A large variety of substances are used in building materials to improve their properties. In recent years, attention to organic additives used, for example, in renders, façade paints or roof sealing sheets has increased as these compounds have been detected in urban stormwater runoff and surface waters. In this paper, we show the extent of emissions induced by rain events in two study sites in Berlin. For this purpose, stormwater runoff from roofs, façades, and in storm sewers was sampled and analysed over a period of 1.5 years in two residential catchments. Results show that, in particular, the biocides diuron and terbutryn from façades, the root protection agents mecoprop and MCPA in bituminous sheeting, and zinc from roofs and façades reach concentrations in the stormwater sewer that exceed limit values for surface waters. Additionally, transformation products of the biocides were also detected. However, many other analysed substances were below the quantification limit or inconspicuous in their concentration levels. The emissions, modelled with the software COMLEAM, demonstrate that in urban areas the limit values in smaller surface waters are exceeded during wet weather. Furthermore, the orientation of the buildings to wind-driven rain is essential for the emitted load from façades. The calculated mass balances of both catchments show that a major portion of all substances remains on-site and infiltrates diffusely or in swales, while the remaining portion is discharged to stormwater sewers. For example, in one of the two study sites, <5% of diuron emissions are discharged to surface waters. Infiltration, in particular, is therefore a crucial pathway of pollution for soil and groundwater. Measures for source control are proposed to mitigate the leaching of environmentally relevant substances from construction materials.

This dataset includes concentrations of micropollutants (27) and heavy metals (7) for stormwater runoff from different sampling points at two test sites (A and B) in Berlin, Germany. Both sites are new development areas of similar size that were both constructed in 2017 (1 – 1.5 years prior to the start of the monitoring campaign). Composite samples of individual rain events were taken at three sampling points of each test site: façade runoff, roof runoff and corresponding stormwater runoff from the catchment area. Samples were taken as part of the research project BaSaR (www.kompetenz-wasser.de/en/forschung/projekte/basar/) of Kompetenzzentrum Wasser Berlin, Ostschweizer Fachhochschule and Berliner Wasserbetriebe. More information including sampling and analytical methods are detailed in the corresponding journal paper "Emissions from building materials – a thread for the environment?", submitted to the MDPI-journal Water.

The study was financed through the German Environment Agency (Umweltbundesamt, FKZ 3717373280), which is greatly acknowledged. 

Urbanes Niederschlagsabwasser kann durch verschiedene organische und anorganische Stoffe belastet sein, wie Untersuchungen in zwei Berliner Überbauungen und eine begleitende Modellierung klar zeigten. Daher wurden ein Leitfaden sowie Massnahmen-Steckbriefe für Planer und Architekten entwickelt, um die Belastungen an der Quelle oder nachgeschaltet zu reduzieren, bevor sie in Boden und Gewässer gelangen.

Green roofs are widely recognized as a viable solution in the context of water-sensitive urbanization, especially with respect to their effects on heat island mitigation and future-proof urban drainage [1, 2, 3, 4, 5]. In order to support their dissemination throughout different regions, comparisons of performance under varying climatic conditions can be very useful. Storm characteristics such as rainfall depth, intensity and duration can be expected to play an important role, as well as the temporal distribution of storm events relative to seasonal patterns of temperature, radiation and wind. This paper summarizes the first of several such data- and model-based comparisons between Germany and China planned in the Sino-German cooperative project “Smart Technologies for Sustainable Water Management in urban Catchments as Key Contribution to Sponge Cities” (KEYS).

