Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3817
Main Title: Lebende Inseln
Subtitle: Selbstschwimmende Pflanzengesellschaften für urbane Gewässer
Translated Title: Living islands
Translated Subtitle: auto-buoyant floating vegetation mats for urban stormwater management
Author(s): Günther, Henning
Advisor(s): Kühn, Norbert
Referee(s): Florineth, Florin
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die erhöhten Niederschlagsabflüsse in Städten sind ein Grund für ihre verminderte Abkühlung und den dadurch entstehenden städtischen Hitzeinseleffekt. Die verschiedenen Methoden, mit denen man Regenwasser dezentral zurückhält, reinigt und verzögert weiterleitet, wird unter dem Begriff "blau-grüne Infrastrukturen" zusammengefasst. Bepflanzte Regenwasserretentionsteiche sind eine der wirkungsvollsten Maßnahmen zur Verbesserung des Stadtklimas. Zum einen steht für den langsamen Verdunstungsprozess stets ausreichend Wasser zur Verfügung. Zum anderen steigert die Transpiration der Pflanzen den Effekt der Verdunstungskühlung. Auf der Wasseroberfläche schwimmende Pflanzenbestände sind ein neuer Baustein dieser Systeme. Im Gegensatz zu im Boden verwurzelten Pflanzen tolerieren schwimmende Pflanzenbestände höhere Wasserstandsschwankungen ohne Schaden zu nehmen. Einsatzmöglichkeiten bieten sich nicht nur auf kleinen Retentionsteichen, sondern auch auf größeren städtischen Stillgewässern. Deren Morphologie ist aufgrund vielfältiger Nutzungsansprüche stark überprägt. Eine natürliche Ufervegetation fehlt oft vollständig. Schwimmende Vegetationsbestände könnten durch Reinigung, Beschattung und als Habitatstrukturelement die Standortbedingungen der Gewässer verbessern. Bisher eingesetzte Konstruktionen haben sich besonders bei großflächiger Anwendung als wirtschaftlich sowie aufgrund des dauerhaften Eintrages künstlicher Materialien in die Gewässer auch als ökologisch ungeeignet erwiesen. Zudem konnten diese bisher noch nicht langfristig etabliert werden bzw. erfordern einen erheblichen Wartungsaufwand, weil ihr Auftrieb nicht dauerhaft gewährleistet ist. Daher sind alternative Bauweisen für künstliche schwimmende Pflanzenbestände notwendig. Natürliche schwimmende Vegetationsgesellschaften treten als Schwingröhricht oder Schwingrasen in den Verlandungszonen von Stillgewässern auf. In frühen Entwicklungsstadien bestehen sie zum überwiegenden Teil aus den Wurzeln und Rhizomen der lebenden Pflanzen. Diese schwimmen, weil sie eine kleinere Dichte als Wasser besitzen. Absterbende Pflanzenteile werden innerhalb des Wurzel / Rhizomengeflechtes vertorft. Das während der Vertorfung entstehende Sumpfgas verfängt sich innerhalb des durchwachsenen Torfkörpers und trägt schließlich zum überwiegenden Teil zum Auftrieb bei. Aus den verschiedenen Entwicklungsstadien wurde eine Bauweise aus verrottbaren Materialien (Schilfrohrgabione) und die zur Bepflanzung geeigneten Pflanzen abgeleitet. In einem Freilandversuch wurden Prototypen der Bauweise hergestellt und mit Röhrichtarten und Seggen bepflanzt. Während die Schilfrohrgabione langsam ihren Auftrieb verliert, entwickeln die eingesetzten Arten ihre unterirdischen Organe. Eine mit Carex vesicaria bepflanzte Schilfrohrgabione verlor ihren Auftrieb nach einem Jahr. Eine Variante mit Phragmites australis sowie eine Gesellschaft aus vier Arten (Eriophorum angustifolium, Menyanthes trifoliata, Comarum palustre und Carex lasiocarpa) behielt dagegen ihre Schwimmfähigkeit bei. Die lebende unterirdische Phytomasse dieser Helophyten trägt mit bis zu 10 Prozent zum Gesamtauftrieb der Inseln bei. Der Hauptauftrieb wird durch das unter den anaeroben Bedingungen entstehende Sumpfgas erbracht. Somit leitet die bepflanzte Schilfrohrgabione eine selbstschwimmende Pflanzengesellschaft entsprechend den natürlichen Vorbildern ein, die sich ohne Einsatz von künstlichen Materialien dauerhaft auf dem Wasser erhalten kann. Daher erscheint die Bauweise eine geeignete Alternative für großflächige Anwendungen sowie eine standortgerechte Materialauswahl.
Sustainable urban drainage systems influence urban climate due to retention and detention of surface water runoff and increasing cooling through evapotranspiration. Retention ponds are showing high potential for mitigating urban climate because they provide sufficient water for evaporation. Evaporative cooling can be increased by transpiration of the plant's leaves. Floating vegetation mats are a new tool for stormwater retention ponds. Unlike bottom rooted systems, floating vegetation mats provide high range of depth for flow attenuation. In addition floating vegetation can be used on natural and artificial urban surface waters that are characterized by a lack of hydromorphological elements such as riparian vegetation. Retrofitting modified water bodies with floating plant populations enables them to enhance their climatic functions, self-purification capacity, habitat attributes and shading of the water body. Commercially available floating island products available today are not suitable to meet these climatic, ecological and aesthetic tasks because of high costs due to the artificial materials such as plastic, foam or steel, and the ecological sensibility of wide-scale application is doubtful because of long term input of those materials in the aquatic ecosystem. Therefore, an alternative construction is requred for widespread implementation of artificial floating vegetation mats and their identified ecosystem functions. During the progressive sedimentation of lakes riparian vegetation can form floating mats. The first stages of those mats consist of densely intertwined roots and rhizomes of the mat building vegetation. The aerenchyma tissue in the plants of this layer has a lower density than water, and therefore floats, dead organic matter starts to accumulate as peat on the mats, leading to a growing floating body consisting of living roots and dead organic matter. Swamp gas (mostly composed of CH4, C02 and N2) forms during the anaerobic decomposition and is trapped between the densely intertwined roots and organic matter and provides the majority of the bouyancy of floating vegetation mats. Based on this knowledge, a construction consisting exclusively of decomposable materials (reed gabion) and species selection is derived. For a mesocosm study a prototype of the reed gabion was fabricated and planted with the identified plant species. While the reed gabion slowly take up water and loses its buoyancy the natural auto buoyancy occurs due to the development of the living phytomass and swamp gas production. The variant planted with Carex vesicaria lost its buoyancy after one year. Variants from Phragmites australis and a mixture of four species (Eriophorum angustifolium, Menyanthes trifoliata, Comarum palustre, Carex lasiocarpa) kept up their buoyancy. In the second year only 10% of the buoyancy was provided by the living vegetation. The major part was provided by swamp gas developed under the anaerobic decomposition conditions in the water body. The reed gabion passes through early successional stages quickly and reaches a stable state faster than the natural counterparts (2 years vs 15 of years for natural mats). Based on these findings the construction seems to be appropriate for wide-scale application in order to enhance the climatic functions of urban surface waters while avoiding the use and input of artificial materials.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-41918
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4114
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3817
Exam Date: 3-Jul-2013
Issue Date: 27-Sep-2013
Date Available: 27-Sep-2013
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Auftrieb
Schwimmende Insel
Stadtklima
Vegetation
Verdunstung
Auto buoyancy
Evapotranspiration
Floating island
Storm water
Urban climate
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