SuDS-Entwurfsprinzipien: Versickerung, Rückhaltung & Wasserqualität

Die vier Säulen und die SuDS-Managementkette

Das CIRIA C753 SuDS Manual — der maßgebliche britische Leitfaden für den Entwurf nachhaltiger Entwässerungssysteme — strukturiert jedes SuDS-Konzept um vier Säulen herum: Wassermenge, Wasserqualität, Nutzwert und Biodiversität. Ein Konzept, das nur die Hochwasserspeicherung behandelt, ohne Behandlung, öffentlichen Zugang oder die Schaffung von Lebensräumen zu berücksichtigen, wird gemäß den aktuellen SAB-Anforderungen nur schwer eine Planungsgenehmigung erhalten. Entwurfsplaner, die von Anbeginn alle vier Säulen als gleichrangige Prioritäten behandeln, erstellen Konzepte, die schneller die Prüfung bestehen und über ihre Betriebsdauer hinweg besser funktionieren.

Wassermenge bedeutet, sowohl das Volumen als auch die Rate des das Grundstück verlassenden Oberflächenabflusses zu steuern. Die britischen SuDS National Standards verlangen, dass Entwicklungsvorhaben das 1 % AEP (jährliche Überschreitungswahrscheinlichkeit) Extreme-Regenereignis — effektiv den statistischen 100-Jahre-Sturm — mit einem Zuschlag für den Klimawandel bewältigen. Zusätzlich müssen die ersten 5 mm des täglichen Niederschlags abgefangen und über die Entwässerungshierarchie bewirtschaftet werden: zuerst Wiederverwendung, dann Versickerung, dann Einleitung in einen Vorfluter und erst als letzter Ausweg in die Kanalisation.

Wasserqualität wird behandelt, indem der Oberflächenabfluss über eine Abfolge von Komponenten gereinigt wird, wobei jede einen Teil der Schadstofffracht entfernt, bevor das Wasser die nächste Stufe oder die Vorflut erreicht. Nutzwert erfordert, dass SuDS-Elemente einen nutzbaren Zweck über die Entwässerung hinaus erfüllen — ein Regenrückhaltebecken, das zugleich als Sportplatz dient, oder eine Flutrinne, die Teil eines landschaftlich gestalteten Eingangsbereichs ist. Biodiversität verlangt, dass SuDS Lebensräume schaffen oder aufwerten — eine Anforderung, die nun eng mit den Verpflichtungen zum Biodiversity Net Gain (BNG) gemäß dem Environmental Improvement Plan 2025 verknüpft ist.

Die Managementkette

Die Managementkette ist das organisierende Prinzip, das diese vier Säulen in der Praxis verbindet. Sie ordnet SuDS-Komponenten von der Quelle (Dach- und Pflasterfläche) über das Grundstück (Parzellen- und Straßenebene) bis zur Region (Einzugsgebietsebene) an. Auf jeder Stufe fängt die Komponente Wasser ab, speichert es, behandelt es oder leitet es weiter, bevor überschüssiges Wasser an die nächste Ebene weitergegeben wird. Eine gut konzipierte Kette stellt sicher, dass kein einzelnes Element die gesamte Entwässerungslast trägt und dass sich die Wasserqualität fortschreitend verbessert, während der Oberflächenabfluss das System durchläuft.

SuDS-Typen, die entlang der Managementkette eingesetzt werden, umfassen durchlässige Pflasterung, Regengärten, Biosenken, Regenrückhaltebecken, Pflanzenklärbecken, Sickerboxen und Rückhaltebecken. Bei urbanen Standorten mit begrenzter Fläche sind Geozellular-Boxen die häufigste unterirdische Komponente und bieten platzsparend ein großes Speichervolumen.

Zwei grundlegende Entwurfsstrategien stehen im Mittelpunkt der Säule Wassermenge: Versickerung und Rückhaltung. Die Wahl zwischen ihnen — oder ihre Kombination — hängt von der Standortgeologie, den Grundwasserverhältnissen, dem Kontaminationsrisiko und der von der SAB vorgeschriebenen Einleithierarchie ab.

