Schutz der Oberflächenwasserqualität in Lappeenranta, Finnland
Ein Regenwassermanagement-Programm integriert Infrastruktur und naturbasierte Lösungen, um hohe Qualitätsstandards für Seewasser in Lappeenranta, Finnland, zu gewährleisten, wo der Klimawandel das Risiko für die menschliche Gesundheit aufgrund der Verschlechterung der Trinkwasser- und Badegewässerqualität im Saimaasee erhöhen wird.
Lappeenranta ist eine mittelgroße Stadt (73,000 Einwohner) am Ufer des Sees Saimaa im Südosten Finnlands. Die Stadt ist mit erheblichen Risiken für den Klimawandel durch erhöhte Regenfälle, extremes Wetter und Überschwemmungen konfrontiert. Hochwasser und Wasser aus schmelzendem Schnee tragen Verunreinigungen, die die Wasserqualität im See verringern und die Trinkwasser- und Badegewässerqualität für Lappeenranta-Bewohner gefährden. Höhere Niederschläge erhöhen die Nährstoffbelastung und Eutrophierung des Sees. Jede Verschlechterung der Wasserqualität des Sees kann eine Bedrohung für die Gesundheit der Lappeenranta darstellen, da er sowohl als Trinkwasserquelle als auch zum Baden verwendet wird.
Die Stadt hat durch das Umweltbüro der Region Lappeenranta ein Programm zur Wiederherstellung von Umwelt- und Wasserqualität für einen Teil des Saimaa-Sees, den sogenannten „Pien-Saimaa“ (Small Saimaa), durchgeführt. Lappeenranta schließt außerdem einen neuen Sturmwasser-Managementplan und ein Klimaprogramm für Klimaschutz und Anpassung ab. Acht Feuchtgebiete, die für das Regenwassermanagement entwickelt wurden, wurden bereits gebaut, während das städtische Abflusssystem ein verbessertes Design und ein neues Überwachungssystem erhält. Diese physischen Maßnahmen werden durch bürgerwissenschaftliche Initiativen und Integration öffentlicher Maßnahmen und privater Aktivitäten unterstützt, wie zum Beispiel die Anbindung von Privatimmobilien an das Regenwasserentwässerungsnetz und gleichzeitig die Bereitstellung von Infiltrations- oder Rückhaltesystemen auf Privatgrundstücken.
Beschreibung der Fallstudien
Herausforderungen
In Finnland ist die Wasserqualität im See Saimaa bei Lappeenranta durch erhöhte Regenfälle, Überschwemmungen und extreme Wetterereignisse aufgrund des Klimawandels gefährdet. Hochwasser und Wasser aus schmelzendem Schnee transportieren Verunreinigungen (Mikroplastik, Öle und andere Chemikalien, Nährstoffe, feste und organische Stoffe) zum See. Nährstoffbelastung verursacht Eutrophierung des Sees. Wenn Nährstoffverschmutzung zu einer schädlichen Algenblüte führt, kann das Trinken oder Schwimmen im betroffenen Wasser zu schwerwiegenden gesundheitlichen Komplikationen führen. Zum Beispiel kann das Schwimmen an einem Strand, an dem blaugrüne Algen vorhanden sind, die Haut reizen oder Magen (z. B. Übelkeit, Magenschmerzen, Durchfall, Erbrechen) oder grippeähnliche Symptome (z. B. laufende Nase, Kopfschmerzen, Augenreizung, Fieber) verursachen. Dies ist besonders problematisch, da der Saimaasee eine Trinkwasserquelle und ein Erholungszentrum ist.
Sturm- und Schmelzwassermanagement ist daher von zentraler Bedeutung für die Bewältigung dieser Herausforderungen. Das aktuelle Klimaprogramm zielt darauf ab, die Mengen an Regenwasser und Schmelzwasser in den städtischen Regenwasser- und Abwassersystemen zu reduzieren. Der Stormwater Management Plan der Gemeinde beschreibt die Notwendigkeit, die bestehenden Netze und Anlagen an zukünftige Anforderungen anzupassen und die Fähigkeit der Stadt zu erhöhen, unerwünschte Substanzen aus Regenwasser und Schmelzwasser herauszufiltern.
