Ochrana kvality povrchových vod v Lappeenranta, Finsko

Ve Finsku je kvalita vody v jezeře Saimaa u Lappeenranta ohrožena zvýšenými srážkami, záplavami a extrémními povětrnostními jevy v důsledku změny klimatu. Povodňová voda a voda z tajícího sněhu přenáší kontaminanty (mikroplasty, oleje a další chemikálie, živiny, pevné a organické látky) do jezera. Zatížení živinami způsobuje eutrofizaci jezera. V případě, že znečištění živinami vede ke škodlivému rozkvětu řas, může pití nebo koupání v postižené vodě způsobit vážné zdravotní komplikace. Například plavání na pláži, kde jsou přítomny modrozelené řasy, může dráždit kůži nebo způsobit žaludek (např. nevolnost, bolest žaludku, průjem, zvracení) nebo příznaky podobné chřipce (např. rýma, bolest hlavy, podráždění očí, horečka). To je obzvláště problematické, protože jezero Saimaa je zdrojem pitné vody a rekreačním centrem.

Hospodaření s bouřkou a taveninou je proto zásadní pro překonání těchto výzev. Současný klimatický program má za cíl snížit množství dešťové vody a taveniny v městských dešťových vodách a kanalizačních systémech. Plán péče o srážkovou vodu obce popisuje potřebu přizpůsobit stávající sítě a zařízení budoucím požadavkům a zvýšit schopnost města odfiltrovat nežádoucí látky z dešťové vody a taveniny.

Navržení komplexního plánu pro udržitelnou úpravu dešťové vody pro Lappeenranta je složitý úkol. Město se rozkládá na pěti povodích (Saimaa, Saimaa Kanava, Ruoholampi, Rakkolanjoki a Alajoki). Stejně jako všechna města je Lappeenranta komplexním městským systémem s komplikovanými fyzickými, vlastnickými a právními vztahy mezi jeho složkami (parky, silnice, obytné budovy, komerční budovy, průmysl atd.).

Plán pro hospodaření s dešťovou vodou zdůrazňuje otázky, které je třeba vzít v úvahu při navrhování infrastruktury pro hospodaření s dešťovou vodou, jako je přítomnost přírodních rezervací, historických památek nebo cenných krajinných oblastí, které by měly být při určování lokalit pro nová zařízení pro hospodaření s dešťovou vodou široce zakotveny. Klíčovou otázkou je maximální úroveň srážek, kterou by systém měl být schopen zvládnout, s ohledem na očekávaný nárůst extrémních jevů v důsledku změny klimatu a na místní specifické podmínky a zranitelná místa – zejména velikost a situaci vypouštěného vodního útvaru.

Celkovým cílem hospodaření s vodou, jak je uvedeno v plánu hospodaření s dešťovou vodou, je zabránit zhoršování stavu podzemních vod, pokud jde o ekologický stav a kvalitu vody pro lidské účely, včetně rekreačních. Plán uvádí tyto cíle pro hospodaření s dešťovou vodou:

• Řízení a případná prevence povodňových škod způsobených dešťovou vodou
• Zachovat zdroje podzemních vod tím, že zabrání vstupu škodlivých látek do podzemních vod a optimalizuje absorpci vody do podzemních vod
• Zachování rekreačního využívání vodních útvarů prostřednictvím řízení kvality dešťové vody snížením přísunu živin do vodních útvarů
• Minimalizace rozšiřování potrubní sítě a množství dešťové vody vypouštěné do čistírny odpadních vod
• Zvýšení přírodních a místních metod hospodaření s dešťovou vodou, které podporují biologickou rozmanitost v přírodě a městských oblastech, což je hlavní zaměření této případové studie
• Využití dešťové vody jako zdroje, jako je krajinný prvek, pro zavlažování nebo mokřady

Plán rovněž stanoví konkrétnější cíle pro řízení kvality dešťové vody v přijímajících vodních útvarech, jako je snížení znečištění živinami a předcházení kvetení řas v západním regionu Saimaa.