Versickerungsentwurf: BRE 365 und Sickerbox-Bemessung

Versickernde SuDS leiten Regenwasser in den Boden zurück, stärken das Grundwasser und vermeiden oberflächliche Einleitung. Wo die Standortbedingungen dies zulassen, ist die Versickerung der bevorzugte Ansatz innerhalb der Entwässerungshierarchie und in der Regel der einfachste Weg zur SAB-Genehmigung.

BRE 365 Versickerungstest

Bevor ein versickerungsbasiertes SuDS entworfen werden kann, muss die Versickerungskapazität des Bodens durch Vor-Ort-Tests ermittelt werden. Die Standardmethode in Großbritannien ist der BRE 365 Sickerbox-Test, der die Rate misst, mit der Wasser aus einer Probengrube in den umgebenden Boden abfließt.

Der Test umfasst das Ausheben einer Grube bis zur vorgesehenen Sohlenhöhe des SuDS-Elements, das Füllen mit sauberem Wasser auf eine aufgezeichnete Tiefe und das Messen der Zeit, die der Wasserspiegel zum Absinken benötigt. Mehrere Wiederholungen — mindestens drei — sind erforderlich, um eine verlässliche Bemessungs-Versickerungsrate zu ermitteln. Der Test sollte in der feuchtesten Jahreszeit durchgeführt werden, wenn der Grundwasserspiegel am höchsten und die Versickerungsraten am niedrigsten sind, um sicherzustellen, dass der Entwurf unter Worst-Case-Bedingungen funktioniert.

Typische Versickerungsraten variieren je nach Bodentyp enorm. Sauberer Sand und Kies können Raten über 1.000 mm/hr erreichen, während siltige Tone unter 10 mm/hr fallen können und schwere Geschiebetone praktisch undurchlässig sind. Liegen die Raten unter etwa 15 mm/hr, werden rein versickernde Entwürfe unpraktisch, und ein Rückhalte-Ansatz — oder ein Hybridsystem — sollte in Betracht gezogen werden.

Bemessung einer Sickerbox

Sobald die Versickerungsrate bekannt ist, wird die Sickerbox so bemessen, dass sie das Volumen des Bemessungsregens speichert und ihn innerhalb einer Ziel-Entleerungszeit abgibt. Der Standard-Bemessungsregen für die Bemessung von Extremereignissen in Großbritannien ist das 1 % AEP-Ereignis. Die meisten lokalen Planungsbehörden verlangen, dass die Sickerbox innerhalb von 24 Stunden von voll auf halbvoll entleert, um sicherzustellen, dass Kapazität für ein zweites aufeinanderfolgendes Sturmereignis verfügbar ist.

Die Berechnung folgt einer einfachen Volumenbilanz:

1. Berechnen Sie das in die Sickerbox eintretende Bemessungs-Oberflächenabflussvolumen, basierend auf Einzugsgebietsfläche, Abflussbeiwert und Bemessungsregentiefe.

2. Ermitteln Sie das erforderliche Speichervolumen — dies ist die Differenz zwischen dem Zuflussvolumen und dem Volumen, das während des Sturmereignisses versickert.

3. Bemessen Sie die Sickerbox-Konstruktion für dieses Speichervolumen unter Berücksichtigung des Hohlraumanteils des Füllmaterials.

Der Hohlraumanteil des Speichermediums ist hier entscheidend. Herkömmliches Schüttgut oder Körnungsmaterial erreicht nur etwa 30 % Hohlraum, was bedeutet, dass für relativ geringe Speicherung eine große Aushebung nötig ist. Modulare Geozellular-Boxen hingegen erreichen einen Hohlraumanteil von 92 %, was das Aushubvolumen für denselben wirksamen Speicher deutlich reduziert.

Für unterirdische Geozellular-Systeme müssen die Boxen für die Lasten ausgelegt werden, die sie tragen werden. Die vertikalen Druckfestigkeitswerte reichen je nach Modell von 35 bis über 70 Tonnen, was die Installation unter Parkplätzen, Zufahrtsstraßen und landschaftlich gestalteten Flächen ermöglicht. Maximale Überdeckungstiefen von bis zu 3,5 Metern bieten Flexibilität für Standorte mit tiefen Leitungen oder komplexer Geländemodellierung.

