Das Versickerungsverhalten durchlässig befestigter Siedlungsflächen und seine urbanhydrologische Quantifizierung

  • Pflasterflächen bilden heute einen hohen Anteil der befestigten Siedlungsfläche. Dabei kommen diverse Pflastersysteme mit ganz unterschiedlichem VErsickerungsvermögen zum Einsatz. Die Quantifizierung des Abflussbeitrages der unterschiedlichen Befestigungsarten ist jedoch bislang mit erheblichen Unsicherheiten behaftet, da fundierte und ausreichend differenzierte Kennwerte zum Versickerungsvermögen fehlen. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wurde das Versickerungsvermögen gängiger Pflasterbauweisen systematisch untersucht. Den Kern der Untersuchung bilden mehrere hundert Messungen an Bestandflächen sowie im Labor. Im Zuge der Untersuchungen konnte eine Vielzahl gewinnbringender und teilweise neuer Erkenntnisse zur Charakterisierung und Quantifizierung des Versickerungsphänomens auf durchlässig befestigten Siedlungsflächen gewonnen und zur Ableitung substanzieller Anwendungsempfehlungen genutzt werden. Mit den erarbeiteten Versickerungskennwerten wird eine deutlich verbesserte und zugleich durch umfangreiche Messungen und Analysen abgesicherte Grundlage zur quantitativen Bewertung des Versickerungsvermögens bereit gestellt. Die Kennwerte tragen hierbei dem Einfluss wesentlicher Randbedingungen wie dem Eintrag von Feinpartikeln in den Fugenraum, der Niederschlagsintensität, dem Gefälle, der Liegezeit sowie der Nutzung Rechnung. Vielfach konnten anhand der Messwertanalysen Erkenntnisse früherer Untersuchungen bestätigt und mit messtechnisch abgesicherten Zahlenwerten untermauert werden. Ferner konnten für zahlreiche Belagsarten Häufigkeitsverteilungen des Versickerungsvermögens generiert werden, mit denen der ausgeprägte stochastische Charakter des Versickerungsverhaltens, der sich in einer enormen Variabilität des Versickerungsvermögens äußert, erstmals quantitativ umschrieben werden kann. Darüber hinaus wurde ein erster Schritt zu einer verbesserten urbanhydrologischen Erfassung des Abflussverhaltens versickerungsfähiger Siedlungsflächen getätigt. Neben der Ableitung von bauartspezifischen Abflussbeiwerten und Parameterempfehlungen zur Niederschlagsabflusssimulation wurde ein urbanhydrologischer Modellbaustein konzipiert. Die Infiltrationsprozesse werden hierbei über eine modifizierten Ansatz nach Horton/Paulsen abgebildet, bei dem die Berechnungsflächen in Teilflächen diskretisiert und mit nach Auftretenshäufigkeiten gestaffelten Parameterwerten verbunden werden. Der Ansatz hat sich als äußerst effektiv erwiesen und wird daher ausdrücklich zur weiteren programmtechnischen Umsetzung empfohlen.
  • Of all the structures built by human beings, pavements are the most ubiquitous. Hence, the stormwater runoff that pavements control is vast, whereas manifold types of more or less permeable structures exist. However, a lack of validated parameter recommendations as well as adequate methods for modelling stormwater runoff and infiltration processes on pavement structures reflect an evident knowledge deficit regarding the particular infiltration performance of pavements, which can lead to considerable uncertainties of urban drainage computations. Driven by these deficits, the infiltration performance of various pavement structures has been systematically evaluated within a comprehensive research work. Over 230 field and lab scale experiments have been completed and analyzed for surface runoff and infiltration characteristics as well as for water content changes inside the construction. The test series comprises several types of conventional and explicitly permeable structures under various boundary conditions. In addition, the field data have been superimposed on the results of former infiltration tests accomplished by several researchers to a unique database containing over 350 single infiltration tests and enabling substantive statistical analyses. To verify and to even extend the database, the very detailed finite element model HYDRUS-2D has been applied on the executed lab tests as well as on additional lab scale scenarios. Based on these widespread monitoring results together with the simulation results of the HYDRUS-2D application, the primary characteristics of the specific infiltration phenomenon on pavements have been determined. The analyses yield to an identification of the governing constraints, to a quantification of their impacts on the infiltration capacity of the entire pavement construction and finally to the development of an advanced conceptual approach for modelling runoff and infiltration processes on pavement structures. Moreover, profound recommendations for type specific infiltration rates, runoff coefficients and parameter values for conventional applications have been worked out, which facilitate planners a better estimation of the stormwater runoff contributed by the manifold types of more or less permeable pavements.

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Metadaten
Author:Marc Illgen
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-23263
Advisor:Theo G. Schmitt
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2009
Year of Publication:2009
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2009/01/23
Tag:Abflussbeiwert; Abflussbildung; Abflussmodellierung; Pflasterflächen; Versickerung; Versickerungsrate
Faculties / Organisational entities:Fachbereich ARUBI
DDC-Cassification:710 Städtebau, Raumplanung, Landschaftsgestaltung

$Rev: 12793 $