Bescherming van de kwaliteit van het oppervlaktewater in Lappeenranta, Finland

In Finland loopt de waterkwaliteit in het Saimaa-meer in de buurt van Lappeenranta het risico van verhoogde regenval, overstromingen en extreme weersomstandigheden als gevolg van klimaatverandering. Overstromingswater en water van smeltende sneeuw dragen verontreinigingen (microplastics, oliën en andere chemicaliën, voedingsstoffen, vaste en organische stoffen) naar het meer. Nutriëntenbelasting veroorzaakt eutrofiëring van het meer. In het geval dat nutriëntenvervuiling leidt tot een schadelijke algenbloei, kan drinken of zwemmen in het aangetaste water ernstige gezondheidscomplicaties veroorzaken. Zwemmen op een strand waar blauwgroene algen aanwezig zijn, kan bijvoorbeeld de huid irriteren of maagklachten veroorzaken (bijv. misselijkheid, maagpijn, diarree, braken) of griepachtige symptomen (bijv. loopneus, hoofdpijn, oogirritatie, koorts). Dit is vooral problematisch omdat Lake Saimaa een bron van drinkwater en een recreatief centrum is.

Storm- en smeltwaterbeheer staat dus centraal om deze uitdagingen het hoofd te bieden. Het huidige klimaatprogramma heeft doelen voor het verminderen van de hoeveelheden regenwater en smeltwater in de stad regenwater en rioleringssystemen. In het Stormwaterbeheersplan van de gemeente wordt beschreven dat de huidige netwerken en faciliteiten moeten worden aangepast aan toekomstige behoeften en dat de stad beter in staat moet zijn ongewenste stoffen uit regenwater en smeltwater te filteren.

Het ontwerpen van een uitgebreid plan voor duurzame regenwaterbehandeling voor Lappeenranta is een complexe taak. De stad strekt zich uit over vijf stroomgebieden (Saimaa, Saimaa Kanava, Ruoholampi, Rakkolanjoki en Alajoki). Zoals alle steden is Lappeenranta een complex stedelijk systeem met ingewikkelde fysieke, eigendoms- en juridische relaties tussen de componenten (parken, wegen, woongebouwen, commerciële gebouwen, industrieën, enz.).

In het beheersplan voor het stormwater worden kwesties belicht waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van de infrastructuur voor het beheer van het regenwater, zoals de aanwezigheid van natuurgebieden, historische erfgoedlocaties of waardevolle landschapsgebieden, die een ruime ligplaats moeten krijgen bij het bepalen van de locaties voor nieuwe faciliteiten voor het beheer van het regenwater. Een belangrijke kwestie is het maximale neerslagniveau waarmee het systeem moet kunnen omgaan, gezien de verwachte toename van extreme gebeurtenissen als gevolg van klimaatverandering en de lokale specifieke omstandigheden en kwetsbaarheden - met name de omvang en situatie van het lozingswaterlichaam.

Het algemene doel van waterbeheer, zoals aangegeven in het Stormwaterbeheerplan, is het voorkomen van achteruitgang van het grondwater, in termen van ecologische toestand en waterkwaliteit voor menselijk gebruik, met inbegrip van recreatief gebruik. Het plan bevat de volgende doelstellingen voor het beheer van hemelwater:

• Beheer en eventueel voorkomen van overstromingsschade door regenwater
• Grondwatervoorraden in stand houden door te voorkomen dat schadelijke stoffen in het grondwater terechtkomen en de absorptie van water in het grondwater te optimaliseren
• Behoud van het recreatief gebruik van waterlichamen door middel van het beheer van de waterkwaliteit door de nutriëntentoevoer naar waterlichamen te verminderen
• Minimalisering van de uitbreiding van het leidingnet en de hoeveelheid regenwater die naar de zuiveringsinstallatie wordt geloosd
• Uitbreiding van natuurlijke en on-site regenwaterbeheermethoden die de biodiversiteit in natuur- en stedelijke gebieden bevorderen, wat de belangrijkste focus is van deze casestudy
• Het gebruik van regenwater als hulpbron, zoals een landschapsfunctie, voor irrigatie of wetland

In het plan worden ook specifiekere doelstellingen vastgesteld voor het beheer van de kwaliteit van het regenwater in ontvangende waterlichamen, zoals het verminderen van nutriëntenverontreiniging en het voorkomen van algenbloei in de westelijke regio Saimaa.

