Ziel der Regenwasserbewirtschaftung auf Grundstücken ist der ökologische und nachhaltige Umgang mit Niederschlagswasser. Gemäß Abschnitt 5.3.1 der DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke“, Ausgabe Dezember 2016, ist die Versickerung von Niederschlagswasser ein wichtiger Bestandteil der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung. Bezüglich der Planung, Bemessung und Ausführung von Anlagen zur Versickerung von Regenwasser auf Grundstücken wird in der DIN 1986-100 sowie im zugehörigen Kommentar auf die DWA-Regelwerke verwiesen.
Gemäß DIN 1986-100 sollten bei der Planung und Ausführung von Regenentwässerungsanlagen vorrangig alle Möglichkeiten der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung genutzt werden, um die Einleitung von Niederschlagswasser in die öffentlichen Kanäle zu reduzieren. Durch die zunehmende Versiegelung von Landschaften durch Bebauung sind mittlerweile vielerorts die öffentlichen Kanalsysteme überlastet. Der kostenintensive Neubau oder die Erweiterung der öffentlichen Kanäle wäre die Folge, kann aber von den Kommunen und Gebietskörperschaften oftmals nicht geleistet werden. Zur Lösung des Problems wird zunehmend die Regenwasserbewirtschaftung auf Grundstücken gefordert.
Bei der wassersensitiven Zukunftsstadt wird der natürliche Wasserkreislauf mehr Berücksichtigung finden. Hierzu soll das Niederschlagswasser bevorzugt direkt vor Ort versickern oder verdunsten.
Anwendungsbereich
Der Anwendungsbereich im Entwurf zum DWA-Arbeitsblatt A 138-1 umfasst die Versickerung von Niederschlagswasser von befestigten oder bebauten Flächen innerhalb von Siedlungsgebieten. Für die Entwässerungssituation außerhalb von Siedlungsgebieten wird auf weiterführende Regelwerke verwiesen.
Versickerungsverfahren
Zur dezentralen Regenwasserbewirtschaftung werden im Abschnitt 6 des Entwurfs folgende Versickerungsverfahren aufgeführt:
Bei der Flächenversickerung wird das anfallende Niederschlagswasser von befestigten Flächen direkt ohne Zwischenspeicherung auf benachbarte Flächen (in der Regel begrünte bzw. teildurchlässige befestigte Flächen) zur Versickerung abgeleitet. Die Flächenversickerung findet ohne wesentlichen Aufstau statt und kommt der natürlichen Versickerung am nächsten.
Bei der Muldenversickerung werden die Oberflächenabflüsse nach kurzfristiger Speicherung über eine flächig bewachsene Bodenzone versickert. Die Einstauhöhe des Wassers in der Mulde ist in der Regel auf 0,3 m zu begrenzen.
Die Rigolenversickerung wird im Allgemeinen eingesetzt, wenn die zur Verfügung stehende Fläche für eine Muldenversickerung nicht ausreicht. Das Niederschlagswasser wird der Rigole über eine vorgeschaltete Behandlungsanlage zugeführt.
Bei den Bauweisen unterteilt man in Rigolen aus Fertigteilen (zum Beispiel aus Kunststoff) und Rigolen aus Schüttmaterial mit hoher Speicherfähigkeit (zum Beispiel Kies) mit eingebetteten Drainagerohren. Die Verteilung des Regenwassers innerhalb der Rigole erfolgt durch die Dräainagerohre mit profilierter Außenfläche und Wasseraustrittsöffnungen.
Ein Mulden-Rigolen-Element besteht aus einer Versickerungsmulde und einer darunter angeordneten Rigole, mit jeweils eigenständigen Füll- und Entleerungsprozessen. Mulden-Rigolen-Elemente verfügen in der Regel über eine hohe Speicherkapazität (Mulde plus Rigole) und sind dadurch besonders gut bei geringer Wasserdurchlässigkeit des Bodens oder geringem Platzangebot einsetzbar.
Bei einem Mulden-Rigolen-System handelt es sich um ein Mulden-Rigolen-Element, bei dem ein Teil des in der Rigole gespeicherten Regenwassers über einen Schacht mit Drossel in ein nachfolgendes System abgeleitet wird.
