Ochrona jakości wód powierzchniowych w Lappeenranta, Finlandia

W Finlandii jakość wody w jeziorze Saimaa w pobliżu Lappeenranta jest zagrożona ze względu na zwiększone opady deszczu, powodzie i ekstremalne zdarzenia pogodowe spowodowane zmianą klimatu. Woda powodziowa i woda z topniejącego śniegu przenoszą zanieczyszczenia (mikroplastiki, oleje i inne chemikalia, składniki odżywcze, substancje stałe i organiczne) do jeziora. Załadunek składników odżywczych powoduje eutrofizację jeziora. W przypadku, gdy zanieczyszczenie składnikami odżywczymi prowadzi do szkodliwego zakwitu glonów, picie lub pływanie w dotkniętej wodzie może spowodować poważne komplikacje zdrowotne. Na przykład pływanie na plaży, na której występują niebiesko-zielone glony, może podrażniać skórę lub powodować dolegliwości żołądkowe (np. nudności, ból brzucha, biegunka, wymioty) lub objawy grypopodobne (np. katar, ból głowy, podrażnienie oczu, gorączka). Jest to szczególnie problematyczne, ponieważ jezioro Saimaa jest źródłem wody pitnej i węzłem rekreacyjnym.

Gospodarka wodami burzowymi i roztopowymi ma zatem kluczowe znaczenie dla przezwyciężenia tych wyzwań. Obecny Program Klimatyczny ma na celu zmniejszenie ilości wód opadowych i roztopowych w miejskich systemach opadowych i kanalizacyjnych. W planie gospodarowania wodami opadowymi gminy opisano potrzebę dostosowania obecnych sieci i obiektów do przyszłych potrzeb oraz zwiększenia zdolności miasta do odfiltrowywania niepożądanych substancji z wód opadowych i roztopowych.

Opracowanie kompleksowego planu zrównoważonego oczyszczania wód opadowych dla Lappeenranta jest złożonym zadaniem. Miasto rozciąga się na pięć zlewni (Saimaa, Saimaa Kanava, Ruoholampi, Rakkolanjoki i Alajoki). Podobnie jak wszystkie miasta, Lappeenranta jest złożonym systemem miejskim o skomplikowanych powiązaniach fizycznych, własnościowych i prawnych między jego elementami (parkami, drogami, budynkami mieszkalnymi, budynkami komercyjnymi, przemysłem itp.).

W planie zarządzania wodami opadowymi podkreślono kwestie, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu infrastruktury zarządzania wodami opadowymi, takie jak obecność rezerwatów terenów naturalnych, obiektów dziedzictwa historycznego lub cennych obszarów krajobrazowych, które należy szeroko zakotwiczyć przy określaniu miejsc dla nowych obiektów zarządzania wodami opadowymi. Kluczową kwestią jest maksymalny poziom opadów, z którym system powinien być w stanie sobie poradzić, biorąc pod uwagę oczekiwany wzrost ekstremalnych zdarzeń spowodowanych zmianą klimatu oraz lokalne specyficzne warunki i podatności - w szczególności wielkość i sytuację jednolitej części wód zrzutowych.

Ogólnym celem gospodarki wodnej, wskazanym w planie gospodarowania wodami opadowymi, jest zapobieganie pogarszaniu się stanu wód podziemnych pod względem stanu ekologicznego i jakości wody do zastosowań u ludzi, w tym rekreacyjnych. W planie wymieniono następujące cele w zakresie gospodarowania wodami opadowymi:

• Zarządzanie i ewentualne zapobieganie szkodom powodziowym powodowanym przez wody opadowe
• Utrzymanie zasobów wód podziemnych poprzez zapobieganie przedostawaniu się szkodliwych substancji do wód podziemnych i optymalizację absorpcji wody do wód podziemnych
• Zachowanie rekreacyjnego wykorzystania jednolitych części wód poprzez zarządzanie jakością wód opadowych poprzez ograniczenie dopływu substancji biogennych do jednolitych części wód
• Minimalizacja rozbudowy sieci rurociągów i ilości wód opadowych odprowadzanych do oczyszczalni ścieków
• Zwiększenie naturalnych i lokalnych metod zarządzania wodami opadowymi, które promują różnorodność biologiczną w przyrodzie i na obszarach miejskich, co jest głównym tematem niniejszego studium przypadku
• Wykorzystanie wód opadowych jako zasobu, takiego jak element krajobrazu, do nawadniania lub terenów podmokłych

