Erfassungs- und Optimierungsmöglichkeiten des Kühlungspotenzials von Böden der Stadt Bottrop

Transkript

1 DBG Tagung 2013 Quelle: Damm 2011 Erfassungs- und Optimierungsmöglichkeiten des Kühlungspotenzials von Böden der Stadt Bottrop Eva Damm, Masterstudentin Umweltingenieurwissenschaften RWTH Aachen Bachelorarbeit August 2011

2 Der Vortrag im Überblick Anlass und Zielstellung der Arbeit Kühlungspotenzial von Böden Veränderung der Bodenkühlleistung durch Bebauung Optimierung des Bodenkühlungspotenzials

3 Anlass und Zielstellung Städte haben im Vergleich zu ihrem Umland eine deutlich erhöhte Lufttemperatur (2 bis 6 C). Versiegelung und anthropogene Überprägung der Stadtböden führen zu großen Verlusten an Bodenwasserspeicher. großer Einfluss auf das Stadtklima Qualitative Verbesserung und gezielte Nutzung der Bodenwasserspeicher in der Stadt, um das Kühlungspotenzial der Böden zu erhöhen und damit die städtische Überhitzung zu reduzieren.

4 Kühlungspotenzial Das Kühlungspotenzial der Böden liegt in ihrer Fähigkeit Wasser zu speichern und den Pflanzen zur Transpiration zur Verfügung zu stellen. Im Sommer ist die Verdunstung im Mittel mit 2-3 mm/d so hoch, dass der Bodenspeicher komplett entleert werden kann. Quelle: Wong et al Daher ist die Größe der Bodenwasserspeicherkapazität sehr wichtig für die Klimawirkung der Böden. Quelle: Schmidt 2010

5 Kühlungspotenzial Der Bodenwasserspeicher Seine Größe, die nfkwe, bestimmt die Kühlleistung der Böden. Nutzbare Feldkapazität (nfk) Effektive Durchwurzelungstiefe (We) Die nfkwe der Böden wird bestimmt durch: Korngrößenzusammensetzung Substratart Trockenraumdichte Humusgehalt Bodenstruktur Quelle: ahu 2011

6 Kühlungspotenzial Schritt 1: Berechnung der klimatischen Wasserbilanz kwb=njkorr ETr Klimatische Wasserbilanz der Sommermonate (Station Bochum)

7 Kühlungspotenzial Schritt 2: Berechnung der nfkwe Nach Standardmethoden (NLFB 2004), für die urbanen Böden mit Erweiterungen nach Höke et al. (2009) Schritt 3: Berechnung der Speicherfüllstände Speicherfüllstand [%] = nfkwe FüllstandMonat -kwb Folgemonat Weitere Modellannahmen: 100 % Speicherfüllung Ende März ab nfkwe-füllung < 70% Wasserstress für Pflanzen (DVWK Merkblatt 1998) ab nfkwe-füllung < 40 % erhöhter Wasserstress, im Erwerbsanbau dann Bewässerung (Renger & Strebel 1982)

8 Kühlungspotenzial Darstellung: Pflanzenverfügbare Speicherfüllungen verschiedener Böden Station Bochum, Referenzzeitraum , We 60cm Quelle: Damm 2011; Grafik Hopp/ahu

9 Kühlungspotenzial Darstellung: Pflanzenverfügbare Speicherfüllungen verschiedener Böden Station Bochum, 30% Quantil 1974, We 60cm Quelle: Damm 2011; Grafik Hopp/ahu

10 Kühlungspotenzial Darstellung: Pflanzenverfügbare Speicherfüllungen verschiedener Böden Station Bochum, Trockenjahr 1976, We 60cm Quelle: Damm 2011; Grafik Hopp/ahu