Im Versickerungsschacht wird das Niederschlagswasser zwischengespeichert und verzögert in den Untergrund abgeleitet. Das Wasser sollte dem Schacht stets über eine vorgeschaltete Behandlungsanlage zugeführt werden. Bei den Bauarten der Schächte unterscheidet man grundsätzlich in Typ A (Schachtringe mit seitlichen Austrittsöffnungen) und Typ B (Entleerung des Speichervolumens erfolgt vollständig durch die Filterschicht im Sohlenbereich).
Versickerungsschächte eignen sich besonders für kleine, abflusswirksame Flächen, wie zum Beispiel für Grundstücke von Ein- und Zweifamilienhäusern.
Bewertung der Niederschlagsabflüsse
Im Abschnitt 5.2.1 des Entwurfs zum DWA-Arbeitsblatt A 138-1 wird die Bewertung der Niederschlagsabflüsse näher erläutert. Niederschlagswasser wird primär durch atmosphärische Verunreinigungen belastet. Eine zusätzliche Belastung erfolgt durch den Kontakt mit stofflich verunreinigten Flächen, wie beispielsweise Dach- oder Verkehrsflächen. Das auf Flächen gesammelte Niederschlagswasser kann in unterschiedlichsten Konzentrationen mit Schwermetallen oder organischen Stoffen belastet sein. In den Wintermonaten können hohe Konzentrationen an Chlorid aus Tausalzen entstehen. Die Höhe der Belastungen hängt überwiegend von ortsspezifischen sowie klimatischen Bedingungen ab.
Die Bewertung der Belastung und der daraus resultierenden Behandlungsmaßnahmen von Niederschlagswasser erfolgt auf der Grundlage allgemeiner Kenntnisse zum jeweiligen Stoffaufkommen der unterschiedlichen Flächentypen. Hierzu wird eine Kategorisierung der Niederschlagswasserabflüsse von bebauten und befestigten Flächen vorgenommen. Man unterscheidet folgende drei Belastungskategorien:
Die Flächenkategorisierung beruht hauptsächlich auf der Flächennutzung und dem Risiko möglicher Havarien. Von der Kategorisierung kann in begründeten Einzelfällen abgewichen werden.
Reinigungsanforderungen
In den Abschnitten 5.2.2.2 „Versickerung über bewachsene Bodenzone“ und 5.2.2.3 „Dezentrale Behandlungsanlagen“ des Entwurfs werden die Anforderungen für Behandlungsmaßnahmen des Niederschlagswassers definiert. Diese basieren auf den Prüfwerten der „BBodschV Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung“, die nach dem Passieren der bewachsenen Bodenzone oder der dezentralen Behandlungsanlage erfüllt werden. Ferner sind bei der Schädlichkeit des Niederschlagswassers die „Geringfügigkeitsschwellenwerte für das Grundwasser“ gemäß LAWA 2017 der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser berücksichtigt.
Gemäß Abschnitt 5.2.2.2 des Entwurfs gilt die Versickerung über die bewachsene Bodenzone – zum Beispiel bei Mulden – grundsätzlich als Behandlungsmaßnahme. Hierzu werden zur Sicherstellung der Behandlung des Niederschlagswassers und der Versickerungsleistung Mindestanforderungen gestellt. Die entscheidenden Faktoren sind hierbei die jeweilige Flächenkategorie (I, II oder III) der bebauten bzw. befestigten Flächen, die Mindestmächtigkeit (Dicke) und die Höhe der Flächenbelastung der bewachsenen Bodenzone. Ferner werden im Abschnitt 5.2.2.2 noch Anforderungen für besondere Einzelfälle bei der Versickerung über die bewachsene Bodenzone gestellt; gegebenenfalls sind diese mit der zuständigen Behörde abzustimmen.
Für dezentrale Behandlungsanlagen sind im Abschnitt 5.2.2.3 die wichtigsten Vorgaben definiert. Hierzu werden „Anforderungen an die dezentrale Niederschlagswasserbehandlung vor Versickerung über unterirdische Versickerungsanlagen (Rigolen, Sickerschächte)“ gestellt (Tabelle 5). Entscheidende Faktoren sind hierbei die jeweilige Flächenkategorie (I, II oder III) sowie der Gesamtwirkungsgrad der dezentralen Behandlungsanlage.
