Sustainable urban drainage systems (SUDS) can significantly reduce runoff from urban areas. However, their potential to mitigate acute river impacts of combined sewer overflows (CSO) is largely unknown. To close this gap, a novel coupled model approach was deployed that simulates the effect of realistic SUDS strategies, developed for an established city quarter, on acute oxygen depressions in the receiving river. Results show that for an average rainfall year the SUDS strategies reduce total runoff by 28% - 39% and peak runoff by 31% - 48%. Resulting relative reduction in total CSO volume ranges from 45% - 58%, exceeding annual runoff reduction from SUDS by a factor of 1.5. Negative impacts in the form of fish-critical dissolved oxygen (DO) conditions in the receiving river (<2 mg DO/L) can be completely prevented with the SUDS strategies for an average rainfall year. The realistic SUDS strategies were compared with a simpler simulation approach which consists in globally downscaling runoff from all impervious areas. It indicates that such a simple approach does not completely account for the positive effect of SUDS, underestimating CSO volumes for specific rain events by up to 13%. Accordingly, global downscaling is only recommended for preliminary planning purposes.

Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung können Probleme der versiegelten Stadt wie die Belastung urbaner Oberflächengewässer und städtische Hitzeinseln vermindern und gleichzeitig die biologische Vielfalt und die Freiraumqualität verbessern. Um dieses Potenzial gezielt einsetzen zu können, wurden im vorliegenden Leitfaden die Vorteile und der Aufwand dieser Maßnahmen konsequent quantitativ bewertet. Ausgehend von dieser Bewertung wurde im Rahmen von KURAS eine Methode entwickelt, die eine integrierte Planung von Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung für konkrete Stadtquartiere unterstützen kann. Sie verknüpft lokale Anforderungen mit der Maßnahmenbewertung, um geeignete und machbare Maßnahmen auszuwählen und im Stadtquartier zu platzieren. Neben Einzelmaßnahmen wurden in einem Planspiel auch durch die KURAS-Methode erstellte Maßnahmenkombinationen für zwei Berliner Stadtquartiere hinsichtlich ihrer Effekte quantitativ bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gezielte Kombination von Maßnahmen über die Ebenen der Stadt hinweg - vom Gebäude über das Quartier bis zum Kanaleinzugsgebiet - die angestrebten Effekte für Umwelt und Bewohner deutlich erreicht.

Conventional sewer models such as SWMM or InfoWorks CS are widely used to analyse effects of relative runoff reduction or storage capacity increase on a global scale. However, the applied tools are usually insufficient for planning precise stormwater management strategies on city quarter scale. We propose a modelling approach that combines a 1D sewer model and a river water quality model with a detailed hydrological rainfall-runoff model that includes model components for a multitude of sustainable urban drainage systems (SUDS). The modelling approach is demonstrated to evaluate realistic measure combinations developed for a city quarter in Berlin, Germany. Results show that negative river impacts of combined sewer overflows (CSO), in our case fish-critical oxygen conditions, can be completely prevented with a set of adequate measures.

Im Rahmen eines Planspiels wurden für ein Stadtquartier Kombinationen der Regenwasserbewirtschaftung erstellt und wissenschaftlich bewertet. Die verwendete Methode kombiniert dazu lokale Bedingungen (Problemlage, Machbarkeit von Maßnahmen und lokale Ziele) mit einer Bewertung von 27 Einzelmaßnahmen hinsichtlich ihrer vielfältigen Effekte. Die Ergebnisse zeigen zunächst, dass eine skalenübergreifende Kombination von Maßnahmen vom Gebäude bis zum Kanaleinzugsgebiet ein großes Potenzial für die Verbesserung der städtischen Umwelt (Gewässer und Biodiversität) und Lebensqualität (Stadtklima, Freiraumqualität, Nutzen auf Gebäudeebene) hat. Die verwendete Methode erwies sich als gut geeignet für die Auswahl effektorientierter (und machbarer) Maßnahmen und für deren gezielte Platzierung in Problemräumen. Die Erfahrungen zeigen aber auch, dass die Methode optimiert werden muss, um eine bestimmte Zielerreichung (z.B. Kostenrahmen oder Einleitbeschränkung) während der Planung zu berücksichtigen.

A total of 27 existing measures of stormwater management were studied across scales from building level (vegetated buildings, rainwater use) to city quarter level (infiltration, de-paving, artificial lakes and streams, decentralised treatment) and catchment level (centralised treatment, storage). For each measure, the same performance indicators were quantified based on literature, monitoring and simulation results regarding six potential benefits (water/energy saving potential, improvement of landscape quality, increase in biodiversity, reduced urban heat exposure, improvement of groundwater and surface water bodies), indirect resource use (life cycle assessment) and direct cost. Results show that each measure has its strengths and weaknesses. Thus, it is expected that different combinations of measures will lead to increased benefits for different locations/settings. The developed measurebenefit/cost-matrix may support the finding of such improved combinations and is currently tested in a research project regarding its potential for problem-oriented urban planning in Berlin, Germany.

Der Regenwasserabfluss von versiegelten Flächen kann zu erheblichen Beeinträchtigungen von Flüssen und Seen führen. Durch das schnelle Ableiten des Regenwassers bleibt das positive Potenzial für die Stadtbevölkerung und die Umwelt zudem oft ungenutzt. Für eine nachhaltige Regenwasserbewirtschaftung stehen eine Vielzahl von Maßnahmen auf Gebäude-, Quartiers- und Kanaleinzugsgebietsebene zur Verfügung. Im laufenden BMBF-Projekt KURAS werden diese Maßnahmen hinsichtlich Ihrer stadträumlichen, klimatischen, ökologischen und ökonomischen Effekte umfassend untersucht. Daraus werden Empfehlungen für Planer und Behörden für den Umgang mit Regenwasser im städtischen Raum abgeleitet. Beispielhaft für den verfolgten Bewertungsansatz werden im vorliegenden Beitrag Indikatoren vorgestellt, mit denen die Maßnahmeneffekte auf drei ausgewählte Wirkungsbereiche (Biodiversität, Grundwasser und Oberflächengewässer) quantifiziert werden können. Erste Ergebnisse zeigen bereits, wie unterschiedlich Maßnahmen wirken können und wie wichtig die Berücksichtigung lokaler Schutz- und Entwicklungsziele bei der Maßnahmenauswahl ist. Aus der starken Streuung einzelner Bewertungsindikatoren kann zudem ein bedeutender Einfluss von Standortfaktoren und der konkreten Umsetzung einer Maßnahme abgeleitet werden, der bei der Planung ebenfalls berücksichtigt werden sollte.

Integrated planning of stormwater management requires a quantitative description of positive and negative effects of possible measures. We suggest quantifying these effects with generic performance indicators within eight categories: building physics and services, landscape quality, urban climate, biodiversity, groundwater, surface water, direct costs and indirect environmental costs. First results indicate that the defined performance indicators allow an objective pre-selection of measures based on their ability to reach local stormwater management goals. The final selection of measures should be based on an evaluation for a specific city quarter (to reduce indicator uncertainty) and reviewed by local stake holders.