Versickerung und Retention

Versickerung und Retention

In der Wasserwirtschaft hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass Niederschlagswasser möglichst an der Stelle des Anfalls zu versickern ist. Ist dies nicht möglich, so wird in vielen Fällen die vorübergehende Speicherung (Rückhaltung oder Retention) von Regenwasser in Rückhalteräumen notwendig, um die Abflusssysteme vor Überlastung zu schützen bzw. deren Dimension zu begrenzen.

Vorteile der Regenwasserversickerung

Für Endverbraucher:

• die Versiegelungsabgabe wird eingespart
• das Mikroklima vor Ort wird verbessert

Für Kommunen:

• geringere Ausgaben im Hochwasserschutz / Hochwasservermeidung
• geringere Kosten im Kanalbau, bei der Kanalsanierung und im Kläranlagenbetrieb
• geringere Erschließungskosten bei Neubaugebieten
• Sicherung des Grundwasservorrates

Vorteile der Regenwasserrückhaltung:

• Begrenzung von Gebietsabflüssen, Verminderung von Hochwassergefahr
• geringere Kosten im Kanalbau, bei der Kanalsanierung und im Kläranlagenbetrieb
• Anschluss von Neubaugebieten an vorhandene, ausgelastete Entwässerungssysteme
• Entlastung überlasteter Kanalnetze

Grundlagen

Qualität der Niederschlagsabflüsse

Die Abflüsse von befestigten Flächen werden hinsichtlich ihrer Stoffkonzentration und der damit ggf. einhergehenden potentiellen Grundwassergefährdung bei der gezielten Regenwasserversickerung in die Kategorien unbedenklich, tolerierbar und nicht tolerierbar eingeteilt.

Unbedenkliche Niederschlagsabflüsse

Unbedenkliche Niederschlagsabflüsse können ohne Vorbehandlungsmaßnahmen über die ungesättigte Zone (unterhalb des Wurzelraums und oberhalb des Grundwasserspiegels) versickert werden (z.B. in Rigolen).

Tolerierbare Niederschlagsabflüsse

Tolerierbare Niederschlagsabflüsse können nach geeigneter Vorbehandlung oder unter Ausnutzen der Reinigungsprozesse (Sedimentationsanlage, Regenwasserzisterne, bewachsener Boden etc.) über die ungesättigte Zone versickert werden.

Nicht tolerierbare Niederschlagsabflüsse

Nicht tolerierbare Niederschlagsabflüsse können nur nach einer Vorbehandlung versickert werden.

Fläche / Gebiet	Qualitative Bewertung
Gründächer, Wiesen und Kulturland; Dachflächen ohne Verwendung von unbeschichteten Metallen (Kupfer, Zink und Blei), Terrassenflächen in Wohn- und vergleichbaren Gewerbegebieten	unbedenklich
Dachflächen mit üblichen Anteilen aus unbeschichteten Metallen; Rad- und Gehwege in Wohngebieten, verkehrsberuhigte Bereiche; Hofflächen und PKW-Parkplätze ohne häufigen Fahrzeugwechsel; sowie wenig befahrene Verkehrsflächen (bis DTV 300 Kfz); Straßen mit DTV 300 - 5.000 Kfz, z.B. Anlieger-, Erschließungs- und Kreisstraßen; Rollbahnen von Flugplätzen; Dachflächen in Gewerbe- und Industriegebieten mit signifikanter Luftverschmutzung; siehe DWA-A138.	tolerierbar
Hofflächen und Straßen in Gewerbe- und Industriegebieten mit signifikanter Luftverschmutzung; Sonderflächen siehe DWA	nicht tolerierbar

Quelle DWA-A138, DTV=durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke

Bodenbeschaffenheit

Versickerungsfähigkeit des Bodens

Übersicht der Kf Werte verschiedener Böden

Von wesentlicher Bedeutung für die Versickerung des Regenwassers ist die Beschaffenheit des Untergrundes. Der Durchlässigkeitsbeiwert (kf -Wert) ist ein Maß für die Wasserdurchlässigkeit des Bodens. Ein Durchlässigkeitsbeiwert sollte zwischen 10^-3 und 10^-6 liegen, um eine Funktionsfähigkeit der Versickerungsanlage zu gewährleisten.

Um eine Überdimensionierung der Anlage zu vermeiden, sollte der kf-Wert möglichst exakt durch Untersuchungen ermittelt werden. Hierzu gibt es professionelle Bodengutachter.

Kurztest der Bodenbeschaffenheit

Ist der kf-Wert unbekannt, kann anhand des nachfolgenden Kurztestes die ungefähre Versickerungsmöglichkeit des Untergrunds eingegrenzt werden.

Testgrube

1. Eine 50 x 50 cm große und ca. 30 cm tiefe Grube ausheben. Wichtig: Nicht in die Grube treten, um Verdichtung zu vermeiden!
2. Um ein Aufschwemmen des Bodens zu verhindern, wird er mit einer Kiesschicht abgedeckt. Ein Messstab wird in den Boden geschlagen. 10 cm oberhalb der Grubensohle wird eine Markierung am Messstab angebracht.
3. Nun wird die Grube mit Wasser gefüllt und 1-2 Stunden durch regelmäßiges Nachfüllen vorgewässert (Gartenschlauch).
4. Wasser nun bis zur Markierung einfüllen. Mit einem Messeimer nach 10 Minuten so viel Wasser auffüllen, wie nötig ist, um den Wasserstand wieder bis zur Markierung zu heben. Aus der nachgefüllten Wassermenge lässt sich die Durchlässigkeit des Bodens abschätzen.
5. Schritt 4 so oft wiederholen (mindestens 3 Mal), bis sich ein konstanter Wert einstellt.

