Urban hydrology has so far lacked a suitable model for a precise long-term determination of evapotranspiration (ET) addressing shading and vegetation-specific dynamics. The proposed model “SWMM-UrbanEVA” is fully integrated into US EPA’s Stormwater Management Model (SWMM) and consists of two submodules. Submodule 1, “Shading”, considers the reduction in potential ET due to shading effects. Local variabilities of shading impacts can be addressed for both pervious and impervious catchments. Submodule 2, “Evapotranspiration”, allows the spatio-temporal differentiated ET simulation of vegetation and maps dependencies on vegetation, soil, and moisture conditions which are necessary for realistically modeling vegetation’s water balance. The model is tested for parameter sensitivities, validity, and plausibility of model behaviour and shows good model performance for both submodules. Depending on location and vegetation, remarkable improvements in total volume errors Vol (from Vol = 0.59 to −0.04% for coniferous) and modeling long-term dynamics, measured by the Nash–Sutcliffe model efficiency (NSE) (from NSE = 0.47 to 0.87 for coniferous) can be observed. The most sensitive model inputs to total ET are the shading factor KS and the crop factor KC. Both must be derived very carefully to minimize volume errors. Another focus must be set on the soil parameters since they define the soil volume available for ET. Process-oriented differentiation between ET fluxes interception evaporation, transpiration, and soil evaporation, using the leaf area index, behaves realistically but shows a lack in volume errors. Further investigations on process dynamics, validation, and parametrization are recommended.

In Germany, the current sectoral urban planning often leads to inefficient use of resources, partly because municipalities lack integrated planning instruments and argumentation strength toward politics, investors, or citizens. The paper develops the ResourcePlan as (i) legal and (ii) a planning instrument to support the efficient use of resources in urban neighborhoods. The integrative, multi-methodological approach addresses the use of natural resources in the building and infrastructural sectors of (i) water (storm- and wastewater) management, (ii) construction and maintenance of buildings and infrastructure, (iii) urban energy system planning, and (iv) land-use planning. First, the development as legal instrument is carried out, providing (i) premises for integrating resource protection at all legal levels and (ii) options for implementing the ResourcePlan within German municipal structures. Second, the evaluation framework for resource efficiency of the urban neighborhoods is set up for usage as a planning instrument. The framework provides a two-stage process that runs through the phases of setting up and implementing the ResourcePlan. (Eco)system services are evaluated as well as life cycle assessment and economic aspects. As a legal instrument, the ResourcePlan integrates resource protection into municipal planning and decision-making processes. The multi-methodological evaluation framework helps to assess inter-disciplinary resource efficiency, supports the spatial identification of synergies and conflicting goals, and contributes to transparent, resource-optimized planning decisions.

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Veranlassung und Zielsetzung Städte als bevorzugte Lebensräume stehen in Zeiten des Klimawandels, der Urbanisierung sowie des demographischen Wandels zunehmend vor der Herausforderung neuer Systembelastungen. Der Wasser-sowie Energiehaushalt ist durch die zunehmende Versiegelung von starken Veränderungen betroffen. In Siedlungsgebieten ist von einer Verringerung der Grundwasserneubildung und Verdunstung auszugehen, während Abflussvolumen und Abflussspitzen zunehmen und der Niederschlagsabfluss stark beschleunigt auftritt. Nachhaltige Anpassungsstrategien sollen diesen negativen Effekten entgegenwirken. Im Sinne einer integralen Entwässerungsplanung ist es das Ziel, den lokalen Wasserhaushalt hydraulisch sowie stofflich möglichst wenig zu beeinträchtigen (DWA-A 100 2006). Aus Sicht der Stadthydrologie stellt die Verdunstung einen entscheidenden Parameter in der Wasserhaushaltsbilanzierung dar. Dieser wird von verschiedenen meteorologischen und hydrologischen Einflüssen geprägt und steht gleichermaßen in Abhängigkeit von Standortfaktoren wie Bodeneigenschaften und Vegetation. Im Rahmen der ressourceneffizienten Stadtentwicklung wurden in der Vergangenheit für die Verdunstung oftmals nur überschlägige Ansätze gewählt, die mit gemittelten Gebietseigenschaften in die Wasserhaushaltsmodellierung eingingen. Kleinskalige Strukturen, wie die verschiedenen urbanen Vegetationsflächen, fanden in nur sehr geringem Maße Abbildung in den Modellen, obwohl die nachhaltige Strategieentwicklung auf dieser Ebene abläuft. Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung der Verdunstungsmodellierung, die im Niederschlag-Abfluss Modell SWMM für die Abbildung blau-grüner Infrastruktur angewendet wird. Dabei sollen so weit wie möglich die komplexen Zusammenhänge des Systems Pflanze-Boden-Atmosphäre beachtet werden, so dass eine realitätsnahe Modellierung verschiedener Vegetationselemente möglich ist. Gründende Basis ist eine umfassende Literaturrecherche zur Verdunstungsmodellierung von Vegetationsflächen. Für die auszuwählenden Ansätze sollen Erkenntnisse hinsichtlich Parametersensitivitäten gewonnen und darauf aufbauend Empfehlungen zur Parametrisierung gegeben werden. Die Übertragung der Modellierung auf größerskalige Gebiete soll die Anwendbarkeit für durchgehende Planungen im Sinne des "water sensitive urban design" sichern.