Klimafolgenanpassung innerstädtischerhochverdichteter Quartiere – am Beispiel
zweier Quartiere in Hamburg (KLIQ)
Überflutungs‐ und Hitzevorsorge
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Dickhaut (HCU-Hamburg)bei
Zukunftsorientierte Quartiersentwicklung –Praxisbeispiele aus Norddeutschland
RENN.nord6.9.18
Basis des Vortrages
Projekt finanziert durch die BUE_Hamburg
KLIQKlimafolgenanpassung innerstädtischer hochverdichteter Quartiere in Hamburg
Überflutungs- und Hitzevorsorge
Ablauf
1.Einführung _ Hintergrund HCU und KLIQ
2.Hamburg_KLIQ• Hitzevorsorge• Überflutungsvorsorge
3.Fazit
EinführungAktuelle Forschung im FG „Umweltgerechte Stadt‐ und Infrastrukturplanung“
5
• Ausgewählte Projekte „Wasser“ ab 2009– SAWA (EU, Hochwasserschutz)– KLIMZUG (BMBF, Klimaanpassung)– SWITCH (EU, Water Sensitive Urban
Design)– Regenwasserbewirtschaftung /RISA
(Hamburg Wasser, BSU-Hamburg)– Gründachstrategie (DBU, BMUB)– Stadtbäume im Klimawandel (BMUB)– Klimaanpassung innerstädtisch
verdichteter Stadtquartiere (KLIQ, BUE_HH)
– E_mobilität in Hamburg (E-quartier;BMVBS)
– SINGER, Emob in China (BMVBS)• 9 MitarbeiterInnen (davon 7 Drittmittel)
KLIQ‐Team
HCU‐ Prof. Dr.‐Ing. Wolfgang Dickhaut‐ Dr.‐Ing. Elke KruseFG: „Umweltgerechte Stadt‐ und Infrastrukturplanung“
‐ Prof. Dr. Udo Dietrich‐ Zamna A. Rodriguez Castillejos M. Sc.‐ Dr.‐Ing. Sonja SchelbachFG: „Energieoptimiertes Bauen und passive Klimatisierung“
BUE‐ Werner SteinkeLP2: „Landschaftsplanung und Stadtgrün“Amt für Landes‐ und Landschaftsplanung
KLIQ: Hintergrund
Grundlagen‐ Ergebnisse aus KLIMZUG‐NORD und RISA‐ Betroffenheit innerstädtischer Bestandsquartiere durch Klimafolgen‐ gleichzeitig geringere und fachlich unklarere Anpassungsfähigkeit‐ Einbindung von Akteuren
Klimafolgen‐ steigende Temperaturen‐ zunehmende Niederschlagsmengen bzw. Starkregenereignisse ‐ längere Trockenperioden
Stadtentwicklung‐ Weitere Verdichtung, Flächeninanspruchnahme
KLIQ: Ziele + Ergebnis
‐ Themen: Überflutungs‐ und Hitzevorsorge
‐ Beispielhaft an konkreten Stadträumen aber Übertragbarkeit auf andere Räume
‐ Entwicklung + Diskussion von Anpassungsmaßnahmen auf privaten + öffentlichen Flächen mit relevanten Akteuren → städtische Behörden→ in die Planung eingebundene Büros oder Gesellschaften
‐ Beispielhafte Simulationen und Messungen von Maßnahmenwirkungen
‐ Analyse möglicher Instrumente für die Umsetzung von Maßnahmen im Bestand auf privaten + öffentlichen Flächen
‐ Darstellung der Ergebnisse in Form eines Wissensdokuments für die Verwaltung und eines Leitfadens für Eigentümer
UNTERSUCHUNGSGEBIETE IN HAMBURG
Winterhude‐SüdFokus: Überflutungsvorsorge
St. GeorgFokus: Hitzevorsorge
Abb.: LAN
DSAT
satellite data
1
WISSENSDOKUMENT
1
WISSENSDOKUMENT
1
WISSENSDOKUMENT
1
WISSENSDOKUMENT
ARBEITSSCHRITTE FÜR KOMMUNALE VORHABEN
CHECKLISTEN zur klimaangepassten Planung
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
PLANUNGSEMPFEHLUNGEN
X X
X X
X X
X X
X
X X X
X X X X
X X X X X
X
X
XX X
XX X
X X
XX XXX X
X
Auswahl der Untersuchungsgebiete in Hamburg
Hauptkriterien für die Auswahl:
1. innerstädtische Stadtstrukturtypen (Stadt‐ u. Stadtteilzentren, innerstädtischeWohn‐ u. Mischgebiete sowie Blockrandbebauung)
2. unterschiedliche Gebäudetypen und ‐nutzungen
3. Abdeckung der thematischen Schwerpunkte (bspw. lokale Überflutungen in den letzten 5‐10 Jahren oder bereits heute Hitzestreß)
4. Anknüpfungsmöglichkeiten für die Akteursbeteiligung (relevante Behördeneinheiten, Eigentümer) bspw. durch BID, RISE etc.
