Versickerung von Niederschlagswasser auf Grundstücken – Teil 2: Bemessung

Die Bemessung von Versickerungsanlagen (Bild A) erfolgt auf Grundlage des Arbeitsblatts DWA-A 117 „Bemessung von Regenrückhalteräumen“. Es können folgende Verfahren angewendet werden:

Für die Bemessung von dezentralen Versickerungsanlagen kann in der Regel das „Einfache Verfahren“ angewendet werden. Die genaue Vorgehensweise wird im Abschnitt 5.3.3.2 des Arbeitsblatts DWA-A 138-1 näher erläutert. Beim „Einfachen Verfahren“ gelten nach Arbeitsblatt DWA-A 117 in Übereinstimmung mit DIN EN 752 „Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden – Kanalmanagement“ und unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Aspekte für das gesamte Einzugsgebiet (Grundstück) bis zur Versickerungsanlage die folgenden Randbedingungen:

Zuflüsse

Die Berechnung der Zuflüsse zur Versickerungsanlage im „Einfachen Verfahren“ erfolgt nach Abschnitt 5.3.3.5 des Arbeitsblatts DWA-A 138-1. Der Rechenwert für die abflusswirksame Fläche AC wird gemäß Gleichung 2 wie folgt ermittelt:

AC = Σ (A_E,b,a,i · C_i) + Σ (A_E,nb,a,i · C_i)

Dabei ist:

A_C Summe aller an die Versickerungs­anlage angeschlossenen Teilflächen, multipliziert mit dem jeweils zugehörigen Abflussbeiwert in m²

A_E,b,a,i angeschlossene befestigte Teil­fläche in m²

A_E,nb,a,i angeschlossene nicht befestigte Teil­fläche in m²

C_i Abflussbeiwert der Teilfläche

In Tabelle 9 des Arbeitsblatts DWA-A 138-1 sind Abflussbeiwerte aufgeführt. Alternativ können die Abflussbeiwerte aus Tabelle 9 der DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Teil 100: Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056“ verwendet werden.

Berechnungsbeispiel 1

Gegeben:

A_E,b,a,i 400 m² Dachfläche mit Extensivbegrünung < 10 cm Aufbaudicke und Dachneigung < 5° mit einem C_m,i von 0,3

A_E,nb,a,i 200 m² Parkfläche mit Rasengittersteinen für häufige Verkehrsbelastung mit einem C_m,i von 0,2

Gesucht:

AC = Summe aller an die Versickerungs­anlage angeschlossenen Teilflächen, multipliziert mit dem jeweils zugehörigen mittleren Abflussbeiwert in m²

Formel:

AC = Σ (A_E,b,a,i · C_m,i) + Σ (A_E,nb,a,i · C_m,i)

Lösung:

AC = (400 m² · 0,3) + (200 m² · 0,2)

Ergebnis:

AC = 160 m²

Der Zufluss zur Versickerungsanlage Q_zu wird nach folgender Gleichung 3 ermittelt:

Q_zu = r_D(n) · (AC + A_VA) · 10^-4

Dabei ist:

Q_zu Zufluss zur Versickerungsanlage während der Dauerstufe D in l/s

r_D(n) Regenspende der Dauerstufe D und Wiederkehrzeit n in l/(s · ha) aus Kostra-DWD-2020

A_VA überregnete Fläche einer oberirdischen Versickerungsanlage in m²

AC Rechenwert für die Bemessung, der sich aus der Summe aller an die Versickerungsanlage angeschlossenen Teil­flächen, multipliziert mit dem jeweils zugehörigen Abflussbeiwert C, ergibt in m²

Berechnungsbeispiel 2

Gegeben:

r_D(n) Regenspende r₁₀₍₅₎ = 207 l/(s · ha) für Bonn

AC angeschlossene abflusswirksame ­Fläche insgesamt = 650 m²

A_VA überregnete Fläche der Versickerungsanlage = 100 m²

Gesucht:

Q_zu = Zufluss zur Versickerungsanlage in m³/s bzw. l/s

Formel:

Q_zu = r_D(n) · (AC + A_VA) · 10^-4

Lösung:

Q_zu = 207 l/(s · ha) · (650 m² + 100 m²) · 10^-4

Ergebnis:

Q_zu = 15,5 l/s

Versickerungsleistung

Im Abschnitt 5.3.3.6 des Arbeitsblatts ­ DWA-A 138-1 wird die Vorgehensweise zur Berechnung der Versickerungsleistung beschrieben. Zur Ermittlung der Versickerungsleistung gilt folgende Grundgleichung 4:

Q_S = k_i · A_S · 10³

Dabei ist:

Q_S Versickerungsleistung in l/s

A_S erforderliche Versickerungsfläche in m²

k_i bemessungsrelevante Infiltrationsrate in m/s

Die bemessungsrelevante Infiltrationsrate k_i in m/s ergibt sich aus der Multiplikation des ermittelten Durchlässigkeitsbeiwertes des Bodens k (in der Regel k_f-Wert aus dem hydrogeologischen Gutachten) in m/s mit dem resultierenden Korrekturfaktor für die Wasserdurchlässigkeit f_k gemäß Gleichung 5:

k_i = k · f_k

Der resultierende Korrekturfaktor f_k wird nach folgender Gleichung 6 berechnet:

f_k = f_Ort · f_Methode ≤ 1

Dabei ist:

f_Ort Korrekturfaktor zum Kenntnisstand der ­Variabilität der Bodenverhältnisse sowie der Anzahl der durchgeführten Versuche/Probenahmen vor Ort

f_Methode Korrekturfaktor für die Bestimmungsmethode (methodenspezifische Unsicherheiten der Ergebnisse durch unterschiedliche Versuchsverfahren)

Entsprechende Zahlenwerte für die Korrekturfaktoren befinden sich im hydrogeologischen Gutachten bzw. in den Tabellen 10 und 11 des Arbeitsblatts DWA-A 138-1.

Berechnungsbeispiel 3

Gegeben:

A_S erforderliche Versickerungsfläche = 100 m²

k Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens mit 2 · 10⁻⁴ m/s (hier k_f-Wert aus hydro­geologischem Gutachten)

f_k resultierender Korrekturfaktor mit 0,8 (aus hydrogeologischem Gutachten bzw. den Tabellen 10 und 11 des Arbeitsblatts DWA‑A 138-1)

Gesucht:

Q_S = Versickerungsleistung in l/s

Formel:

Q_S =  k_i · A_S · 10³

mit

k_i  =  k · f_k

Lösung:

k_i  =  2 · 10^-4 m/s · 0,8 = 1,6 · 10^-4 m/s

Q_S =  1,6 · 10^-4 m/s · 100 m² · 10³

Ergebnis:

Q_S =  16 l/s

Bild: Otto Graf

Speichervolumen

Das erforderliche Speichervolumen stellt in den häufigsten Fällen die Bemessungszielgröße bei Versickerungsanlagen dar (außer bei der Flächenversickerung). Im Arbeitsblatt DWA-A 138-1 wird im Abschnitt 5.3.3.7 die Vorgehensweise zur Ermittlung des erforderlichen Speichervolumens beschrieben. Beim „Einfachen Verfahren“ gilt die Gleichung 8:

V_VA = (Q_zu - Q_S - Q_Dr) · D · 60 · f_Z · f_A · 10^-3

Dabei sind:

V_VA erforderliches Speichervolumen in m³

Q_zu Zufluss zur Versickerungsanlage während der Dauerstufe D in l/s

Q_S Versickerungsleistung in l/s

Q_Dr Drosselabfluss in l/s (z. B. gemäß Einleitungsbeschränkung in den Straßen­kanal)

D Dauerstufe in Minuten

f_Z Zuschlagsfaktor nach Arbeitsblatt DWA-A 117 (empfohlen zwischen 1,1 und 1,2)

f_A Abminderungsfaktor nach Arbeitsblatt DWA-A 117 (in der Regel = 1,0)

Das Maximum für das erforderliche Speichervolumen ist iterativ für verschiedene Wertepaare der Dauerstufe D (beginnend bei 5 ­Minuten bis maximal 4320 Minuten) und der jeweils zugehörigen Regenspende r_D(n) nach Kostra-DWD-2020 zu bestimmen.

Berechnungsbeispiel 4

Gegeben:

gesamte abflusswirksame Fläche AC + A_VA = 2200 m²

Versickerungsleistung Q_S = 5 l/s

Drosselabfluss Q_Dr = 0 l/s

Zuschlagsfaktor f_Z = 1,2

Abminderungsfaktor f_A = 1,0

Jährlichkeit T = 5

Gesucht:

V_VA = erforderliches Speichervolumen in m³

Lösung:

siehe Bild B und Bild C

Ergebnis:

Das erforderliche Speichervolumen V_VA beträgt 33,2 m³.