Bei Anlagen mit bauaufsichtlicher Zulassung – zum Beispiel durch das Deutsche Institut für Bautechnik, Berlin (DIBt) – müssen die im Zulassungsverfahren festgelegten Vorgaben unbedingt beachtet werden. Ein wesentlicher Bestandteil beim Zulassungsverfahren ist die Festlegung der Reinigungsleistung der Behandlungsanlage. Zur Verwendung von Anlagen ohne bauaufsichtliche Zulassung kann die Beurteilung der Reinigungsleistung – im Rahmen einer mit der DIBt-Zulassung vergleichbaren Prüfung – durch eine von der zuständigen Wasserbehörde zugelassenen Prüfstelle durchgeführt werden.
Generell sollten Anforderungen für besondere Einzelfälle, die nicht im Abschnitt 5.2.2.3 erfasst sind, mit der zuständigen Wasserbehörde abgestimmt werden.
Hydrogeologische Gegebenheiten
Im Abschnitt 5.3.1 des Entwurfs zum DWA-Arbeitsblatt A 138-1 werden die „hydrogeologischen Gegebenheiten“ beschrieben. Bereits im Vorfeld der Planung einer Regenwasserversickerung auf einem Grundstück sollte in jedem Fall eine hydrogeologische Untersuchung vor Ort durchgeführt werden. Durch Geländeuntersuchungen und Grundwasserstands-Messungen werden die zur Regenwasserversickerung erforderlichen Daten ermittelt. Im hydrogeologischen Gutachten werden dann detailliert die Boden- und Grundwasserverhältnisse beschrieben. Die wichtigsten Kenndaten sind hierbei:
Der Abstand der Sohle der Versickerungsanlage zum mittleren höchsten Grundwasserstand (MHGW) sollte mindestens 1,0 m betragen. In Ausnahmefällen kann der Abstand bei geringer stofflicher Belastung der Niederschlagsabflüsse auch weniger als 1,0 m betragen, wobei aber in jedem Fall ein Mindestabstand von 0,5 m berücksichtigt werden muss.
Bei der Regenwasserversickerung liegen die Durchlässigkeitsbeiwerte (kf-Werte) in der Regel in einem Bereich von 10-3 m/s bis
10-6 m/s. Besonders geeignete Bodenarten sind zum Beispiel sandiger Kies, sandiger Schluff sowie Grob-, Mittel- und Feinsande.
Abstand zu Gebäuden und Grenzen
Durch Versickerungsanlagen dürfen keine Schäden an Gebäuden und Anlagen entstehen. Im Abschnitt 5.3.2 des Entwurfs werden die wichtigsten Abstandsregelungen erläutert.
Bei den Mindestabständen zu Gebäuden sind die Art und Tiefe der Unterkellerung sowie die Lage der Grundwasseroberfläche von entscheidender Bedeutung. Der Abstand zur Grundstücksgrenze hängt insbesondere von der Art der Versickerungsanlage sowie der Hydrogeologie und Topografie vor Ort ab und ist so zu bestimmen, dass eine Beeinträchtigung des Nachbargrundstücks einschließlich dessen Bebauung ausgeschlossen werden kann. Der Sickerweg von Versickerungsanlagen darf sich nicht im Bereich von Medienleitungen befinden.
Bemessungsgrundsätze
Die Bemessung von Versickerungsanlagen basiert auf den Bemessungsverfahren des Arbeitsblatts DWA-A 117 „Bemessung von Regenrückhalteräumen“. Danach können folgende Verfahren angewendet werden:
Für die Bemessung von dezentralen Versickerungsanlagen kann in der Regel das „einfache Verfahren“ angewendet werden. Die Vorgehensweise wird im Abschnitt 5.3.3.2 des Entwurfs zum DWA-Arbeitsblatt A 138-1 näher erläutert.