INTERNATIONALE REFERENZSTÄDTE
Wien
Überflutungsvorsorge
Hitzevorsorge
Europäische Referenzstädte
Analyse von drei europäischen Referenzstädten und ihrer Vorgehensweise für eine klimaangepasste Stadtentwicklung
‐ Amsterdam – Rainproof‐ Wien – Urban Heat Islands – Strategieplan Wien‐ Kopenhagen – Cloudburst Plan und Climate Resilient Neighbourhoods
Interviews der Fachleute zu u.a. folgenden Fragestellungen:‐ Welche Lösungsansätze und Maßnahmen kommen zum Einsatz?‐ Wie erfolgt die Beteiligung der Eigentümer und städtischen Behörden?‐ Welche Wirkungen von Maßnahmen sind gemessen oder simuliert worden?‐ Welche Instrumente dienen der Realisierung?
CLOUDBURST IN COPENHAGEN02. Juli 2011:
> 150 mm Niederschlag in 2 h
Schadenshöhe:fast 1,0 Mrd. Euro
REFERENZSTADT: KOPENHAGEN
REFERENZSTADT: AMSTERDAM
REFERENZSTADT: WIEN
Ablauf
1.Einführung _ Hintergrund HCU und KLIQ
2.Hamburg_KLIQ• Hitzevorsorge• Überflutungsvorsorge
3.Fazit
Hitzevorsorge : Beispiel in St. Georg
1. Starke Versiegelung und hohe OberflächentemperaturenLand surface temperature from Landsat 8 (2013‐07‐23)
2. Geringe nächtliche Temperaturabnahme(gemäß Gutachten zur Stadtklimatische Bestandsaufnahme)
3. Hohe bioklimatische Belastung(gemäß Gutachten zur Stadtklimatische Bestandsaufnahme)
4. Sensible NutzungenKartierung von Kitas, Kindergärten, Spielhäusern, Alten‐ u. Pflegeheimen
GEFÄHRDUNGSANALYSE
GEFÄHRDUNGSANALYSE
KONZEPT ZUR HITZEVORSORGE
KONZEPT ZUR HITZEVORSORGE
KONZEPT ZUR HITZEVORSORGE
UMSETZUNG DES KONZEPTES ZUR HITZEVORSORGE: ST. GEORG
1. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
2. Auswertung des Versiegelungsgrades
3. Identifizierung von Bereichen und Materialien, die sich stark aufheizen
4. Identifizierung von Gebäudetypen, Überprüfung der Eignung für Dach‐ und Fassadenbegrünung
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
1. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
2. Auswertung des Versiegelungsgrades
3. Identifizierung von Bereichen und Materialien, die sich stark aufheizen.
4. Identifizierung von Gebäudetypen, Überprüfung der Eignung für Dach‐ und Fassadenbegrünung
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
DACHBEGRÜNUNGSPOTENZIAL
1: geneigte Dächer2: intensive Dachbegrünung 3: extensive Dachbegrünung 4: Potential zur Begrünung
von Flachdächern
2% 5%
39%54%
DACHBEGRÜNUNG
Fotos: Wolfgang Dickhaut (links), Optigrün International AG (rechts)
extensives Gründach HCU Retentionsgründach
EXTENSIVES GRÜNDACH + SONDERTYPEN
extensives Gründach RetentionsgründachWasserrückhalt: 40‐60 % Wasserrückhalt: ≥ 80 %
Bemessungsregen:15‐minütiger Regen, T = 100 a
Abb.: BUE (links), Optigrün International AG (rechts)