Der Großteil von Seen und Flüssen in Deutschland befindet sich nicht in dem von der europäischen Wasserrahmenrichtlinie geforderten guten ökologischen Zustand. Die Ursache hierfür besteht in den meisten Gewässern nach wie vor in zu hohen Nährstoffbelastungen. Dadurch wird besonders im Sommer das Wachstum des Phytoplanktons (Algen) gefördert, das Wasser wird trübe, zeitweise sauerstoffarm und riecht unangenehm. Solche Gewässer stellen für viele Tiere und Pflanzen keinen geeigneten Lebensraum dar und sind für den Menschen unattraktiv. Die Hauptnährstoffe, um die es dabei geht, sind Stickstoff und Phosphor. Dabei galt Phosphor (P) lange Zeit als der begrenzende Faktor der Phytoplanktonbiomasse in Binnengewässern: Je geringer die PKonzentration desto geringer die Biomasse und desto besser die Gewässergüte. Dies ist bis heute Lehrbuchmeinung. In der Praxis wurde und wird daher auf eine Senkung der Phosphorkonzentrationen gesetzt, was in vielen, aber längst nicht allen Gewässern zum Erfolg führte. Deutlich weniger Studien zeigten, dass Stickstoff die Phytoplanktonbiomasse begrenzt, was allerdings auch darauf zurückzuführen ist, dass deutlich weniger Studien zum Einfluss von Stickstoff durchgeführt wurden. Eine systematische Analyse zur Bedeutung von Phosphor im Vergleich zu Stickstoff fehlte bisher. Bis heute wird daher die Bedeutung von Stickstoff als begrenzender Faktor der Phytoplanktonbiomasse weitgehend negiert. In NITROLIMIT I (2011 - 2013) wurde dagegen gezeigt, dass die Algenbiomasse in fast der Hälfte der Seen der Norddeutschen Tiefebene durch N begrenzt wird. In der Praxis wird bislang die gezielte Reduktion von Stickstoffeinträgen abgelehnt, weil man befürchtet, dass dies besonders in Seen durch Stickstofffixierung von Cyanobakterien ausgeglichen werden kann und sinkende Nitratkonzentrationen die Freisetzung von Phosphor aus den Gewässersedimenten steigern. Beides könnte einer Verbesserung der Gewässergüte entgegenwirken. Für diese Argumente fehlte jedoch eine fundierte wissenschaftliche Grundlage. Stickstoff wird sowohl in Seen als auch in Fließgewässern intensiv umgesetzt und kann über verschiedene mikrobielle Umsatzprozesse (insbesondere Denitrifikation) auch wieder aus dem System entfernt werden. Fließgewässer transportieren schließlich die nicht zurückgehaltenen Nährstoffe aus den Einzugsgebieten in die Ästuare, Küstengewässer und Meere, wo in weiten Bereichen Stickstoff der limitierende Nährstoff ist. Über den Umsatz und den Rückhalt von Stickstoff in großen Flüssen bestehen bis heute allerdings große Unsicherheiten. Zur Beantwortung der Frage „Ist Stickstoffreduktion ökologisch sinnvoll?“ bestand daher umfangreicher Forschungsbedarf. Die bisherige Strategie zur Verbesserung der Gewässergüte zielte auf Minderung der Phosphorkonzentration ab. Hierzu existieren Erfahrungswerte zu Wirkung und Kosten von Maßnahmen. Viele Maßnahmen zur Phosphorreduktion gehen zu einem gewissen Teil auch mit Stickstoffreduktion einher. Der Erfolg der Begleiterscheinung „Stickstoffreduktion“ wurde jedoch meist nicht analysiert. Fallstudien zur Verbesserung der Gewässergüte durch gezielte Stickstoffminderung wurden bisher nicht durchgeführt, weshalb Daten und Erfahrungen zu Kosten und Wirksamkeit solcher Maßnahmen fehlen. Unabhängig davon, ob eine Verbesserung der Gewässergüte über Phosphor- oder Stickstoffreduktion angestrebt wurde, fehlte bisher eine Strategie, nach der im Voraus Kosten, Wirksamkeit und Nutzen ermittelt und abgewogen werden. Daher bestand auch zur Beantwortung der Frage, „Ist Stickstoffreduktion wirtschaftlich vertretbar?“ deutlicher Forschungsbedarf.

Die Modellierung der biogeochemischen Prozesse im Sediment mittels QSim (2.3.1) sollte durch den Aufbau eines vereinfachten, prozessbasierten Modellansatzes optimiert werden. Konkret sollte die Weiterentwicklung des Sedimentmoduls SEDFLUX des Gewässergütemodells QSim unterstützt werden, indem die Abbildung des Stickstoffumsatzes im Sediment unter verschiedenen Intensitäten vertikaler Advektion untersucht wird. Diese Arbeiten stellen eine konzeptuelle Prüfung („proof-ofconcept“) der im Kapitel 2.3.1 abgeleiteten Hypothesen zum Austausch zwischen Wasser und Sediment dar, sowie ihrer Effekte auf den Stoffumsatz in diesem Kompartiment. Die Modellergebnisse werden mit Hilfe von Vertikalprofilmessungen plausibilisiert. Die Nutzung vereinfachter Modellansätze ermöglicht die Untersuchung einzelner Prozesse sowie eine schnelle Anwendung auf verschiedene Gewässer. Als Simulationsumgebung wird das frei verfügbare Softwarepaket R-ecosim genutzt (Reichert 2014).