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