Schutz der Oberflächenwasserqualität in Lappeenranta, Finnland

In Finnland ist die Wasserqualität im Saimaa-See in der Nähe von Lappeenranta durch vermehrte Niederschläge, Überschwemmungen und extreme Wetterereignisse aufgrund des Klimawandels gefährdet. Hochwasser und Wasser aus schmelzendem Schnee tragen Verunreinigungen (Mikroplastik, Öle und andere Chemikalien, Nährstoffe, feste und organische Stoffe) in den See. Nährstoffbelastung verursacht Eutrophierung des Sees. Wenn die Nährstoffbelastung zu einer schädlichen Algenblüte führt, kann das Trinken oder Schwimmen im betroffenen Wasser schwerwiegende gesundheitliche Komplikationen verursachen. Zum Beispiel kann das Schwimmen an einem Strand, an dem blaugrüne Algen vorhanden sind, die Haut reizen oder Magensymptome (z.B. Übelkeit, Magenschmerzen, Durchfall, Erbrechen) oder grippeähnliche Symptome (z.B. laufende Nase, Kopfschmerzen, Augenreizung, Fieber) verursachen. Dies ist besonders problematisch, da der Saimaa-See eine Trinkwasserquelle und ein Erholungszentrum ist.

Das Sturm- und Schmelzwassermanagement ist daher von zentraler Bedeutung, um diese Herausforderungen zu meistern. Das aktuelle Klimaprogramm hat zum Ziel, die Mengen an Regenwasser und Schmelzwasser in den städtischen Regenwasser- und Abwassersystemen zu reduzieren. Im Regenwasserbewirtschaftungsplan der Gemeinde wird die Notwendigkeit beschrieben, die derzeitigen Netze und Einrichtungen an die künftigen Anforderungen anzupassen und die Fähigkeit der Stadt zu verbessern, unerwünschte Stoffe aus Regen- und Schmelzwasser herauszufiltern.

Die Erstellung eines umfassenden Plans für eine nachhaltige Regenwasseraufbereitung für Lappeenranta ist eine komplexe Aufgabe. Die Stadt erstreckt sich über fünf Einzugsgebiete (Saimaa, Saimaa Kanava, Ruoholampi, Rakkolanjoki und Alajoki). Wie alle Städte ist Lappeenranta ein komplexes städtisches System mit komplizierten physischen, eigentumsrechtlichen und rechtlichen Zusammenhängen zwischen seinen Komponenten (Parks, Straßen, Wohngebäude, Geschäftsgebäude, Industrie usw.).

Der Regenwasserbewirtschaftungsplan hebt Aspekte hervor, die bei der Gestaltung der Regenwasserbewirtschaftungsinfrastruktur berücksichtigt werden müssen, wie das Vorhandensein von Naturschutzgebieten, historischen Kulturerbestätten oder wertvollen Landschaftsgebieten, die bei der Ermittlung der Standorte für neue Regenwasserbewirtschaftungsanlagen weite Liegeplätze erhalten sollten. Ein zentrales Thema ist die maximale Niederschlagsmenge, die das System angesichts des erwarteten Anstiegs von Extremereignissen aufgrund des Klimawandels und der lokalen spezifischen Bedingungen und Anfälligkeiten - insbesondere der Größe und Situation des Einleitungswasserkörpers - bewältigen kann.

Das übergeordnete Ziel der Wasserbewirtschaftung, wie im Regenwasserbewirtschaftungsplan angegeben, besteht darin, eine Verschlechterung des Grundwassers in Bezug auf den ökologischen Zustand und die Wasserqualität für den menschlichen Gebrauch, einschließlich Erholungszwecke, zu verhindern. Im Plan sind die folgenden Ziele für die Regenwasserbewirtschaftung aufgeführt:

• Bewältigung und möglicherweise Verhinderung von Hochwasserschäden durch Regenwasser
• Erhaltung der Grundwasserressourcen, indem verhindert wird, dass Schadstoffe in das Grundwasser gelangen, und die Aufnahme von Wasser in das Grundwasser optimiert wird
• Erhaltung der Freizeitnutzung von Gewässern durch Regenwasserqualitätsmanagement durch Reduzierung des Nährstoffeintrags in Gewässer
• Minimierung des Ausbaus des Rohrleitungsnetzes und der Menge des in die Kläranlage eingeleiteten Regenwassers
• Steigerung der natürlichen und standorteigenen Regenwasserbewirtschaftungsmethoden zur Förderung der Biodiversität in Natur und städtischen Gebieten, die im Mittelpunkt dieser Fallstudie stehen
• Nutzung von Regenwasser als Ressource, z.B. als Landschaftselement, zur Bewässerung oder als Feuchtgebiet