Die Entwicklung 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, Gewerbegebäude, Industrien usw.).
Der Stormwater Management Plan hebt Fragen hervor, die bei der Gestaltung der Infrastruktur für die Regenwasserbewirtschaftung berücksichtigt werden müssen, wie zum Beispiel das Vorhandensein von Naturschutzgebieten, historischen Stätten oder wertvollen Landschaftsgebieten, die bei der Identifizierung der Standorte für neue Regenwasserbewirtschaftungsanlagen mit großem Liegeplatz ausgestattet werden sollten. Ein zentrales Problem ist, dass das System unter Berücksichtigung des erwarteten Anstiegs der Extremereignisse aufgrund des Klimawandels und der lokalen spezifischen Bedingungen und Verwundbarkeiten – insbesondere der Größe und Situation des Abflusswasserkörpers – die maximale Niederschlagsmenge bewältigen kann.
Ziele
Das allgemeine Ziel der Wasserbewirtschaftung, wie im Sturmwasserbewirtschaftungsplan angegeben, besteht darin, eine Verschlechterung des Grundwassers in Bezug auf den ökologischen Zustand und die Wasserqualität für den menschlichen Gebrauch, einschließlich Erholungszwecken, zu verhindern. Der Plan listet folgende Ziele für die Regenwasserbewirtschaftung auf:
- Bewältigung und mögliche Vermeidung von Hochwasserschäden durch Regenwasser
- Erhaltung der Grundwasserressourcen, indem verhindert wird, dass Schadstoffe in das Grundwasser gelangen und die Absorption von Wasser in das Grundwasser optimiert wird
- Erhaltung der Freizeitnutzung von Wasserkörpern durch Regenwasserqualitätsmanagement durch Verringerung des Nährstoffeinsatzes in Gewässer
- Minimierung des Ausbaus des Rohrleitungsnetzes und der Menge an Regenwasser, die in die Kläranlage geleitet wird
- Verbesserung der natürlichen und lokalen Regenwasserbewirtschaftungsmethoden zur Förderung der biologischen Vielfalt in der Natur und in städtischen Gebieten, die den Schwerpunkt dieser Fallstudie bildet
- Verwendung von Regenwasser als Ressource, wie zum Beispiel Landschaftsmerkmal, für Bewässerung oder Feuchtgebiet
In dem Plan werden auch spezifischere Ziele für das Management der Regenwasserqualität in aufnehmenden Gewässern festgelegt, wie z. B. die Verringerung der Nährstoffbelastung und die Verhinderung von Algenblüten in der westlichen Saimaa-Region.
In diesem Fall umgesetzte Anpassungsoptionen
Lösungen
Der Stormwater Management Plan legt die Bedingungen für die Nutzung naturbasierter Lösungen fest, wie z. B. die Änderung des Straßenlayouts zur Bereitstellung von Grünstreifen und Biofiltrationsflächen und Raum für Managementstrukturen, da Regenwasser aus stark befahrenen 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 Bürgersteige und offener Gräben als Straßenentwässerungslösungen. Es wird ein neues naturbasiertes Entwässerungssystem auf den Straßen der Stadt eingerichtet, das die Anpflanzung eines optimierten Vegetationsmixes entlang des Bordsteins einschließt, um die Filtration des Wassers an das zugrunde liegende Wassersammelsystem zu verbessern. Dieses System ist gekoppelt mit Sensoren zur Fernüberwachung der Regenwasserqualität und -strömung sowie zur Überflutung im Entwässerungssystem.
Acht neue städtische Feuchtgebiete wurden gebaut; sieben am Ufer des Sees Pien-Saimaan und einer am Ufer des Ruoholampi-Sees in der Nähe von Lappeenranta, letzterer wurde im September 2023 fertiggestellt. Das Gebiet der sieben Feuchtgebiete von Pien-Saimaan umfasst drei Teiche und einen stromartigen 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 niederlassen können. Die Teiche sind in verschiedenen Höhen an einem Hang gebaut, und da der Wasserstand erheblich variieren kann, wurden die Becken mit einem System ausgestattet, um Überläufe aufzunehmen. Das Feuchtgebiet Ruoholampi verhindert, dass Nährstoffe und feste Stoffe in den Ruoholampi-See und von dort nach Pien-Saimaa fließen. Es verbessert auch die biologische Vielfalt und wird in der Nähe einer Schule gebaut, das Wohlergehen der Schüler. Weitere naturbasierte Regenwassermanagementstrukturen sind Regenwasserretentionsbecken (Heinäkatu) und das Infiltrationsgebiet Koulukatu (der Pilotstandort für Transformatoren).
