% Preamble \documentclass[11pt]{article} % Packages \usepackage[utf8]{inputenc} % Inputencoding to UTF-8 \usepackage[a4paper, top=1.85cm, bottom=2cm, left=2.5cm, right=2cm]{geometry} % Set the margin and size of a page \usepackage{titling} \usepackage{textcomp} \usepackage{wasysym} \usepackage{array} \usepackage{rotating} % Rotate pictures in Latex \usepackage{smartdiagram} % Chevron-Diagrams in Latex \usepackage{wrapfig} % Figures floating in text \setlength\intextsep{0pt} % Pull figure up one line when using wrapfig \usepackage{enumerate} % Enumerations in Latex \usepackage{capt-of} % Captions for pictures without figure-environment \usepackage{xcolor} % Custom colors \usepackage{subcaption} % Better cpationing of pictures and tables \usepackage[de]{datetime2} % Get dates in german format \usepackage{pdflscape} % Landscaped pages in Pdf \usepackage{setspace} % Better Line spacing \usepackage{lastpage} % Custom page numbering \usepackage{fancyhdr} % Custom page numbering \usepackage{tcolorbox} % In-Text Code formatting \usepackage{pdfpages} % Import PDF into LaTeX document \usepackage[hidelinks]{hyperref} \usepackage{cleveref} % Better referencing on elements \usepackage{xspace} \usepackage{parskip} % Stop LaTeX from making indents after every paragraph \usepackage{soul} % Text Highlighting % UML-Diagrams in LaTeX \usepackage{pgf-umlcd} \usepackage{pgf-umlsd} \usepackage{graphicx} \usepackage{tikz} \usepackage{lineno} \usepackage{caption} % Advanced Table functions \usepackage{tabularx} \newcolumntype{W}{>{\hsize=2.44\hsize}X} \newcolumntype{w}{>{\hsize=1.5\hsize}X} \newcolumntype{m}{X} \newcolumntype{S}{>{\hsize=.5\hsize}X} \newcolumntype{s}{>{\hsize=.28\hsize}X} %ATTENTION WHEN USING COLUMNS -> They have to sum up to the correct count of cols: two cols mean that the sizes have to in sum be two % Bibliography management \usepackage[ backend=biber, style=authoryear-ibid, % wichtig: ibid = ebd. citestyle=authoryear-ibid, ibidtracker=constrict, % ibid (ebd.) nur bei exakt direkt vorheriger Quelle language=ngerman ]{biblatex} \addbibresource{bibliography.bib} % Pfad zu deiner .bib-Datei \usepackage{xurl} \newcommand{\normalurl}[1]{% \begingroup \let\UrlFont\relax \urlstyle{same} % use current font style \url{#1}% \endgroup } % Formatting for Abacus-Style \usepackage[T1]{fontenc} \usepackage{uarial} \renewcommand{\familydefault}{\sfdefault} \newcolumntype{P}[1]{>{\centering\arraybackslash}p{#1}} %Format titles with correct size and color \usepackage{titlesec} \titleformat{\section}{\Large\bfseries\color[HTML]{282828}}{\thesection}{1em}{} \titleformat{\subsection}{\large\bfseries\color[HTML]{282828}}{\thesubsection}{1em}{} \titleformat{\subsubsection}{\normalsize\bfseries\color[HTML]{282828}}{\thesubsubsection}{1em}{} \newcommand{\subsubsubsection}[1]{\paragraph{#1}\mbox{}\\} %Recolor itemize-dots \usepackage{enumitem} \usepackage{kinematikz} \setlist[itemize]{label={\color[HTML]{282828}\textbullet}, itemsep=0.1ex} % change commands to german \renewcommand\contentsname{Inhaltsverzeichnis} \renewcommand{\figurename}{Abb.} \DTMsetdatestyle{german} \renewcommand{\listfigurename}{Abbildungsverzeichnis} \renewcommand{\listtablename}{Tabellenverzeichnis} \renewcommand{\tablename}{Tabelle} \crefname{section}{Kapitel}{Kapitel} \Crefname{section}{Kapitel}{Kapitel} \crefname{table}{Tabelle}{Tabellen} \Crefname{table}{Tabelle}{Tabellen} \crefname{figure}{Abb.}{Abb.} \Crefname{figure}{Abb.}{Abb.} % Configure page numbering & footer \pagestyle{fancy} \fancyhf{} \lfoot{IDPA Juventus 2025} \cfoot{Seite \thepage \hspace{1pt} von~\pageref{LastPage}} \rfoot{\today} \begin{document} % Load titlepage from titlepage.tex and insert here \input{titlepage} %todo Quelle titelbild https://www.espazium.ch/de/aktuelles/eine-abkehr-von-routinen-im-infrastrukturbereich \pagebreak %PAGEBREAK \section*{Abstract} %Kapitel 0 - Abstract Die Arbeit wurde im Rahmen der interdisziplinäre Projektarbeit (IDPA), für die BMS2 geschrieben. Aus den beiden Fächer Mathematik und Natur und Technik fliessen naturwissenschaftliche Erkenntnisse mit ein. Es wird der Fragenstellung nachgegangen, welche klimatechnologische Lösungsmöglichkeiten das Städteklima in der Stadt Zürich verbessern. Womit die systemische Vorgehensweise begründet wird.\\ Anhand von den drei Hauptthemen; Schwammstadt, Blau-Grüne-Infrastruktur, werden verschiedene technische Lösungen und Verbesserungsvorschläge in Bezug auf das Städteklima diskutiert und Lösungsansätze präsentiert.\\ So befasst sich das erste Thema mit der Hitze in Städten. Dabei wird der Wärmeinseleffekt erklärt und seine Auswirkungen auf die Umwelt und die Bevölkerung verdeutlicht. Die Behebung dieses Problems wird durch drei Teilpläne (Hitzeminderung, Entlastungssystem und Kaltluftsystem) aufgegriffen und später durch konkrete Beispiele vertieft behandelt. Die Hitzeminderung wird weiter in Handlungsfelder und Handlungsansätze unterteilt. Die dort inbegriffenen Strategien werden erklärt und sind teilweise übergreifend in die anderen Teilpläne oder sogar in die Lösungsansätze der Schwammstadt integriert.\\ Durch die Blau-Grüne-Infrastruktur wird erklärt und aufgezeigt, welche Hauptkategorien sich daraus ergeben und erörter, wie die verschiedenen technischen Ansätze aufgeteilt werden können und welche Auswirkungen diese Aufteilung, in Bezug auf die Städteplanung und den Handlungsspielraum haben. Denn an den verschiedenen Treibern des Städtebaus lässt es sich nicht so einfach drehen.\\ Anschliessend befasst sich diese Arbeit mit der Schwammstadt, welche in Oberflächenabfluss und Überschwemmungen aufteilen lässt. Der Oberflächenabfluss behandelt das Kanalisationssystem in der Schweiz und gibt vertiefende Einblicke, wie das Mischsystem funktioniert. Die Nachteile bei starkem Niederschlag und die Möglichkeit, dass das Wasser überfliesst und somit die Umwelt verschmutzt, wird ausführlich thematisiert. Die Lösung dieser Probleme kann durch ein Trennsystem mit weiteren Faktoren behoben werden, was anschliessend verdeutlicht wird. Im Thema der Überschwemmung werden die Entstehung, die Gefahren sowie vergangene Ereignisse in Zürich behandelt und die bereits getroffene Massnahme; der Entlastungsstollen der Shil dokumentiert. Weiter werden die Lösungsansätze in temporärer und permanenter Form im Detail behandelt. \\ \pagebreak %PAGEBREAK \tableofcontents \pagebreak %PAGEBREAK \section{Glossar} % Kapitel x - Glossar \begin{tabularx}{\textwidth}{| S | w |} \hline \textbf{Begriff} & \textbf{Erklärung} \\ \hline Klimaökologische Wirksamkeit & Fähigkeit eines Systems oder Massnahme positive Auswirkungen auf ein Ökosystem oder Klima zu haben. \\ \hline SLöBA & (SLöBA = Kommunaler Richtplan Siedlung, Landschaft, öffentliche Bauten und Anlagen). Richtplan welcher die Themen des Regionalen Richtplans auf die Gemeindeebene konkretisiert und ergänzt. \\ \hline Richtplan & Instrument der schweizerischen Raumplanung. Von Gemeinde- bis Bundesebene. \\ \hline Gebäudetypologie & Ein Satz von Modellgebäuden, welche bestimmte Grössen und Baualtersklassen repräsentieren. \\ \hline Deiche & Maritime Schutzanlage, welche das dahinter liegende Land vor Hochwasser oder Flut schützt. \\ \hline \end{tabularx} \pagebreak %PAGEBREAK \section{Einleitung} %Kapitel 1 - Einleitung In der folgenden Abhandlung wird aufgezeigt, wie die Themenfindung, die Problemeingrenzung, die Ableitung von Leitfragen und das Festsetzen von ersten Themenschwerpunkte gelang.\\ \subsection*{Themenfindung} Mit dem gegebenen Oberthema \textquotedbl Technische Lösungen im Umgang mit dem Klimawandel\textquotedbl\xspace haben wir uns interessante Themengebiete überlegt. Wir wollten ein Thema finden, welches uns persönlich interessiert und für welches wir uns begeistern können.\\ Mittels einer Mindmap haben wir uns eine Übersicht erstellt, welche Themen uns zum Klimawandel einfallen. Das Thema \textquotedbl Extremwetterereignisse\textquotedbl\xspace interessierte uns besonders und wir konnten dort auch viele Unterthemen finden. Zudem war der Bezug zur Schweiz gegeben, da z.B. die Erderwärmung in der Schweiz nicht so stark spürbar ist wie in anderen Teilen der Welt.\\\\ Da wir uns durch den Schulbesuch regelmässig in Zürich aufhalten, sind uns die Veränderungen zwischen Sadt und Land aufgefallen. Daher berücksichtigt diese Arbeit klimatechnologische Lösungsansätze, geht auf das Städteklima ein und bezieht sich ausschliesslich auf die Stadt Zürich. Als Recherche setzten wir Google, Online-Broschüren und Zeitungsartikel ein. Als zusätzliche Ressourcen und Quellen hatten wir Zugriff auf ETH-Dokumente, welche uns freundlicherweise zur Verfügung gestellt wurde. \subsection*{Vertiefungsgebiete und Problemeingrenzung} Nach einer vertiefender Recherche, welche Probleme konkret im Stadtklima in Zürich vorhanden sind, haben wir uns auf folgende Unterthemen fokussiert: \begin{itemize} \item Schwammstadt \item Blaue und Grüne Infrastruktur \item Hitze in Städten \end{itemize} Da die Schwammstadt ein sehr grosses Themengebiet bildet, haben wir dieses noch in \textquotedbl Oberflächenabfluss\textquotedbl\xspace und \textquotedbl Überschwemmungen\textquotedbl\xspace unterteilt. Dies sind beides Probleme, welche in den Bereich der Schwammstadt fallen und mit Massnahmen einer Schwammstadt eingedämmt werden können. Anhand dieser ersten Informationen haben wir ein Grobkonzept ausgearbeitet, in welchem die Themen und ersten Recherchen abgebildet sind. Dieses Konzept ist die Grundlage für das Erarbeiten der restlichen Arbeit und beinhaltet Vorgabe zur Struktur (Siehe Anhang I).