Die Bemessungsregeln für die unterschiedlichen Typen von Versickerungsanlagen – z. B. für Flächenversickerung, Versickerungsmulden, Rigolen- und Schachtversickerung – befinden sich im Abschnitt 6 des Arbeitsblatts DWA-A 138-1.

Überflutungsnachweis

Gemäß DIN 1986-100 muss für Versickerungsanlagen zur Entwässerung von Grundstücken mit einem Rechenwert von AC größer 800 m² ein Überflutungsnachweis erbracht werden. Bezüglich der Durchführung des Überflutungsnachweises bei Versickerungsanlagen verweist die DIN 1986-100 auf das Arbeitsblatt DWA-A 138.

Die Vorgehensweise zum Überflutungsnachweis bei Versickerungsanlagen wird im Abschnitt 5.3.4 des Arbeitsblatts DWA-A 138-1 beschrieben. Es muss der Nachweis erbracht werden, dass die zurückzuhaltende Regenwassermenge V_Rück in m³ vollständig und schadlos auf dem Grundstück verbleiben kann, beispielsweise durch zusätzlichen Speicherraum oder das Einstauen von Außenflächen.

Das Maximum der zurückzuhaltenden Regenwassermenge V_Rück in m³ muss hierbei nach folgender Gleichung 10 iterativ für verschiedene Wertepaare der Dauerstufe D (beginnend bei 5 Minuten bis maximal 4320 Minuten) und der jeweils zugehörigen Überflutungsregenspende (in der Regel die 30-jährige Regenspende r_D(30) nach Kostra-DWD-2020) bestimmt werden:

V_Rück = [r_D(30) ∙ (A_E,b,a ∙ C_S + A_VA) ∙ 10^-4 - (Q_S + Q_Dr)] ∙ D ∙ 60 ∙ 10^-3 - V_VA

Dabei ist:

V_Rück zurückzuhaltende Regenwassermenge in m³

C_S Spitzenabflussbeiwert

D Dauerstufe des Bemessungsregens in ­Minuten

r_D(30) Regenspende für die Dauerstufe D und Jährlichkeit T = 30 nach Kostra-DWD-2020

A_E,b,a angeschlossene befestigte Fläche in m²

A_VA überregnete Fläche einer oberirdischen Versickerungsanlage in m²

Q_S Leistung der Versickerungsanlage in l/s

Q_Dr mittlerer Drosselabfluss in l/s

V_VA Speichervolumen in m³

Berechnungsbeispiel 5

Gegeben:

Jährlichkeit T = 30

abflusswirksame Fläche =  A_E,b,a ∙ C_S  = 820 m²

überregnete Fläche der oberirdischen
Versickerungsanlage A_VA = 29,28 m²

Leistung der Versickerungsanlage Q_S = 6,73 l/s

mittlerer Drosselabfluss Q_Dr = 0 l/s

erforderliches Speichervolumen V_VA = 19,32 m³

Gesucht:

V_Rück = zurückzuhaltende Regenwassermenge in m³

Lösung:

siehe Bild D und Bild E

Ergebnis:

Die zurückzuhaltende Regenwassermenge V_Rück beträgt 3,06 m³.

Hinweis: Um den Zeitaufwand zu minimieren, sollten zur Bemessung von ­Versickerungsanlagen entsprechende Berechnungsprogramme verwendet werden (etwa die Software des ­Instituts für technisch-wissenschaftliche Hydrologie GmbH (itwh) aus Hannover oder Berechnungstools der Hersteller).

Quellen

Arbeitsblatt DWA-A 138-1: Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser – Teil 1: Planung, Bau, ­Betrieb. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und ­Abfall e. V. (DWA), Oktober 2024

Arbeitsblatt DWA-A 138: Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und ­Abfall e. V. (DWA), April 2005

Arbeitsblatt DWA-A 117: Bemessung von Regen­rückhalteräumen. Deutsche Vereinigung für ­Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA), Dezember 2013

DIN 1986-100: Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Teil 100: Bestimmungen in ­Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056. DIN Media, ­Dezember 2016

DIN EN 752: Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden – Kanalmanagement. DIN Media, Juli 2017

Autor

Bernd Ishorst

ist Berater, Fachautor und Referent für Entwässerungstechnik.

bernd.ishorst@gmx.de

Bild: Bernd Ishorst