In het Stormwaterbeheerplan worden de voorwaarden vastgesteld voor het gebruik van op de natuur gebaseerde oplossingen, zoals het veranderen van de straatindeling om groene stroken en biofiltratiegebieden te bieden en ruimte te bieden voor beheersstructuren, aangezien regenwater uit zwaar verhandelde straten metalen, oliën en microplastics kan vervoeren. Aanbevelingen omvatten het implementeren van waterkwaliteitsbeheer, zoals het richten van regenwater, en het vergroten van het gebruik van permeabele trottoirs en open sloten als oplossingen voor afwatering op straat. Er wordt een nieuw op de natuur gebaseerd drainagesysteem in de straten van de stad opgezet, waaronder het planten van een geoptimaliseerde vegetatiemix langs de stoeprand om de filtratie van water naar het onderliggende wateropvangsysteem te verbeteren. Dit systeem is gekoppeld aan sensoren voor bewaking op afstand van de kwaliteit en stroming van het regenwater en overstromingen in het drainagesysteem.

Er zijn acht nieuwe stedelijke wetlandgebieden gebouwd; zeven langs de oevers van het Pien-Saimaanmeer en één aan de oever van het Ruoholampimeer in de buurt van Lappeenranta, waarvan de laatste in september 2023 is voltooid. Het gebied van de zeven Pien-Saimaan wetlands omvat drie vijvers en een beekachtig gedeelte, dat water dat door het beekwaternetwerk wordt verzameld, naar de wetlands brengt. De vijvers vertragen de waterstroom, waardoor vervuilende stoffen in Saimaa-water zich op de bodem kunnen vestigen. De vijvers zijn op verschillende hoogtes op een helling gebouwd en omdat het waterpeil aanzienlijk kan variëren, zijn de zwembaden voorzien van een systeem om overstorten op te vangen. Het Ruoholampi-wetland voorkomt dat voedingsstoffen en vaste stoffen in het Ruoholampi-meer stromen en van daaruit naar Pien-Saimaa. Het verbetert ook de biodiversiteit en, gebouwd in de nabijheid van een school, het welzijn van de studenten. Andere op de natuur gebaseerde regenwaterbeheerstructuren omvatten regenwaterretentiebekkens (Heinäkatu) en het Koulukatu-infiltratiegebied (de proeflocatie van het TransformAr-project).

Heinäkatu retentiebassin wordt gebruikt om afvloeiing van regenwater te vertragen, om overstromingspieken tijdens zware regenval in evenwicht te brengen en als capaciteitsbuffer voor het regenwater rioleringsnetwerk te fungeren. Het water wordt opgevangen in het retentiegebied en aan de andere kant in het systeem geloosd. In het retentiegebied wordt de waterstroom vertraagd, waardoor vaste stoffen en andere verontreinigende stoffen kunnen worden afgezet, zodat het water dat naar het riool van het regenwater wordt teruggevoerd schoner is. Vegetatie die zich in de loop van de tijd in de bassins ontwikkelt, verbetert de zuivering van het water en helpt bij verdamping. De faciliteit bestaat uit twee bassins met een natuurstenen dam ertussen. De bassins zijn ondiep met een diepte van ongeveer 0,5 m en kunnen uitdrogen tussen regenval. Bij de dam zijn opstapstenen geplaatst om een nadere inspectie van de zwembaden aan te moedigen, omdat het gebied ook wordt gebruikt als leeromgeving voor de leerlingen van een nabijgelegen school.