\\ Folgende Leitfrage hat sich dabei herauskristallisiert:\\ Mit welchen klimatechnologischen Lösungen kann das Städteklima der Stadt Zürich verbessert werden? \pagebreak %PAGEBREAK \section{Hitze in Städten} % Kapitel x - Hitze in Städten \subsection{Städtischer Wärmeinseleffekt} Der Wärmeinseleffekt beschreibt das Problem, dass dicht bebaute Städte mehrere Grade wärmer sind als um das Umland herum. Dies sowohl am Tag als auch in der Nacht. Nachts kann dieser Unterschied um 5 bis 7 °C divergieren. Dieser Effekt tritt wegen vielen verschiedenen Ursachen ein. Einige Ursachen sind folgende: \begin{itemize} \item Eingeschränkte Windzirkulation infolge dichter Bebauung \item Fehlende Beschattung und fehlende Grünflächen \item Veränderung des natürlichen Wasserhaushalts \item Direkte Einleitung des Niederschlagswassers in die Kanalisation \item Absorption von Sonnenstrahlen wegen vielen versiegelten Flächen \item Abwärme von Industrie, Verkehr und Gebäuden \end{itemize} Der Wärmeinseleffekt ist eines der grössten menschengemachten Klimaprobleme in Bezug auf das oberflächennahe Klima. \subsection{Hitze in der Stadt Zürich} In vielen Städten der Schweiz tritt das Hitzeproblem auf. Markante Städte sind Genf, Basel und Zürich. Unter anderem wegen seiner Grösse und der dichten Bebauung ist Zürich sehr anfällig auf dieses Problem so wie auf den Wärmeinseleffekt. In fast allen Studien wird der Vergleich zwischen den Temperaturen am Tag und in der Nacht gemacht. Auf den Bezug zum Wärmeinseleffekt gibt es jeweils eine Messstation im städtischen Gebiet und ländlichen Umland. Hierzu gibt es viele verschiedene Quellen. Für unsere Arbeit haben wir uns in diesem Teilgebiet auf zwei Quellen fixiert. Der FPH-Bericht von 2020 hat dies grafisch dargestellt: \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/waermeinseleffekt_zuerich_tag} \caption{Wärmeinseleffekt Zürich tagsüber (Quelle: \cite{fachplanHitzeminderungZuerich})} \label{fig:waermeinseleffekt_zuerich_tagsueber} \end{figure} \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/waermeinseleffekt_zuerich_nacht} \caption{Wärmeinseleffekt Zürich nachts (Quelle: \cite{fachplanHitzeminderungZuerich})} \label{fig:waermeinseleffekt_zuerich_nachts} \end{figure} MeteoSchweiz hat den Wärmeinseleffekt analysiert und teilweise über einen Zeitraum von Jahren grafisch dargestellt.\\ In der folgenden Grafik ist der Temperaturvergleich jeweils um Mitternacht erfasst worden. Sie haben den Messstandort in der Stadt durch das BAFU erhalten. Nämlich direkt in der Stadtmitte, bei der Zürcher-Kaserne. Die ländliche Station befindet sich bei Zürich Affoltern und gehört MeteoSchweiz. \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/hitzetage_meteoswiss_zuerich} \caption{Verlauf der Hitzetage im Stadt / Land Vergleich (Quelle: \cite{staedtischerWaermeinseleffektMeteoSchweiz})} \label{fig:verlauf_hitzetage_stadt-land} \end{figure} \subsubsection{Nachtsituation \& Tropennächte} Tropennächte sind Nächte, in welchen die Minimumtemperatur nicht unter 20 °C fällt.\\ Die Ursache, dass Tropennächte so viel häufiger in Städten vorkommen, ist die Abgabe von Wärme an die Umgebung. Tagsüber werden versiegelte Flächen, Bauten und stehenden Wasserflächen von direkten Sonnenstrahlen erwärmt. Diese absorbieren die Wärme und geben sie erst in der Nacht wieder an die Umgebung ab. Die Umgebung kann in der Nacht somit nur gering abkühlen. \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/tropennaechte_meteoswiss_zuerich} \caption{Verlauf der Tropennächte im Stadt / Land Vergleich (Quelle: \cite{staedtischerWaermeinseleffektMeteoSchweiz})} \label{fig:verlauf_tropennaechte_stadt-land} \end{figure} Diese Wärmebelastung kann auf die Bewohner von Städten grossen Einfluss haben. Folgende Aspekte sind prioritäre Risiken: \begin{itemize} \item Leistungseinbussen bei der Arbeit \item Beeinträchtigung menschlicher Gesundheit, besonders bei älteren oder geschwächten Person und Kindern \item Zunahme des Kühlungsbedarfs (somit höherer Energieverbrauch) \item Beeinträchtigung der Qualität von Biodiversität, Boden, Luft und Wasser \end{itemize} \subsection{Teilpläne zur Problembehebung} Für die Hitzeminderung gibt es drei Hauptziele. In Stichwörtern können diese drei Ziele durch Vermeiden, Entlasten, Erhalten definiert werden: \begin{enumerate} \item Überwärmung im gesamten Stadtgebiet \textbf{vermeiden} \item Vulnerable Stadtgebiete gezielt \textbf{entlasten} \item Bestehendes Kaltluftsystem der Stadt Zürich \textbf{erhalten} \end{enumerate} Diese drei Hauptziele wurden durch zwei Grundlagen zusammengesetzt. Die Stadt- und Freiraumstruktur der Stadt Zürich und die Klimakarten des Kantons Zürich. Die Klimakarten können die Temperaturverhältnisse für Tag und Nacht, Gegenwart und Zukunft aufzeigen. Auch können sie die Kaltluftströmungsverhältnisse grafisch darstellen. Die Stadt Zürich hat für die Umsetzung dieser 3 Hauptziele verschiedene Ansatzgebiete mit jeweils mehreren Möglichkeiten. Sie bezeichnen dies als Ihre Toolbox. \subsubsection{Hitzeminderung} Der Teilplan Hitzeminderung ist der Begriff für die Vermeidung der Überwärmung im gesamten Stadtgebiet.\\ Dieser Teilplan ist flächendeckend und verknüpft verschiedene Vorgaben und Ansätze. So ist für jeden privaten und öffentlichen Akteur genau erkennbar, wo und welche Massnahmen in der Stadt zur Hitzeminderung nötig sind. Es bestehen bereits gewisse klimaökologische Funktionen in der Stadt Zürich. Um das Klimaszenario der Zukunft und die somit vermehrten Hitzetage und Tropennächte einzudämmen, muss gehandelt werden. Der Teilplan Hitzeminderung ist angesetzt, dass angenehme Aufenthaltsbedingungen geschaffen werden. Dies wird durch Verringerung der Wärmebelastung in allen Stadt- und Freiraumstrukturen ermöglicht. Die einzelnen Ansätze werden in einem späteren Kapitel genauer beschrieben. Dies in Verknüpfung mit den anderen Teilplänen. \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Entlastungssysteme} Die Aufgabe des Entlastungssystems liegt auf dem Entwickeln und / oder Optimieren von Freiraumnetzen. Diese Massnahmen helfen den Einwohnern und arbeitenden Personen der Stadt. Es werden die Regenerationsmöglichkeiten für den Hitzestress verbessert.\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/karte_teilplan_entlastungssytem} \caption{Kartenausschnitt Hotspotgebiete Stadt Zürich (Quelle: \cite{teilplanEntlastungssystemRasterkarte})} \label{fig:karte_teilplan_entlastungssystem} \end{figure} Diese Plätze müssen vor allem in Hotspotgebieten nahe und gut erreichbar sein (Einzugsgebiet). Somit sind Räume in Wohn- und Arbeitsumfelder wichtig. In der Stadt gibt es bereits viele Grünanlagen, Wege und Plätze, welche diese stadtklimatische Anforderungen erfüllen. Jedoch müssen noch einige Räume erschaffen und optimiert werden.\\ Es gibt Vorgaben, welche berücksichtigt werden müssen. Diese sind im SLöBA und im kommunalen Richtplan Verkehr beschreiben.\\ Zur Bewertung aller öffentlichen Freiräumen gibt es auch ein System mit folgenden Punkten: \begin{itemize} \item Klimaökologisch wirksame Ausstattung \item Grad der Zugänglichkeit und zeitliche Verfügbarkeit \item Flächengrösse \end{itemize} Es besteht quantitativer und / oder qualitativer Handlungsbedarf innerhalb der definierten Hotspots. Diese Erkenntnis wird aus der Freiraumstrukturanalyse unter Berücksichtigung von Einzugsdistanzen und Freiraumfunktionen, der Stadt Zürich, gezogen.\\ Der Teilplan besteht auf der Basis einer Bestandsübersicht der besonders betroffenen Gebiete (Hotspots). Faktoren dieser Übersicht sind: hohe Aussetzung der Wärmebelastung wegen ihrer Lage und Stadtstruktur, hohe Bevölkerungsdichte und aufzeigen der sensiblen Nutzung.\\ Zu diesen Hotspots sind spezifische Handlungsansätze (HA) zugewiesen. Mit folgenden Punkten will aufgezeigt werden, wo diese HA verwendet werden sollten. \begin{itemize} \item Wo sollte die klimaökologische Wirksamkeit in bestehenden Freiräumen verbessert werden? \item Wo mit klimaökologischer Wirksamkeit Freiraum erweitert oder neu geschaffen werden soll? \item { Wo innerstädtische Freiräume untereinander und mit siedlungsnahen Erholungsräume verbunden werden sollen? Dies durch Fussverbindungen mit erhöhter Aufenthaltsqualität (z.B. Beschattung der Fusswege) } \end{itemize} Auch bei diesem Teilplan werden die einzelnen Ansätze in einem späteren Kapitel beschreiben. Wieder in Verknüpfung mit den anderen Teilplänen. \subsubsection{Kaltluftsystem} \begin{wrapfigure}{r}{0.3\textwidth} \includegraphics[width=0.95\linewidth]{graphics/Kaltluftsystem} \caption{Kaltluftsystem Zeichnung (Quelle: \cite{kaltluftgebieteThueringen})} \label{fig:zeichnung_kaltluftsystem} \end{wrapfigure} Die Stadt Zürich ist angewiesen auf das Kaltluftsystem für die Minderung der Wärmebelastung. Das Kaltluftsystem besteht aus den Hang- und Talabwinden der umliegenden Erhebungen. Der Teilplan Kaltluftsystem ist für die Erhaltung und Sicherung dieser Winde zuständig. Dies, weil vor allem die Kernbereiche der Stadt auf diese abkühlenden Winde angewiesen sind.\\ Der Zustrom dieser Luft darf durch Neubauten nicht blockiert werden. Je nach Ausrichtung (Länge, Breite, Höhe und Stellung) kann das Gebäude unterschiedlich grossen Einflüsse haben. Dazu gehören bodennahe Kaltluft, Windgeschwindigkeit, Kaltluftvolumenstrom, Temperatur sowie weitere Faktoren. Neubauten müssen so gestellt werden, dass unter anderem der Luftaustauschprozess, welcher für angenehme Temperaturen in Wohngebieten sorgt, nicht beeinträchtigt wird.\\ Dieser Teilplan zeigt die bedeutsamen Strukturen auf, welche bei der Planung berücksichtigt werden müssen. Diese Strukturen sind wichtig, da ein dauerhaft funktionierender Luftaustauschprozesse notwendig ist. Hierzu gehören unter anderem: \begin{itemize} \item Kaltluftentstehungsgebiete (d. h. Grün- und Freiräume, Waldflächen) \item Bodennahes Kaltluftströmungsfeld \item Prozessräume und Übergangsbereiche für die Kaltluftleitbahnen \end{itemize} Für die konkrete Planung der Gebäudestruktur ist es empfohlen Erfahrungswerte der Stadt Zürich und GEO-NET Umweltconsulting GmbH zu prüfen und situationsbedingt anzuwenden.