Bewertung: Wassermenge < 1,5 Liter in 10 Minuten: kaum Versickerung möglich (Schluff)
Wassermenge = 1,5 Liter in 10 Minuten: Versickerung möglich (schluffiger Sand)
Wassermenge > 3 Liter in 10 Minuten: Versickerung gut möglich (Sand, Kies)

Reinigungsmöglichkeiten von Niederschlagswasser

Mit Hilfe einfacher Bewertungsverfahren kann die Belastung von unter- und oberirdischem Wasser durch Regenwasser von Dachflächen und Verkehrsflächen qualitativ und quantitativ berücksichtigt werden (ATV DVWK-M153). Je nach Ergebnis sind verschiedene Maßnahmen zur Regenwasserbehandlung zu ergreifen, um einen ausreichenden Gewässerschutz zu gewährleisten.

Bei Einleitung in eine Rigole, ist diese zudem zumindest durch eine Grobfiltration zu schützen.

Wichtig: bei Regenwassernutzungszisternen

Nach der DIN 1989-1 sind unterirdische Versickerunganlagen (Rigolen) den Versickerungsanlagen mit einer belebten Bodenzone hinsichtlich qualitativer Aspekte gleichzusetzen, wenn das Zulaufwasser aus einer Regenwassernutzungsanlage von nicht metallischen Dachflächen stammt.

Sedimentations- und Filterschächte, Sedimentationsanlagen

Sedimentation- und Filterschächte

Anlagen mit einem Absetzraum, in dem die Strömungsverhältnisse es zulassen, dass spezifisch schwerere Stoffe als Wasser nach unten sinken und spezifisch leichtere Stoffe aufschwimmen, werden als Sedimentationsanlagen bezeichnet.

Sammel- und Filterschächte bestehen aus einem Sedimentationsbereich, in welchem sich die schweren Partikel absetzen, und aus einem Filtersieb, welches verhindert, dass leichte Grobschmutzstoffe in den nachgeschalteten Speicher gelangen. Über ein Tauchrohr werden auch leichte Stoffe im Schacht zurückgehalten. Je nach Schmutzeintrag müssen sie regelmäßig gereinigt werden. Das gesamte Dachablaufwasser wird gefiltert und dem Speicher zugeführt. Die Dimensionierung der Schächte erfolgt in Deutschland z.B. nach ATV DVWK-M153 entsprechend dem zu erwartenden Schmutzanfall und der angeschlossenen Dachfläche.

Bodenpassagen

Bodenpassagen

Bei der Passage von Bodenschichten, wie bei Mulden-Rigolen Systemen oder bei der Entsiegelung durch Rasengitter werden durch physikalische, chemische und ggf. auch biologische Vorgänge Schmutzstoffe aus dem durchströmenden Regenwasser zurückgehalten und gespeichert oder abgebaut. Eine Passage durch den bewachsenen Oberboden ist dabei wirksamer als durch eine unbewachsene Bodenzone. Das Grundwasser schützende Deckschichten dürfen nicht durchstoßen werden.

Spülbare und kamerabefahrbare Rigole

Sollte trotz Vorreinigung Schmutz in die Rigole gelangen, ist es von großer Bedeutung, dass eine spätere Reinigung möglich ist. Bei vielen Rigolen, wie z.B. Boxensystemen, können zumeist nur die Spülkanäle nachträglich gereinigt werden. Die feinen Schmutzpartikel gelangen jedoch durch die Schlitze der Spülkanäle und setzen dann allmählich die Böden und Wände solcher Rigolen zu. Diese können letztlich nur komplett ausgegraben werden, wenn sie Ihre Versickerungsleistung verloren haben. Bei der DRAINMAX Tunnel-Rigole z.B. sind die kritischen Wände und Böden über entsprechende Anschlussschächte mit einer Kamera inspizierbar und komplett spülbar. Schmutz gelangt dann in den Grobfilter des Sedimentations- und Filterschachtes oder setzt sich im Sedimentationsbereich ab. Der Grobfilter kann nach dem Spülvorgang entnommen und entleert werden. Die parallelen Rigolenreihen sind zusätzlich geschützt durch die lange Absetzstrecke im Sickerrohr und der zusätzlichen Absetzmöglichkeit im Kontroll- und Spülschacht. Somit ist die gleichbleibende Versickerungsleistung auf Dauer garantiert.