De renovatie van de Koulukatu-straat omvat een biofiltratiegebied voor regenwater in het groene deel van de straat, waardoor de hoeveelheid regenwater die naar riolen en onbehandelde waterlichamen wordt geloosd, wordt verminderd. Stormwater wordt geabsorbeerd tot aan de grondwaterspiegel door de structurele lagen van biochar en kalksteen, waardoor het wordt opgeladen.

Bovendien wordt in de kunstmatige grondwaterfabriek Huhtiniemi in Lappeenranta huishoudelijk water geproduceerd door infiltratie van oppervlaktewater uit het westelijke deel van de Pien-Saimaa in het grondwater. Huhtiniemi is de enige kunstmatige grondwatervoorziening, op een totaal van 10 grondwateropnames, in Lappeenranta. Ruw water wordt gepompt van Saimaa naar zandfiltratiebassins op de Huhtiniemi-rug, die dient als een natuurlijk filter dat het water effectief zuivert. Het water wordt vervolgens uit putten gepompt en ondergaat een alkalisatiebehandeling en ultraviolette desinfectie voordat het het waterdistributienetwerk binnengaat.

Daarnaast wordt het stedelijk afvoersysteem verbeterd en gemonitord met een set nieuwe sensoren en gekoppelde monitoring van de verontreiniging, waterkwaliteit en stroming binnen het drainagesysteem. Verder krijgen de bewoners de mogelijkheid om de geïmplementeerde oplossingen te monitoren via een crowdsourcing smartphone applicatie.

Ter voorbereiding van het plan voor het beheer van het stormwater is in het najaar van 2019 het raadplegingsproces met belanghebbenden uitgevoerd in drie workshops, met deelname van Lappeenrannan Energiaverkot Oy (een lokaal water- en energiedistributiebedrijf), het landeigendomsbeheer van de stad Lappeenranta, stadsplanning, straten en milieu, milieudiensten, bouwcontrole, de reddingsdienst Zuid-Karelië en het ELY-centrum van Zuidoost-Finland (een regionaal ontwikkelingscentrum). De thema's van de workshops waren regenwater- en ruimtelijke ordening, regenwater- en informatiesystemen en natuurlijk beheer van regenwater. Aan de hand van de samenvattingen van de workshops is een voorlopige inhoudsopgave voor het Stormwaterbeheersplan opgesteld, alsmede een elektronische lijst van de benodigde documenten waarop dit plan is gebaseerd.

Ruimtebeperkingen zijn een beperking in het beheer van hemelwater. In het beheersplan voor het stormwater wordt opgemerkt dat de structuren voor het beheer van de kwaliteit van het regenwater doorgaans groot genoeg zijn voor eenmaal per jaar of tweemaal per jaar zware regenval en een extra marge van 20% voor klimaatverandering mogelijk maken, maar op sommige locaties is er mogelijk niet genoeg ruimte om zelfs een keer per jaar neerslag te verwerken. In een dergelijke situatie is een kosten-batenanalyse uitgevoerd van alternatieve oplossingen, zoals op de natuur gebaseerde oplossingen - stedelijke wetlands die in Lappeenranta zijn ontwikkeld. Bovendien verhoogt de toename van het aantal regenwaterstructuren ook de jaarlijkse onderhoudsinspanning en daarmee de benodigde personele middelen.

In dichtbebouwde centrale stedelijke gebieden is een esthetisch aspect belangrijk. In het plan wordt voorgesteld de afvloeiing te kanaliseren naar de boomstroken en bloemperken van de straten, uitgerust met infiltratiestructuren, in combinatie met ondergrondse drainageoplossingen - zoals die welke in Lappeenranta worden gebouwd.