Plán pro hospodaření se srážkovou vodou stanoví podmínky pro využívání řešení inspirovaných přírodou, jako je změna uspořádání ulic s cílem poskytnout zelené pásy a biofiltrační oblasti a poskytnout prostor pro řídicí struktury, neboť srážková voda z ulic s velkým objemem dopravy může přenášet kovy, oleje a mikroplasty. Doporučení zahrnují zavedení řízení kvality vody, jako je směrování dešťové vody, a větší využívání propustných chodníků a otevřených příkopů jako řešení pouličního odvodnění. Zavádí se nový systém odvodňování městských ulic založený na přírodě, který zahrnuje výsadbu optimalizované vegetační směsi podél obrubníku s cílem zlepšit filtraci vody do základního systému sběru vody. Tento systém je spojen se senzory pro dálkové monitorování kvality a průtoku dešťové vody a zaplavení odvodňovacího systému.

Bylo vybudováno osm nových městských mokřadních oblastí; sedm podél břehů jezera Pien-Saimaan a jeden na břehu jezera Ruoholampi poblíž Lappeenranta, přičemž druhý byl dokončen v září 2023. Oblast sedmi piensko-saimajských mokřadů zahrnuje tři rybníky a úsek podobný potoku, který přivádí vodu shromážděnou potokovou sítí do mokřadů. Rybníky zpomalují průtok vody, což umožňuje, aby se znečišťující látky ve vodě Saimaa usadily na dně. Rybníky jsou postaveny v různých výškách na svahu, a protože hladina vody se může podstatně lišit, bazény byly vybaveny systémem pro přepady. Mokřad Ruoholampi zabraňuje tomu, aby živiny a pevné látky proudily do jezera Ruoholampi a odtud do Pien-Saimaa. Zlepšuje také biologickou rozmanitost a tím, že se staví v blízkosti školy, zlepšuje životní podmínky studentů. Další přírodní struktury pro hospodaření s dešťovou vodou zahrnují povodí pro zadržování dešťové vody (Heinäkatu) a infiltrační oblast Koulukatu (pilotní projekt TransformAr).

Retenční nádrž Heinäkatu se používá ke zpomalení odtoku dešťové vody, aby se vyrovnaly povodňové špičky během silných dešťů a fungovaly jako rezervoár kapacity pro kanalizační síť dešťové vody. Voda je shromažďována v retenční oblasti a vypouštěna do systému na druhém konci. V retenční oblasti je průtok vody zpomalen, což umožňuje ukládání pevných látek a dalších znečišťujících látek, takže voda vrácená do kanalizace srážkové vody je čistší. Vegetace, která se vyvíjí v pánvích v průběhu času, zvyšuje čištění vody a pomáhá při odpařování. Zařízení se skládá ze dvou nádrží s přehradou z přírodního kamene mezi nimi. Povodí jsou mělké s hloubkou asi 0,5 m a mohou vyschnout mezi srážkami. Na přehradě byly instalovány odrazové můstky, které podporují bližší kontrolu bazénů, protože oblast je také využívána jako učební prostředí pro žáky nedaleké školy.

Rekonstrukce ulice Koulukatu zahrnuje biofiltraci dešťové vody v zelené části ulice, která snižuje množství dešťové vody vypouštěné do kanalizace a neupravených vodních útvarů. Bouřková voda je absorbována až k hladině podzemní vody strukturálními vrstvami biouhelu a vápence a dobíjí ji.

V závodě na umělé podzemní vody Huhtiniemi v Lappeenranta se navíc voda z domácností vyrábí vsakováním povrchových vod ze západní části Pien-Saimaa do podzemních vod. Huhtiniemi je jediné umělé zařízení pro podzemní vody v Lappeenranta, z celkového příjmu 10 podzemních vod. Surová voda je čerpána ze Saimaa do pískových filtračních nádrží na hřebenu Huhtiniemi, který slouží jako přírodní filtr, který účinně čistí vodu. Voda je poté čerpána ze studní a před vstupem do vodovodní sítě prochází alkalizační úpravou a ultrafialovou dezinfekcí.

Kromě toho bude systém městského odtoku vylepšen a monitorován sadou nových senzorů a spojeným monitorováním kontaminace, kvality vody a průtoku v rámci odvodňovacího systému. Dále budou mít obyvatelé možnost monitorovat implementovaná řešení prostřednictvím aplikace pro smartphony crowdsourcing.