Der Plan enthält auch spezifischere Ziele für das Management der Regenwasserqualität in aufnehmenden Gewässern, wie die Verringerung der Nährstoffbelastung und die Verhinderung von Algenblüten in der westlichen Saimaa-Region.

Der Regenwassermanagementplan legt die Bedingungen für den Einsatz naturbasierter Lösungen fest, wie z. B. die Änderung des Straßenlayouts zur Bereitstellung von Grünstreifen und Biofiltrationsbereichen und die Bereitstellung von Platz für Managementstrukturen, da Regenwasser von stark frequentierten Straßen Metalle, Öle und Mikroplastik transportieren kann. Zu den Empfehlungen gehören die Umsetzung des Wasserqualitätsmanagements, wie die Leitung von Regenwasser, und die verstärkte Nutzung durchlässiger Gehwege und offener Gräben als Straßenentwässerungslösungen. Es wird ein neues naturbasiertes Entwässerungssystem auf den Straßen der Stadt eingeführt, das die Anpflanzung eines optimierten Vegetationsmixes entlang des Bordsteins umfasst, um die Filtration des Wassers zum darunter liegenden Wassersammelsystem zu verbessern. Dieses System ist mit Sensoren zur Fernüberwachung von Regenwasserqualität und -fluss sowie Überschwemmungen im Entwässerungssystem gekoppelt.

Acht neue städtische Feuchtgebiete wurden errichtet; sieben entlang des Ufers des Pien-Saimaan-Sees und eines am Ufer des Ruoholampi-Sees in der Nähe von Lappeenranta, letzterer wurde im September 2023 fertiggestellt. Das Gebiet der sieben Pien-Saimaan-Feuchtgebiete umfasst drei Teiche und einen bachartigen Abschnitt, der das vom Bachwassernetz gesammelte Wasser in die Feuchtgebiete bringt. Die Teiche verlangsamen den Wasserfluss, so dass sich Schadstoffe im Saimaa-Wasser am Boden absetzen können. Die Teiche sind in verschiedenen Höhen an einem Hang gebaut, und da der Wasserstand erheblich variieren kann, wurden die Pools mit einem System ausgestattet, um Überläufe aufzunehmen. Das Ruoholampi-Feuchtgebiet verhindert, dass Nährstoffe und Feststoffe in den Ruoholampi-See und von dort nach Pien-Saimaa fließen. Es verbessert auch die biologische Vielfalt und, in der Nähe einer Schule gebaut, das Wohlergehen der Schüler. Weitere naturnahe Regenwasserbewirtschaftungsstrukturen sind Regenrückhaltebecken (Heinäkatu) und das Infiltrationsgebiet Koulukatu (Pilotstandort des Projekts TransformAr).

Heinäkatu Rückhaltebecken wird verwendet, um Regenwasserabfluss zu verlangsamen, so Hochwasserspitzen bei starken Regenfällen auszugleichen und als Kapazitätspuffer für das Regenwasserkanalisationsnetz zu fungieren. Das Wasser wird im Retentionsbereich gesammelt und am anderen Ende in das System eingeleitet. Im Retentionsbereich wird der Wasserfluss verlangsamt, was die Abscheidung von Feststoffen und anderen Schadstoffen ermöglicht, so dass das Wasser, das in die Regenwasserkanalisation zurückgeführt wird, sauberer ist. Vegetation, die sich im Laufe der Zeit in den Becken entwickelt, verbessert die Reinigung des Wassers und hilft bei der Verdunstung. Die Anlage besteht aus zwei Becken mit einem Natursteindamm dazwischen. Die Becken sind flach mit einer Tiefe von etwa 0,5 m und können zwischen den Regenfällen austrocknen. Trittsteine wurden am Damm installiert, um eine genauere Besichtigung der Becken zu fördern, da der Bereich auch als Lernumgebung für die Schüler einer nahe gelegenen Schule genutzt wird.