Wenn Versickerung nicht durchführbar ist

Versickerung ist nicht für jeden Standort geeignet. Hohe Grundwasserspiegel, kontaminierter Boden, Tonböden mit geringer Durchlässigkeit und Nähe zu Gebäudefundamenten können sie ausschließen. In diesen Fällen muss der Entwurf auf eine Rückhaltestrategie umgestellt werden — bei der Oberflächenabfluss gespeichert und mit einer kontrollierten Rate in einen Vorfluter oder — mit Genehmigung — in die Kanalisation abgegeben wird.

Rückhalte-Entwurf: Sturmereignisse, Speicherung und Freibord

Rückhaltende SuDS speichern überschüssigen Oberflächenabfluss und geben ihn mit einer Rate ab, die den natürlichen Abfluss des unbebauten Geländes nicht überschreitet. Dies ist der Ansatz, der dort erforderlich ist, wo Versickerung nicht durchführbar ist, oder als sekundäre Maßnahme neben der Versickerung zur Bewältigung von Extremereignissen.

Schritt 1: Den Bemessungsregen bestimmen

Die britischen SuDS National Standards legen das 1 % AEP-Ereignis als Bemessungsstandard für Extremniederschlag fest. In der Praxis verlangen viele LPAs zudem, dass das System einen 1-mal-in-30-Jahren-Sturm für das Wasserqualitätsvolumen bewältigt — die erste Spülwelle, die die höchste Schadstoffkonzentration trägt. Klimawandel-Zuschläge werden bei beiden berücksichtigt, typischerweise als 20 % bis 40 % Erhöhung der Regentiefe, abhängig von der Bemessungslebensdauer des Projekts und dem einschlägigen regionalen Zuschlag, der von der Environment Agency veröffentlicht wird.

Schritt 2: Berechnung der zulässigen Einleiterate

Die zulässige Einleiterate eines bebauten Grundstücks wird normalerweise auf den natürlichen Abfluss des unbebauten Geländes begrenzt. Dies ist der Abfluss, den das Grundstück vor der Bebauung erzeugt hätte, berechnet mit standardmäßigen hydrologischen Methoden (wie dem Flood Estimation Handbook oder dem UKSuDS.com Grünland-Abfluss-Tool). Das Prinzip ist einfach: Die Entwicklung sollte das flussabwärtige Hochwasserrisiko nicht erhöhen.

Schritt 3: Speichervolumen berechnen

Das erforderliche Speichervolumen ist die Differenz zwischen dem gesamten während des Bemessungsregens erzeugten Oberflächenabfluss und dem Volumen, das im selben Zeitraum mit der zulässigen Rate abgegeben werden kann. Dies wird mittels Ganglinienanalyse berechnet, wobei die Zufluss-Ganglinie (Abfluss vom bebauten Grundstück) über die Abfluss-Ganglinie (kontrollierte Einleitung mit Grünland-Rate) gelegt wird.

Berechnungsbeispiel: Eine 0,5 Hektar große gewerbliche Entwicklung auf Tonboden benötigt ein Rückhaltesystem. Der 1 % AEP, 6-Stunden-Bemessungsregen erzeugt etwa 150 m³ Oberflächenabfluss vom Grundstück. Die Grünland-Einleiterate beträgt 5 Liter pro Sekunde. Über den 6-Stunden-Sturm kann das Grundstück 5 L/s × 21.600 s = 108 m³ abgeben. Erforderliche Speicherung: 150 − 108 = 42 m³.

Unter Verwendung von Geozellular-Boxen mit einem Hohlraumanteil von 92 % beträgt das erforderliche physische Boxenvolumen etwa 42 ÷ 0,92 ≈ 46 m³. Diese Module, die aus präzisionsgeformten PPB-Komponenten mit Nut-und-Steg-Säulenverbindungen bestehen, können bis zu Tiefen von 3,5 m eingebaut und so konfiguriert werden, dass sie unregelmäßige Grundstücksgrenzen ausfüllen.

Schritt 4: Freibord und Sicherheitszuschläge

Der Freibord ist die zusätzliche Speicherkapazität oberhalb des berechneten Bemessungsvolumens, die Unsicherheiten bei Niederschlagsabschätzungen, mögliche Verblockungen in Durchflussreglern und die Möglichkeit von Stürmen, die das Bemessungsereignis überschreiten, berücksichtigt. Die britische und irische Richtlinie empfiehlt einen Mindestfreibord von 150 mm bis 300 mm für SuDS-Speicherelemente.