Heinäkatu Rückhaltebecken wird verwendet, um Regenwasserabfluss zu verlangsamen, so Hochwasserspitzen bei starkem Regen auszugleichen und als Kapazitätspuffer für das Regenwasserkanalnetz zu fungieren. Das Wasser wird im Retentionsbereich gesammelt und am anderen Ende in das System abgegeben. Im Retentionsbereich wird der Wasserfluss verlangsamt, so dass Feststoffe und andere Schadstoffe abgelagert werden können, so dass das in den Regenwasserkanal zurückgeführte Wasser 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 ca. 0,5 m und können zwischen Regenfällen austrocknen. Am Staudamm wurden Stufensteine installiert, um eine genauere Betrachtung der Becken zu fördern, da das Gebiet auch als Lernumgebung für die Schüler einer nahe gelegenen Schule genutzt wird.
Die Renovierung der Straße Koulukatu umfasst einen Regenwasser-Biofiltrationsbereich im grünen Abschnitt der Straße, der die Menge des Regenwassers reduziert, das in Kanalisation und unbehandelte Gewässer geleitet wird. Regenwasser wird bis zum Grundwassertisch durch die Strukturschichten aus Biokohle und Kalkstein absorbiert und wieder aufgeladen.
Darüber hinaus wird in der künstlichen Grundwasseranlage Huhtiniemi in Lappeenranta Hauswasser durch Infiltration von Oberflächenwasser aus dem westlichen Teil des Pien-Saimaa in das Grundwasser erzeugt. Huhtiniemi ist die einzige künstliche Grundwasseranlage von insgesamt 10 Grundwassereingängen 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 Alkalisationsbehandlung und ultravioletten Desinfektion unterzogen.
Darüber hinaus wird das städtische Abflusssystem mit einer Reihe neuer Sensoren und einer gekoppelten Überwachung der Verschmutzung, 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.
Relevanz
Der Fall wurde als Maßnahme zur Anpassung an den Klimawandel entwickelt, umgesetzt und teilweise finanziert.
Zusätzliche Details
Stakeholderbeteiligung
Zur Vorbereitung des Stormwater Management Plans wurde die Konsultation der Interessenträger im Herbst 2019 in drei Workshops durchgeführt, an denen Lappeenrannan Energiaverkot Oy (ein lokales Wasser- und Energieversorgungsunternehmen), die Landverwaltung der Stadt Lappeenranta, Stadtplanung, Straßen und Umwelt, Umweltdienstleistungen, Gebäudekontrolle, der Rettungsdienst Südkarelien und das ELY-Zentrum Südostfinnland (Regionalentwicklungszentrum) teilnahmen. Die Themen der Workshops waren Regenwasser- und Landnutzungsplanung, Regenwasser- und Informationssysteme sowie natürliches Regenwassermanagement. Die Zusammenfassungen der Workshops wurden verwendet, um eine vorläufige Reihe von Inhalten für den Sturmwasserbewirtschaftungsplan sowie eine elektronische Liste der notwendigen Dokumente zu erstellen, auf denen dieser Plan basiert.
Erfolgsfaktoren und Hemmnisse
Platzbeschränkungen sind eine Einschränkung im Regenwassermanagement. Der Stormwater Management Plan stellt fest, dass Regenwasserqualitätsmanagementstrukturen in der Regel für einmaljährliche oder halbjährliche starke Regenfälle bemessen sind und eine zusätzliche Marge von 20 % für den Klimawandel ermöglichen, aber an einigen Orten gibt es möglicherweise nicht genug Platz, um auch ein einmal pro Jahr Niederschlagsereignis zu bewältigen. In dieser Situation wurde eine Kosten-Nutzen-Bewertung von alternativen Lösungen, wie naturbasierte – in Lappeenranta entwickelte städtische Feuchtgebiete – 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, Abfluss in die Baumspuren und Blumenbeete der Straßen zu kanalisieren, ausgestattet mit Infiltrationsstrukturen, gepaart mit unterirdischen Entwässerungslösungen – wie sie in Lappeenranta gebaut werden.