W planie określono również bardziej szczegółowe cele w zakresie zarządzania jakością wód opadowych w przyjmujących jednolitych częściach wód, takie jak ograniczenie zanieczyszczenia składnikami odżywczymi i zapobieganie zakwitom glonów w zachodnim regionie Saimaa.

W planie zarządzania wodami opadowymi określono warunki stosowania rozwiązań opartych na zasobach przyrody, takich jak zmiana układu ulic w celu zapewnienia zielonych pasów i obszarów biofiltracji oraz zapewnienie przestrzeni dla struktur zarządzania, ponieważ wody opadowe z silnie przemycanych ulic mogą przenosić metale, oleje i mikrodrobiny plastiku. Zalecenia obejmują wdrożenie zarządzania jakością wody, takiego jak kierowanie wodami opadowymi, oraz zwiększenie wykorzystania przepuszczalnych chodników i otwartych rowów jako rozwiązań odwadniających ulice. Wprowadzany jest nowy, oparty na przyrodzie system odwadniania na ulicach miasta, który obejmuje sadzenie zoptymalizowanej mieszanki roślinnej wzdłuż krawężnika w celu poprawy filtracji wody do leżącego u jej podstaw systemu zbierania wody. System ten jest połączony z czujnikami do zdalnego monitorowania jakości i przepływu wód opadowych oraz zalania w systemie odwadniającym.

Wybudowano osiem nowych miejskich terenów podmokłych; siedem wzdłuż brzegów jeziora Pien-Saimaan i jeden na brzegu jeziora Ruoholampi w pobliżu Lappeenranta, ten ostatni ukończono we wrześniu 2023 r. Obszar siedmiu terenów podmokłych Pien-Saimaan obejmuje trzy stawy i odcinek przypominający strumień, który dostarcza wodę zebraną przez sieć wodną strumienia do terenów podmokłych. Stawy spowalniają przepływ wody, umożliwiając osadzanie się substancji zanieczyszczających w wodzie Saimaa na dnie. Stawy są budowane na różnych wysokościach na zboczu, a ponieważ poziom wody może się znacznie różnić, baseny zostały wyposażone w system, aby pomieścić przelewy. Tereny podmokłe Ruoholampi zapobiegają przedostawaniu się składników odżywczych i substancji stałych do jeziora Ruoholampi, a stamtąd do Pien-Saimaa. Poprawia również różnorodność biologiczną i, budowane w pobliżu szkoły, dobrobyt uczniów. Inne struktury zarządzania wodami opadowymi oparte na zasobach przyrody obejmują zbiorniki retencji wód opadowych (Heinäkatu) i obszar infiltracji Koulukatu (miejsce pilotażowe projektu TransformAr).

Basen retencyjny Heinäkatu służy do spowalniania odpływu wód opadowych, aby zrównoważyć szczyty powodziowe podczas ulewnych deszczów i działać jako bufor przepustowości dla sieci kanalizacji deszczowej. Woda jest zbierana w obszarze retencji i odprowadzana do systemu na drugim końcu. W obszarze retencji przepływ wody jest spowolniony, co pozwala na osadzanie się ciał stałych i innych zanieczyszczeń, dzięki czemu woda zwrócona do kanalizacji deszczowej jest czystsza. Roślinność, która rozwija się w basenach z biegiem czasu, poprawia oczyszczanie wody i pomaga w odparowaniu. Obiekt składa się z dwóch basenów z zaporą z kamienia naturalnego między nimi. Baseny są płytkie o głębokości około 0,5 m i mogą wysychać między opadami deszczu. Na tamie zainstalowano etapy, aby zachęcić do bliższej kontroli basenów, ponieważ obszar ten jest również wykorzystywany jako środowisko edukacyjne dla uczniów pobliskiej szkoły.