Die Renovierung der Koulukatu-Straße umfasst einen Regenwasser-Biofiltrationsbereich im grünen Teil der Straße, der die Menge des in die Kanalisation und in unbehandelte Gewässer eingeleiteten Regenwassers reduziert. Regenwasser wird durch die strukturellen Schichten von Biokohle und Kalkstein bis zum Grundwasserspiegel absorbiert und wieder aufgeladen.

Darüber hinaus wird in der künstlichen Grundwasseranlage Huhtiniemi in Lappeenranta häusliches Wasser durch Infiltration von Oberflächenwasser aus dem westlichen Teil der Pien-Saimaa in das Grundwasser erzeugt. Huhtiniemi ist die einzige künstliche Grundwasseranlage von insgesamt 10 Grundwassereinlässen in Lappeenranta. Rohwasser wird von Saimaa in Sandfilterbecken auf dem Huhtiniemi-Kamm gepumpt, der als natürlicher Filter dient, der das Wasser effektiv reinigt. Das Wasser wird dann aus Brunnen gepumpt und vor dem Eintritt in das Wasserverteilungsnetz einer Alkalisierungsbehandlung und UV-Desinfektion unterzogen.

Darüber hinaus wird das städtische Abflusssystem mit einer Reihe neuer Sensoren und einer gekoppelten Überwachung der Kontamination, der Wasserqualität und des Flusses innerhalb des Entwässerungssystems verbessert und überwacht. Darüber hinaus erhalten die Bewohner die Möglichkeit, die implementierten Lösungen über eine Crowdsourcing-Smartphone-Anwendung zu überwachen.

Zur Vorbereitung des Regenwassermanagementplans wurde der Konsultationsprozess der Interessenträger im Herbst 2019 in drei Workshops durchgeführt, an denen Lappeenrannan Energiaverkot Oy (ein lokaler Wasser- und Energieverteiler), die Verwaltung des Grundbesitzes der Stadt Lappeenranta, Stadtplanung, Straßen und Umwelt, Umweltdienste, Gebäudekontrolle, der Rettungsdienst für Südkarelien und das ELY-Zentrum Südostfinnland (ein regionales Entwicklungszentrum) teilnahmen. Die Themen der Workshops waren Regenwasser- und Landnutzungsplanung, Regenwasser- und Informationssysteme sowie natürliches Regenwassermanagement. Die Zusammenfassungen der Workshops wurden verwendet, um einen vorläufigen Inhaltssatz für den Regenwassermanagementplan sowie eine elektronische Liste der notwendigen Dokumente zu erstellen, auf denen dieser Plan basiert.

Platzbeschränkungen sind eine Einschränkung im Regenwassermanagement. Der Regenwassermanagementplan stellt fest, dass Regenwasserqualitätsmanagementstrukturen in der Regel für ein- oder zweijährliche starke Regenfälle ausgelegt sind und eine zusätzliche Marge von 20% für den Klimawandel ermöglichen, aber an einigen Orten gibt es möglicherweise nicht genug Platz, um auch nur ein einmal im Jahr auftretendes Regenereignis zu bewältigen. In einer solchen Situation wurde eine Kosten-Nutzen-Bewertung alternativer Lösungen wie naturbasierter Lösungen - städtische Feuchtgebiete, die in Lappeenranta entwickelt wurden - durchgeführt. Darüber hinaus erhöht die Erhöhung der Anzahl der Regenwasserstrukturen auch den jährlichen Wartungsaufwand und damit den Personalbedarf.

In dicht bebauten zentralen Stadtgebieten ist ein ästhetischer Aspekt wichtig. Der Plan schlägt vor, Abflüsse in die Baumspuren und Blumenbeete der Straßen zu leiten, die mit Infiltrationsstrukturen ausgestattet sind und mit unterirdischen Entwässerungslösungen gekoppelt sind, wie sie in Lappeenranta gebaut werden.