Aufbau einer Versickerungsanlage

• Abstand zum MHGW (mittlerer höchster Grundwasserstand) von der Sohle der Anlage: > 1 m
• Durchlässigkeit des Bodens > 1 x 10^-6 (bei noch schlechteren Werten: siehe Retention )
• Durchlässigkeit des Bodens < 1 x 10^-3 (bei höherer Durchlässigkeit zu geringe Reinigung)

Rigolenversickerung mit DRAINMAX Tunnel

1. DRAINMAX Tunnel	5. Oberboden
2. seitliche und obere Tunnelverfüllung	6. Sedimentations-/Filterschacht
3. Geotextil	7. Regenwasserzulauf
4. Tunnelüberdeckung

Mulden-Rigolenversickerung mit DRAINMAX Tunnel

1. DRAINMAX Tunnel	6. Versickerungsmulde
2. seitliche und obere Tunnelverfüllung	7. Regenwasserzulauf
3. Geotextil	8. Grundwasserabstand
4. Tunnelüberdeckung	9. belebte Bodenzone
5. Oberboden	10. maximaler Wasserstand

DRAINMAX Tunnel System für Gewerbeobjekt

1. DRAINMAX Tunnel	7. Sedimentations-/Filterschacht
2. seitliche und obere Tunnelverfüllung	8. Spülschacht
3. Geotextil	9. Regenwasserzulauf
4. Tunnelüberdeckung	10. Grundwasserabstand
5. Oberboden	11. Geoverbundstoffunterlage
6. Regenwasserverteilung

Aufbau einer Retentionsanlage

Rückhaltevolumen

Rückhaltezisterne mit Drosselablauf

Rückhaltezisterne mit Drosselablauf und Nutzvolumen

Für die Rückhaltung des Regenwassers gibt es verschiedene Möglichkeiten:

• Speicher mit reiner Rückhaltung und Drosselablauf
• Speicher mit kombinierter Rückhaltung und Nutzung und Drosselablauf

Die Kombination von Regenwassernutzung und Regenwasserretention in einer Zisterne ist bei kleineren Systemen im Einfamilienhausbereich besonders interessant, da die Kosten für Erdaushub und Lieferung nur einmal anfallen und auch die Zisterne nicht wesentlich teurer ist.

• Retention mit zulässiger Teilversickerung und Drosselablauf

Bei zulässiger Teilversickerung ist das DRAINMAX System mit Tunnelelementen eine äußerst interessante Alternative. Der geringe Höhenversatz zwischen Zu- und Ablauf in Kombination mit großer räumlicher Flexibilität und einem sehr hohen Speichervolumen sind die Vorzüge dieser Variante. Wenn kein Wasser aus dem System in das umgebende Erdreich gelangen darf, kann es mit einer EPDM Folie bauseits abgedichtet werden

1. DRAINMAX Tunnel	6. Oberboden
2. seitliche und obere Tunnelverfüllung	7. Sedimentations-/Filterschacht
3. Geotextil	8. Drosselschacht
4. Folienwanne aus EPDM und Geotextil	9. Ablaufdrossel
5. Tunnelüberdeckung	10. Regenwasserzulauf

Drosselabfluss

Bei einer Retentionsanlage wird das Wasser über einen gedrosselten Volumenstrom der Entwässerungseinrichtung zugeführt. Der Drosselabfluss entspricht dem zulässigen Abfluss des versiegelten Gebietes in die Entwässerungseinrichtung. Meist entspricht dieser Abfluss dem natürlichen Abfluss vor der Versiegelung.

Der zulässige Drosselabfluss wird bei einem Retentionssystem entweder mit einer Hebepumpe in das nachgeschaltete Entwässerungssystem geleitet oder über eine Ablaufdrossel abgeführt, falls dies die Höhenverhältnisse zulassen. Laut DWA-A 117 soll bei ungeregelten Drosseln (starre Drossel/Wirbeldrossel) das arithmetische Mittel der Werte der Drosselkennlinie angesetzt werden.

Kontinuierliche Drosseln sorgen im Vergleich zu Wirbeldrosseln oder starren Drosseln dafür, dass unabhängig von der Einstauhöhe H ständig die maximal zulässige Wassermenge Q abfließt. Hierdurch können die Retentionsspeicher mit kontinuierlichen Drosseln um 10 % bis 30 % kleiner dimensioniert werden als bei starren Ablaufdrosseln oder Wirbeldrosseln.

starre Drossel

Wirbeldrossel

kontinuierliche Drossel

Bsp. Drosselkennlinien für eine maximal zulässige Wassermenge von 31 l/s

1. Starre Drossel (arithmetisches Mittel hier = 21 l/s)

2. Wirbeldrossel (arithmetisches Mittel hier = 21 l/s)

3. Kontinuierliche Ablaufdrossel (31 l/s)

Starre Drossel

Die einfachste Form einer starren oder statischen Drossel ist eine einfache Drosselblende. Der Abflusswert Q der starren Drossel ist abhängig vom hydrostatischen Druck, der sich aus der Einstauhöhe H ergibt.

Wirbeldrossel

Bei einer Wirbeldrossel entsteht durch die tangentiale Beschickung in Abhängigkeit vom Wasserstand eine unterschiedlich starke Spiralströmung mit einem zentrischen Luftwirbelkern. Dies führt jedoch nicht zu einem kontinuierlichen Drosselabfluss. Zu den Vorteilen der Wirbeldrossel gehören der geringe Platzbedarf und die geringe Gefahr von Verstopfungen durch den größeren verbleibenden Querschnitt im Vergleich zu den anderen Drosseltypen. Diese Vorteile sind bei der dezentralen Regenwasserrückhaltung aber selten relevant.

Kontinuierliche Drossel

Bei der kontinuierlichen Ablaufdrossel ist der Abflusswert unabhängig von der Einstauhöhe H konstant. Der Schwimmer passt dazu über den Hebelarm die Blendenöffnung an die Einstauhöhe an. Eine grobe Vorreinigung des Regenwassers ist für den störungsfreien Betrieb der Drossel erforderlich.