Beim einfachen Verfahren gelten nach DWA-Arbeitsblatt A 117 in Übereinstimmung mit DIN EN 752 und unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Aspekte für das gesamte Einzugsgebiet (Grundstück) bis zur Versickerungsanlage die folgenden Randbedingungen:
Die Berechnung der Zuflüsse zur Versickerungsanlage im einfachen Verfahren erfolgt nach Abschnitt 5.3.3.4 des Entwurfs. Der Rechenwert für ABem wird gemäß Gleichung 2 wie folgt ermittelt:
ABem = (AE,b,a,i x Cm,i) + (AE,nb,a,i x Cm,i)
Dabei ist:
ABem – Summe aller an die Versickerungsanlage angeschlossenen Teilflächen, multipliziert mit dem jeweils zugehörigen mittleren Abflussbeiwert (m2);
AE,b,a,i – angeschlossene befestigte Teilfläche (m2);
AE,nb,a,i – angeschlossene nicht befestigte Teilfläche (m2);
Cm,i – mittlerer Abflussbeiwert der Teilfläche.
In der Tabelle 7 des Entwurfs sind Abflussbeiwerte aufgeführt. Alternativ können die Abflussbeiwerte aus Tabelle 9 der DIN 1986-100 verwendet werden.
Berechnungsbeispiel 1
Gegeben:
AE,b,a,i – 400 m2 Dachfläche mit Extensivbegrünung < 10 cm Aufbaudicke und Dachneigung < 5° mit einem Cm,i von 0,3;
AE,nb,a,i – 200 m2 Parkfläche mit Rasengittersteinen für häufige Verkehrsbelastung mit einem Cm,i von 0,2.
Gesucht:
ABem = Summe aller an die Versickerungsanlage angeschlossenen Teilflächen, multipliziert mit dem jeweils zugehörigen mittleren Abflussbeiwert in m2;
Formel:
ABem = (AE,b,a,i x Cm,i) + (AE,nb,a,i x Cm,i)
Lösung:
ABem = (400 m2 x 0,3) + (200 m2 x 0,2)
Ergebnis: ABem = 160 m2
Der Zufluss zur Versickerungsanlage Qzu wird nach folgender Gleichung 3 ermittelt:
Qzu = 10-7 x rD(n) x (ABem + AVA)
Dabei ist:
Qzu – der Zufluss zur Versickerungsanlage während der Dauerstufe D in m3/s;
rD(n) – die Regenspende der Dauerstufe D und Wiederkehrzeit n in l/(s x ha);
AVA – die überregnete Fläche einer oberirdischen Versickerungsanlage in m2;
ABem – Rechenwert für die Bemessung, der sich aus der Summe aller an die Versickerungsanlage angeschlossenen Teilflächen multipliziert mit dem jeweils zugehörigen mittleren Abflussbeiwert Cm ergibt, in m2.
Die Ermittlung der Regenspenden rD(n) vor Ort kann über Kostra-DWD 2010R erfolgen. Hierbei ist die Verwendung der Mittelwerte zwischen den beiden Klassengrenzwerten des Variationsbereichs der statistischen Auswertung in der Regel ausreichend.
Berechnungsbeispiel 2
Gegeben:
rD(n) – Regenspende r10,5 = 208,5 l/(s x ha) für Bonn;
ABem – angeschlossene abflusswirksame Fläche insgesamt = 650 m2;
AVA – überregnete Fläche der Versickerungsanlage = 100 m2.
Gesucht:
Qzu = der Zufluss zur Versickerungsanlage in m3/s
Formel:
Qzu = 10-7 x rD(n) x (ABem + AVA)
Lösung:
Qzu = 10-7 x 208,5 l/(s x ha) x (650 m2 + 100 m2)
Ergebnis: Qzu = 0,01564 m3/s = 15,64 l/s
Im Abschnitt 5.3.3.5 des Entwurfs zum Arbeitsblatt DWA-A 138-1 wird die Vorgehensweise zur Berechnung der Versickerungsleistung beschrieben. Zur Ermittlung der Versickerungsleistung gilt folgende Grundgleichung (4):
QS = AS x ki
mit
QS – Versickerungsleistung in m3/s;
AS – erforderliche Versickerungsfläche in m2;
ki – bemessungsrelevante Infiltrationsrate in m/s.