Für unterirdische Rückhaltebecken wird der Freibord durch Überdimensionierung des Beckens erreicht — typischerweise durch Hinzufügen von 10 % bis 20 % zum berechneten Speichervolumen. Dieser Puffer ist wesentlich: Ein Rückhaltebecken, das während des Bemessungsregens mit voller Kapazität betrieben wird, hat keine Reserve für die unvermeidlichen Fälle, in denen der Niederschlag die Vorhersagen überschreitet oder in denen Schlammablagerungen den wirksamen Speicher verringern.

Die statische Bemessung muss zudem den Worst-Case-Lastfall berücksichtigen. Die Grenzzustand (ULS)-Analyse verifiziert, dass das Boxensystem die kombinierten Wirkungen von gesättigtem Boden, voller Auflast und hydrostatischem Auftrieb ohne Versagen widersteht. Produkte, die nach CJ/T 542-2020 Schwerlastnormen geprüft sind, bieten dokumentierte Gewähr für die Tragfähigkeit innerhalb des spezifizierten Lastbereichs.

Wasserqualität: Behandlungsstufen und Schadstoffentfernung

Die Säule Wasserqualität des SuDS-Entwurfs verlangt, dass der Oberflächenabfluss behandelt wird, bevor er einen Vorfluter oder das Grundwasser erreicht. Die Behandlung erfolgt durch eine Kombination physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse — Filtration, Sedimentation, Adsorption und biologische Aufnahme — verteilt über die Managementkette.

Entfernungsraten nach SuDS-Komponente

Verschiedene SuDS-Komponenten zielen auf unterschiedliche Schadstoffe ab, und die Leistung variiert mit Entwurfsdetails, Wartung und lokalen Bedingungen. Die folgenden Zahlen stammen aus überwachten britischen und internationalen Studien:

Durchlässige Pflasterung: entfernt 60 % bis 80 % des Abflussvolumens, 70 % bis 90 % der suspendierten Feststoffe (SS) und 50 % bis 70 % des Gesamtphosphors (TP).

Gründächer: fangen 50 % bis 70 % des Niederschlags ab, wobei Studien für mediterranes Klima 40 % bis 65 % je nach Substrat und Bepflanzung aufzeichnen.

Kombinierte LID-Maßnahmen über ein Einzugsgebiet hinweg: reduzieren den jährlichen Oberflächenabfluss um 30 % bis 50 % und den Spitzenabfluss um 40 % bis 60 %. Der kumulative Effekt verringert auch die gesamten Schadstofffracht, die Vorfluter erreicht, da Volumenreduzierung und Behandlung auf jeder Stufe stattfinden.

Geozellular-Boxen und Wasserqualität

Geozellular-Rückhalteboxen dienen in erster Linie als Speicher, nicht als Behandlung. Sie sind darauf ausgelegt, Wasser vorübergehend zu halten und mit einer kontrollierten Rate abzugeben. Um die Wasserqualität zu schützen und zu verhindern, dass sich das Boxenhohlraumvolumen mit Sediment füllt, ist eine vorgelagerte Vorbehandlung unerlässlich. Diese erfolgt typischerweise in Form von Schlammfängen, Wirbelabscheidern oder Filterkartuschen, die in Schächten oder Sinkkästen vor dem Einlass des Boxensystems installiert sind.

Innerhalb der Box selbst tritt eine zusätzliche Sedimentation auf, da die Wassergeschwindigkeit im gespeicherten Volumen auf nahezu null sinkt. Die präzisionsgeformte Nut-und-Steg-Säulenkonstruktion moderner PP-Module fördert eine gleichmäßige Durchströmung, verringert Kurzschlussströmungen und maximiert die wirksame Verweilzeit für die Sedimentation.

Für Standorte, an denen geerntetes Niederschlagswasser für die landwirtschaftliche Wiederverwendung vorgesehen ist — wie Bewässerung oder Viehtränke — ist das Wasserqualitätsmanagement besonders wichtig. Die Behandlungskette muss sicherstellen, dass das gespeicherte Wasser die erforderlichen Standards für seinen vorgesehenen Endzweck erfüllt und keine Krankheitserreger, Schwermetalle oder Kohlenwasserstoffe transportiert, die Kulturen oder Boden kontaminieren könnten.