11 Untersuchungsgebiete Quelle: Bottrop 2008, Damm 2011

12 Bodenkühlleistung Schritt 1: Einteilung in Teilflächen (TF) Nach Bodenart, Grundwasserflurabstand und Nutzung Schritt 2: Ermittlung der jährlichen Sickerwasserrate/ TF TUB_BGR-Modell von Wessolek und Trinks (NLFB 2004) Schritt 3: Ermittlung der tatsächlichen Verdunstung/ TF Über die Wasserhaushaltsgleichung P=E+R+ΔW E=P-SWR Annahmen: Ebene Gebiete, kein Oberflächenabfluss, Speicheränderung ΔW geht gegen 0 (DVWK M ) Bachelorarbeit Eva Damm 12

13 Jörgensmannswiese Natürlicher Boden locker gelagert hoher Humusgehalt Grundwasseranschluss Fläche We eff [cm] Quelle: Bottrop 2008, Damm 2011 nfkwe [mm] ka

14 Veränderung der Kühlleistung durch Bebauung Ist - Zustand B - Plan Quelle: Bottrop 2008, Damm Wohneinheiten GRZ 0,4 bis 0,8 Grundwasseranschluss gekappt

15 Veränderung der Kühlleistung durch Bebauung m³ /a Oberflächenabfluss steht nicht zur Verdunstung zur Verfügung GJ zusätzliche Energie erwärmt die Luft Die Kühlleistung der Böden wird durch das Bauvorhaben deutlich reduziert!

16 Ehrenpark Anthropogener Boden -hoher Sklettanteil Große Rasenfläche - geringe We Kein GW-Anschluss Quelle: Luftbild 2008, Stadt Bottrop Teilfläche We eff [cm] nfkwe [mm] ka

17 Veränderung der Kühlleistung Quelle: Luftbild 2008, Stadt Bottrop Keine wesentliche Reduzierung der mittleren Verdunstungsflächen ungenutztes Optimierungspotenzial

18 Optimierung Bodenwasserspeicher Verbesserung der Bodeneigenschaften Trockenraumdichte Humusgehalt Vegetation tiefe Wurzeln große Blattflächen hohe Anzahl an Stomata Bewässerung zusätzliche Füllung des Bodenwasserspeichers in Trockenzeiten Gestaltung Gründächer Fassadenbegrünung Wasserflächen Bachelorarbeit Eva Damm 18

19 Optimierung natürlicher Böden An Vegetation oder Bewässerung B-Plan Jörgensmannwiese Optimierung 1: Optimierung 2: Verzicht auf Kellerbauten, Verringerung der Versiegelung (GRZ von 0,8 auf 0,5), Gründächer und Fassadenbegrünung Änderung des Bebauungsplans; Freihalten der Flächen mit Grundwasseranschluss, Verringerung der Versiegelung (GRZ von 0,8 auf 0,5), Gründächer und Fassadenbegrünung Quelle: ahu 2011

20 Optimierung urbaner Böden Auswirkung von Optimierungen an Boden und Vegetation des Regosol im Ehrenpark Quelle: Damm 2011; Grafik Hopp/ahu Keine Bewässerung nötig Bewässerung ab Juni

21 Ergebnis Besonders in Trockenjahren ist die Größe des Bodenwasserspeichers von Bedeutung. In feuchten oder normalen Jahren tritt nur bei Sandböden ein Wasserdefizit auf. Natürliche Böden können in der Regel mehr Wasser speichern und zur Kühlung bereitstellen als anthropogen überprägte Böden Bachelorarbeit Eva Damm 21

22 Ergebnis Es besteht ein Optimierungspotenzial der Kühlleistung urbaner Böden, welches für die Reduzierung der städtischen Überhitzung noch nicht genutzt wird. Es besteht ein Optimierungspotenzial der Nutzung des Bodenwasserspeichers durch bessere Bepflanzung und Bewässerung während Trockenzeiten, welches für die Reduzierung der städtischen Überhitzung noch nicht genutzt wird Bachelorarbeit Eva Damm 22

23 Weitere Information Publikationen: Nr. 31 und Nr. 35 BVB-Zeitschrift / Bodenschutz, Heft 3, S (2012)

24 Vielen Dank Ahu und Frau Dr. Höke Für die Möglichkeit und die Unterstützung meine BSC-Arbeit in diesem interessanten Kontext zu schreiben. Für ihre Aufmerksamkeit??? Gibt es Fragen???