\\ Auf die einzelnen Punkte wird nicht weiter eingegangen, da diese sehr spezifisch sind. \pagebreak %PAGEBREAK \section{Blau-Grüne-Infrastruktur} Die Blaue-Grüne Infrastruktur hängt sehr miteinander zusammen und sie werden zu 99\% immer zusammen verwendet. Deshalb wird auch meistens von der Blau-Grünen-Infrastruktur gesprochen. Dies, weil die eindeutige Trennung dieser beiden Systeme nicht möglich ist. Die grüne Infrastruktur kann fliessend in die Blaue-Infrastruktur übergehen und umgekehrt auch.\\ Da die Themen miteinander verschmelzen, kann es vorkommen, dass bestimmte Themen kurz angeschnitten und in einem späteren Kapitel ausführlicher beschrieben werden.\\ Auf Bundesebene ist es essenziell, sowohl die Grüne als auch Blaue-Infrastruktur in der Schweiz weiter auszubauen. Im Vergleich zu anderen Ländern in Europa und der Welt, muss die Schweiz sich in diesem Gebiet verbessern. Dieses Vorhaben und die landesweite Koordination laufen unter der Aufsicht des Bundesamt für Umwelt (BAFU). \subsection{Blaue Infrastruktur} \subsubsection{Definition} Mit blauer Infrastruktur sind verschiedene Elemente im Zusammenhang mit Wasser gemeint. Sie können an verschiedenen Orten im urbanen, ländlichen oder natürlichen Raum vorkommen \subsubsection{Verwendung und Vorteile} Die Blaue-Infrastruktur bietet verschiedene Vorteile für Mensch und Umwelt. Mit ihr kann auf Probleme im Zusammenhang mit der Klimaveränderung eingegangen werden, so kann sie bei Problemen mit Hochwasser und Hitze Abhilfe schaffen.\\ Ein grosser Vorteil ist, dass Wasser beim Verdunsten der umgebenden Luft Wärmeenergie abnimmt und sie somit abkühlt. Bewegtes Wasser, wie ein Brunnen verstärken diesen positiven Effekt. So kann also schon bei einem Brunnen von Blauer-Infrastruktur gesprochen werden.\\ Ein weiterer Aspekt ist, dass Blaue-Infrastruktur im Sommer für Menschen Abkühlung und Spass verschaffen kann. Auch Tiere und Pflanzen profitieren davon, wenn viele offene Gewässer vorhanden sind.\\ So kann auch die Offenlegung eines Baches, welcher zuvor unterirdisch geführt wurde, das Landschaftsbild verändern und für das Stadtklima vorteilhaft sein. \subsection{Grüne Infrastruktur} \subsubsection{Definition} Grüne Infrastruktur wird häufig als ökologische Infrastruktur bezeichnet.\\ Die ökologische Infrastruktur beschreibt Flächen, oder sogar ein landesweites System von natürlichen oder naturnahen Flächen in unterschiedlichen Gebieten. Diese Flächen können in Siedlungsgebieten, in der Landwirtschaft, im Wald, in und an Gewässern und im alpinen Raum vorkommen.\\ Es hilft unter anderem bei der Biodiversität, dem Klimawandel, bei der Förderung der Landschaftsqualität und beim Verbessern der Lebensqualität mit. Sie hat somit Aspekte in der Ökonomie, Ökologie und in der Soziokultur. Es hat ebenfalls Einfluss auf die ästhetische Entwicklung unserer Städte und Dörfer. \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Anwendung und Verknüpfung} Es gibt viele verschiedene Systemleistungen, wie die ökologische Infrastruktur angewendet werden kann. Einige davon sind: \begin{itemize} \item Hochwasser- und Erosionsschutz \item Bodenfruchtbarkeit \item Schutz vor Naturgefahren \item CO2-Speicherung \item Naturnahe Erholung \item Kühlung der Städte \item Begrünung von Dächern und Fassaden \end{itemize} \subsubsection{Fokusthemen} Für diese Arbeit wird sich auf 2 Aspekte der Grünen Infrastruktur fokussiert. Sie werden genau erklärt und die Anwendung in anderen Ländern und Städten wird aufgezeigt.\\ Die Themen Kühlung der Städte und Begrünung von Dächern und Fassaden werden in den Fokus genommen. \section{Lösungsstrategie Hitzeminderung} Gemäss der Stadt Zürich für das Programm Klimaanpassung, werden die möglichen Lösungen in Handlungsfelder und Handlungsansätze unterteilt. Die beiden Handlungsgebiete sind folgendermassen definiert. \begin{itemize} \item {Handlungsfelder (HF)\\ Übergeordnete Planungsgrundlagen, die in der gesamten Stadt zählen. Die Handlungsfelder sollen eine Orientierung sein, für grundsätzliche Überlegungen bei der Bauplanung. Es soll helfen, die richtigen Überlegungen zu treffen für die zukünftige Entwicklung der Stadt. } \item {Handlungsansätze (HA)\\ Angepasste und / oder spezifische Lösungen für ein Quartier, eine Nachbarschaft oder sogar ein einzelnes Gebäude. In den einzelnen Stadträumen und in der ganzen Stadt Zürich bestehen verschiedene und vielfältige Interessen. Es muss darauf geachtet werden, dass die einzelnen HA miteinander wirken können und keine Hinderungen entstehen. } \end{itemize} Insgesamt hat die Stadt Zürich in Bezug auf die Hitzeminderung 8 HF und 13 HA definiert. Diese HF sind über einzelne oder mehrere HA miteinander verknüpft. Für gewisse HF gibt es bis zu 8 HA, welche bei den Planungsgrundlagen spezifisch mithelfen können. \subsection{Handlungsfelder} Für diese Arbeit und ihre einzelnen Themen wurden 4 Handlungsfelder ausgewählt, auf welche spezifisch eingegangen wird; \begin{itemize} \item Kaltluftentstehungsflächen und -leitbahnen \item Grün- und Freiraumvernetzung \item Offene und bewegte Wasserflächen \item Strassen- und Platzräume \end{itemize} Konkrete Beispiele werden in Verbindung mit den einzelnen Teilthemen dieser Arbeit verfasst. Sowie später bei den einzelnen Handlungsansätzen. \subsubsection{Kaltluftentstehungsflächen und -leitbahnen} Kaltluftleitbahnen leiten, die in der Nacht entstandene kalte Luft in die thermisch belasteten Siedlungsgebiete. Am besten kann diese Luft durch lineare, vegetationsgeprägte, hindernisarme Freiflächen transportiert werden.\\ Die kalte Luft entsteht bei Wäldern, Wiesen und Feldern, an sogenannten Siedlungsrändern. Sie kann mehr als 10 °C kühler sein als die Luft im Stadtkern.\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.7\linewidth]{graphics/kaltluftsystem_zh} \caption{Kaltluftsystem in Zürich (Quelle: \cite{awelZhSicherstellungKaltluftzirkulation})} \label{fig:kaltluftsystem_zuerich} \end{figure} Durch Beibehaltung von den durchgrünten Flächen welche unbebaut sind, will die Stadt Zürich ihr bereits wirksames Kaltluftsystem erhalten. Sie will es ebenfalls fördern und entwickeln. Wenn es nötig ist, werden auch neue Grünflachen geschaffen. In Bezug auf Gebäude achtet die Stadt auf die Gebäudestruktur so wie auf die Gebäudestellung. Dies im Bezug auf die Auswirkung des Kaltluftstroms. Nicht nur bei Neubauten wird darauf geachtet, sondern auch bei Umbauten. \subsubsection*{Verknüpfungen und Herausforderungen} \begin{wrapfigure}[12]{r}{0.35\textwidth} \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/kaltluftleitbahn_begruenung} \caption{Kaltluftleitbahn mit Begrünung (Quelle: \cite{awelZhSicherstellungKaltluftzirkulation})} \label{fig:kaltluftleitbahn_mit_begruenung} \end{wrapfigure} Die Kaltluftsysteme können zur Sicherung von den Flächen für Biodiversität, Erholungsräumen für Anwohner sowie für die Flächen, welche von der Land- und Forstwirtschaft genutzt werden, beitragen. Dies aber nur, wenn die Systeme erhalten bleiben und gefördert werden.\\ Es kann auch bei der Vertreibung von Luftschadstoffen aus der Stadt helfen. Störende Immissionen wie Gerüche, Rauch und Stäube werden abtransportiert und verbessern so wiederum die Luftqualität.\\ Gleichzeitig ist es eine Herausforderung für die Stadt- und Nutzungsplanung. Die Sicherung von Kaltluftentstehungsflächen und -leitbahnen kann in Bauzonen anspruchsvoll sein. \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Grün- und Freiraumvernetzung} \begin{wrapfigure}{r}{0.4\textwidth} \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/gruenraum_vernetzung} \caption{Grünraumvernetzung (Quelle: \cite{klimakonkretGruenraeume2020})} \label{fig:gruenraumvernetzung} \end{wrapfigure} Durch die Begrünung und Bepflanzung von Wegen und Strassenräumen erfolgt die Vernetzung von Grünräumen. Dies kann mit Bäumen und durch sogenannte regelmässige Trittsteine erreicht werden. Trittsteine in diesem Sinne sind kleine Parks, Platzflächen (öffentliche Freiflächen) sowie Gärten.\\ Die Zielsetzung, der Stadt Zürich, ist für dieses Handlungsfeld:\\ Die Bevölkerung soll dank der Grün- und Freiraumvernetzung nahe gelegene Grünräume stressfrei erreichen können. Dies soll ebenfalls durch beschattete und ausgestaltete Wegverbindungen verstärkt werden. Die einzelnen Siedlungen sollen konsequent mit den klimaökologischen Grünräumen am Stadtrand vernetzt sein.\\ Die Vernetzung der Grün- und Freiräume kann auch den Kaltlufttransport unterstützen. \subsubsubsection{Verknüpfungen und Herausforderungen} Die Vernetzung von Grünräumen hat viele Vorteile und hilft bei einigen weiteren ökologischen Aspekten weiter, unter anderem bei: \begin{itemize} \item Luftreinigung \item Biologischer Vielfalt \item Ermöglichung von Regenwasserversickerung \item Verhinderung von Überflutungen \item Beitrag zur Grundwasserneubildung \item Schaffung von Klimatrittsteinen der Freiraumversorgung \end{itemize} Einige dieser Punkte kommen Zustande, durch die unversiegelten Flächen, welche mit Grün- und Freiräumen geschaffen werden.\\ Durch diese Vernetzung treten aber auch einige Nutzungskonflikte auf. Bei der Verkehrsinfrastruktur, genauer bei Haltestellen, Anforderungen an die Strassenbreite und Velowegen treten erste Herausforderungen auf. Der finanzielle Aufwand durch die Erstellung und Erhaltung, sowie die immer schwerer werdende Standortbedingungen in Städten helfen bei der Einfachheit nicht mit. Auch die Pflanzenwahl bringt ihre eigenen Anforderungen.\\ Die Entwicklungen zu klimaökologischen Vegetationsstrukturen müssen trotz allen Herausforderungen und Nutzungskonflikten gewährleistet werden. \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Offene und bewegte Wasserflächen} \begin{wrapfigure}{r}{0.3\textwidth} \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/offene_wasserflaechen} \caption{Offene Wasserflächen (Quelle: \cite{stadtUndGruenOffeneWasserflaechen2019})} \label{fig:offene_wasserflaechen} \end{wrapfigure} Wasser entzieht der Umgebung wärme, dies auch in einer Stadt. Deshalb kühlen offene (z.B. Seen)und vor allem offene bewegte Wasserflächen (z.B. Flüsse) die Umgebungsluft ab und erhöhen es zusätzlich noch durch die Verdunstungskühle.