Berechnungsbeispiel erforderliches Speichervolumen

Die maßgebliche Regenspende r_D(n) der Dauerstufe D und Häufigkeit n [l/sha] muss im Vorfeld iterativ bestimmt werden (siehe Bemessung von Versickerungs- oder Retentionsanlagen).

Verf = ((Ared x rD(n) x 10-4) – Qdr ) x D x 60 x 10-3
Verf	= erforderliches Speichervolumen in m³
Ared	= angeschlossene befestigte Fläche in m² (im Beispiel 5.000 m²)
rD(n)	= maßgebende Regenspende in l/sha (Bsp. KOSTRA-Daten Aachen, s. Bemessung von Versickerungs- oder Retentionsanlagen)
Qdr	= Abflussdrosselwert in l/s (bei nicht kontinuierlichen Drosseln das arithmetische Mittel der Drosselkennlinie, s. Diagramm Drosselkennlinien, im Beispiel 21 l/s)
D	= Dauerstufe in min (im Beispiel 30 min bei der starren Drossel und Wirbeldrossel, 20 min bei der kontinuierlichen Drossel)
starre Drossel = Wirbeldrossel: Verf = ((5.000 x 104,8 x 10-4) – 21) x 30 x 60 x 10-3 = 56,6 m³
kontinuierliche Drossel: Verf = ((5.000 x 131,7 x 10-4) – 31) x 20 x 60 x 10-3 = 41,8 m³ (- 26 %)

Je größer der erlaubte Drosselabfluss im Verhältnis zu angeschlossenen Fläche ist, desto größer ist der Unterschied. Dieser Unterschied führt zu entsprechend geringeren Gesamtkosten für das Rückhaltesystem.

Bemessung von Versickerungs- und Retentionsanlagen

siehe auch Online Planer

Regenwasserabfluss

Die Berechnung des Regenabflusses geht von der Erkenntnis aus, dass starke Regenfälle von kurzer Dauer sind, schwache Regen dagegen länger anhalten. Die Regenspende nimmt bei gleicher statistischer Häufigkeit mit zunehmender Regendauer also ab. Der Zusammenhang zwischen Regenspende, Regendauer und Häufigkeit wird durch die statistische Auswertung von Niederschlagsregistrierungen ermittelt. Im Allgemeinen wird in Deutschland das einfache Bemessungsverfahren nach DWA-A 117 angewendet. Dafür ist ein statistischer Regen mit einer gewählten Dauer D und Häufigkeit n als Lastfall für die Bemessung heranzuziehen. Für die Ermittlung der Regenspende ist auf die „Starkniederschlagshöhen für Deutschland- KOSTRA“ (s. Beispiel Tabelle für einen Musterort) zurückzugreifen.

Regendauer D	r D(1) l/sha	r D(0,2) l/sha
5 min	135,0	243,0
10 min	113,0	183,9
15 min	97,2	152,6
20 min	85,3	131,7
30 min	69,5	104,8
45 min	52,9	81,2
60 min	43,1	66,8
90 min	32,3	49,7
2 h	26,4	40,3
3 h	19,8	29,9
4 h	16,1	24,3
6 h	12,1	18,0
9 h	9,1	13,4
12 h	7,4	10,9
18 h	5,4	7,9
24 h	4,3	6,5
48 h	2,6	3,7
72 h	2,1	2,9

KOSTRA Daten Musterort

Zufluss zur Versickerungs- oder Retentionsanlage

Q_zu = 10^-7 x r_D(n) x A_red (1.)

Qzu	= Zufluss zur Versickerungsanlage in m³/s
rD(n)	= Regenspende der Dauerstufe D und Häufigkeit n [l/sha]
Ared	= angeschlossene befestigte Fläche in m²

Ablauf aus der Versickerungsanlage

Bei der Berechnung der Abflüsse aus einer Versickerungsanlage wird als Grundlage das Gesetz von Darcy herangezogen:

Q_s = (b+0,5h) x L x ½ x k_f (2.a)

kf	= Durchlässigkeitsbeiwert des gesättigten Bodens in m/s
b	= Sohlbreite der Rigole in m
h	= Höhe der Rigole in m
L	= Länge der Rigole in m

Kontinuitätsbedingung

V_erf = L x b x h x s_RR = (∑Q_zu - ∑Q_s) x D x 60 (3.)

Verf	= erforderliches Speichervolumen in m³
D	= Regendauer in min

Versickerung: Werden nun die Formeln 1. und 2.a in Formel 3. eingesetzt und nach L aufgelöst, ergibt sich die maßgebliche Rigolenlänge und das resultierende Rigolenvolumen.

$={\dfrac {A_{u}\cdot 10^{-7}\cdot r_{D(n)}}{{\tfrac {b_{R}\cdot h_{R}\cdot s_{RR}}{D\cdot 60\cdot f_{Z}}}+(b_{R}+{\frac {h_{R}}{2}})\cdot {\frac {k_{f}}{2}}}}$

S_RR = Speicherkoeffizient der Rigole

Retention: Hier werden nun die Formeln 1. und 2.b in Formel 3 eingesetzt.

Überstauhäufigkeit

Für die rechnerische Ermittlung des Regenabflusses ist die anzunehmende Regenhäufigkeit der Regenspendenlinie von besonderer Bedeutung. Dieser Wert richtet sich nach der wirtschaftlichen Bedeutung des Gebietes und steht im Zusammenhang mit der Häufigkeit, mit der die geplante Anlage überstaut.