Remont ulicy Koulukatu obejmuje obszar biofiltracji wód opadowych w zielonym odcinku ulicy, co zmniejsza ilość wód opadowych odprowadzanych do kanalizacji i nieoczyszczonych jednolitych części wód. Woda burzowa jest wchłaniana do zwierciadła wód podziemnych przez warstwy strukturalne biowęgla i wapienia, ładując je.

Ponadto w sztucznym zakładzie wód podziemnych Huhtiniemi w Lappeenranta woda domowa jest wytwarzana przez infiltrację wód powierzchniowych z zachodniej części Pien-Saimaa do wód podziemnych. Huhtiniemi jest jedynym sztucznym obiektem wód podziemnych, z 10 ujęć wód podziemnych ogółem, w Lappeenranta. Surowa woda jest pompowana z Saimaa do basenów filtracyjnych piasku na grzbiecie Huhtiniemi, który służy jako naturalny filtr, który skutecznie oczyszcza wodę. Woda jest następnie pompowana ze studni i poddawana obróbce alkalizacyjnej i dezynfekcji ultrafioletowej przed wejściem do sieci dystrybucji wody.

Ponadto system odpływu miejskiego zostanie ulepszony i monitorowany za pomocą zestawu nowych czujników i połączonego monitorowania zanieczyszczenia, jakości wody i przepływu w systemie odwadniającym. Ponadto mieszkańcy będą mieli możliwość monitorowania wdrożonych rozwiązań za pośrednictwem aplikacji crowdsourcingowej na smartfony.

Aby przygotować plan gospodarowania wodami opadowymi, jesienią 2019 r. przeprowadzono proces konsultacji z zainteresowanymi stronami w ramach trzech warsztatów z udziałem Lappeenrannan Energiaverkot Oy (lokalne przedsiębiorstwo zajmujące się dystrybucją wody i energii), miasta Lappeenranta zajmującego się zarządzaniem nieruchomościami, planowaniem przestrzennym, ulicami i środowiskiem, usługami środowiskowymi, kontrolą budynków, służbą ratowniczą w Karelii Południowej oraz centrum ELY w południowo-wschodniej Finlandii (regionalne centrum rozwoju). Tematami warsztatów były: woda opadowa i planowanie przestrzenne, woda opadowa i systemy informacyjne oraz naturalne gospodarowanie wodami opadowymi. Streszczenia warsztatów posłużyły do sporządzenia wstępnego zestawu treści planu gospodarowania wodami opadowymi, a także elektronicznej listy niezbędnych dokumentów, na których opiera się ten plan.

Ograniczenia przestrzenne są ograniczeniem w zarządzaniu wodami opadowymi. W planie zarządzania wodami opadowymi zauważono, że struktury zarządzania jakością wód opadowych są zazwyczaj wielkości raz w roku lub dwa razy w roku obfitych opadów deszczu i pozwalają na dodatkowy 20% margines na zmianę klimatu, ale w niektórych lokalizacjach może nie być wystarczająco dużo miejsca, aby poradzić sobie nawet raz w roku z opadami deszczu. W takiej sytuacji przeprowadzono ocenę kosztów i korzyści rozwiązań alternatywnych, takich jak rozwiązania oparte na zasobach przyrody - miejskie tereny podmokłe powstałe w Lappeenranta. Ponadto zwiększenie liczby struktur wód opadowych zwiększa również roczne nakłady na utrzymanie, a tym samym wymagane zasoby ludzkie.

W gęsto zabudowanych centralnych obszarach miejskich ważny jest aspekt estetyczny. W planie proponuje się skierowanie spływu do pasów drzew i kwietników na ulicach, wyposażonych w struktury infiltracyjne, w połączeniu z podziemnymi rozwiązaniami odwadniającymi – jak te budowane w Lappeenranta.