\\ Das System wird weiter ausgebaut und die Zugänglichkeit von Oberflächengewässer erweitert. Die offenen Wasserflächen und -elementen werden aber so entwickelt, dass es zu einer optimierten Verdunstungsleistung kommt. Es gibt viele verschiedene Formen, in welchen sich diese Wasserflächen finden lassen. \subsubsubsection{Verknüpfungen und Herausforderungen} Diese Wasserflächen haben neben ihrer kühlenden Wirkung noch weitere gute Aspekte für die Umwelt. Sie fördern die biologische Vielfalt, sorgen für eine ökologische Aufwertung und verbessern im Freiraum die Aufenthaltsqualität. Ebenfalls können sie räumlich wie gestalterisch einen positiven Einfluss auf die Umgebungsgestaltung haben. Richtig eingesetzt können offene Wasserflächen ebenfalls bei der Verminderung von Verkehrsgeräuschen helfen.\\ Der finanzielle Aufwand diese offenen Gewässer, Brunnen und Wasserspiele zu erstellen und erhalten ist eine nennenswerte Herausforderung. \subsection{Handlungsansätze} Für die Handlungsansätze wurden insgesamt 6 ausgewählt. Die HA in diesem Abschnitt wurden in Bezug auf die Handlungsfelder und die verschiedene Teilthemen der ganzen Arbeit ausgewählt. \begin{itemize} \item Gebäudestellung auf Luftaustausch ausrichten \item Grünflächen klimaökologisch gestalten \item Aufenthalts- und Bewegungsräume entsiegeln und begrünen \item Regenwasser zurückhalten und versickern \item Dächer klimaökologisch begrünen \item Fassaden klimaökologisch begrünen \end{itemize} Die HA werden kurz erklärt, es werden Herausforderungen und die Wirksamkeit beschreiben. Ebenfalls werden konkrete Beispiele genannt. \subsubsection{Gebäudestellung auf Luftaustausch ausrichten} Die Gebäude sollen so gebaut / ausgerichtet werden, dass die Orientierung sowie die Anordnung der Gebäude die Kaltluftströme nicht ausbremsen. Vor allem in den Hang und Tallagen ist es wichtig, dass die Barrierewirkung der Grundfläche des Gebäudes klein gehalten wird. Somit kann die Durchlüftung der Siedlungsgebiete möglichst gross gehalten werden und die Abkühlung wird gewährleistet. \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection*{Herausforderungen} \begin{wrapfigure}{r}{0.4\textwidth} \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/gebaeudestellung_luftaustausch} \caption{Gebäudestellung Luftaustausch (Quelle: \cite{awelZhSicherstellungKaltluftzirkulation})} \label{fig:gebaeudestellung_luftaustausch} \end{wrapfigure} Neben der Kaltluftleitbahn muss auch auf den Lärmschutz, die Besonnung und auf die Aussicht der Siedlung geachtet werden. Es fehlt auch an einer gesetzlichen Grundlage zur klimaoptimierten Gebäudestellung und Gebäudetypologie. \subsubsubsection{Wirksamkeit} Die Wirksamkeit ist stark von örtlichen Faktoren abhängig und nicht alle Wohngebiete haben Kaltluftentstehungsflächen in der Nähe.\\ Das bedeutet vor der Gebäudeplanung, sollten örtliche Faktoren in Bezug auf den Kaltluftaustausch abgeklärt werden. Dies zeigt dann auf, ob unter anderem auf die Gebäudestellung geachtet werden muss. \subsubsubsection{Positive Beispiele} \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.6\linewidth]{graphics/siedlung_katzenbach_zh_kaltluft} \caption{Siedlung Katzenbach in Zürich (Quelle: \cite{awelZhSicherstellungKaltluftzirkulation})} \label{fig:siedlung_katzenbach} \end{figure} \begin{figure} \centering \begin{minipage}{.58\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/wohnsiedlung_toblerstrasse} \captionof{figure}{Wohnsiedlung Toblerstrasse (Quelle: \cite{abzSiedlungToblerstrasse})} \label{fig:wohnsiedlung_toblerstrasse} \end{minipage}% \hfill \begin{minipage}{.38\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/Skizze-Wohnsiedlung} \captionof{figure}{Skizze Toblerstrasse (Quelle: \cite{hochparterreToblerstrasse2011})} \label{fig:skizze_wohnsiedlung_toblerstrasse} \end{minipage} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Grünflächen klimaökologisch gestalten} Diese Grünflächen sollen für eine maximale Wirksamkeit möglichst vielfältig sein. Die Freiräume können unterschiedlich gross sein. Für besonders gute Wirkungen enthalten diese Vegetationsräume grosse, Schatten spendende und klimaresistente Bäume, offene Rasen wie auch Wiesenflächen und haben im Idealfall noch (bewegte) Wasserflächen.\\ Solche kühlen Orte können auch einen zweckgebundenen Sinn haben. Dazu gehören Schulanlagen, Pärke, Badeanlagen und Friedhöfe.\\ Diese Beschattung kann helfen, dass die Gebäudefassaden nicht so stark aufheizen und somit die nächtliche Wärmeabstrahlung verringert. \subsubsubsection{Herausforderungen} Abwägungen müssen unter anderem auf die zweckmässige Nutzung des Freiraums, die Erschliessung der Stadt (Zugänglichkeit unter anderem mit Fahrzeugen) und auf den Anspruch, dass die Bevölkerung immer mehr Platz benötigt, gemacht werden. Ebenfalls muss bei voranschreitendem Klimawandeln darauf geachtet werden das sich die Wachstumsbedingungen der Pflanzen verschlechtert. \subsubsubsection{Wirksamkeit} Die beste Wirkung haben Bäume auf Rasen (max. 8,7 °C kühler), danach kommen Rasenflächen anstatt Asphalt (Entsiegelung, max. 6,6 °C kühler) und an dritter Stelle kommen grössere Grünflächen wie eine Pergola auf Asphalt (max. 6.0 °C kühler).\\ Dieser Reihenfolge wurde durch die Senkung der tatsächlich empfundenen Temperatur, kurz PET erstellt. \subsubsubsection{Positive Beispiele} \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.7\linewidth]{graphics/lagmuli_stadtansicht_gruenflächen} \caption{Lágmúli - Stadtteil in Reykjavík (Quelle: \cite{reinventingCitiesLagmuli2017})} \label{fig:lagmuli_stadtteil_reykjavik} \end{figure} \singlespacing \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.6\linewidth]{graphics/parkanlage_zuerich} \caption{Parkanlage Zürich (Quelle: \cite{zuerichParkBaeckeranlage})} \label{fig:parkanlage_zuerich} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Aufenthalts- und Bewegungsräume entsiegeln und begrünen} Unversiegelter Boden und die Begrünung von Oberflächen sind inzwischen wertvolle Ressourcen. Sie sind das beste Mittel gegen den Wärmeinseleffekt. Je nach Nutzung und Belastung (z.B. Verkehr) kann die Art der Begrünung oder Entsiegelung angepasst werden. Dazu gehört der Grad der Entsiegelung, sowie die verschiedenen Vegetationsarten/-typen für die Begrünung.\\ Diese Entsiegelungen und Begrünungen können auch anderen klimaökologischen Aspekten wie z.B. der Kaltluftströmung helfen.\\ Die Entsiegelung befasst sich hauptsächlich mit dem Umbau von Asphaltflächen und gepflasterten Flächen zu Pflasterung, Rasengittersteinen, Rasen und wasserdurchlässigen Oberflächen (Kies). \subsubsubsection{Herausforderungen} Viele Herausforderungen bestehen in Bezug auf den Verkehr und die Erreichbarkeit. Trotz der Entsiegelung und Begrünung muss die Nutzung von Rettungs- und Einsatzfahrzeuge unbeschränkte gewährleistet sein. Auch muss auf die Barrierefreiheit und Begehbarkeit geachtet werden. Hier ist der Fokus bei den Fuss- und Radwegen. Diese Flächen haben auch eine kleinere Nutzungsbelastung für Strassen als vollständig versiegelte Flächen. \subsubsubsection{Wirksamkeit} Am besten ist natürlich die Umwandelung von Asphalt in Rasen. Danach kommt das Umwandeln in Pflasterung und wasserdurchlässigen Oberflächen. An dritter Stelle ist die Umwandlung in Rasengitter. \subsubsubsection{Positive Beispiele} \begin{figure}[h] \centering \makebox[\textwidth]{\makebox[1.3\textwidth]{ \begin{minipage}{.68\textwidth} \centering \includegraphics[width=0.9\linewidth]{graphics/gruenflaeche_entsiegelt} \captionsetup{width=.9\linewidth} \captionof{figure}{Schulanlage in Berlin (Quelle: \cite{regenwasserbewirtschaftungBerlin2020})} \label{fig:gruenflaeche_entsiegelt_schule_berlin} \end{minipage} \begin{minipage}{.43\textwidth} \centering \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/stadtbegruenung_zuerich} \captionof{figure}{Stadtbegrünung Zürich (Quelle: \cite{gruenStadtZuerichBeruenung2024})} \label{fig:stadtbegruenung_zuerich} \end{minipage}}} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Regenwasser zurückhalten und versickern} Das Regenwasser könnte eine grosse Verdunstungskühlung für die Stadt generieren. Weil aber der Grossteil des Regenwassers in die Kanalisation fliesst, entfällt dieser Vorteil. Ebenfalls könnte durch die Versickerung des Regenwassers die Kanalisation entlastet werden und die Grundwasserneubildung würde so unterstützt werden.\\ Dieser Handlungsansatz hängt sehr stark mit der Entsiegelung und Begrünung von Flächen zusammen. \subsubsubsection{Herausforderungen} Die Bereitstellung der notwendigen Räume / Flächen für das Wasser ist eine Herausforderung. Ebenfalls ist der finanzielle Unterhalt sowie die Einschränkung der Überflutungsrisiken gross. \subsubsubsection{Wirksamkeit} Am Tag haben die entstehenden Wasserflächen im Vergleich mit den Rasenflächen einen grösseren Einfluss. Es wurde durch Messungen festgestellt, dass maximal ein Temperaturrückgang von \\ 1,4 °C durch Wasserflächen erreicht werden kann. Dieser Rückgang kann in einem Bereich von\\ 5-18 Meter gespürt werden. Nachts ist der Temperaturunterschied im Vergleich zu der Rasenfläche viel kleiner. \subsubsubsection{Positive Beispiele} Rotterdam hat Regenwasserrückhaltebecken gebaut, welche in Trockenperioden von der Öffentlichkeit in unterschiedlichen Arten verwendet, werden können.\\ Somit wurden verschiedene Ansätze miteinander kombiniert.\\ \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.6\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/rueckhaltebecken_rotterdam} \end{minipage}% \begin{minipage}{.4\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/rueckhaltebecken_rotterdam_2} \end{minipage} \captionof{figure}{Rückhaltebecken Rotterdam (Quelle: \cite{rueckhaltebeckenRotterdam2015})} \label{fig:rueckhaltebecken_rotterdam} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Dächer Klimaökologisch begrünen} Die Begrünung von Dächern mit ökologischem Wert ist hauptsächlich in Städten mit geringer Grünfläche von Vorteil. Es gibt hierbei zwei Arten, wie Dächer begrünt werden können. Die extensive Variante, in welcher der Bodenaufbau mindestens 10 cm dick ist. Bei der intensiven Variante liegt die Dicke des Bodenaufbaus bei 15 bis 100 cm oder mehr. \\ Die intensive Variante bietet mehr Möglichkeiten bei der Begrünung und erzielt mehr positive Vorteile.