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