Een mogelijke beperkende factor is de coördinatie tussen de betrokken instellingen en actoren. Het onderhoud en beheer van wetlands valt onder de verantwoordelijkheid van Greenreality, de dienst van de gemeente voor milieubescherming en duurzame ontwikkeling van de stad, terwijl andere structuren voor het beheer van regenwater, zoals regenwaterreservoirs (Heinäkatu) en het Koulukatu-infiltratiegebied (de proeflocatie van het TransformAr-project), worden beheerd door de afdeling Straten en Stedelijk Milieu als onderdeel van het onderhoud van straten en groene gebieden. Coördinatie tussen de particuliere en de publieke verantwoordelijkheid voor het beheer van het regenwater en de aansluiting op de belangrijkste drainagenetwerken in het geval van particuliere eigendommen kan ook een beperkende factor voor het plan zijn. Van bijzonder belang is het beheer van afvloeiing van industrieterreinen, vanwege het brede scala aan verontreinigende stoffen die zij kunnen lozen, wat op zijn beurt vraagt om oplossingen per geval.

De aanleg van wetlands is bijzonder succesvol geweest en lijkt niet te hebben geleden onder belangrijke beperkende factoren. De beschikbaarheid van grond was geen probleem als gevolg van de afnemende landbouwactiviteiten in het Lappeenranta-gebied. De enige tijdelijke beperkende factor is tijd - het duurt ongeveer drie jaar voordat een wetland zijn waterfiltratie- en reguleringsfuncties volledig uitvoert. Aan de positieve kant hebben wetlands ook landschappelijke effecten en vergroten ze de recreatieve aantrekkingskracht van de betrokken gebieden.

Een bijkomend voordeel is de reproduceerbaarheid van de oplossingen. De stad Lappeenranta sloot zich als demonstratielocatiepartner aan bij het H2020 TransformAr-project om enkele aanpassingsacties in het kader van het Stormwaterbeheerplan te verbeteren en te demonstreren. De dekking van deze aanpassingsacties door het TransformAr-project biedt een unieke kans om hun ontwikkeling te monitoren en hun effectiviteit en overdraagbaarheid te meten. Met het oog op dit laatste is in het kader van het project een vervolgprogramma ontwikkeld met de Noorse stad Gjøvik, een stad met ongeveer 30.000 inwoners aan het Mjøsa-meer, het grootste meer van Noorwegen. Gjøvik is gekozen als replicator voor Lappeenranta vanwege hun vergelijkbare klimaatkwetsbaarheid op het gebied van stadsplanning en waterbeheer. Het TransformAr-project houdt toezicht op de implementatie van dezelfde aanpassingsoplossing in Gjøvik als in Lappeenranta.

De kosten voor het onderhoud van groene gebieden omvatten winteronderhoud, schoonmaak, onderhoud van structuren, apparatuur en meubilair en vegetatiebeheer. In 2023 bedroegen de totale onderhoudskosten voor groene gebieden 1,69 EUR/m2.

De aanleg en het onderhoud van wetlands worden per locatie gepland, zodat er geen “typisch” cijfer voor deze kosten kan worden verstrekt. Ter illustratie van het kostenbereik heeft de administratie van Lappeenranta echter de volgende voorbeelden gegeven voor de aanleg van de wetlands:

• Het retentiebekken van Heinäkatu had een kostprijs van 44 euro/m2 voor een oppervlakte van 3.000 m2, in totaal 132.000 euro. Dit omvat de kosten voor materialen, vervoer en arbeid, de kosten voor het planten van nieuwe bomen en vegetatie, bouwwerkzaamheden, met inbegrip van bouwbeheer en andere bouwwerkzaamheden, en de bouwwerkzaamheden die rechtstreeks door het stadsbestuur worden gedragen.
• Het Koulukatu-infiltratiegebied kostte 340 EUR/m2 voor 245 m2, wat neerkomt op 83 300 EUR. Dit omvat de kosten van de materialen voor het infiltratiegebied en de leidingen die hemelwater in het gebied lozen, de daarmee verband houdende transport- en arbeidskosten, de kosten voor het planten van nieuwe bomen en vegetatie, alsook de bouwplaatswerkzaamheden, met inbegrip van bouwbeheer en andere bouwplaatstaken, en de bouwtaken die rechtstreeks door het stadsbestuur worden gedragen.
• Ten slotte bedragen de kosten voor monitoring/sensoren, met inbegrip van sensoren, installatie, onderhoud, beheer, monitoring en reparatiediensten plus datadiensten gedurende 26 maanden in totaal 21 000 EUR voor 5 monitoringpunten op 3 gebieden.