\\ Dieser Effekt der Grünen Infrastruktur ist auch vorteilhaft für die Biodiversität, Minderung der Aufheizung des Daches, Erholungsorte für die Bevölkerung und für die Kühlung von Photovoltaik-Anlagen (produzieren durch Kühlung mehr Strom). Es gibt noch weiter Vorteile, welche durch begrünte Dächer erzielt werden können.\\ \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.5\textwidth} \centering \includegraphics[width=.45\linewidth]{graphics/erhitzung_konventionelles_dach} \captionof{figure}{Erhitzung eines konventionellen Dachs (Quelle: \cite{fachplanHitzeminderungZuerich})} \label{fig:erhitzung_konventionelles_dach} \end{minipage}% \begin{minipage}{.5\textwidth} \centering \includegraphics[width=.55\linewidth]{graphics/kuehlung_begruentes_dach} \captionof{figure}{Intensiv begrüntes Dach (Quelle: \cite{fachplanHitzeminderungZuerich})} \label{fig:kuehlung_begruentes_dach} \end{minipage} \end{figure} \subsubsubsection{Herausforderung} Die Kosten für den Bau und den Unterhalt solcher Dächer müssen berücksichtigt werden. Am besten kümmert sich ausgebildetes Personal um den Unterhalt dieser Dächer. Der Zugang muss wegen der Pflege sowie für die Nutzung der Bevölkerung gewährleistet werden. Sonst sind die positiven Auswirkungen für die Bevölkerung nichtig.\\ Die Statik solcher Gebäude muss speziell geprüft werden und ein Interessenskonflikt bei Schutzobjekten kann mit dem Denkmalschutz entstehen. \subsubsubsection{Wirksamkeit} Bei hohen Gebäuden hat die Begrünung nur direkt über der Dachoberfläche einen Einfluss auf die Temperatur. Hier lässt sich der Vorteil nur richtig gebrauchen, wenn die Dächer als Aufenthaltsfläche und unter anderem zur Stressminderung verwendet werden.\\ Bei niedrigen Gebäuden kann es einen Temperatureinfluss auf das Bodenklima haben.\\ Es kann davon ausgegangen werden, wenn eine ganze Stadt begrünte Dachflächen hat, dass es eine Auswirkung auf den Wärmeinseleffekt haben kann. \subsubsubsection{Positive Beispiele} \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.65\textwidth} \centering \includegraphics[width=.4\linewidth]{graphics/1000-Trees-Shanghai} \captionof{figure}{1000 Trees Shanghai (Quelle: \cite{dachbegruenung2023})} \label{fig:1000_trees_shanghai} \end{minipage}% \begin{minipage}{.35\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/Hundertwasserhaus-Wien} \captionof{figure}{Hundertwasserhaus Wien (Quelle: \cite{dachbegruenung2023})} \label{fig:hundertwasserhaus_wien} \end{minipage} \end{figure} \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.65\linewidth]{graphics/Dachgraten-Zürcher-Hochschule-für-Künste} \caption{Dachgarten Hochschule Zürich (Quelle: \cite{limattalerZeitungDachterasseZHDK})} \label{fig:dachgarten_hochschule_zuerich} \end{figure} \subsubsection{Fassaden klimaökologisch begrünen} Bei der Fassadenbegrünung gibt es ebenfalls zwei Arten. Die Erdgebundene Variante, in welcher die Pflanzen aus dem Erdbereich wachsen und sich an der Fassade verwurzeln. Hierfür darf die Fassade nicht völlig versiegelt sein, dass sich überhaupt eine Wurzelfläche bilden kann.\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.3\linewidth]{graphics/erdgebundene_fassadenbegruenung} \caption{Erdgebundene Fassadenbegrünung (Quelle: \cite{fassadenbegruenung2024})} \label{fig:erdgebundene_fassadenbegruenung} \end{figure} \singlespacing Bei der wandgebundenen Begrünung wachsen die Pflanzen direkt an der Fassade, ohne Verbindung zur Erde. Dafür muss die Fassaden mit Substrat (diverse Stoffe in welchen Pflanzen wachsen können, z.B. Torfmoos) ausgestattet sein. Hier wird erneut in zwei Arten aufgeteilt (vertikales und horizontales Pflanzungssystem).\\ Beide Varianten helfen bei der Luftqualität, verringern den Lärm (akustische Qualität), verringern die Wärmeaufnahme und bieten Lebensräume für Pflanzen und Tiere.\\ \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.33\textwidth} \centering \includegraphics[width=.7\linewidth]{graphics/horizontale_fassadenbegruenung} \captionof{figure}{Horizontale Fassadenbegrünung (Quelle: \cite{wandgebundeneFassadenbegruenung2023})} \label{fig:horizontale_fassadebegruenung} \end{minipage}% \hfill \begin{minipage}{.63\textwidth} \centering \includegraphics[width=.7\linewidth]{graphics/vertikale_fassadenbegruenung} \captionof{figure}{Vertikale Fassadenbegrünung (Quelle: \cite{wandgebundeneFassadenbegruenung2023})} \label{fig:vertikale_fassadenbegruenung} \end{minipage} \end{figure} \subsubsubsection{Herausforderungen} In der Schweiz mangelt es an der Gesetzgebung zur Begrünung von Fassaden. Bautechnische und feuerpolizeiliche Anforderungen müssen geprüft werden. Der Unterhalt in trockenen Sommern ist mit sehr intensiver Bewässerung verbunden und die Funktionsfähigkeit des öffentlichen Raumes darf nicht eingeschränkt werden (z.B. Begehbarkeit des Fussgängers). \subsubsubsection{Wirksamkeit} Die Fassadenbegrünung ist durch die hohe Sonneneinstrahlung vor allem an West- und Ostfassaden sehr wertvoll. Die Temperaturen im Inneren des Gebäudes sind deutlich tiefer, wenn eine Fassadenbegrünung vorhanden ist. Auch aussen an der Fassade kann eine kühlere Temperatur empfunden werden.\\ Somit ist die Fassadenbegrünung eine sehr wirksame Methode zur Abschwächung der Gebäudeerwärmung. \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=.6\linewidth]{graphics/grafik_fassadenbegruenung} \caption{Temperatureinfluss bei Fassadenbegrünung (Quelle: \cite{wandgebundeneFassadenbegruenung2023})} \label{fig:temperatureinfluss_fassadenbegruenung} \end{figure} \subsubsubsection{Positive Beispiele} \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.47\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/fassadenbegruenung_paris} \captionof{figure}{Fassadenbegrünung in Paris (Quelle: \cite{fassadenbegruenungParis2013})} \label{fig:fassadenbegruenung_paris} \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/gruene_oase_stuttgart} \captionof{figure}{Grüne Oase Stuttgart (Quelle: \cite{fassadenbegruenungStuttgart2020})} \label{fig:gruene_oase_stuttgart} \end{minipage}% \hfill \begin{minipage}{.47\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/sihlcity_gruene_fassade} \captionof{figure}{Einkaufszentrum Shilcity Zürich (Quelle: \cite{fassadenbegruenungSihlcityZuerich2007})} \label{fig:einkaufszentrum_sihlcity} \end{minipage} \end{figure} \section{Oberflächenabfluss} %Kapitel x - Oberflächenabfluss Der Oberflächenabfluss beschreibt die gesamte Wassermenge, die im Boden versickert. Dabei wird nicht unterschieden, ob das Wasser auf natürliche Weise im Boden versichert oder ob das Wasser in Schächte und anschliessend in die Kanalisation läuft. \subsection{Kanalisationssystem in der Schweiz \& Zürich} Grundlegend gibt es zwei Arten von Kanalisationssystemen. In der Praxis wird meist nicht ein einzelnes, sondern oft eine Kombination von verschiedenen Systemen angetroffen (\cite{vsaKostenAbwasserentsorgung2023}). \subsection{Mischsysteme} Mischsysteme machen rund 57\% der Abwasserleitungen in der Schweiz aus (\citereset\cite{vsaKostenAbwasserentsorgung2023}). In Mischsystemen kommt alles Abwasser zusammen. Eine Grundmenge bildet das Schmutz-/Hausabwasser, welches über das Jahr gesehen ungefähr konstant bleibt. \subsubsection{Funktionsweise von Mischsystemen} In Mischsystemen kommt zum Schmutz-/Hausabwasser auch noch Strassenabwasser und Regenwasser dazu. All dieses Wasser muss von der Kläranlage verarbeitet werden. Das Strassenabwasser und Regenwasser ist abhängig vom Wetter und daher sehr volatil. Das bedeutet, dass das Kanalsystem in unterschiedlichen Jahreszeiten sehr unterschiedlich ausgelastet ist. Daher muss das Kanalsystem als Ganzes und auch die Abwasserreinigungsanlage (ARA) grösser dimensioniert sein, als eigentlich nötig. In Zürich flossen im Jahr 2023 im Schnitt täglich 237'836 m\textsuperscript{3} Wasser in die ARA Werdhölzli (\cite{abwassermengeStadtZuerich2023}). \subsubsection{Starke Niederschläge} Mischsysteme führen zu einem Problem, wenn es starke Niederschläge gibt. Dort wird die Kanalisation mit viel Niederschlagswasser 'geflutet' und das Wasser kann nicht komplett geklärt werden. In \cref{fig:verarbeitete_wassermengen} wird dies gut dargestellt. Ein Teil des Regenwassers kann in der ARA gereinigt werden.\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.7\linewidth]{graphics/PPT_Siedlungsentwaesserung_ARA_Regenwasser} \caption{Verarbeitete Wassermenge bei Niederschlag} %todo quelle \label{fig:verarbeitete_wassermengen} \end{figure} \subsubsection{Regenüberlaufbecken} Regenüberlaufbecken sind in Mischsystemen häufig verbreitet. Sie füllen sich mit Abwasser, wenn es stark regnet. Wenn das Unwetter vorbei ist, kann das Wasser kontrolliert in die ARA abgeführt werden. So wird die ARA nicht überlastet bzw. muss nicht grösser als nötig gebaut werden.\\ Die Regenüberlaufbecken halten einen Grossteil des Niederschlags über das Jahr zurück. Bei starken oder sehr starken Regenfällen überläuft ungereinigtes Mischabwasser aus den Regenüberlaufbecken in natürliche Gewässer. (Quelle: \cite{regenueberlaufbeckenUft2020}) \subsubsection{Regenrückhaltebecken} Regenrückhaltebecken haben, anders als Regenüberlaufbecken, keinen Überlauf in natürliche Gewässer. Das Wasser wird nur darin gestaut und nach dem Niederschlag wieder ins Kanalnetz und so in die ARA geleitet. Die Speicherkapazität der Regenrückhaltebecken muss gross genug bemessen sein, da kein Überlauf vorhanden ist. (Quelle: \cite{regenbeckenStadtNuernberg}) \subsection{Problem aufgrund des Oberflächenabfluss} Im Zusammenhang mit dem Oberflächenabfluss gibt es mehrere Probleme, obwohl Bauten wie Regenüberlauf- und Regenrückhaltebecken gebaut werden. \subsubsection{Versicherungskosten} In der Schweiz gibt es viele Schäden durch Oberflächenabfluss, welche die Gebäudeversicherungen in der Schweiz belasten. In einer Entscheidungshilfe zum Thema Oberflächenabfluss wurden Daten zu Schadenfällen analysiert. Leider stellte sich die Auswertung als schwierig heraus, da der Oberflächenabfluss zwar beobachtet, jedoch selten (fachlich) dokumentiert wird.