Ein potenziell einschränkender Faktor ist die Koordinierung zwischen den beteiligten Institutionen und Akteuren. Die Instandhaltung und Bewirtschaftung von Feuchtgebieten liegt in der Verantwortung von Greenreality, dem Dienst der Gemeinde für Umweltschutz und nachhaltige Entwicklung der Stadt, während andere Regenwasserbewirtschaftungsstrukturen wie Regenwasserrückhaltebecken (Heinäkatu) und das Infiltrationsgebiet Koulukatu (der Pilotstandort des Transformarprojekts) von der Abteilung Streets and Urban Environment im Rahmen der Instandhaltung von Straßen und Grünflächen verwaltet werden. Die Koordinierung zwischen privater und öffentlicher Verantwortung für die Verwaltung von Regenwasser und die Anbindung an die Hauptentwässerungsnetze bei privaten Liegenschaften 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 fallweise Lösungen erfordert.
Der Bau von Feuchtgebieten war besonders erfolgreich und scheint keine größeren Begrenzungsfaktoren erlitten zu haben. Die Verfügbarkeit von Flächen war aufgrund der rückläufigen landwirtschaftlichen Aktivitäten im Lappeenranta-Gebiet kein Problem. Der einzige, vorübergehende Begrenzungsfaktor ist die Zeit – es dauert etwa drei Jahre, bis ein Feuchtgebiet seine Wasserfiltrations- und Regulierungsfunktionen vollständig erfüllt. Auf der Plusseite haben Feuchtgebiete auch landschaftliche Effekte und erhöhen die Erholungsattraktion der betroffenen Gebiete.
Ein weiterer Vorteil ist die Reproduzierbarkeit der Lösungen. Die Stadt Lappeenranta schloss sich dem Transformarprojekt H2020 als Demonstrationspartner an, um einige Anpassungsmaßnahmen im Rahmen des Stormwater Management Plans zu verbessern und zu demonstrieren. Die Abdeckung dieser Anpassungsmaßnahmen durch das Transformationsprojekt bietet eine einzigartige Möglichkeit, ihre Entwicklung zu überwachen und ihre Wirksamkeit und Übertragbarkeit zu messen. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen des Projekts mit der norwegischen Stadt Gjøvik, einer Stadt mit rund 30,000 Einwohnern am Mjøsa-See, dem größten See Norwegens, ein Folgeprogramm entwickelt. Gjøvik wurde als Replikator für Lappeenranta aufgrund ihrer ähnlichen Klimaanfälligkeit in Bezug auf Stadtplanung und Wasserwirtschaft gewählt. Das Transformar -Projekt überwacht die Umsetzung der gleichen Anpassungslösung in Gjøvik wie in Lappeenranta.
Kosten und Nutzen
Die Kosten für die Erhaltung von Grünflächen umfassen Winterpflege, Reinigung, Wartung von Strukturen, Ausrüstung und Einrichtung sowie Vegetationsmanagement. Im Jahr 2023 beliefen sich die Gesamtkosten für die Instandhaltung von Grünflächen auf 1,69 EUR/m 2.
Der Bau und die Instandhaltung von Feuchtgebieten sind auf Baustellenbasis geplant, so dass keine „typische“ Zahl für diese Kosten angegeben werden kann. Zur Veranschaulichung der Kostenspanne hat die Verwaltung Lappeenranta jedoch folgende Beispiele für den Bau der Feuchtgebiete vorgelegt:
- Das Heinäkatu-Retentionsbecken hatte Kosten von 44 EUR/m2 für ein 3,000 m² großes Areal in Höhe von insgesamt 132,000 EUR. Dies umfasst die Kosten für Material, Transport und Arbeit, die Kosten für die Anpflanzung neuer Bäume und Vegetation, Baustellenarbeiten, einschließlich Baumanagement und andere Baustellenaufgaben, und die Bauaufgaben, die direkt von der Stadtverwaltung getragen werden.