Potencjalnym czynnikiem ograniczającym jest koordynacja między zaangażowanymi instytucjami i podmiotami. Za utrzymanie terenów podmokłych i zarządzanie nimi odpowiada Greenreality, służba gminy ds. ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju miasta, natomiast inne struktury zarządzania wodami opadowymi, takie jak zbiorniki retencji wód opadowych (Heinäkatu) i obszar infiltracji Koulukatu (projekt pilotażowy TransformAr), są zarządzane przez departament ds. ulic i środowiska miejskiego w ramach utrzymania ulic i terenów zielonych. Koordynacja między prywatną i publiczną odpowiedzialnością za zarządzanie wodami opadowymi i podłączenie do głównych sieci odwadniających w przypadku nieruchomości prywatnych może być również czynnikiem ograniczającym plan. Szczególnie niepokojące jest gospodarowanie spływami z terenów przemysłowych ze względu na szeroki zakres zanieczyszczeń, które mogą być zrzucane, co z kolei wymaga indywidualnych rozwiązań.

Budowa terenów podmokłych odniosła szczególny sukces i wydaje się, że nie ucierpiała z powodu poważnych czynników ograniczających. Dostępność gruntów nie stanowiła problemu ze względu na spadek działalności rolniczej na obszarze Lappeenranta. Jedynym tymczasowym czynnikiem ograniczającym jest czas - pełne wykonanie funkcji filtracji i regulacji wody na terenie podmokłym zajmuje około trzech lat. Z drugiej strony tereny podmokłe mają również efekty malownicze i zwiększają atrakcyjność rekreacyjną zaangażowanych obszarów.

Dodatkową korzyścią jest możliwość powielania rozwiązań. Miasto Lappeenranta dołączyło do projektu TransformAr w ramach programu „Horyzont 2020” jako partner demonstracyjny, aby ulepszyć i zademonstrować niektóre działania adaptacyjne podjęte w ramach planu zarządzania wodami opadowymi. Uwzględnienie tych działań adaptacyjnych w projekcie TransformAr stanowi wyjątkową okazję do monitorowania ich rozwoju oraz oceny ich skuteczności i możliwości przenoszenia. W związku z tym opracowano program działań następczych w ramach projektu z norweskim miastem Gjøvik, miastem liczącym około 30 000 mieszkańców nad jeziorem Mjøsa, największym jeziorem w Norwegii. Gjøvik został wybrany jako replikator dla Lappeenranta ze względu na podobną podatność na zmianę klimatu pod względem planowania urbanistycznego i gospodarki wodnej. Projekt TransformAr monitoruje wdrażanie tego samego rozwiązania adaptacyjnego w Gjøvik, co w Lappeenranta.

Koszt utrzymania terenów zielonych obejmuje zimowe utrzymanie, czyszczenie, konserwację konstrukcji, sprzętu i wyposażenia oraz zarządzanie roślinnością. W 2023 r. całkowity koszt utrzymania terenów zielonych wyniósł 1,69 EUR/m2.

Budowę i utrzymanie terenów podmokłych planuje się indywidualnie dla każdego miejsca, w związku z czym nie można podać „typowych” danych liczbowych dotyczących tych kosztów. Jako ilustrację zakresu związanych z tym kosztów administracja Lappeenranta podała jednak następujące przykłady budowy terenów podmokłych:

• Basen retencyjny w Heinäkatu kosztował 44 EUR/m2 za obszar o powierzchni 3000 m2, w sumie 132 000 EUR. Obejmuje to koszty materiałów, transportu i robocizny, koszty sadzenia nowych drzew i roślinności, prace budowlane, w tym zarządzanie budową i inne zadania związane z budową, oraz zadania budowlane bezpośrednio ponoszone przez administrację miasta.
• Obszar infiltracji Koulukatu kosztował 340 EUR/m2 za 245 m2, co daje łączną kwotę 83 300 EUR. Obejmuje to koszty materiałów na potrzeby obszaru infiltracji i rur odprowadzających wodę burzową na ten obszar, powiązane koszty transportu i pracy, koszty sadzenia nowych drzew i roślinności, a także prace budowlane, w tym zarządzanie budową i inne zadania na miejscu, oraz zadania budowlane bezpośrednio ponoszone przez administrację miasta.
• Ponadto koszty monitorowania/czujników, w tym usług w zakresie czujników, instalacji, konserwacji, zarządzania, monitorowania i naprawy oraz usług w zakresie danych przez 26 miesięcy, wynoszą łącznie 21 000 EUR za 5 punktów monitorowania w 3 obszarach.