\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.8\linewidth]{graphics/oberflaechenabfluss_anteile_versicherungsfaelle} \caption{Anteil Versicherungsfälle aufgrund von Oberflächenabfluss (Quelle: \cite{werkzeugeOberflaechenabflussAlsNaturgefahr2018})} \label{fig:oberflaechenabfluss_anteile} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK In \cref{fig:oberflaechenabfluss_anteile} wird sichtbar, dass rund 45\% der gesamtschweizerischen Schadenfällen auf Oberflächenabfluss zurückzuführen sind. In Zürich bzw. dem 'Östlichen Mittelland' fallen zwar im Vergleich zu anderen Regionen wenig Fälle auf, trotzdem ist mehr als ein Drittel aller Gebäudeversicherungsfällen auf Oberflächenabfluss zurückzuführen.\\ Die ungleiche Verteilung kann laut der Autoren \textit{der Entscheidungshilfe} nicht eindeutig geklärt werden. Es ist aber \textquotedbl ein Produkt aus der Entstehung und Ausbreitung von Oberflächenabfluss (Gefährdung), der Verteilung der exponierten Werte (Exposition) und der Anfälligkeit der Objekte für die Einwirkung von Oberflächenabfluss (Vulnerabilität)\textquotedbl. (Quelle: \cite{werkzeugeOberflaechenabflussAlsNaturgefahr2018}) \subsubsection{Ableitung Kanalisation in Gewässer} Das Mischsystem stösst, vor allem bei starken Niederschlägen an seine Grenzen. Damit die Abwasserkanäle sich nicht aufgrund des zusätzlichen Regenwassers in Häuser oder auf der Strasse stauen, gibt es Überlaufbauwerke. Diese sind im Kanalnetz an bestimmten Stellen angebracht (z.B. Regenüberlaufbecken) und sorgen dafür, dass die Mischwasserkanäle nicht überlastet werden. Diese leiten dann allerdings das (Misch-)Abwasser direkt in Gewässer ab.\\ Die direkte Ableitung von Abwasser ist vor allem aus folgenden beiden Gründen nicht gewollt: \begin{itemize} \item Verunreinigungen der Gewässerräume durch z.B. Toilettenpapier (Siehe \cref{fig:verunreinigung_toilettenpapier}) \item Ableitung von schädlichen Stoffen in Gewässer (z.B. Chemikalien) \end{itemize} (Quelle: \cite{baudirektionZhMischTrennsystem2015})\\\\ % \singlespacing \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/reutlinger_anzeiger_gewaesserverschmutzung} \caption{Verunreinigung von Gewässerräumen nach Starkregen (Quelle: \cite{reutlingerAnzeigerRegenueberlaufBach2019})} \label{fig:verunreinigung_toilettenpapier} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \section{Lösungsansätze Oberflächenabfluss} Gegen die starken Niederschläge, wodurch der Oberflächenabfluss und die damit zusammenhängenden Probleme verursacht werden, kann wenig gemacht werden. Diese Lage wird nur noch schlechter, da starke Niederschläge in Zukunft häufiger und kräftiger auftreten sollen (\cite{meteoschweizHeftigeNiederschlaege2022}). Daher müssen zwingend Lösungen gefunden und umgesetzt werden. \subsection{Ideales Kanalisationssystem} \begin{wrapfigure}{r}{0.35\textwidth} \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/trennsystem_schema} \caption{Schematische Darstellung eines Trennsystems (Quelle:\citereset\xspace \cite{avaAltenrheinEntwaesserungssysteme})} \label{fig:trennsystem_schema} \end{wrapfigure} Eine Lösung, um den Abfluss von Abwasser in Oberflächengewässer zu begrenzen oder gar einzudämmen, wäre ein Trennsystem als Kanalisation einzusetzen. Dabei wird das verschmutzte Abwasser (z.B. Dusche, Toilette etc.) gesondert zum Niederschlagswasser (z.B. Dachabwasser, Strassenabwasser) abgeleitet. So kann das unverschmutzte Niederschlagsabwasser in ein Oberflächengewässer geleitet werden, während das verschmutzte Haushaltsabwasser in die ARA geleitet und dort geklärt wird. In \cref{fig:trennsystem_schema} wird ersichtlich, wie das Hausabwasser und das Regenwasser vom Dach und Strasse (ggf. auch Sickerleitung ums Haus) in zwei separaten Kanälen unter den Strassen abgeführt werden.\\\\\\ \subsubsection{Anwendung des Trennsystems in der Realität} In der Realität ist erst 43\% des Abwassersystems als Trennsystem ausgeführt (\cite{vsaKostenAbwasserentsorgung2023}). Die Mischung aus Misch- und Trennsystem hat mehrere Gründe. Einerseits wurde Abwasser früher anders behandelt (siehe \cref{sec:neue_entwaesserungsphilosophie}). Andererseits werden verschiedene Gebiete auch anders entwässert. So ist in einem Industriegebiet oft ein Trennsystem vorzufinden, da das Risiko einer Gewässerverschmutzung gross ist (\cite{baudirektionZhMischTrennsystem2015}).\\ \subsection{Modifiziertes Mischsystem} \label{sec:modifizierte_mischsysteme} \begin{wrapfigure}[10]{r}{0.35\textwidth} \includegraphics[width=\linewidth]{graphics/modifiziertes_mischystem_schema} \caption{Schematische Darstellung eines modifizierten Mischsystems (Quelle:\citereset\xspace \cite{avaAltenrheinEntwaesserungssysteme})} \label{fig:modifiziertes_mischsytem_schema} \end{wrapfigure} Ein modifiziertes Mischsystem entlastet das Kanalnetz bereits stark. Dabei werden, anders als beim Trennsystem, Dachabwasser im Garten gesammelt oder versickert, und ausschliesslich Haus- und Strassenabwasser gelangen in die Kanalisation und somit in die ARA. Dieser Vorgang wird in \cref{fig:modifiziertes_mischsytem_schema} grafisch dargestellt.\\ Ein modifiziertes Mischsystem lässt sich leicht realisieren. Grundsätzlich reicht es auch, eine Regentonne im Garten aufzustellen und das Dachabwasser darin zu sammeln, um z.B. Pflanzen giessen zu können. \pagebreak %PAGEBREAK \subsection{Zwischenspeichern von Niederschlag} \label{sec:zwischenspeichern_von_niederschlag} Das Zwischenspeichern von Niederschlag ist eine wichtige Komponente beim Entlasten der Kanalisation. Dabei kann lokal und punktuell, oder zentral und gesammelt zwischengespeichert werden. \subsubsection{Lokale Zwischenspeicherung} Bei der lokalen Zwischenspeicherung wird sich vor allem auf einzelne Haushalte fokussiert. Neben der erklärten Lösung mittels eines modifizierten Mischsystems im \cref{sec:modifizierte_mischsysteme} gibt es auch die Möglichkeit, %todo ref macht ein 'section' im text dass das Regenwasser zwischengespeichert und verzögert abgeführt wird. \subsubsection{Zentrale Zwischenspeicherung} Eine zentrale Zwischenspeicherung ist auf die Verwendung eines grösseren Gebiets / Stadtteils ausgelegt. Die Zwischenspeicherung kann als Regenrückhaltebecken umgesetzt sein, in welches ausschliesslich unverschmutztes Niederschlagswasser geleitet wird. Dieses hat dann einen Überlauf in ein Oberflächengewässer und leitet ausschliesslich sauberes Wasser ab. Ein Regenrückhaltebecken kann während Trockenperioden anderweitig benutzt werden, wie der Benthemplein Plaza in Rotterdam. Dieser wird in Trockenperioden als Begegnungszone und Sport- / Skateplatz verwendet. Bei starken Regenfällen bietet er Platz für rund 1800 m\textsuperscript{3} Wasser (\cite{benthempleinPlazaThiel2015}), welche dort zurückgehalten werden können, bevor sie in die Kanalisation geleitet werden. Solche Ansätze sind besonders bei grösseren Neubauten interessant. Die Neubauten können im Trennsystem und somit mit dem optimalen System entwässert werden. Das Trennsystem wird dann wiederum an die bestehende Mischwasserkanalisation angeschlossen. Damit der Effekt des Trennsystems nicht total zunichte ist, kann man das Niederschlagsabwasser des Trennsystems in ein Rückhaltebecken leiten. Dann kann die Mischwasserkanalisation nur soweit ausgelastet werden, dass kein überschüssiges Wasser entsteht und kein verschmutztes Wasser in Oberflächengewässer abgelassen werden muss. \singlespacing \subsection{Neue Entwässerungsphilosophie} \label{sec:neue_entwaesserungsphilosophie} Früher war das Ziel, dass sämtliche Abwasser so schnell wie möglich zu sammeln, abzuleiten und zu behandeln sind. So heisst es auch im Ingenieurshandbuch 1966:\\ Aufgabe der Ortsentwässerung ist es, sämtliche Abwässer so vollkommen und so schnell als möglich zu sammeln und aus dem Bereich der menschlichen Siedlung zu entfernen, ohne Belästigung der Bewohner, ohne Beeinträchtigung des Verkehrs und ohne Schädigung der ober- und unterirdischen Gewässer. (\cite{ingenieurshandbuchHoerler1966})\\ Die heutige Entwässerungsphilosophie sieht ganz anders aus und verfolgt ein anderes Ziel. Neu ist das Ziel spezifische Lösungen auf die verschiedenen Anwendungsfälle auszuarbeiten und umzusetzen. Dabei soll ein möglichst 'naturnaher Wasserkreislauf' (siehe \cref{fig:natuerlicher_wasserkreislauf}) angestrebt werden. Um dies zu erreichen, wurden drei Prioritäten definiert. \begin{enumerate} \item Nicht verschmutztes Regenwasser soll versickern, sofern dies aufgrund der Bodenverhältnisse machbar ist. \item Überschüssiges Regenwasser soll einer Regenwasserableitung (Trennsystem) zugeführt werden, welche direkt in ein Oberflächengewässer mündet. \item Die Ableitung des überschüssigen Regenwassers in die Mischabwasserkanalisation \end{enumerate} \pagebreak %PAGEBREAK Zusätzlich zu den oben genannten Prioritäten wurden vom Kanton Zürich Grundsätze für den Umgang mit Regenwasser definiert. Wichtige Grundsätze bilden dabei: \begin{itemize} \item Regenwasser soll möglichst nicht verschmutzt werden \item Sofern möglich, soll Regenwasser zurückgehalten werden und soll versickern oder verdunsten, ohne einem Abwassersystem zugeführt worden zu sein \item Die Mehrfachnutzung von Versickerungs- und Retentionsflächen (siehe \cref{sec:zwischenspeichern_von_niederschlag}) soll gefördert werden \end{itemize} Mit den oben genannten Prioritäten und den Grundsätzen vom Kanton