- Das Infiltrationsgebiet Koulukatu kostete für 245 m2 EUR/m2 EUR, insgesamt 83,300 EUR. Dies umfasst die Kosten der Materialien für das Infiltrationsgebiet und die Rohre, die Sturmwasser in das Gebiet ableiten, 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 die Überwachungs-/Sensorkosten, einschließlich Sensoren, Installation, Wartung, Verwaltung, Überwachung und Reparatur sowie Datendienste für 26 Monate, insgesamt 21,000 EUR für 5 Überwachungspunkte 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 in Bezug auf die Gesundheitssicherheit, die sich aus zuverlässigen Wassernormen für den häuslichen Gebrauch und für Freizeitzwecke ergeben, auch bei Überschwemmungen. Die Nutzung naturbasierter Lösungen zur Schaffung von Feuchtgebieten innerhalb des Gemeindegebiets erhöht die Verfügbarkeit von Grünflächen. Das Netz von Feuchtgebieten erhöht auch die Biodiversität und bietet einen Lebensraum für viele Vögel und Insekten.
Rechtliche Aspekte
Die Grundlage für die direkte Leitung der Gemeinde Lappeenranta im neuen Regenwassermanagementprogramm (einschließlich NBS) ergibt sich aus einer Novelle des Wassermanagementgesetzes im Jahr 2014. Zuvor wurde die Regenwasserbewirtschaftung im Wassermanagementgesetz geregelt; nach der Änderung wird das Regenwassermanagement 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 der Regenwasserbewirtschaftung bei der Gemeinde. Dies führt nicht automatisch dazu, dass Privateigentum in das System einbezogen wird, was eine Koordinierung der öffentlichen und privaten Verantwortlichkeiten erfordert.
Im Jahr 2018 wurde das Eigentum an dem Regenwassernetz und Teilen des Wasserversorgungsnetzes reorganisiert (Stadtratsbeschluss). Nach dem Eigentümerwechsel wurde ein vierjähriger Dienstleistungsvertrag zwischen der Stadt und dem Wasserversorger unterzeichnet, der auch eine Verpflichtung zur Erstellung eines stadtweiten Regenwasserplans beinhaltete. Das Regenwassermanagement wird von den Zonenregelungen, den Sturmwassermanagementprioritäten der Stadt (Abschnitt 2.2) und dem Baugesetzbuch geleitet. Die Stadt Lappeenranta besitzt auch das Regenwasserentwässerungsnetz.
Umsetzungszeitraum
Acht naturbasierte Maßnahmen sind bereits vorhanden. Das neue offene Grabensystem gekoppelt mit Sensoren, dem Citizen Science-Netzwerk und der Erhebung wird voraussichtlich bis Ende 2025 innerhalb des Zeitrahmens des transformaren Projekts abgeschlossen sein. Insgesamt werden im Rahmen dieses Programms 11 naturbasierte Lösungsstandorte, darunter dasInfiltrationsgebiet Koulukatu (Transformatar-Pilotstandort) implementiert.
Lebensdauer
Es wird erwartet, dass Feuchtgebiete, wenn sie ordnungsgemäß gepflegt werden, auf unbestimmte Zeit andauern. Die Sensoren hingegen sind je nach den spezifischen Bedingungen am Einbauort relativ kurzlebig von etwa einem Jahr bis 10 Jahren oder weniger und müssen im Falle eines Ausfalls ersetzt werden (Details siehe Zhu et al., 2023).
Referenzinformationen
Kontakt
Referenz
Stadt Lappeenranta Sturmwassermanagementplan (Lappeenrannan Kaupungin Hulevesien Hallinnan ohjelma)
Zhu et al. (2023). Endnutzerperspektive von kostengünstigen Sensoren für die städtische Regenwasserüberwachung: eine Überprüfung. Wasserwissenschaft & Technik 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142
Veröffentlicht in Climate-ADAPT May 03 2024 - Zuletzt aktualisiert in Climate-ADAPT May 03 2024
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