Entwurf für den Grenzzustand (ULS)

Jede Wasserqualitäts- und Speicherkomponente muss gegen Versagensmodi des Grenzzustands (ULS) verifiziert werden. Für unterirdische Systeme bedeutet dies, zu bestätigen, dass die Boxenstruktur, das umgebende Geotextil oder die Membranbahn und alle Verbindungen die kombinierten Lasten aus gesättigtem Hinterfüllmaterial, Verkehrsauflast und hydrostatischem Druck ohne strukturelle Beeinträchtigung widerstehen. Prüfungen nach Schwerlastnormen während der Produktzertifizierung liefern den bautechnischen Nachweis, den Statiker und festlegende Ingenieure benötigen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die SuDS-Managementkette?

Die Managementkette ist das Prinzip, Oberflächenabfluss über eine Abfolge von SuDS-Komponenten zu behandeln und zu bewirtschaften, die von der Quelle (Dach, Pflaster) über das Grundstück (Parzelle, Straße) bis zur regionalen (Einzugsgebiets-)Ebene angeordnet sind. Jede Stufe fängt Wasser ab, speichert es, filtert es oder leitet es weiter, sodass die Entwässerungslast auf mehrere Elemente verteilt wird, anstatt in einer einzigen End-of-Pipe-Lösung konzentriert zu sein.

Wie wähle ich zwischen Versickerung und Rückhaltung?

Die Entscheidung hängt von den Standortbedingungen ab. Wenn der Boden eine ausreichende Durchlässigkeit (bestätigt durch BRE 365-Prüfung), kein Kontaminationsrisiko und einen niedrigen Grundwasserspiegel aufweist, ist die Versickerung der bevorzugte Weg innerhalb der britischen Entwässerungshierarchie. Wo eine dieser Bedingungen nicht erfüllt werden kann, ist die Rückhaltung — Speicherung von Oberflächenabfluss und Abgabe mit der natürlichen Rate des unbebauten Geländes — die angemessene Alternative. Viele Konzepte kombinieren beides: Versickerung für häufige, kleine Ereignisse und Rückhaltung für Extremstürme.

Welchen Freibord-Zuschlag sollte ich in den SuDS-Speicherentwurf einbeziehen?

Die britische und irische Richtlinie empfiehlt einen Mindestfreibord von 150 mm bis 300 mm für SuDS-Speicherelemente. Für unterirdische Geozellular-Rückhaltebecken entspricht dies etwa 10 % bis 20 % zusätzlichem Speicher über dem berechneten Bemessungsvolumen. Der Freibord berücksichtigt Verblockungen, Schlammablagerungen und Niederschlag, der das 1 % AEP-Bemessungsereignis überschreitet.

Welche strukturellen Lasten können unterirdische SuDS-Boxen widerstehen?

Geozellular-Boxensysteme, die für Schwerlastanwendungen ausgelegt sind, können je Einheit je nach Modellspezifikation vertikale Drücke von 35 bis über 70 Tonnen widerstehen. Produkte, die nach CJ/T 542-2020 Schwerlastnormen geprüft sind, sind für die Installation unter Parkplätzen, Zufahrtsstraßen und landschaftlich gestalteten Flächen mit Überdeckungstiefen von bis zu 3,5 Metern verifiziert. Statiker sollten das spezifische Modell anhand der Standortlastbedingungen mittels Grenzzustand (ULS)-Analyse verifizieren.

Für eine vollständige Erläuterung des SuDS-Rahmenwerks beginnen Sie mit unserem Leitfaden zu Was ist SuDS. Um zu verstehen, wie Speichervolumen im Detail berechnet werden, siehe Berechnung des SuDS-Rückhaltevolumens. Für die Produktauswahl erkunden Sie unser Geozellular-Rückhaltebecken-Sortiment. Für Berechnungen des Regenwasserspeichervolumens aus Sicht der Wassergewinnung, unser Leitfaden Regenwasserspeichervolumen bietet ergänzende Methodik.

Dieser Artikel ist Teil unseres vollständigen SuDS-Lösungen: Der vollständige Leitfaden zu nachhaltigen Entwässerungssystemen, der die hier behandelten Entwurfsprinzipien, Rückhalte-Bemessung und Produktauswahl in einen Rahmen integriert.