Za účelem přípravy plánu pro hospodaření se srážkovou vodou proběhl na podzim 2019 proces konzultací se zúčastněnými stranami na třech pracovních seminářích, jichž se zúčastnila společnost Lappeenrannan Energiaverkot Oy (místní vodohospodářská a energetická distribuční společnost), správa pozemků města Lappeenranta, územní plánování, ulice a životní prostředí, environmentální služby, kontrola budov, záchranná služba v Jižní Karélii a středisko ELY v jihovýchodním Finsku (centrum regionálního rozvoje). Témata workshopů byla dešťová voda a územní plánování, dešťová voda a informační systémy a přirozené hospodaření s dešťovou vodou. Shrnutí seminářů byla použita k vytvoření předběžného souboru obsahu pro plán hospodaření se srážkovou vodou, jakož i elektronického seznamu potřebných dokumentů, na nichž je tento plán založen.

Prostorová omezení jsou omezením při hospodaření s dešťovou vodou. Plán řízení dešťové vody uvádí, že struktury řízení kvality dešťové vody jsou obvykle dimenzovány na jednoroční nebo dvouleté silné deště a umožňují další 20% rezervu pro změnu klimatu, ale v některých lokalitách nemusí být dostatek prostoru pro zvládnutí i jednoročních dešťových srážek. V takové situaci bylo provedeno hodnocení nákladů a přínosů alternativních řešení, jako jsou řešení inspirovaná přírodou – městské mokřadní oblasti vyvinuté v Lappeenrantě. Zvýšení počtu struktur srážkových vod navíc také zvyšuje roční úsilí o údržbu, a tím i potřebné lidské zdroje.

V hustě zastavěných centrálních městských oblastech je důležitý estetický aspekt. Plán navrhuje nasměrovat odtok do uličních pruhů a květinových záhonů, které jsou vybaveny infiltračními strukturami spolu s podzemními odvodňovacími řešeními – jako jsou ty, které se staví v Lappeenranta.

Potenciálním omezujícím faktorem je koordinace mezi zúčastněnými institucemi a subjekty. Údržba a obhospodařování mokřadů je odpovědností Greenreality, služby obce pro ochranu životního prostředí a udržitelný rozvoj města, zatímco ostatní struktury pro hospodaření s dešťovou vodou, jako jsou povodí pro zadržování dešťové vody (Heinäkatu) a infiltrační oblast Koulukatu (pilotní projekt TransformAr), spravuje oddělení Ulice a městské životní prostředí v rámci údržby ulic a zelených ploch. Omezujícím faktorem plánu může být také koordinace mezi soukromou a veřejnou odpovědností za hospodaření s dešťovou vodou a připojení k hlavním kanalizačním sítím v případě soukromých nemovitostí. Obzvláště znepokojivé je řízení odtoku z průmyslových areálů vzhledem k široké škále znečišťujících látek, které mohou vypouštět, což zase vyžaduje individuální řešení.

Výstavba mokřadů byla obzvláště úspěšná a nezdá se, že by trpěla významnými omezujícími faktory. Dostupnost půdy nebyla problémem kvůli klesající zemědělské činnosti v oblasti Lappeenranta. Jediným dočasným omezujícím faktorem je čas - trvá asi tři roky, než mokřad plně provede své funkce filtrace vody a regulace. Na druhou stranu, mokřady mají také malebné účinky a zvyšují rekreační přitažlivost dotčených oblastí.

Další výhodou je replikovatelnost řešení. Město Lappeenranta se připojilo k projektu H2020 TransformAr jako partner pro demonstrační lokalitu, aby zlepšilo a demonstrovalo některá adaptační opatření přijatá v rámci plánu hospodaření se srážkovou vodou. Pokrytí těchto adaptačních akcí projektem TransformAr poskytuje jedinečnou příležitost pro sledování jejich vývoje a měření jejich účinnosti a přenositelnosti. Vzhledem k tomu byl v rámci projektu vyvinut navazující program s norským městem Gjøvik, městem s přibližně 30 000 obyvateli na jezeře Mjøsa, největším jezeře v Norsku. Gjøvik byl vybrán jako replikátor pro Lappeenranta vzhledem k jejich podobné klimatické zranitelnosti, pokud jde o územní plánování a vodní hospodářství. Projekt TransformAr monitoruje implementaci stejného adaptačního řešení v Gjøviku jako v Lappeenrantě.

Náklady na údržbu zelených ploch zahrnují zimní údržbu, čištění, údržbu staveb, vybavení a zařízení a péči o vegetaci. V roce 2023 činily celkové náklady na údržbu zelených ploch 1,69 EUR/m2.