VERKNÜPFUNG MIT EIGENEN UNTERSUCHUNGEN
1. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
2. Auswertung des Versiegelungsgrades
3. Identifizierung von Bereichen und Materialien, die sich stark aufheizen.
4. Identifizierung von Gebäudetypen, Überprüfung der Eignung für Dach‐ und Fassadenbegrünung
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
VERSIEGELUNGSGRAD
1: geneigte Dächer2: intensive Dachbegrünung 3: extensive Dachbegrünung 4: Potential zur Begrünung
von Flachdächern
2:5% 3:
10%
4:30%
1:55%
OBERFLÄCHENTEMPERATUR
Abb.: Land surfacetempe
rature
from
Land
sat8
(2013‐07
‐23)
1. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
2. Auswertung des Versiegelungsgrades
3. Identifizierung von Bereichen und Materialien, die sich stark aufheizen.
4. Identifizierung von Gebäudetypen, Überprüfung der Eignung für Dach‐ und Fassadenbegrünung
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
VORUNTERSUCHUNGEN
VORUNTERSUCHUNGEN
T° 30,3 °CF 40,4 %W 2,15 m/s
ST. 20.07.16Messungen
T° 27,7°CF 51%W 3,9m/s
Flughafen DWD
T° 32,4 °CF 42,8 %W 0,3 m/s
Alex. 20.07.16Messungen
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
VORUNTERSUCHUNGEN
T° 27,7°CF 51%W 3,9m/s
Flughafen DWD
T° 32,4 °CF 42,8 %W 0,3 m/s
Alex. 20.07.16Messungen
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
VORUNTERSUCHUNGEN
Juni
N S
MATERIALIEN EIGENSCHAFTEN
1. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
2. Auswertung des Versiegelungsgrades
3. Identifizierung von Bereichen und Materialien, die sich stark aufheizen.
4. Identifizierung von Gebäudetypen, Überprüfung der Eignung für Dach‐ und Fassadenbegrünung
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
IDENTIFIZIERUNG VON GEBÄUDETYPEN
‐
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
Fassadenbegrünung: IDENTIFIZIERUNG VON GEBÄUDETYPEN
‐
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
1
1
MATERIALIEN EIGENSCHAFTEN
Abb.: H
CU 2016 EN
ISO 10456
(2010), D
IN 4108 Teil 4 (201
7),N
ach He
lbig 1987, FLIR B&
T Serie
s
1. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
2. Auswertung des Versiegelungsgrades
3. Identifizierung von Bereichen und Materialien, die sich stark aufheizen.
4. Identifizierung von Gebäudetypen, Überprüfung der Eignung für Dach‐ und Fassadenbegrünung
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
ANALYSE DER FLÄCHENVERTEILUNG
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
MASSNAHMEN
35°
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
VERGLEICH
TOP 2:Überflutungsvorsorge in Winterhude-Süd
Übliche Arbeitsschritte Wasser‐ und klimasensible Arbeitsschritte
0 Planungsanstoß ‐ Planungsanlass
1 Vorplanung / Vorentwurf
Beteiligung / Befragungen
STEP 1: Gefährdungsanalyse (Checkliste)
2Bestandsaufnahme
STEP 2: (optional)Risikoabschätzung
3 Entwurf / Planungskonzept
Beteiligung
STEP 3: Lösungsentwicklung
• Untersuchungen• Varianten‐Diskussion• Integration in den Entwurf
4 Abstimmung
Abb.: H
CU 2016 (Entwurf)
ARBEITSSCHRITTE FÜR KOMMUNALE VORHABEN
Abb.: H
CU 2017 (Entwurf)
CHECKLISTE “GEFÄHRDUNGSANALYSE”
1. Vergangene StarkregenereignisseAuswertung des Ereignisses vom Juni 2011 (Feuerwehreinsätze, Zeitungsartikel, Befragung vor Ort)
2. Fließwege‐ und SenkenanalyseInformationen von HAMBURG WASSER
3. Sensible NutzungenKartierung von Kindergärten, Kindertagesstätten