Ein potenzieller einschränkender Faktor ist die Koordinierung zwischen den beteiligten Institutionen und Akteuren. Die Instandhaltung und Bewirtschaftung von Feuchtgebieten fällt in die Zuständigkeit von Greenreality, dem Dienst der Gemeinde für Umweltschutz und nachhaltige Entwicklung der Stadt, während andere Regenwasserbewirtschaftungsstrukturen wie Regenrückhaltebecken (Heinäkatu) und das Infiltrationsgebiet Koulukatu (Pilotstandort des Projekts TransformAr) von der Abteilung Straßen und städtische Umwelt im Rahmen der Instandhaltung von Straßen und Grünflächen verwaltet werden. Die Koordinierung zwischen privater und öffentlicher Verantwortung für die Regenwasserbewirtschaftung und den Anschluss an die wichtigsten Entwässerungsnetze bei Privatgrundstücken kann ebenfalls ein einschränkender Faktor für den Plan sein. Besonders besorgniserregend ist das Abflussmanagement von Industriestandorten aufgrund der Vielzahl von Schadstoffen, die sie ableiten können, was wiederum Einzelfalllösungen erfordert.

Der Feuchtgebietsbau war besonders erfolgreich und scheint keine wesentlichen einschränkenden Faktoren erlitten zu haben. Die Verfügbarkeit von Land war aufgrund der rückläufigen landwirtschaftlichen Aktivitäten in der Region Lappeenranta kein Problem. Der einzige vorübergehende limitierende Faktor ist die Zeit - es dauert etwa drei Jahre, bis ein Feuchtgebiet seine Funktionen zur Wasserfiltration und -regulierung vollständig erfüllt. Auf der positiven Seite haben Feuchtgebiete auch landschaftliche Auswirkungen und erhöhen die Freizeitattraktivität der betroffenen Gebiete.

Ein weiterer Vorteil ist die Reproduzierbarkeit der Lösungen. Die Stadt Lappeenranta trat dem Projekt H2020 TransformAr als Demonstrationsstandortpartner bei, um einige Anpassungsmaßnahmen im Rahmen des Regenwassermanagementplans zu verbessern und zu demonstrieren. Die Abdeckung dieser Anpassungsmaßnahmen durch das TransformAr-Projekt bietet eine einzigartige Gelegenheit, ihre Entwicklung zu überwachen und ihre Wirksamkeit und Übertragbarkeit zu messen. In Anbetracht dessen wurde im Rahmen des Projekts ein Folgeprogramm mit der norwegischen Stadt Gjøvik entwickelt, einer Stadt mit rund 30.000 Einwohnern am Mjøsa-See, dem größten See Norwegens. Gjøvik wurde aufgrund ihrer ähnlichen Klimaanfälligkeit in Bezug auf Stadtplanung und Wassermanagement als Replikator für Lappeenranta ausgewählt. Das TransformAr-Projekt überwacht die Implementierung derselben Anpassungslösung in Gjøvik wie in Lappeenranta.

Die Kosten für die Pflege von Grünflächen umfassen Winterpflege, Reinigung, Wartung von Strukturen, Ausrüstung und Einrichtung sowie Vegetationsmanagement. Im Jahr 2023 beliefen sich die Gesamtinstandhaltungskosten für Grünflächen auf 1,69 EUR/m2.

Der Bau und die Instandhaltung von Feuchtgebieten werden standortbezogen geplant, so dass für diese Kosten keine „typische“ Zahl angegeben werden kann. Zur Veranschaulichung der damit verbundenen Kosten hat die Verwaltung von Lappeenranta jedoch die folgenden Beispiele für den Bau der Feuchtgebiete vorgelegt:

• Das Rückhaltebecken von Heinäkatu kostete 44 €/m2 für eine Fläche von 3.000 m2, insgesamt 132.000 €. Dazu gehören die Kosten für Material, Transport und Arbeit, die Kosten für die Anpflanzung neuer Bäume und Vegetation, Baustellenarbeiten, einschließlich Bauleitung und anderer Baustellenaufgaben, sowie die Bauaufgaben, die direkt von der Stadtverwaltung getragen werden.
• Die Koulukatu-Infiltrationsfläche kostete 340 €/m² für 245 m², insgesamt 83.300 €. Dazu gehören die Kosten für die Materialien für die Infiltrationsfläche und die Rohre, die Regenwasser in das Gebiet leiten, die damit verbundenen Transport- und Arbeitskosten, die Kosten für die Anpflanzung neuer Bäume und Vegetation sowie die Baustellenarbeiten, einschließlich der Bauleitung und anderer Baustellenaufgaben, und die Bauaufgaben, die direkt von der Stadtverwaltung getragen werden.
• Schließlich belaufen sich die Kosten für die Überwachung/Sensorik, einschließlich Sensoren, Installation, Wartung, Verwaltung, Überwachung und Reparatur sowie Datendienste für 26 Monate, auf insgesamt 21.000 EUR für 5 Überwachungsstellen in 3 Bereichen.

