiert.
(9) Stoffquellen und Stoffemissionen durch Kraftfahrzeugverkehr und Dächern (© Boller, 2003; Helmreich [14])
Die aufgebrachten Schadstoffmengen wurden gemäß den typischen Schadstoffkonzentrationen im Abfluss von schwach gefahrenen Straßen und Parkflächen ausgewählt [12]. Es wurde pro Versuchsfläche (VF) der Oberflächenabfluss (OFA) und das Sickerwasser (SW) quantitativ erfasst und auf die Qualität untersucht. Daraus wurden die Schadstofffrachten bzw. die prozentuelle Schadstoffretention in der jeweiligen Fläche berechnet. In der Abb. 10 sind einige ausgewählte Ergebnisse für eine Versuchsperiode von ca. 12 Wochen nach der Kontamination der Versuchsflächen exemplarisch dargestellt.
