Begrünte Dächer werden in großen Städten gebaut, um das Regenwasser zu managen, den städtischen Wärmeinseleffekt zu reduzieren und die Luftqualität zu verbessern - aber sind sie auch effektiv?
John Buck, ein innovativer Bodenwissenschaftler aus Pittsburgh, Pennsylvania, hat versucht, diese Frage in vielen verschiedenen Städten mit Hilfe von Bodenüberwachungsgeräten quantitativ zu beantworten, um die Wirksamkeit und die besten Arten von grüner Infrastruktur für die Regenwasserbewirtschaftung zu ermitteln.
WARUM GRÜNE DÄCHER?
In älteren Städten wird das abfließende Regenwasser in der Regel mit den Abwasserströmen kombiniert und diese kombinierten Abwässer werden bei trockenem Wetter und leichten Regenfällen in einer Kläranlage behandelt. Leider übersteigen die kombinierten Abflüsse bei stärkeren Stürmen (manchmal nur ein paar Millimeter Regen) die Kapazität der Kläranlage und werden ohne Behandlung als "kombinierte Abwasserüberläufe" (CSOs) in die Oberflächengewässer eingeleitet. Eine der Möglichkeiten, CSOs einzudämmen, besteht darin, Regenwasser aufzufangen und zu speichern, damit es nicht in die Mischwasserkanalisation gelangt. Ein Gründach ist im Grunde ein Garten auf dem Dach. Anstatt Pflanzen in der Erde anzubauen, verwenden die Installateure ein synthetisches Substrat aus Blähschiefer, Blähton, Ziegelsplitt oder einem anderen hochporösen, leichten Material mit hohen Versickerungsraten. Während eines Unwetters sickert das Wasser in den luftgefüllten Porenraum des Substrats, das wie ein Schwamm den Regen aufsaugt. Überschüssiges Wasser fließt in eine unterirdische Drainageschicht und verlässt den Dachgarten über die vorhandenen Dachabläufe. Da ein erheblicher Teil des Regenwassers im Substrat gespeichert wird, kann es später durch Evapotranspiration versickern, anstatt zum Regenwasservolumen und zu CSOs beizutragen.
ANTWORTEN FINDEN
Planer und Aufsichtsbehörden wollen wissen, wie gut begrünte Dächer funktionieren und ob sie überdimensioniert sind. Sie wollen Antworten auf Fragen wie: "Welche Art von Substrat sollte ich verwenden? Welche Arten von Pflanzen können auf einem Gründach überleben? Muss ich das Gründach bewässern, wenn es keine Stürme gibt, um die Pflanzen zu bewässern?" und "Funktioniert das Gründach bei einem 1-Zoll-Sturm, der innerhalb einer halben Stunde auftritt, genauso gut wie bei einem 5-Zoll-Sturm, der innerhalb von fünf Tagen auftritt?" ZL6 Buck verwendet Bodenlysimeter und modifizierte Kippwaagen-Regenmesser, um die Menge, Intensität und Qualität des Wassers zu messen, das in die Gründächer ein- und aus ihnen austritt. Er verfolgt auch Wetterparameter und berechnet die tägliche Evapotranspiration der Landschaften. Mit METER Bodensensoren misst er die elektrische Leitfähigkeit (gelöste Salze), den volumetrischen Wassergehalt und die Temperatur. Er hat METER-Datenlogger installiert, die die Daten über eine GSM-Mobilfunkverbindung an das Internet senden, so dass die Beteiligten in Echtzeit auf die Daten zugreifen können. Diese Datentelemetrie bietet zusätzliche Datensicherheit, sofort aktualisierte Ergebnisse, sofortige Rückmeldung von Systemproblemen und eine einfache Möglichkeit, Daten mit anderen zu teilen.
WAS HABEN WIR GELERNT?
Buck entdeckte, dass begrünte Dächer viel mehr Kapazität haben, als die Menschen sich jemals vorgestellt haben. Bei den Penfield Apartments in St. Paul, Minnesota, hielt das Gründach genug Wasser zurück, um den Abfluss auf etwa die Hälfte eines herkömmlichen Daches zu reduzieren, und die Spitzenintensität des Abflusses betrug etwa ein Viertel dessen, was ohne das Gründach der Fall gewesen wäre. Auf dem Phipps Conservatory in Pittsburgh konnte der jährliche Abfluss um 87% reduziert werden und bei typischen Sommerregenereignissen floss fast kein Wasser ab. Buck kommentiert: "Interessanterweise haben wir bei dem Penfield-Projekt eine bessere hydrologische Leistung erwartet, wo die Böden dicker waren, aber es gab keinen Unterschied, oder die Ergebnisse waren leicht umgekehrt zu den Erwartungen. Diese Umkehrung war wahrscheinlich auf den störenden Einfluss der Bewässerung zurückzuführen, die wahrscheinlich nicht einheitlich war und nicht mit dem Regenmesser gemessen wurde."