Die bemessungsrelevante Infiltrationsrate ki in m/s ergibt sich aus der Multiplikation des ermittelten Durchlässigkeitsbeiwertes des Bodens k (in der Regel kf – Wert aus dem hydrogeologischen Gutachten) in m/s und dem resultierenden Korrekturfaktor für die Wasserdurchlässigkeit fk gemäß Gleichung 5 des Entwurfs.
ki = k x fk
Der resultierende Korrekturfaktor fk wird nach folgender Gleichung 6 des Entwurfs berechnet:
fk = fOrt x fMethode ≤ 1
mit
fOrt – Korrekturfaktor zum Kenntnisstand der Variabilität der Bodenverhältnisse sowie der Anzahl der durchgeführten Versuche/Probenahmen vor Ort;
fMethode – Korrekturfaktor für die Bestimmungsmethode (methodenspezifische Unsicherheiten der Ergebnisse durch unterschiedliche Versuchsverfahren).
Entsprechende Zahlenwerte für die Korrekturfaktoren fOrt und fMethode befinden sich in der Tabelle 8 des Entwurfs zum DWA-Arbeitsblatt A 138-1.
Berechnungsbeispiel 3
Gegeben:
AS – erforderliche Versickerungsfläche = 100 m2;
k – Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens mit 2·10−4 m/s (hier kf-Wert aus hydrogeologischem Gutachten);
fk – resultierender Korrekturfaktor mit 0,8 (aus hydrogeologischem Gutachten und Tabelle 8).
Gesucht:
QS = Versickerungsleistung in m3/s
Formeln:
QS = AS x ki mit ki = k x fk
Lösung:
ki = 2·10−4 m/s x 0,8 = 1,6·10−4 m/s
QS = 100 m2 x 1,6·10−4 m/s
Ergebnis: QS = 0,016 m3/s = 16 l/s
Das erforderliche Speichervolumen stellt in den häufigsten Fällen die Bemessungszielgröße bei Versickerungsanlagen (außer bei der Flächenversickerung) dar. Im Entwurf zum Arbeitsblatt DWA-A 138-1 wird im Abschnitt 5.3.3.6 die Vorgehensweise zur Ermittlung des erforderlichen Speichervolumens beschrieben. Beim einfachen Verfahren gilt die Gleichung 8 des Entwurfs:
VVA = (Qzu – QS – QDr) x D x 60 x fZ x fA
Dabei sind:
VVA – das erforderliche Speichervolumen in m3;
Qzu – der Zufluss zur Versickerungsanlage während der Dauerstufe D in m3/s;
QS – die Versickerungsleistung in m3/s;
QDr – der Drosselabfluss in m3/s (zum Beispiel gemäß Einleitungsbeschränkung in den Straßenkanal);
D – die Dauerstufe in min;
fZ – der Zuschlagsfaktor nach DWA-A 117 (empfohlen zwischen 1,1 und 1,2);
fA – der Abminderungsfaktor nach DWA-A 117 (in der Regel = 1,0).
Das Maximum für das erforderliche Speichervolumen muss hierbei iterativ für verschiedene Wertepaare der Dauerstufe D (beginnend bei 5 min bis maximal 4320 min) und der jeweils zugehörigen Regenspende rD,n bestimmt werden.
Die Bemessungsregeln für die unterschiedlichen Typen von Versickerungsanlagen, zum Beispiel für Flächenversickerung, Versickerungsmulden, Rigolen- und Schachtversickerung, befinden sich im Abschnitt 6 des Entwurfs zum Arbeitsblatt DWA-A 138-1.
Überflutungsnachweis
Gemäß DIN 1986-100 muss für Versickerungsanlagen zur Entwässerung von Grundstücken mit einem Rechenwert von ABem größer 800 m2 ein Überflutungsnachweis erbracht werden. Bezüglich der Durchführung des Überflutungsnachweises bei Versickerungsanlagen verweist die DIN 1986-100 auf das Arbeitsblatt DWA-A 138.
Die Vorgehensweise zum Überflutungsnachweis bei Versickerungsanlagen wird im Abschnitt 5.3.4 des Entwurfs zum Arbeitsblatt DWA-A 138-1 beschrieben. Es muss der Nachweis erbracht werden, dass die zurückzuhaltende Regenwassermenge VRück in m3 vollständig und schadlos auf dem Grundstück verbleiben kann, zum Beispiel durch zusätzlichen Speicherraum oder das Einstauen von Außenflächen.