Häufigkeit der Bemessungsanlage (1-mal in n Jahren)	Ort
1 in 1	Ländliche Gebiete
1 in 2	Wohngebiete
1 in 2	Stadtzentren, Industrie- und Gewerbegebiete mit Überflutungsprüfung
1 in 5	Stadtzentren, Industrie- und Gewerbegebiete ohne Überflutungsprüfung
1 in 10	Unterirdische Verkehrsanlagen, Unterführungen

Quelle: ATV A118

Überflutungsnachweis DIN 1986-100:2016-09 (Deutschland)

Entwässerungsanlagen für die Ableitung des Niederschlagswassers von kleinen Grundstücken können, soweit der Kanalnetzbetreiber keine anderen Vorgaben macht, ohne Überflutungsprüfung bemessen werden. Als klein gelten Grundstücke mit bis zu 800 m² abflusswirksamer Fläche, für die ein Anschlusskanal DN 150 ausreichend ist. Diese Regelung gilt sinngemäß auch für Versickerungsanlagen, die nach DWA-A 138 mit T = 5 a mit dem Berechnungsregen nach KOSTRA-DWD-2010 bemessen werden. Vorausgesetzt wird, dass auf Grund der Geländebeschaffenheit und architektonischer Gebäudeplanung kein Wasser bei Überstau der Anlage in das eigene Gebäude oder Nachbargebäude eindringen kann und behördlich keine anderen Regelungen bestehen.

Grundleitungen von Grundstücken nach DIN EN 752, d. h. bis 200 ha A_ges bzw. bis etwa 60 ha A_E,b, die größere schadlos überflutbare Hof-, Parkflächen oder andere Außenanlagen entwässern, können nach DWA-A 118:2006, Tabelle 4 bemessen werden. Dabei darf die Jährlichkeit des Berechnungsregens einmal in zwei Jahren nicht unterschritten werden.

Maßgebende kürzeste Regendauer in Abhängigkeit von mittlerer Geländeneigung und Befestigungsgrad:

mittlere Gländeneigung	Befestigung	kürzeste Regendauer (nach dieser Norm r2 in min)
< 1%	≤ 50%	15 min
	> 50%	10 min
1% bis 4%	-	10 min
> 4%	≤ 50%	10 min
	> 50%	5 min

Quelle: DWA-A-118:2006, Tabelle 4

Für die Differenz der auf der befestigten Fläche des Grundstücks anfallenden Regenwassermenge, V_Rück (siehe Gleichung 20) in m3, zwischen dem mindestens 30-jährigen Regenereignis und dem 2-jährigen Berechnungsregen muss der Nachweis für eine schadlose Überflutung des Grundstücks erbracht werden. Ist ein außergewöhnliches Maß an Sicherheit erforderlich, ist eine Jährlichkeit des Berechnungsregens größer als 30 a zu wählen. Die unschädliche Überflutung kann auf der Fläche des eigenen Grundstückes, z. B. durch Hochborde oder Mulden, wenn keine Menschen, Tiere oder Sachgüter gefährdet sind, oder über andere Rückhalteräume, wie Rückhaltebecken, erfolgen, soweit die Niederschlagswasserableitung nicht auf andere Weise sichergestellt ist. Der nachfolgende Überflutungsnachweis ist in Abhängigkeit von den örtlichen Verhältnissen ggf. auch für Teile der Entwässerungsanlage (z. B. an den Entspannungspunkten) zu führen.

Gleichung 20

V_rück = ( r(D,30) x A_ges – ( r(D,2) x C_Dach + r(D,2) x A_FaG x C_FaG)) x D x 60 / (10000 x 1000)

V_Rück die zurückzuhaltende Regenwassermenge, in m3

r_(D,2) Regenereignis mit Dauerstufe D und 30-jähriger Wiederkehrzeit

D die kürzeste maßgebende Regendauer, in Minuten, für die Bemessung der Entwässerung außerhalb der Gebäude nach DWA-A118, Tabelle 4, sonst D = 5 Minuten

C der Abflussbeiwert

A_Dach die gesamte Gebäudedachfläche, in m²

A_FaG die gesamte befestigte Fläche außerhalb der Gebäude, in m²

A_ges die gesamte befestigte Fläche des Grundstücks, in m², d. h. A_ges = A_Dach + A_FaG

Sind die Grundleitungen nach DWA-A118:2006, Tabelle 4, bemessen, so kann statt des Bemessungsabflusses der – meist größere – maximale Abfluss der Grundleitungen bei Vollfüllung Q_voll angesetzt werden nach Gleichung (21):

Gleichung 21

V_rück = ((r_(D,30)) x A_ges/ 1000)– Q_voll x D x 60/1000

V_Rück die zurückzuhaltende Regenwassermenge, in m³

D D = 5, 10 und 15 Minuten. Der größte dieser drei Werte für V_Rück ist maßgebend*

Q_voll max. Abfluss der Grundleitungen bei Vollfüllung in l/s

A_ges die gesamte befestigte Fläche des Grundstücks, in m², d. h. A_ges = A_Dach + A_FaG

Sollten die Regeneinzugsflächen des Grundstücks weitgehend aus Dachflächen und nicht schadlos überflutbaren Flächen (z. B. > 70 %, hierzu zählen auch Innenhöfe) bestehen, ist die Überflutungsprüfung in Verbindung mit der Notentwässerung für das 5-Minuten Regenereignis in 100 Jahren nachzuweisen (r_(5,100)).