4. Tieferliegende Geschäfte, Büros, Wohnungen, Tiefgaragen und Grundstücke mit Gefälle von der Straße zum GebäudeKartierung im Rahmen einer Ortsbegehung
GEFÄHRDUNGSANALYSE
GEFÄHRDUNGSANALYSE
Abb.: Elke Kruse
GEFÄHRDETE GESCHÄFTE
Abb.: Elke Kruse
GEFÄHRDETE GRUNDSTÜCKE + GEBÄUDE
Abb.: Elke Kruse
POTENZIELL GEFÄHRDETE TIEFGARAGEN
Für Winterhude‐Süd nicht relevant:
• Überschwemmungsgebiete
• Hochwasserrisiko gemäß EU Hochwassermanagement‐Richtlinie
• Sensible Nutzungen, wie o Straßen‐ oder S‐ und U‐Bahnunterführungeno U‐Bahn‐Eingängeo Krankenhäuser, Altersheimeo technische Einrichtungen zur Stromversorgung
GEFÄHRDUNGSANALYSE
1. Auswertung des Versiegelungsgrades
2. Analyse des Begrünungspotenzials von vorhandenen Flachdächern
3. Analyse des Abkopplungspotenzials(Versickerung über oberirdische Mulden oder unterirdische Rigolen – auch unter befestigten Flächen)
4. Analyse der bestehenden Straßenbäume für Versickerung oder Rückhalt von Regenabflüssen (Abstand zu Gebäuden, Abstand zum GW)
5. Analyse der Flächennutzungen und ihres Flächenanteils
VORUNTERSUCHUNGEN
RAUMTYP: GRÜNFLÄCHE Bestandssituation
Das Untersuchungsgebiet Winterhude‐Süd
27%
73%
Verteilung:private Flächen (grau) + öffentliche Flächen (orange)
ANALYSE DER FLÄCHENVERTEILUNG
21%2%
2%1%
1%
73%
Aufschlüsselung der öffentlichen Flächen
1
2
3
4
6
AUFSCHLÜSSELUNG DER ÖFFENTLICHEN FLÄCHEN
Verkehrsflächen
Öffentliche Grünflächen
Kleingärten
Öffentl. Grundstücke + Gebäude
Gewässer
27%
73%
Verteilung:private Flächen (grau) + öffentliche Flächen (orange)
Versiegelungsgrad pro Grundstück
Dachbegrünungspotenzial auf bestehenden Flachdächern
Versickerungspotenzial oberirdisch auf den Grundstücken
Versickerungspotenzial unterirdisch auf den Grundstücken
INNOVATIVES ENTWÄSSERUNGSKONZEPT
Maßnahmentypen, u.a.
• Private Flächen– Dezentrale Versickerung (Mulden / Rigolen) – eher eingeschränkt– Dachbegrünung – hohe Flächenpotentiale
• Öffentliche Flächen (Straße, Grünfläche, etc.)– Wassersensible Straßenraumgestaltungen – ableiten, speichern– Versickerungs‐ / Speichervolumina bei Straßenbäumen – speichern,
versickern
INNOVATIVES ENTWÄSSERUNGSKONZEPT
Grünfläche als wasserspeichernder Spielplatz
Quartiersstraße alsbegrünte Straße
Verbindungsstraße alswasserspeichernde Straße
INNOVATIVES ENTWÄSSERUNGSKONZEPT
Foto: Zamna Rodríguez Castillejos
RAUMTYP: QUARTIERSSTRASSEBestandssituation
Foto: Zamna Rodríguez Castillejos
RAUMTYP: QUARTIERSSTRASSEPlanung
Abb.: Elke Kruse
RAUMTYP: QUARTIERSSTRASSEBegrünte Straße zur Versickerung bei Sonne
Abb.: Elke Kruse
RAUMTYP: QUARTIERSSTRASSEBegrünte Straße zur Versickerung bei Regen
Foto: Zamna Rodríguez Castillejos
RAUMTYP: GRÜNFLÄCHE Bestandssituation
Abb.: Elke Kruse
RAUMTYP: GRÜNFLÄCHEWasserspeichernder Spielplatz bei Sonne
Abb.: Elke Kruse
RAUMTYP: GRÜNFLÄCHEWasserspeichernder Spielplatz bei Regen
RAUMTYP: VERBINDUNGSSTRASSEBestandssituation
RAUMTYP: VERBINDUNGSSTRASSEWasserspeichernde Straße bei Sonne
RAUMTYP: VERBINDUNGSSTRASSEWasserspeichernde Straße bei Regen
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Ziele und Aufgaben
1. die Durchführung von Langzeitsimulationen verschiedener dezentraler Regenwasserbewirtschaftungsarten, um die Wirkung auf den Wasserhaushalt zu bestimmen und
2. die Bestimmung der Wirkung dieser Maßnahmen auf den Starkregenabfluss der bewirtschafteten Flächen.
Die Simulationen wurden mit dem Programm STORM.XXL durchgeführt.
