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