Für den Fall der Begrenzung der Einleitung ist zusätzlich zum Überflutungsnachweis die Berechnung des erforderlichen Rückhaltevolumens (Regenrückhalteraum (RRR)) entsprechend DWA-A 117 mit dem „einfachen Verfahren“ durchzuführen. Hierbei wird vereinfachend vorausgesetzt, dass die Jährlichkeit T des Berechnungsregens (einheitlich bezogen auf die gesamte abflusswirksame Fläche des Grundstücks), der der zulässigen Überschreitungshäufigkeit des RRR entspricht. Die Einleitungsbeschränkung muss den Drosselabfluss in l/s und die Jährlichkeit T der zulässigen Überschreitung enthalten. Für die Berechnung volumenbezogener Bemessungsaufgaben, wie die Bemessung von Niederschlagswasserrückhalteräumen, sind für die Ermittlung der abflusswirksamen Fläche mittlere Abflussbeiwerte C_m nach Tabelle 9 zu verwenden. Für die Dimensionierung des Regenrückhalteraums müssen entsprechend DWA-A 117:2013 die zum Entwässerungssystem gelangenden Abflüsse sowohl von der befestigten Fläche A_E,b als auch von einer nicht befestigten Fläche (Tabelle 9, Nr. 3) mit Zufluss zu einem Ablauf in die Entwässerungsanlage berücksichtigt werden. Die ermittelten Flächenarten werden in dieser Norm vereinfachend als A_FaG bezeichnet, mit den mittleren Abflussbeiwerten C_m multipliziert und zu einem Rechenwert A_u zusammengefasst. Das erforderliche Speichervolumen V_RRR wird aus der maximalen Differenz der in einem Zeitraum gefallenen Niederschlagsmenge und dem in diesem Zeitraum über die Drossel weitergeleiteten Abflussvolumen ermittelt.

In Anknüpfung an DWA-A 117 gilt für Grundstücksentwässerungsanlagen für die Bemessung des Rückhalteraumes (RRR) Gleichung (22).

Gleichung 22

V_RRR = A_u x r_D,T / 10000 x D x F_z x 0,06 – D x f_z x Q_Dr x 0,06

Die Gleichung 22 entspricht der Berechnung des erforderlichen Rückhaltevolumens auf der Basis einer Einleitbeschränkung entsprechend DWA-A 117 mit dem „einfachen Verfahren“ (Formel s. Kapitel 3.2 Drosselabfluss).

Beispielrechnung zurückzuhaltende Regenwassermenge nach Überflutungsnachweis

Standort: Aachen Angeschlossene Auffangflächen: Gebäudedachflächen: A_Dach = 1.250 m², Schrägdach Ziegel, C_Dach = 0,8 Auffangflächen außerhalb von Gebäuden: A_FaG = 4.445 m², Asphalt, C_FaG = 0,9 Gesamte befestigte Fläche des Grundstückes: A_ges = 5.695 m² (A_red = 5.000 m²) Mittlere Geländeneigung: < 1% Befestigung: > 50 %

Berechnung nach Gleichung 20

V_rück = (r_(D,30) x A_ges – ( r_(D,2) x C_Dach + r_(D,2) x A_FaG x C_FaG)) x D x 60 / (10000 x 1000)

mit: D = 10 Min (aus DWA-A-118:2006, Tabelle 4)

r_(D,30) = 273 l/sha r_(D,2) = 148 l/sha V_rück = 273 x 5.695 – (148 x 1.250 x 0,8 + 148 x 4.445 x 0,9) x 10 x 60 / (10000 x 1000) = 48,9 m³

Berechnung nach Gleichung 21

V_rück = ((r_(D,30) x A_ges / 10000) – Q_voll) x D x 60 /1000

mit: Einzelnachweis der Bemessungsregenspenden:

a) r_(5,30) = 377 l/sha (aus DIN 1986-100 Tabelle A.1 Regenspenden in Deutschland)

b) r_(10,30) = 273 l/sha

c) r_(15,30) = 223 l/sha Q_voll = 100,0 l/s

a) V_rück = ((377 x 5.695 / 10000) – 100,0 ) x 5 x 60 / 1000 = 34,4 m³

b) V_rück = ((273 x 5.695 / 10000) – 100,0 ) x 10 x 60 / 1000 = 33,3 m³

c) V_rück = ((223 x 5.695 / 10000) – 100,0 ) x 15 x 60 / 1000 = 24,3 m³

Der größte der drei Werte für V_rück ist maßgebend.

Berechnung nach Gleichung 22

Das Einstauvolumen aus der Regelbemessung (nach Einleitbeschränkung) ergibt sich nach Kap. 3.2.4 zu 41,8 m³.

Fazit:

Das sich aus den Berechnungen für den Überflutungsnachweis und für die Einleitungsbeschränkung ergebende größere Volumen ist maßgebend. Die maßgebende Größe des Rückhalteraumes ergibt sich somit nach Gleichung 18 zu 48,9 m³. Somit wird durch den Überflutungsnachweis das erforderliche Rückhaltevolumen um 7,1 m³ (17 %) erhöht. Spätestens dann, wenn das Überflutungsvolumen oberflächig nicht dargestellt werden kann, müssen unterirdische Speichervolumen größer ausgelegt werden.