Bei den umfangreichen Berechnungen (Gleichung 10 des Entwurfs) muss die zurückzuhaltende Regenwassermenge VRück in m3 iterativ für verschiedene Wertepaare der Dauerstufe D (beginnend bei 5 min bis max. 4320 min) und der jeweils zugehörigen Überflutungsregenspende (in der Regel die 30-jährige Regenspende rD,30) bestimmt werden. Bei Anschluss eines Überlaufs der Versickerungsanlage an den öffentlichen Kanal müssen Vorkehrungen zur Rückstausicherheit getroffen werden.
Bau von Versickerungsanlagen
Im Abschnitt 7 des Entwurfs befinden sich die wichtigsten Vorgaben zur Bauausführung von Versickerungsanlagen. Die wesentlichen Punkte zur „Bauvorbereitung und Baustellenorganisation“ sind im Abschnitt 7.1 aufgeführt. Für komplexere Versickerungsanlagen wird eine Fachbauleitung empfohlen.
Unter 7.2 „Erdarbeiten“ wird besonders darauf hingewiesen, dass im Zusammenhang mit dem Bau von Versickerungsanlagen unbedingt alle erforderlichen Schutzmaßnahmen zur Vermeidung einer Bodenverdichtung und zur Aufrechterhaltung der Wasserdurchlässigkeit des Untergrunds getroffen werden müssen. Die Anforderungen zur „Begrünung“ (zum Beispiel von Mulden) sowie die „Fertigstellungspflege von Versickerungsanlagen“ befinden sich im Abschnitt 7.3 des Entwurfs.
Betrieb von Versickerungsanlagen
Wichtige Vorgaben zum ordnungsgemäßen Betrieb von Versickerungsanlagen werden im Abschnitt 8 des Entwurfs zum Arbeitsblatt DWA-A 138-1 erläutert. Versickerungsanlagen sind regelmäßig zu überwachen, zu pflegen, zu warten und instand zu halten.
Ferner wird auf die Erstellung eines Betriebshandbuchs hingewiesen, in dem folgende wichtige Daten bzw. Nachweise zur Versickerungsanlage dokumentiert werden müssen:
Das Betriebshandbuch ist dem Betreiber der Versickerungsanlage und – falls gefordert – der zuständigen Wasserbehörde zu übergeben.
Rechtliche Grundlagen
Im informativen Anhang B des Entwurfs werden die wichtigsten rechtlichen Grundlagen für die Planung, den Bau und Betrieb von Versickerungsanlagen thematisiert. Eingangs wird auf geltendes EU-, Bundes-, Landes- und kommunales Satzungsrecht hingewiesen.
Den Hauptteil des Anhangs B bildet die wasserrechtliche Erlaubnis. Niederschlagswasser wird juristisch als Abwasser eingestuft. Somit handelt es sich bei Versickerungsanlagen – einschließlich der zugehörigen Behandlungsanlagen – um Abwasseranlagen.
Im Wasserhaushaltsgesetz heißt es zu Abwasseranlagen unter § 60 Absatz 1 wie folgt: „Abwasseranlagen sind so zu errichten, zu betreiben und zu unterhalten, dass die Anforderungen an die Abwasserbeseitigung eingehalten werden. Abwasseranlagen müssen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik errichtet, betrieben und unterhalten werden.“
In der Praxis sind die rechtlichen Anforderungen an Versickerungsanlagen vor Ort in der Regel im jeweiligen Landeswassergesetz, den kommunalen Abwassersatzungen sowie den Merkblättern der Umweltschutzämter verankert.
Info
Das Merkblatt DWA-M 153 „Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser“, Ausgabe August 2007, behält in Bezug auf die Versickerung von Niederschlagswasser bis zur Veröffentlichung des Arbeitsblatts DWA-A 138-1 als Weißdruck Gültigkeit.
Tipp
Zur Ermittlung des erforderlichen Speichervolumens VVA von Versickerungsanlagen sowie der zurückzuhaltenden Regenwassermenge VRück beim Überflutungsnachweis sollten entsprechende Computer-Berechnungsprogramme verwendet werden (zum Beispiel von itwh, Hannover).