soll das Thema der Niederschlagsableitung / -versickerung möglichst früh in der Planung eines Bauvorhabens geplant und anschliessend erfolgreich umgesetzt werden. Die Massnahmen minimieren die Gefahren von Überschwemmungen und Schäden an Immobilien und Infrastruktur durch Starkniederschlag. (Quelle: \cite{kantonZhRegenwasserbewirtschaftung2022})\\ \singlespacing \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.95\linewidth]{graphics/natuerlicher_wasserkreislauf_anzustreben} \caption{Natürlicher Wasserkreislauf und anzustrebender Wasserkreislauf (Quelle: \cite{kantonZhRegenwasserbewirtschaftung2022})} \label{fig:natuerlicher_wasserkreislauf} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \section{Überschwemmungen} Wenn die Menge an Regenwasser plötzlich stark zunimmt, kann es zu verschiedenen Problemen kommen. \subsection{Entstehung} Langer Dauerregen, Starkregen und Schneeschmelze sind Ursachen für Hochwasser. Ein gewisser Teil des Regens kann, je nach Beschaffenheit des Bodens, versickern. Vom Boden gelingt das Wasser teils wieder in Bäche, Flüsse und Quellen. So steigen die Flüsse eben durch erhöhten Zufluss an. Beim Anstieg können Bäche und Flüssen allenfalls noch ausufern oder von natürlichen Rückhaltemöglichkeiten wie Pflanzen zurückgehalten werden. Wenn immer noch mehr Wasser kommt, als bewältigt werden kann, überlaufen die Gewässer komplett und es kommt zu Überschwemmungen. (Quelle: \cite{hochwasserNdwkn}) Das überfliessende Wasser kann Schäden an diversen Infrastruktur-Teilen und privaten Besitztümern, die im Untergrund, sowie auf Höhe der Strasse stehen, verursachen. Die Sachschäden können sich schnell in Milliardenbeträge hochschaukeln. Ebenfalls sind jederzeit Personenschäden möglich. Besonders bei Hochwasser, welches auf Türen und Fenstern auftritt, können diese schlagartig nachgeben und so Personen schnell und auch ernsthaft gefährden. \subsection{Gefahr in Zürich} In Zürich wird die Überschwemmungsgefahr von den beiden Flüssen Limmat und der Sihl bestimmt. Das Problem ist, dass ein sehr grosser Teil von der Stadt Zürich auf dem Schwemmkegel, also dem natürlichen Überschwemmungsgebiet der Sihl liegt. Siehe Bild Schwemmkegel \cref{fig:schwemmkegel_Sihl_Zuerich}.\\ Der Kanton Zürich hat zusätzlich eine genaue Karte erstellt, welche die Gebiete zeigt, die besonders durch Überschwemmung gefährdet sind. Diese sind in der Karte (Siehe \cref{fig:ueberschwemmungen_zuerich}) dunkelrot eingezeichnet. Je dunkler die Einfärbung ist desto mehr ist das Gebiet einer Gefahr durch Überschwemmungen ausgesetzt.\\ \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.5\textwidth} \centering \includegraphics[width=0.9\linewidth]{graphics/schwemmkegel_Sihl_Zuerich} \caption{Schwemmkegel Zuerich (Quelle: \cite{kantonZhAwelHochwasserschutz})} \label{fig:schwemmkegel_Sihl_Zuerich} \end{minipage}% \begin{minipage}{.5\textwidth} \centering \includegraphics[width=0.9\linewidth]{graphics/Zuerich_Ueberschwemmung} \caption{Überschwemmungen (Quelle: \cite{geoportalZuerichUeberschwemmungsgefahr})} \label{fig:ueberschwemmungen_zuerich} \end{minipage} \end{figure} \subsection{Rückblick auf die vergangenen Ereignisse in Zürich} In Zürich gab es in der Vergangenheit immer wieder Überschwemmungen. Da dies bekannt war, baute man zuerst nur in sicheren Gebieten.\\ 1846 und 1874 kam es zu starken Überflutungen. Später wuchs die Stadt und man baute auch vermehrt auf gefährdeten Gebieten, weswegen 1910 bei einem Hochwasser starke Schäden entstanden. 1937 wurde der Bau eines Pumpspeicherwerks im oberen Sihlgebiet abgeschlossen. Dies dient zur Regulierung der Abflussmenge in der Sihl. Allerdings ist das keine Lösung für alle Probleme. Im Jahr 2005 wurde die Lage nochmals sehr knapp. Bei einem langen, starken Regen überschwemmte die Sihl beinahe bei dem wohl wichtigsten Knotenpunkt von Zürich, dem Hauptbahnhof. (Quelle: \cite{hochwasserStadtZuerich}) Nach diesem Ereignis hat der Kanton Zürich diverse Massnahmen ergriffen: \begin{itemize} \item {Verteifung der Sihl unter dem Hauptbahnhof: Die Durchflusskapazität beim Hauptbahnhof wurde 2007 erhöht. Man vertiefte die Flusssohle der Sihl unter dem Bahnhof, so kann bei Hochwasser deutlich mehr Wasser durchfliessen.\\ (Quelle: \cite{hochwasserschutzZuerich})} \\\\ \begin{minipage}{0.5\textwidth} \item {Schwemmholzrechen: Durch Schwemmholz verstopfte die Sihl-Unterführung, weshalb dann nach diversen Tests und Simulationen einen Rechen aus Holzpfeilern errichtet hat. Dieser Rechen leitet das Schwemmholz bei einer Überschwemmung an eine gezielte Stelle. Dort wird es aufgefangen und eine Verstopfung kann verhindert werden. So verstopft das Schwemmholz an diesem gezielten Ort und nicht an kritischen Stellen, was den Durchfluss enorm behindern würde. Dies ist in \cref{fig:sihl_schwemmholzrechen_simulation} ersichtlich.\\ (Quelle: \cite{schwemmholzrechenZuerich})} \end{minipage} \begin{minipage}{0.5\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/sihl_schwemmholzrechen_simulation} \captionsetup{width=.9\linewidth} \captionof{figure}{Simulation des Schwemmholzrechens (Quelle:\citereset\xspace \cite{schwemmholzrechenZuerich})} \label{fig:sihl_schwemmholzrechen_simulation} \end{minipage} \item {Steuerung des Sihlsees: Durch Vorhersagen von starkem Regen kann einige Tage vor dem Unwetter der Sihlsee zu einem Teil abgelassen werden. So wird der See dann durch den Regen wieder gefüllt. Diese Massnahme dämpft die Spitze der Wassermenge, die während dem Wetterereignis fliesst. Siehe Bild \cref{fig:sihlsee_vorabsenkung_prinzip}.\\ (Quelle: \cite{hochwasserschutzZuerich})} \end{itemize} \singlespacing \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.75\linewidth]{graphics/sihlsee_vorabsenkung_prinzip} \caption{Prinzip der Vorabsenkung (Quelle: \cite{hochwasserschutzZuerich})} \label{fig:sihlsee_vorabsenkung_prinzip} \end{figure} \subsection{Entlastungsstollen der Sihl} \label{sec:entlastungsstollenDerSihl} Laut der Stadt Zürich zeigen diverse Studien, dass ein Entlastungsstollen der Sihl die beste Variante ist, um Überschwemmungen in der Stadt Zürich zu verhindern. Der Bau läuft bereits seit März 2022 und soll voraussichtlich 2026 abgeschlossen sein. Der Stollen ist so konzipiert, dass ab einem Durchfluss der Sihl von 250 m\textsuperscript{3} pro Sekunde ein Teil des Wassers über den Stollen direkt in den Zürichsee umgeleitet wird. Ab einem Durchlass von 300 m\textsuperscript{3} pro Sekunde sei es mit Hochwasserschäden in der Stadt zu rechnen. Die Auswirkungen auf den See sind minimal. So würde mit dem zusätzlichen Wasser der See maximal einige wenige Zentimeter ansteigen. Zusätzlich sind auch am Seeabfluss (Limmat) Arbeiten geplant.\\\\ Im Jahr 2021 sind in der Schweiz mehrere Flüsse und Seen über die Ufer getreten. In einem Messergebnis aus dieser Zeit ist ersichtlich, dass die Sihl einen Durchfluss von 248 m\textsuperscript{3}pro Sekunde erreichte.\\\\ Der Stollen schützt bis zu einer Durchlaufspitze von 600 m\textsuperscript{3} pro Sekunde, wobei er selbst bis zu 330 m\textsuperscript{3} pro Sekunde aufnehmen kann. Ein solch hoher Durchsatz sei statistisch nur alle 500 Jahre wahrscheinlich.\\ (Quelle: \cite{entlastungsstollenSihl})\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.9\linewidth]{graphics/Vergleich_Entlasstungsstollen_Sihl} \caption{Vergleich Entlasstungsstollen Sihl (Quelle: \cite{entlastungsstollenSihl})} \label{fig:Vergleich_Entlasstungsstollen_Sihl} \end{figure} \section{Lösungsansätze} Schutzmassnahmen gegen Hochwasser können grob in zwei Teile eingeordnet werden: temporäre und permanente Massnahmen. Temporäre Massnahmen wie Mobile Schutzwände, Barrieren, oder Sandsäcke haben den klaren Nachteil, dass man sie zuerst aufstellen muss und sie nur bis zu einem gewissen Punkt Schutz in Extremsituationen leisten können. Deshalb macht es Sinn, an permanente Lösungen zu denken. \subsection{Temporäre Lösungsansätze} Temporäre Lösungen versuchen mit den auftretenden Wassermengen klarzukommen. Entweder wird versucht, das Wasser abzuhalten oder es wird versucht die Schäden zu minimieren. \subsubsection{Abschirmung} Zugänge und Öffnungen schützen: Vor allem Türen und Öffnungen wie äussere Treppenabgänge oder Lüftungs- und Lichtschächte sind sehr anfällig auf Wassereinlass. Deswegen ist es sinnvoll, diese Stellen höher als das umliegende Gelände und höher als das Wasser bei einer Überschwemmung zu halten. Bei der Bauplanung solcher Objekte soll also darauf geachtet werden, dass kein Wasser direkt auf sie zukommen kann. Sie sind also auf nicht auf der Seite gebaut, wo das Wasser natürlicherweise auftreten würden, oder dass sie höher als das Hochwasser liegen. Natürlich gibt es auch noch permanente Abdichtungs- und Verstärkungsmassnahmen. Indem Türen und Fenster wasserdicht und verstärkt gebaut werden. Darauf zu achten ist,dass die abgedichteten Flächen dem Wasserdruck und auch dem angeschwemmten Treibgut standhalten können.\\ Zudem können auch Garageneinfahren und andere Öffnungen mit sogenannten Klappschotts geschützt werden. Diese können automatisch hochgefahren werden. Siehe Bilder (Klappschotts zu und auf):\\ \begin{figure}[h] \centering \begin{minipage}{.47\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/Klappschotts_auf} \captionof{figure}{Klappschotts auf (Quelle: \cite{klappschots})} \label{fig:Klappschotts_auf} \end{minipage}% \hfill \begin{minipage}{.47\textwidth} \centering \includegraphics[width=.9\linewidth]{graphics/Klappschotts_zu} \captionof{figure}{Klappschotts zu (Quelle: \cite{klappschots})} \label{fig:Klappschotts_zu} \end{minipage} \end{figure} \subsubsection{Abdichtung} Das Gebäude wird wasserdicht gemacht. Dabei ist darauf zu achten, dass alle Schwachstellen abgedichtet werden.\\ (Quelle: \cite{schutzVorHochwasserEgliEngineering}) \subsubsection{Nasse Vorsorge} Beim Konzept der nassen Vorsorge wird darauf geachtet, dass eintretendes Wasser einen möglichst geringen Schaden verursacht.