Beispielberechnungen Versickerung mit DRAINMAX Tunnel

a) nur mit dem Wert 15 / 0,2 = Beispiel für viele Gebiete im Ausland

Standort: Aachen

A_red = 100 m²

Bemessungsregen: r_15,n=0,2 = 152,6 l/sha

k_f = 1x 10^-4 m/s (Mittelsand)

s_rr = 0,56 (DRAINMAX Tunnel Einbau nach DIBt)

f_z = 1,1

Beispielberechnung für INTEWA DRAINMAX Tunnel im Kiesblock:

B = 1,85 m, H = 1 m, L = 2,25 m

L_erf,rigole = 1,31 m

V_erf,rigole = 1,36 m³ (= B x H x L_erf,rigole x s_rr = 1,85 m x 1 m x 1,31 m x 0,56)

Erforderliche Anzahl DRAINMAX Tunnel: L_erf,rigole / L = 0,82

b) Mit Iteration = Beispiel für Deutschland

Standort: Aachen

A_red = 100 m²

Bemessungsregen: r_15,n=0,2 = 152,6 l/sha

k_f = 1x 10^-4 m/s (Mittelsand)

Dauer D [min]	Regenspende r [l/sha]	Lerf,rigole [m]	Verf,rigole [m³]
5	243,00	0,75	0,77
10	183,90	1,09	1,13
15	152,60	1,31	1,36
20	131,70	1,46	1,51
30	104,80	1,64	1,69
45	81,20	1,74	1,80
60	66,80	1,76	1,83
90	49,70	1,70	1,76
120	40,30	1,62	1,68
180	29,90	1,46	1,51
240	24,30	1,33	1,38
360	18,00	1,12	1,16
540	13,40	0,91	0,95
720	10,90	0,78	0,81
1080	7,90	0,60	0,62
1440	6,50	0,51	0,52
2880	3,70	0,3	0,31
4320	2,90	0,24	0,25

c. Tabelle zur Grobabschätzung für kleine Anlagen mit r_15,n=0,2

kf (m/s)		z.B. Standort Aachen (D) r15,0,2=152,6 l/sha			z.B. Standort Berlin (D) r15,0,2=213,1 l/sha
		A=100 m2	A=150 m2	A=200 m2	A=100 m2	A=150 m2	A=200 m2
1*10-4	Volumen in m3	1,36	2,04	2,72	1,90	2,85	3,79
1*10-5	Volumen in m3	1,49	2,24	2,99	2,09	3,13	4,79
1*10-6	Volumen in m3	1,51	2,26	3,02	2,11	3,16	4,21

Grobabschätzung des Retentionsvolumens

Für eine grobe Abschätzung des erforderlichen Retentionsvolumens bei vorgegebener Regendauer kann das folgende Bemessungsverfahren verwendet werden.

Beispielrechnung:

Zulässiger Abfluss des Grundstückes: 1,5 l/sha

Grundstücksgröße: 0,105 ha

Regenspende r₁₅₍₁₎ = 108 l/sha

Regenspende r₁₅₍₂₎ = 193 l/sha

Fläche	x	Abflussbeiwert	x	Regenspende	=	Qr15(2)
231 m2	x	1	x	0,0193 l/s x m2	=	4,46 l/s
114 m2	x	0,8	x	0,0193 l/s x m2	=	1,76 l/s
Summen Regenwasserabfluss				Qrges	=	6,22 l/s
Zulässige Einleitungsmenge:		Qab	=	0,105 ha (Grundstücksgröße) x 1,5 l/sha
			=	0,158 l/s
Rückzuhaltende Regenwassermenge:		Qs	=	Qr15(0,2)ges - Qab
			=	6,22 l/s – 0,158 l/s = 6,06 l/s
Erforderliches Rückstauvolumen Verf: (Die Rückhalteanlage muss Qs für 15 Min. aufnehmen).
Verf	= Qs x 60 x 15 = Qs x 900
	= 6,06 l/s x 900 s = 5,5 m3

Genaue Bemessung einer Rigole oder Retentionsanlage mit Planungssoftware

Da eine Berechnung des erforderlichen Rigolenvolumens iterativ erfolgt, ist sie am geeignetsten mit einer Planungssoftware wie dem RAINPLANER durchzuführen.

Bemessung einer Flächenversickerung

As = Ared / ( kr x sf x 107 / 2 x r D(n) –1)
Ared	= angeschlossene befestigte Fläche
sf	= Fugenanteil einer durchlässigen Flächenbefestigung (0 < sf ≤ 1)
kr	= Durchlässigkeitsbeiwert in der betrachteten Versickerungsebene
rD(n)	= maßgebende Regenspende
Beispiel:
Ared	= 300 m2
sf	= 1 (INTEWA Rasengitterplatten)
kr	= 2 x 10-4 m/s
r D(n)	= aus KOSTRA Tabelle bei n = 0,2/a und D = 10 min: r10(0,2) = 204,60 l/sha
As = 300 / (2 x 10-4 x 1 x 107 / 2 x 204,6 –1) = 77 m2