Výstavba a údržba mokřadů se plánují na základě jednotlivých lokalit, a proto nelze poskytnout „typický“ údaj o těchto nákladech. Administrativa Lappeenranta však pro ilustraci rozsahu souvisejících nákladů poskytla následující příklady výstavby mokřadů:

• Retenční nádrž Heinäkatu stála 44 EUR/m2 na plochu 3 000 m2 v celkové výši 132 000 EUR. Patří sem náklady na materiál, dopravu a práci, náklady na výsadbu nových stromů a vegetace, práce na staveništi, včetně řízení výstavby a dalších úkolů na staveništi, a stavební úkoly, které přímo nese správa města.
• Infiltrační oblast Koulukatu stála 340 EUR/m2 na 245 m2 v celkové výši 83 300 EUR. Patří sem náklady na materiál pro vsakovací oblast a potrubí, které do této oblasti vypouští dešťovou vodu, související náklady na dopravu a pracovní sílu, náklady na výsadbu nových stromů a vegetace, jakož i práce na staveništi, včetně řízení výstavby a dalších úkolů na staveništi, a stavební úkoly přímo hrazené správou města.
• Náklady na monitorování/senzory, včetně senzorů, instalace, údržby, řízení, monitorování a oprav a datových služeb po dobu 26 měsíců, činí celkem 21 000 EUR na 5 monitorovacích míst ve 3 oblastech.

Přínosy těchto opatření zavedených v rámci této případové studie nebyly posouzeny z kvantitativního hlediska. Posílení kontroly kvality vody má zřejmý přínos pro blaho občanů a návštěvníků Lappeenranty, pokud jde o zdravotní bezpečnost vyplývající ze spolehlivých norem pro vodu pro použití v domácnostech a pro rekreační účely, a to i v případě povodní. Využívání řešení inspirovaných přírodou k vytváření mokřadů na území obce zvyšuje dostupnost zelených ploch. Síť mokřadů také zvyšuje biologickou rozmanitost a poskytuje stanoviště pro mnoho ptáků a hmyzu.

Základem pro přímé vedení obce Lappeenranta v novém programu hospodaření s dešťovou vodou (včetně přírodě blízkých řešení) je novela zákona o hospodaření s vodou z roku 2014. Dříve bylo hospodaření s dešťovou vodou upraveno zákonem o hospodaření s vodou; v návaznosti na novelu je hospodaření s dešťovou vodou nyní upraveno zákonem o využívání půdy a výstavbě s cílem a za účelem podpory hospodaření s dešťovou vodou v plném rozsahu. Podle zákona o využívání půdy a výstavbě je za organizaci hospodaření s dešťovou vodou odpovědná obec. To se automaticky nepromítá do začlenění soukromého vlastnictví do systému, což vyžaduje koordinaci veřejných a soukromých odpovědností.

V roce 2018 došlo k reorganizaci vlastnictví sítě dešťových vod a částí vodovodní sítě (rozhodnutí městské rady). Po změně vlastnictví byla mezi městem a vodohospodářským podnikem podepsána čtyřletá smlouva o poskytování služeb, která zahrnovala také povinnost vypracovat celoměstský plán dešťové vody. Hospodaření se srážkovou vodou se řídí územními předpisy, prioritami pro hospodaření se srážkovou vodou města (oddíl 2.2) a stavebním zákonem. Město Lappeenranta také vlastní síť pro odvod dešťové vody.

Osm opatření inspirovaných přírodou je již zavedeno. Očekává se, že nový otevřený příkopový systém spolu se senzory, sítí občanské vědy a průzkumem bude dokončen do konce roku 2025 v časovém rámci projektu TransformAr. Celkem bude v rámci tohoto programu implementováno 11 přírodních řešení, včetně infiltrační oblasti Koulukatu (pilotní lokalitaTransformAr).

Očekává se, že mokřady, budou-li řádně udržovány, budou trvat neomezeně dlouho. Senzory jsou na druhé straně relativně krátkodobé, od přibližně jednoho roku do 10 let nebo méně, v závislosti na konkrétních podmínkách v místě instalace, a v případě poruchy budou muset být nahrazeny (podrobnosti viz Zhu et al, 2023).

Sanna Varis

sanna.varis@lappeenranta.fi

Město Lappeenranta Plán péče o srážkovou vodu (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan Ohjelma)

Ču a kol. (2023). Pohled koncových uživatelů na nízkonákladové senzory pro monitorování městské dešťové vody: přezkum. Voda Věda & Technologie 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142