\\ (Quelle: \citereset\xspace \cite{schutzVorHochwasserEgliEngineering}) \subsection{Permanente Lösungsansätze} Permanente Lösungen versuchen, die Probleme mit Überschwemmungen im Vorfeld direkt zu verhindern oder zumindest zu minimieren. \subsubsection {Terraingestaltung} Bei der Terraingestaltung möchte man Wasser gezielt von Gebäuden wegführen, indem das Gebäude und die Zugänge höher sind. So kann der Wasserfluss das Gebäude resp. die Zugänge überhaupt nicht erreichen. Wichtig ist aber, dass das Risiko auf andere Strukturen nicht grösser werden darf. (ZGB Art. 689)\\ (Quelle: \cite{schutzVorNaturgefahr}) \subsubsection{Deiche und Mauern} Deiche und Mauern sind mitunter die ältesten Praktiken zum Hochwasserschutz. Sie zerschneiden allerdings das Gebiet und müssen immer wieder gewartet werden.\\ (Quelle: \cite{hochwasserinfoBayern}) \subsubsection{Rückhaltebecken} Rückhaltebecken oder dezentrale Rückhaltebecken werden an verschiedenen Bächen und Wassereinzugsgebieten eingesetzt, nicht direkt in Flüssen. Dass so bei allen Zubringern weniger Wasser kommt, summiert sich die Abnahme des Wasserflusses und kann die Hochwasserspitzen dämpfen. \subsubsection{Talsperren und staatliche Hochwasserrückhaltebecken: } Talsperren (wie auch die im Sihlsee) und Hochwasserrückhaltebecken können auch bei extremen Situationen gut Abhilfe schaffen. Dazu werden mit Hilfe von Niederschlagsberechnungen Vorhersagen gemacht und auf bedarf Wasser abgelassen oder gestaut. So kann danach Regenwasser im Rückhaltebecken,welches jetzt Platz hat, gestaut werden und der Fluss wird entlastet.\\ (Quelle:\citereset\xspace\cite{hochwasserinfoBayern}) \subsubsection{Entlastungsstollen} Entlastungsstollen können, wie am Beispiel des Stollens an der Sihl (Siehe \ref{sec:entlastungsstollenDerSihl})die Flüsse in Extremsituationen entlasten und einen bedeutenden Teil des Wassers umleiten. Damit das funktioniert, muss in der Nähe eine Stelle sein an der unbedenklich das zusätzliche Wasser hingeleitet werden kann. In der Regel ist das ein See, der bei Starkregen nicht selbst schon überläuft. Auch ist der Bau eines solchen Stollens relativ teuer.\\ Ein weiteres aktuelles Projekt ist ein Entlastungsstollen im Sarneraatal im Kanton Obwalden.\\ (Quelle: \cite{hochwasserentlastungsstollenSarnen}) \subsubsection{Gezielte Flutung von definierten Flächen} Mit dem gezielten Fluten kann bei Extremwettersituationen überschüssiges Wasser auf gewisse Flächen eingelassen werden. Diese Flächen können sehr divers sein. Zum Beispiel eine Tiefgarage oder ein Fussballplatz oder unbebaute Fläche neben einem Fluss. Diese Flächen können aber nur eine gewisse Menge Wasser aufnehmen, wenn die Kapazität erreicht ist, fliesst das Wasser wieder im Fluss weiter.\\ (Quelle: \cite{tagesanzeigerStadtKuehlen}) \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Staustufen} Auch Stauflüsse (Stromgewinnung) könnten eventuell zur Kontrolle von Überschwemmungen verwendet werden. Sie funktionieren ähnlich wie bei der Gestaltung von Rückhaltebecken sind allerdings weit weniger einflussreich und nur bedingt wirksam.\\ (Quelle: \cite{hochwasserinfoBayern}) \subsubsection{Renaturierung von Flüssen} Mit dem Rückgang zu natürlichen Flussverläufen können sich Flüsse bei Hochwasser auf ihre Auen ausbreiten und so das Wasser besser verteilen. Dazu kommt, das die Renaturierung noch zahlreiche weitere positive Effekte hat, wie zum Beispiel: Selbstreinigung und Wasserqualität, Beitrag zur Klimaanpassung und Artenvielfalt.\\ (Quelle: \cite{renaturierungVonFluessen})\\ \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.8\linewidth]{graphics/NatürlicherFlussverlaufamRhoneVorherNachher} \caption{Renaturierung der Rohne (Vorher, Nachher) (Quelle: \cite{dritteRohneKorrektion})} \label{fig:NatürlicherFlussverlaufamRhoneVorherNachher} \end{figure} \singlespacing \subsection{Schwammstadt} \textbf{Definition}\\ %todo Fett schreiben Mit der Schwammstadt wird auf die Probleme von Hitze, Trockenheit und auch Starkregen eingegangen. Überschüssiges Wasser soll gespeichert und bei Hitze wieder abgegeben werden. Verdunstung kühlt die Umgebung und indem der Regen lokal versickert und die Kanalisation wird bei Starkregen entlastet.\\ Im Detail wird Regenwasser von schwächerem Regen nahe an der Oberfläche gespeichert. So kann es auch bei Hitze wieder verdunsten oder dient den Pflanzen. Bei mittlerem Regen versickert dann ein Teil in tiefere Bodenschichten und erreicht auch das Grundwasser. Erst bei Starkregen kommt es dann zu Oberflächenabfluss.\\ Der Oberflächenabfluss wird dann in speziellen Korridoren abgeleitet. Die Elemente der Schwammstadt können auch noch für Erholung, Biodiversität, etc. verwendet werden.\\ Zusammenfassend ist also Schwammstadt ein Konzept, bei dem gezielt mit Regenwasser umgegangen wird. Zusätzlich werden Extremsituationen angegangen. \pagebreak %PAGEBREAK \subsubsection{Beispiele Schwammstadt} Gute klimatechnologische Massnahmen welche unter den Begriff Schwammstadt fallen sind: \begin{itemize} \item Erhöhung von Grünflächen zur Versickerung von Regenwasser \item Versickerungsfähige Parkplätze (Keine Kanalisation benötigt) \item Retentionsspeicher (Wasserspeicher) \item Naturweier \item Freilegung von Bächen \end{itemize} (Quelle: \cite{schwammstadtKurzErklaert}) \singlespacing \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.8\linewidth]{graphics/Schammstadt_BAFU} \caption{Schwammstadt BAFU (Quelle: \cite{SchwammstadtBAFU})} \label{fig:SchwammstadtBAFU} \end{figure} \pagebreak %PAGEBREAK \section{Schlusswort} %Kapitel 3 - Schlusswort Zum Schluss blicken wir auf das Thema als solches, die Arbeitsweise im Team, den Zeitplan und die offenen Punkte der Arbeit zurück. \subsection{Thematischer Rückblick} In der Arbeit wurden aufgrund des vorgegebenen Themas \textquotedbl Technische Lösungen im Umgang mit dem Klimawandel\textquotedbl\xspace die vier Unterthemen Hitze in Städten, Oberflächenabfluss, Schwammstadt und Blau-Grüne-Infrastruktur definiert.\\ Im Bezug auf Hitze in Städten wurde genauer thematisiert, wie der städtische Wärmeinseleffekt genau funktioniert. Als Lösung wurde dokumentiert wie Städte optimiert werden können, dass sie so kühl und angenehm wie möglich sind.\\ Auch der Oberflächenabfluss stellt in Städten ein grosses Problem dar, da er unter anderem für die Verschmutzung der Umwelt verantwortlich ist. In diesem Zusammenhang wurde die aktuelle Funktionsweise des Kanalisationssystems in der Schweiz und Zürich genauer angeschaut und eine mögliche (bessere) Alternative dazu dokumentiert.\\ Das Prinzip der Schwammstadt behandelt die Ableitung und Aufnahme des Wassers aus der Stadt. Dabei kommt es nicht drauf an, ob es sich dabei um Niederschlagswasser oder um Fluss- / Bachwasser handelt.\\ Die Blau-Grüne-Infrastruktur (BGI) thematisiert verschiedene Elemente in der Planung von Gebieten und spielt besonders in Städten eine grosse Rolle. Sie beinhaltet beispielsweise das offenlegen von Bächen und Flüssen oder das Begrünen von Asphaltflächen und Gebäuden. Sie trägt also wesentlich dazu bei, Städte besser zu entwässern und zu kühlen.\\ \subsection{Arbeitsweise} Nach der Findung eines spezifischen Themas und der Erstellung eines Grobkonzeptes haben wir uns mithilfe von Quellenmaterial aus dem Internet und einem ETH-Kollegen einen Überblick über das Thema verschafft. Damit konnten wir das Thema granularer aufteilen und die verschiedenen Kapitel in der Gruppe verteilen.\\ Da die Themen stark zusammenhängen und sich auch in gewissen Teilen überschneiden, mussten wir uns gelegentlich untereinander absprechen. Dafür haben wir uns ca. ein bis zwei Mal pro Woche getroffen und die aktuellen Themen untereinander diskutiert. Diese Treffen baten zusätzlich Raum für Austausch über aktuelle Probleme beim Schreiben der Arbeit.\\ Die Arbeit an sich haben wir in Latex verfasst, was zusätzlich Arbeit bedeutete, da diesbezüglich nicht alle Gruppenmitglieder auf dem gleichen Wissensstand waren. Dies erlaubte ein sehr kollaboratives Arbeiten ohne Probleme mit der Synchronisierung. Dies zeigte sich als Problem in den vorhergehenden Arbeiten, welche wir in Word verfasst haben. \subsection{Zeitplan} Der ursprüngliche Zeitplan war sehr optimistisch und ambitioniert. Dafür hatte er viel Pufferzeit am Schluss eingeplant, damit allfällige Unregelmässigkeiten gut aufgefangen werden konnten.\\ Leider konnten die geplanten Termine nur zum Teil eingehalten werden. Das Grobkonzept und die Recherche nach Informationen konnten wie geplant umgesetzt werden. Allerdings waren danach andere Prüfungen in der Schule angesetzt, welche bei der Erstellung des Zeitplans noch nicht bekannt waren. Dadurch war die Arbeit an der IDPA für einige Wochen bis zu den Ferien pausiert. Geplant wäre gewesen, dass zu Beginn der Frühlingsferien bereits der grösste Teil der Dokumentation erledigt ist. Leider war zu diesem Zeitpunkt erst wenig Text geschrieben. Daher ist der gesamte Zeitplan nach hinten gerutscht und die Dokumentation konnte erst zwei Wochen nach geplanter Fertigstellung zum grössten Teil abgeschlossen werden. \pagebreak %PAGEBREAK \section{Reflexionen} \input{reflections/reflexion_pirmin} \include{reflections/reflexion_soraya} \include{reflections/reflexion_tobias} \pagebreak %PAGEBREAK \section{Literaturverzeichnis} % Kapitel 4 - Literaturverzeichnis \printbibliography \pagebreak %PAGEBREAK \listoffigures % Kapitel 5 - Abbildungsverzeichnis \pagebreak %PAGEBREAK \begin{landscape} \include{journal} \end{landscape} \section*{Selbstständigkeitserklärung} \includegraphics[height=0.95\textheight]{attachments/selbststaendigkeitserklaerung.pdf} \pagebreak %PAGEBREAK \section{Anhänge} % Kapitel 7 - Anhänge \subsection{Anhang I} \includegraphics[height=0.9\textheight]{attachments/Grobkonzept_IDPA_2025_HaHiHi.pdf} \includepdf[pages={2-last}, noautoscale=true, scale=0.9, pagecommand={\thispagestyle{fancy}}]{attachments/Grobkonzept_IDPA_2025_HaHiHi.pdf} \end{document}