Bemessung von Versickerungs - Rigolen hinter Kleinklärsystemen

Nach DIN 4261-1, Stand 2002, kann das Ablaufwasser von Kleinkläranlagen bei Böden mit k_f = 5 x 10^-7 bis 5 x 10^-3 m/s über eine Rigole versickert werden. Da sich die Sohlen der Versickerungsanlagen mit der Zeit zusetzen können, sind auf Dauer nur die Seitenflächen wirksam. Um unterschiedliche Versickerungsleistung z.B. bei Frost oder ungleichmäßige Beschickung der Rigole zu puffern ist ein großes Retentionsvolumen von Vorteil, wie es der Tunnel z.B. bietet. Nach der DIN gelten folgende vereinfachte Bemessungsmethoden:

Rigolen hinter Kleinklärsystemen

Erforderliche Wandfläche (m2/Einwohnerwerte EW):
1 m2 / EW bis 1,5 m2 / EW bei:		Sand-Kiesgemische, Sande, schwach schluffige Sande
2 m2 / EW bis 2,5 m2 / EW bei:		Schluffe (auch schwach tonig), Sand-Schluffmischungen, Stein-Lehmgemische
Erforderliche Anzahl am Beispiel der DRAINMAX Tunnel:
Grundelement	2,25 m Länge x 0,8 m Höhe x 2 Seiten
As	= 3,6 m2 je Tunnel ohne Stirnseiten
EW	bis 1,5 m²/EW	bis 2,5 m²/EW
4	1 Stk.	2 Stk.
8	1 Stk.	4 Stk.
12	3 Stk.	6 Stk.
16	4 Stk.	8 Stk.

Bei anderen Bodenverhältnissen und höheren EW-Werten sollte eine Berechnung durchgeführt werden.

Vergleich DRAINMAX Tunnel gegenüber Rohrrigolenvariante

Laut EN 12566-3 für Kleinkläranlagen (KKA) fallen 150 l/Tag und Einwohner (EW) mit folgender Tagesverteilung an:

3h = 30%
3h = 15%
6h = 0%
2h = 40%
3h = 15%
7h = 0%

Bei Verwendung einer klassischen Rohrrigole ist der größte Volumenstrom zu ermitteln. Dieser entsteht innerhalb von 2h mit 40%. Bei einer KKA mit 5 EW errechnet dieser sich wie folgt:

40 % in 2 h von 750 l/Tag
=> 300 l/2h
=> 0,0417 l/s

Bei der Verwendung des DRAINMAX Tunnels kann das Tagesvolumen in der Rigole gespeichert werden. Der größte Volumenstrom errechnet sich dann wie folgt:

100 % in 24 h von 750 l/Tag
=> 750 l/24 h
=> 0,0087 l/s

=> dieser Volumenstrom ist 4,8 mal kleiner als bei der Rohrrigolenvariante
=> die DRAINMAX Rigole kann ungefähr 4,8 mal kleiner dimensioniert werden als die Rohrrigole

Rechtliche Rahmenbedingungen in Deutschland

Bei der Planung und Installation einer Versickerungs- oder Rückhalteanlage sind unter anderem die aktuellen Fassungen folgender Regelungen zu beachten:

Regelungsbereich	Regelwerk	Inhalt
Wasserversorgung	Arbeitsblatt DWA-A 138	Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser
	ATV-DVWK-M 153	Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser
	ATV-A 121	örtliche Niederschlag / Starkregenauswertung nach Wiederkehrzeit und Dauer
	DWA-A 117	Bemessung von Regenrückhalteräumen
	Kostra	Starkniederschlagshöhen für Deutschland
	DIN 4261-1, Kapitel 9	Kleinkläranlagen, Verbringung von biologisch behandeltem Abwasser in den Untergrund
	EN 752	Entwässerung außerhalb von Gebäuden...
	ATV A 118	Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen
	ATV A 118	Richtlinien für die Bemessung von Regenentlastungsanlagen in Mischwasserkanälen

Anzeige- und Genehmigungspflichten

Regelungsbereich	Regelwerk	Inhalt
EU-Recht	EG-Richtlinie 76/464/EWG / 1976 EG-Richtlinie 80/68/EWG / 1979 || Verschmutzung infolge der Ableitung bestimmter gefährlicher Stoffe in die Gewässer der Gemeinschaft Schutz des Grundwassers gegen Verschmutzung durch bestimmte gefährliche Stoffe
Bundesrecht	Wasserhaushaltsgesetz WHG	Versickerungsanlagen sind nach dem WHG erlaubnispflichtig, die Länder können seit 1996 die Erlaubnispflicht aufheben, Grundwasserverordnung
	BauGB	Baugesetzbuch
Landesrecht	Landesbauordnung	Angabe der Systemart und Größe im Bauantrag, die meisten Landesbauordnungen fördern oder verlangen die dezentrale Niederschlagswasserversickerung inzwischen
	AVBWasserV §3	Antrag auf Teilbefreiung vom Anschluss- und Benutzungszwang an die öffentliche Abwasseranlage Anzeigepflicht vor Errichtung der Anlage beim kommunalen Wasserversorger
	Landeswassergesetz	evtl. Pflicht zur Versickerung von Niederschlagswasser
	Landeswassergesetz	evtl. Erlaubnis der unteren Wasserbehörde bei Versickerung
	kommunale Abwassersatzung	evtl. Antrag auf Teilbefreiung vom Anschluss- und Benutzungszwang beim kommunalen Wasserentsorger