Korzyści z tych środków wprowadzonych w ramach niniejszego studium przypadku nie zostały ocenione ilościowo. Wzmocnienie kontroli jakości wody przynosi oczywiste korzyści dla dobra obywateli i odwiedzających Lappeenrantę, jeśli chodzi o bezpieczeństwo zdrowotne wynikające z wiarygodnych norm dotyczących wody do użytku domowego i rekreacyjnego, nawet w przypadku wystąpienia powodzi. Wykorzystanie rozwiązań opartych na zasobach przyrody do tworzenia terenów podmokłych na terytorium gminy zwiększa dostępność terenów zielonych. Sieć terenów podmokłych zwiększa również różnorodność biologiczną i stanowi siedlisko dla wielu ptaków i owadów.

Podstawa bezpośredniego przywództwa gminy Lappeenranta w nowym programie zarządzania wodami opadowymi (w tym NBS) wynika z nowelizacji ustawy o gospodarce wodnej z 2014 r. Wcześniej gospodarowanie wodami opadowymi było uregulowane w ustawie o gospodarce wodnej; w następstwie nowelizacji zarządzanie wodami opadowymi jest obecnie uregulowane w ustawie o użytkowaniu gruntów i budownictwie, której celem i celem jest promowanie zarządzania wodami opadowymi w całości. Zgodnie z ustawą o użytkowaniu gruntów i budownictwie odpowiedzialność za organizację gospodarowania wodami opadowymi spoczywa na gminie. Nie przekłada się to automatycznie na włączenie własności prywatnej do systemu, co wymaga koordynacji obowiązków publicznych i prywatnych.

W 2018 r. dokonano reorganizacji własności sieci wód opadowych i części sieci wodociągowej (decyzja rady miasta). Po zmianie właściciela podpisano czteroletnią umowę serwisową między miastem a przedsiębiorstwem wodociągowym, która obejmowała również obowiązek przygotowania ogólnomiejskiego planu wód opadowych. Zarządzanie wodami opadowymi opiera się na przepisach dotyczących zagospodarowania przestrzennego, priorytetach zarządzania wodami opadowymi w mieście (sekcja 2.2) oraz kodeksie budowlanym. Miasto Lappeenranta jest również właścicielem sieci kanalizacji deszczowej.

Wdrożono już osiem środków opartych na zasobach przyrody. Oczekuje się, że nowy system otwartych rowów w połączeniu z czujnikami, siecią nauki obywatelskiej i badaniem zostanie ukończony do końca 2025 r., w ramach czasowych projektu TransformAr. Łącznie w ramach tego programu wdrożonych zostanie 11 miejsc rozwiązań opartych na zasobach przyrody, w tym obszar infiltracji Koulukatu (miejsce pilotażoweTransformAr).

Oczekuje się, że tereny podmokłe, jeśli są odpowiednio utrzymane, będą trwać w nieskończoność. Z drugiej strony czujniki są stosunkowo krótkotrwałe od około roku do 10 lat lub krócej, w zależności od konkretnych warunków w miejscu instalacji, i będą musiały zostać wymienione w przypadku awarii (szczegóły zob. Zhu i in., 2023).

Sanna Varis

sanna.varis@lappeenranta.fi

Plan zarządzania wodami opadowymi miasta Lappeenranta (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan Ohjelma)

Zhu i wsp. (2023). Perspektywa użytkownika końcowego dotycząca tanich czujników do monitorowania miejskich wód opadowych: przegląd. Nauka o wodzie & Technologia 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142