De voordelen van deze maatregelen die in het kader van deze casestudy zijn ingevoerd, zijn niet in kwantitatieve termen beoordeeld. Versterking van de controle op de waterkwaliteit heeft duidelijke voordelen voor het welzijn van de burgers en bezoekers van Lappeenranta, in termen van gezondheidsveiligheid die voortvloeit uit betrouwbare waternormen voor huishoudelijk gebruik en voor recreatieve doeleinden, zelfs in aanwezigheid van overstromingen. Het gebruik van op de natuur gebaseerde oplossingen om wetlands op het grondgebied van de gemeente te creëren, vergroot de beschikbaarheid van groene gebieden. Het netwerk van wetlands verhoogt ook de biodiversiteit en biedt een habitat voor veel vogels en insecten.

De basis voor direct leiderschap van de gemeente Lappeenranta in het nieuwe regenwaterbeheerprogramma (inclusief NBS) komt voort uit een wijziging van de Waterbeheerwet in 2014. Voorheen was regenwaterbeheer geregeld in de Waterbeheerwet; na de wijziging wordt het beheer van het hemelwater nu geregeld door de Wet grondgebruik en -bouw, met als doel en doel het beheer van het hemelwater in zijn geheel te bevorderen. Op grond van de Wet grondgebruik en bouw ligt de verantwoordelijkheid voor het organiseren van het regenwaterbeheer bij de gemeente. Dit vertaalt zich niet automatisch in de opname van privé-eigendom in het systeem, waarvoor coördinatie van publieke en private verantwoordelijkheden vereist is.

In 2018 is het eigendom van het regenwaternet en delen van het waterleidingnet gereorganiseerd (besluit gemeenteraad). Na de verandering van eigenaar werd een vierjarige serviceovereenkomst ondertekend tussen de stad en het waterbedrijf, die ook een verplichting omvatte om een stadsbreed regenwaterplan op te stellen. Het beheer van het stormwater wordt geleid door bestemmingsplannen, de prioriteiten voor het beheer van het stormwater van de stad (punt 2.2) en de bouwcode. De stad Lappeenranta is ook eigenaar van het regenwaterafvoernetwerk.

Er zijn al acht op de natuur gebaseerde maatregelen van kracht. Het nieuwe open slootsysteem in combinatie met sensoren, het citizen science-netwerk en de enquête zal naar verwachting eind 2025 zijn voltooid, binnen het tijdsbestek van het TransformAr-project. In totaal zullen 11 op de natuur gebaseerde oplossingslocaties, waaronder het Koulukatu-infiltratiegebied (TransformAr-proeflocatie), binnen dit programma worden geïmplementeerd.

Wetlands, indien goed onderhouden, zullen naar verwachting voor onbepaalde tijd duren. Sensoren daarentegen zijn relatief kortstondig van ongeveer een jaar tot 10 jaar of minder, afhankelijk van de specifieke omstandigheden op de installatielocatie, en zullen moeten worden vervangen in geval van storing (zie Zhu et al., 2023 voor details).

Sanna Varis

sanna.varis@lappeenranta.fi

Stormwaterbeheerplan van de stad Lappeenranta (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan Ohjelma)

Zhu et al. (2023). Eindgebruikerperspectief van goedkope sensoren voor stedelijke regenwatermonitoring: een beoordeling. Waterwetenschap & Technologie 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142