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Ziele und Aufgabenfolgende VariantenBewirtschaftung von Regenabflüssen auf Privatgrundstücken und z.T. öffentlichen Straßen• V0 – Ist‐Zustand• V1 – Errichtung von Gründächern zum Rückhalt und zur Verdunstung von
Niederschlagswasser• V2 – Versickerung in begrünten Rasenmulden• V3 – Versickerung in unterirdischen Füllkörper‐Rigolen• V4 – Mixszenario (V1 + Mischung aus V2 und V3)• V_Gründach ‐Wirkung verschiedener extensiver Gründachaufbauten • V_Straße (öffentlicher Straßenraum) ‐ Versickerung von Regenabflüssen in
den Pflanzgruben von Straßenbäumen (im Folgenden Baumrigole genannt) oder bepflanzten Tiefbeeten
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Fokus
Langzeitsimulationen Wirkung auf den Starkregenabfluss der bewirtschafteten
Flächen
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Baublock 412005
GRÜNDACH‐TYPEN
GRÜNDACH‐TYPEN
Abfluss‐Spende:5 l/s x ha
Abfluss‐Spende:100 l/s x ha
Abfluss‐Spende:30 l/s x ha
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30
Geb
ietsab
fluss in
m³ p
ro Ereignis
Geordnete Reihe der Abflussmengen
Ist‐Zustand (V0)
Errichtung von Gründächern (V1)
Bewirtschaftung mit Mulden (V2)
Bewirtschaftung mit Rigolen (V3)
Mixszenario (V4)
Abflussvolumina der stärksten Abflussereignisse des Baublocks
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
500
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Niede
rschlag in m
m
Abflu
ss in
l/s
Datum und Uhrzeit
Flachdach
"Leichtdach"
"Mäander 30"
"Mäander 60"
Niederschlag
47,0 m³
33,6 m³
35,8 m³
44,9 m³
17,0 m³
Wirkung unterschiedlicher Dächer auf Abflussspitzen und Abflussvolumina eines extremen Niederschlagsereignisses (47 mm in 70 min; 26.08.1997), bezogen auf Baublock
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Betrachteter Straßenabschnitt
A ~ 3.200 m²
Wirkung von Bäumen, bepflanzten Tiefbeeten und Baumrigolen im öffentlichen Straßenraum auf die Abflussspitzen und Abflussvolumina
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
500
20
40
60
80
100
120
140
160
Niede
rschlag in m
m
Abflu
ss in
l/s
Datum und Uhrzeit
Straße, ohneBaumüberdeckung
Straße, 80 %igeBaumüberdeckung
Straße mit Pflanzbeeten
Straße mit Baumrigolen,80 %ige Baumüberdeckung
Straße mit Baumrigolen,gedr. Ableitung,80 %ige Baumüberdeckung
Niederschlag
Wirkung von Bäumen, bepflanzten Tiefbeeten und Baumrigolen im öffentlichen Straßenraum auf die Abflussspitzen und Abflussvolumina eines extremen Niederschlagsereignisses (47 mm in 70 min; 26.08.1997)
155 m³
147 m³
139 m³
26 m³
18 m³
8 m³
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Fokus
Langzeitsimulationen für Wirkung auf den jährlichen Wasserhaushalt
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
SIMULATIONSERGEBNISSE: Maßnahmen Überflutungsrisiko
Ablauf
1.Einführung _ Hintergrund HCU und KLIQ
2.Hamburg_KLIQ• Hitzevorsorge• Überflutungsvorsorge
3.Fazit
Fazit
Überflutungs‐ und Hitzevorsorge flächendeckend, kontinuierlich und
systematisch einplanen
Fazit• Viele Maßnahmen zur Klimaanpassung bekannt• Möglichst flächendeckende Umsetzung, Synergien nutzen• Private (≈75%) und öffentliche Flächen (≈25%) gleichermaßen
wichtig• Vorbild öffentliche Hand: Fokus Straßen und Plätze, deutliche
Veränderungen notwendig• Integration von Klimaanpassungsplanung in jede Planung
notwendig– Kontinuierlich und langfristig– (derzeit) keine eigenständigen Sofortumbauplanung
Foto.: Zam
naRo
drigue
z Castillejos
Vielen Dank fürs Zuhören!
Vielen DankDas KLIQ‐Team
Prof. Dr.‐Ing. Wolfgang DickhautDr.‐Ing. Elke Kruse
Prof. Dr. Udo DietrichZamna A. Rodriguez Castillejos M. Sc.
in Zusammenarbeit mitWerner Steinke / BUE
KontaktdatenProf. Dr.‐Ing. Wolfgang Dickhaut HafenCity Universität Hamburg (HCU)• "Umweltgerechte Stadt‐ und Infrastrukturplanung" • Übersee Allee16, 20457 Hamburg, Raum B 5.035• Tel. 040‐42827‐5095 (d.), 040‐43251037 (p.), Fax 040‐42827‐5599 • wolfgang.dickhaut@hcu‐hamburg.de• www.hcu‐hamburg.de; www.reap.hcu‐hamburg.de