Begrünte Flächen vor einem Gebäude in einer Stadt
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Kühle Oasen und trockene Straßen: Blau-grüne Infrastrukturplanung in der Smart City

Blau-grüne Infrastruktur in Städten und Gemeinden ist eine Antwort auf vom Klimawandel verursachtes Extremwetter. Smart Cities arbeiten mit digitalen Planungstools und digitalen Zwillingen, um sich an den Klimawandel anzupassen und um Hitzeinseln sowie Hochwasser entgegenzuwirken.

23.02.2024

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Digitale Stadtplanung Klimaschutz & -anpassung Resilienz Wasser

Extremwetterereignisse als Folge des Klimawandels stellt Städte weltweit vor große Herausforderungen. Besonders deutlich zeigt sich das an Starkregen und Hitzewellen, die immer häufiger und in kürzeren Abständen auftreten. Ein dramatisches Beispiel ist das Hochwasser im Ahrtal, das im Sommer 2021 verheerende Schäden anrichtete und mehr als hundert Menschen das Leben kostete. Auffällig ist auch der Wechsel von Extremen: Berlin etwa wurde im Juli 2017 von heftigen Regenfällen und Überschwemmungen heimgesucht – ein Jahr später litt die Stadt unter einer Hitzewelle mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen und Trockenheit. 

Die Auswirkungen von Extremwetter haben gravierende Folgen für Mensch und Natur. Auch die städtische Infrastruktur gerät dabei unter enormen Druck, kann aber gleichzeitig zur Prävention solcher Ereignisse beitragen.

Mit der Smart City zur zügigen Entsiegelung von Böden

Die Versiegelung des Bodens durch Straßen und Bebauung führt dazu, dass Regenwasser vor Ort nicht zurückgehalten, sondern über die Kanalisation abgeleitet wird, was zu Überschwemmungen führen kann. Gleichzeitig speichern hohe Gebäude und asphaltierte Straßen die Hitze und tragen zur Entstehung von „Hitzeinseln“ bei, die vor allem für vulnerable Gruppen wie Kleinkinder und ältere Menschen ein Gesundheitsrisiko darstellen.

Vor diesem Hintergrund gewinnen Maßnahmen in Form von blau-grüner Infrastruktur weiter an Bedeutung (vgl. DStGB 2023). Zur grünen Infrastruktur zählen vor allem Grünflächen und begrünte Dächer oder Fassaden, zur blauen Infrastruktur insbesondere Teiche, Seen und Kanäle, aber auch große Wiesen zur Speicherung von Regenwasser und mitunter auch von Trinkwasser. Für die effiziente Planung einer blau-grünen Infrastruktur setzen Smart Cities mit ihren Möglichkeiten auf datenbasierte Simulation und Modellierung sowie auf Vernetzung und Kommunikation unterschiedlicher Sektoren und ermöglichen einen schnellen und klimaangepassten Stadtumbau.

Digitale Hilfsmittel für vernetztes Handeln 

Um eine klimaangepasste und wassersensible Stadtentwicklung zu ermöglichen, müssen Verantwortliche die Art und Weise, wie sie Städte planen und gestalten, überdenken. Smart Cities setzen dabei nicht nur auf digitale Werkzeuge, sondern zielen darauf ab, interdisziplinäres Planen und vernetztes Handeln zwischen den verschiedenen Fachämtern zu ermöglichen und zu fördern. Digitale Planungswerkzeuge helfen dabei, sektorenübergreifende Planung zu realisieren und blau-grüne Elemente in Stadtquartieren effizient einzusetzen.

Ein Beispiel ist die vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderte Forschungsinitiative KLIPS: Sie zielt darauf ab, heterogene Datensätze in einer prototypischen Informationsplattform zu bündeln, um die räumlichen Nutzungskonflikte zwischen Klimawandel, Nachverdichtung und Verkehr systematisch zu erfassen und zu simulieren. Die Plattform bietet dabei nicht nur einen Überblick über aktuell auftretende Hitzeinseln in Echtzeit, sondern ermöglicht dank künstlicher Intelligenz (KI) auch Prognosen und Simulationen. Während die Prognosen dazu dienen können, die Bevölkerung kurzfristig vor Hitzeinseln zu warnen, erlauben es die Simulationen, die Auswirkungen planerischer Maßnahmen auf das Stadtklima der bebauten Umwelt im Voraus zu modellieren.

So können Kommunen einerseits die Entstehung von Hitzeinseln aktiv vermeiden oder zumindest in ihrer Wirkung abschwächen, etwa durch den Einsatz von blau-grüner Infrastruktur zum Erhalt von Frischluftschneisen. Zum anderen lassen sich Maßnahmen zur Bekämpfung von Hitzeinseln wie zum Beispiel der Einsatz von Fassaden- oder Dachbegrünungen im Vorfeld auf ihre Wirksamkeit hin überprüfen und gegebenenfalls bereits in der Planungsphase optimieren. Zudem zeigen Simulationen Alternativen auf, die an anderer Stelle bei gleicher Wirkung möglichst geringe Belastungen verursachen.

Dieser Ansatz ermöglicht es, die unterschiedlichen Perspektiven der Planungsbeteiligten und deren Ziele besser in Einklang zu bringen. Die prototypisch realisierte Informationsplattform sowie die erlernten KI-Algorithmen sind generisch und somit auf andere Kommunen übertragbar, sofern ein lokales Sensornetzwerk vorhanden ist. Die Städte Dresden und Langenfeld pilotieren KLIPS.