NEUE HERAUSFORDERUNGEN FÜR GRÜNE DÄCHER
Die Ergebnisse der Dachbegrünung sind vielversprechend, aber sie stellen eine neue Herausforderung dar: Es muss sichergestellt werden, dass die Pflanzen genügend Wasser haben. Der springende Punkt ist, dass das leichte Blähton-Substrat, das bei Gründächern Standard ist, das Wasser zwar gut aufsaugt, aber einige besondere Eigenschaften aufweist, die sich von typischen Böden unterscheiden. Insbesondere bei Blähschiefer und Blähton dominieren Sand und feine Kiespartikel, die einen hohen Anteil an Makroporen aufweisen, während die innere Porosität der großen Partikel von Mikroporen dominiert wird. Diese Porengrößenverteilung führt die Forscher zu zwei wichtigen Fragen: Wie viel Wasser wird für das Pflanzenwachstum leicht verfügbar sein? Und wird die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit ausreichen, um zu verhindern, dass die Wurzeln bei hohem Verdunstungsbedarf verhungern, indem Wasser aus dem Boden zu den Wurzeln fließt? Dies sind kritische Fragen, da sich die Technologien zur Dachbegrünung ständig weiterentwickeln.
ERFORDERLICHE MESSUNGEN FÜR DIE VALIDIERUNG VON GRÜNDÄCHERN
Dennoch hat Buck eine Menge aus seiner Arbeit gelernt. In Anbetracht der wilden räumlichen Verteilung von Sommerstürmen erfordern quantitative Studien zur Leistung von Gründächern, dass die Niederschläge vor Ort gemessen werden. Die Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Bodens in Verbindung mit Niederschlägen und lysimeter der Drainage geben Aufschluss über den Grad der Gesamt- und Kapillarsättigung, die Drainagerate und die für die Speicherung verfügbare Porosität. METER-Sensoren für das Bodenwasserpotenzial, die im Kapillarsaum von Wasser, das sich über unterirdischen Drainageschichten angesammelt hat, platziert werden, können nützliche Erkenntnisse über den Trockenheitsgrad der Drainageschicht und des darüber liegenden Bodens sowie über die verfügbare Speicherung von Regenwasser in der Drainageschicht liefern. Die direkte Messung der Bodenentwässerung mit Hilfe von Lysimetern ist eine wichtige ergänzende Messung bei Projekten zur Quantifizierung der Leistung von Gründächern, da es eine nicht gemessene Komponente der Wasserspeicherung gibt, wenn trockenheitsresistente alpine Sukkulenten (typischerweise Sedum-Arten) auf Gründächern verwendet werden. Die Sedum-Pflanzen können bis zu 10 mm Niederschlagsäquivalent in ihrem Pflanzengewebe absorbieren.
ANDERE PROJEKTE UND ZUKUNFTSPLÄNE
Am Boden quantifiziert Buck die Leistung intensiver Regenwasserversickerungsflächen, die als Regengärten, Bioretentionsflächen oder allgemeiner als versickerungsbasierte Regenwasserbewirtschaftungsmethoden (Infiltration-based BMPs) bekannt sind. Bei der Überwachung versickerungsbasierter Regenwasser-BMPs hat Buck ähnliche Instrumente wie bei begrünten Dächern verwendet, aber zusätzlich Wasserstandssensoren und Piezometer eingesetzt. Buck hat festgestellt, dass zusätzliche Messungen der elektrischen Leitfähigkeit, die häufig bei Wassergehaltssensoren verfügbar sind, zusammen mit Oberflächen- und Porenwasserproben verwendet werden können, um die in Versickerungssystemen stattfindenden Umwandlungen zu dokumentieren. Diese Messungen zeigen nun, dass begrünte Dächer und versickerungsbasierte BMPs tatsächlich einen Unterschied für die städtische Umwelt und den Beitrag zu CSOs machen. Die Herausforderung besteht nun darin, diese Technologie in größerem Umfang zu implementieren. Aber mit der nun vorliegenden Validierung sollte diese Aufgabe um einiges einfacher sein.
Entdecken Sie METER-Datenlogger, Bodenfeuchte- und Wasserpotentialsensoren
Laden Sie den "Leitfaden für Forscher zum Thema Wasserpotenzial" herunter
Fallstudien, Webinare und Artikel, die Ihnen gefallen werden
Erhalten Sie regelmäßig die neuesten Inhalte.