Die Vorteile dieser im Rahmen dieser Fallstudie eingeführten Maßnahmen wurden nicht quantitativ bewertet. Die Stärkung der Kontrolle der Wasserqualität hat offensichtliche Vorteile für das Wohlergehen der Bürger und Besucher von Lappeenranta, was die Gesundheitssicherheit betrifft, die sich aus zuverlässigen Wassernormen für den häuslichen Gebrauch und für Freizeitzwecke ergibt, selbst bei Hochwasserereignissen. Der Einsatz naturbasierter Lösungen zur Schaffung von Feuchtgebieten im Gemeindegebiet erhöht die Verfügbarkeit von Grünflächen. Das Netz von Feuchtgebieten erhöht auch die Artenvielfalt und bietet vielen Vögeln und Insekten einen Lebensraum.

Grundlage für die direkte Leitung der Gemeinde Lappeenranta im neuen Regenwassermanagementprogramm (inklusive NBS) ist eine Novellierung des Wasserwirtschaftsgesetzes im Jahr 2014. Zuvor war die Regenwasserbewirtschaftung im Wasserwirtschaftsgesetz geregelt; Nach der Änderung wird die Regenwasserbewirtschaftung nun durch das Landnutzungs- und Baugesetz geregelt, mit dem Ziel und Zweck, die Regenwasserbewirtschaftung in ihrer Gesamtheit zu fördern. Nach dem Landnutzungs- und Baugesetz liegt die Verantwortung für die Organisation des Regenwassermanagements bei der Gemeinde. Dies führt nicht automatisch zur Einbeziehung des Privateigentums in das System, was eine Koordinierung der öffentlichen und privaten Zuständigkeiten erfordert.

Im Jahr 2018 wurde der Besitz des Regenwassernetzes und Teile des Wasserversorgungsnetzes neu organisiert (Beschluss des Stadtrats). Nach dem Eigentümerwechsel wurde ein vierjähriger Servicevertrag zwischen der Stadt und dem Wasserversorger unterzeichnet, der auch die Verpflichtung zur Erstellung eines stadtweiten Regenwasserplans beinhaltete. Das Regenwassermanagement orientiert sich an den Zonierungsvorschriften, den Regenwassermanagementprioritäten der Stadt (Abschnitt 2.2) und dem Baugesetzbuch. Die Stadt Lappeenranta besitzt auch das Regenwasserentwässerungsnetz.

Acht naturbasierte Maßnahmen sind bereits in Kraft. Das neue offene Grabensystem in Verbindung mit Sensoren, dem Citizen-Science-Netzwerk und der Umfrage soll bis Ende 2025 innerhalb des Zeitrahmens des TransformAr-Projekts abgeschlossen sein. Insgesamt werden 11 naturbasierte Lösungsstandorte, darunter das Infiltrationsgebiet Koulukatu (TransformAr-Pilotstandort), im Rahmen dieses Programms implementiert.

Es wird erwartet, dass Feuchtgebiete, wenn sie ordnungsgemäß gepflegt werden, auf unbestimmte Zeit bestehen bleiben. Sensoren hingegen sind je nach den spezifischen Bedingungen am Installationsort von etwa einem Jahr bis zu 10 Jahren oder weniger relativ kurzlebig und müssen im Fehlerfall ausgetauscht werden (Einzelheiten siehe Zhu et al., 2023).

Sanna Varis

sanna.varis@lappeenranta.fi

Regenwassermanagementplan der Stadt Lappeenranta (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan Ohjelma)

Zhu et al. (2023). Endnutzerperspektive von Low-Cost-Sensoren für die städtische Regenwasserüberwachung: eine Überprüfung. Wasserwissenschaften & Technologie 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142