Smarter Einsatz von blau-grüner Infrastruktur

Klimaschutz und Klimaanpassung stehen auch bei den Modellprojekten Smart Cities (MPSC) weit oben auf der Agenda. Ein Beispiel für vernetztes Handeln und den effizienten Einsatz von blau-grüner Infrastruktur ist das MPSC Berlin.

 

Illustrierte Darstellung der blau-grünen Infrastruktur in der Stadt
Blau-grüne Infrastruktur in der Stadt KWB Kompetenzzentrum Wasser Berlin

Als Teil der Strategie „Gemeinsam Digital:Berlin“ setzt ein Konsortium aus lokalen Forschungseinrichtungen, Wasserversorgern, Stiftungen und Verwaltungen das Projekt „Smart Water“ um. Das Projektteam entwickelt derzeit ein digitales Planungstool in Form einer Webanwendung, mit dem die Berliner Planungsreferate auf Senats- und Bezirksebene blau-grüne Infrastruktur implementieren können. Es wird zunächst für zwei konkrete Gebiete in den Bezirken Pankow und Friedrichshain-Kreuzberg erprobt und soll die bestehenden Planungsprozesse auf zwei Ebenen unterstützen:

  • In der frühen Planungsphase soll das Tool Hotspots identifizieren, die einer erhöhten Hitzebelastung ausgesetzt sind oder in denen bei Starkregen Überschwemmungen auftreten können. Auf diese Weise kann Berlin den Bedarf an blau-grünen Infrastrukturen ermitteln, die die extreme Hitze oder mögliche Überflutungen am effektivsten mindern können. Darauf aufbauend soll der Prototyp verschiedene blau-grüne Infrastrukturmaßnahmen vorschlagen und deren Machbarkeit aufzeigen.
  • In der weiteren Planungsphase soll der Prototyp des Planungstools der konkreten Maßnahmenplanung dienen. So soll er beispielsweise bei städtebaulichen Wettbewerben sowie bei der Bewertung von Vergabeentscheidungen für Planungsleistungen unterstützen. Zudem strebt das MPSC Berlin an, den Prototyp auch bei der Konkretisierung des Integrierten Stadtentwicklungskonzepts (ISEK) einzusetzen, insbesondere bei der Entwicklung konkreter blau-grüner Infrastrukturen.
Digitaler Zwilling der Stadt Wuppertal, um die Folgen des Klimawandels und die damit verbundenen Entwicklungen besser zu verstehen. Der „DigiTalZwilling“ basiert auf Geodaten, ergänzt um Echtzeitdaten beispielsweise aus Wasserstandsmessungen.
Digitaler Zwilling der Stadt Wuppertal, um die Folgen des Klimawandels und die damit verbundenen Entwicklungen besser zu verstehen. Der „DigiTalZwilling“ basiert auf Geo- und Echtzeitdaten beispielsweise aus Wasserstandsmessungen. Stadt Wuppertal

Das MPSC Wuppertal setzt wiederum auf einen digitalen Zwilling, um die Folgen des Klimawandels und die damit verbundenen Entwicklungen besser zu verstehen und geeignete Maßnahmen ergreifen zu können. Der „DigiTalZwilling“ basiert auf Geodaten, ergänzt um Echtzeitdaten beispielsweise aus Wasserstandsmessungen oder tagesaktuellen Klimadaten. In einem Teilprojekt ist bereits eine Starkregengefahrenkarte entstanden, die den zeitlichen Verlauf verschiedener Starkregenereignisse visualisiert. Als Weiterentwicklung sollen Wetterprognosen und Echtzeitdaten von im Stadtgebiet installierten Sensoren die Karte anreichern. Zusätzlich sollen Fernerkundungsdaten aus dem europäischen Copernicus-Programm in die Analysen und Simulationen einfließen. Der DigiTalZwilling kann die Satellitenbild-Zeitreihen abbilden und hilft, langfristige Muster und Phänomene zu erkennen, etwa was die Entwicklung von Hitzeinseln oder die Auswirkungen von Trockenperioden auf Wasserressourcen und Vegetation in der Stadt angeht. Ziel ist es, aus den Erkenntnissen der Vergangenheit zu lernen und in Zukunft besser informierte Entscheidungen für die Stadtplanung zu treffen.

Blau-grüne Infrastruktur: Die Zukunft der Städte

Digitale Simulations- und Prognosetools bieten eine vielversprechende Perspektive für die zukünftige Entwicklung nachhaltiger und klimaresilienter Kommunen. Sie ermöglichen zum einen die Integration von blau-grünen Infrastrukturmaßnahmen an den richtigen Stellen, also mit einem größtmöglichen positiven Effekt auf das Mikroklima. Zum anderen lassen sich die Perspektiven der verschiedenen Fachämter vernetzt betrachten und mögliche Alternativen mit gleichwertiger Wirkung, aber geringerer Belastung an anderer Stelle identifizieren.

Eine nachhaltige Stadtentwicklung erhöht nicht nur die Lebensqualität der Bewohnerinnen und Bewohner und schafft Standortvorteile für die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit. Sie ist auch für die Gesundheit der Bevölkerung unverzichtbar. Mit Blick auf die unmittelbare Zukunft erscheint es notwendig, den Wandel hin zu einer klimaangepassten und wassersensiblen Stadtentwicklung einzuleiten und die Vorteile digitaler Tools zum Schutz der noch intakten städtischen Lebensgrundlagen zu nutzen.

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Literaturverzeichnis

Autorinnen und Autoren