Protejarea calității apei de suprafață în Lappeenranta, Finlanda

În Finlanda, calitatea apei din Lacul Saimaa, în apropiere de Lappeenranta, este expusă riscului de precipitații crescute, inundații și fenomene meteorologice extreme din cauza schimbărilor climatice. Apa inundabilă și apa de la topirea zăpezii transportă contaminanți (microplastice, uleiuri și alte substanțe chimice, nutrienți, materii solide și organice) la lac. Încărcarea nutrienților provoacă eutrofizarea lacului. În cazul în care poluarea cu nutrienți duce la o înflorire a algelor dăunătoare, băutul sau înotul în apa afectată pot provoca complicații grave de sănătate. De exemplu, înotul pe o plajă unde sunt prezente alge albastru-verde poate irita pielea sau poate provoca stomac (de exemplu, greață, dureri de stomac, diaree, vărsături) sau simptome asemănătoare gripei (de exemplu, curgerea nasului, dureri de cap, iritații oculare, febră). Acest lucru este deosebit de problematic, deoarece Lacul Saimaa este o sursă de apă potabilă și un hub de agrement.

Gestionarea furtunilor și a apelor topite este, prin urmare, esențială pentru depășirea acestor provocări. Programul climatic actual are obiective de reducere a cantităților de apă pluvială și de apă topită în apele pluviale și sistemele de canalizare ale orașului. Planul de Management al Stormwater al municipalității descrie necesitatea de a adapta rețelele și facilitățile actuale la cerințele viitoare și de a spori capacitatea orașului de a filtra substanțele nedorite din apele pluviale și din apele topite.

Proiectarea unui plan cuprinzător pentru tratarea durabilă a apelor pluviale pentru Lappeenranta este o sarcină complexă. Orașul se întinde pe cinci bazine hidrografice (Saimaa, Saimaa Kanava, Ruoholampi, Rakkolanjoki și Alajoki). Ca toate orașele, Lappeenranta este un sistem urban complex, cu relații fizice, de proprietate și juridice complicate între componentele sale (parcuri, drumuri, clădiri rezidențiale, clădiri comerciale, industrii etc.).

Planul de gestionare a apelor furtunilor evidențiază aspecte care trebuie luate în considerare în proiectarea infrastructurii de gestionare a apelor pluviale, cum ar fi prezența rezervelor de situri naturale, a siturilor de patrimoniu istoric sau a zonelor de peisaj valoroase, care ar trebui să beneficieze de o dană largă atunci când se identifică siturile pentru noile instalații de gestionare a apelor pluviale. Un aspect esențial este nivelul maxim de precipitații pe care sistemul ar trebui să îl poată face față, având în vedere creșterea preconizată a evenimentelor extreme cauzate de schimbările climatice, precum și condițiile și vulnerabilitățile specifice locale – în special dimensiunea și situația corpului de apă evacuată.

Obiectivul general al gestionării apei, astfel cum este indicat în Planul de gestionare a apelor de furtună, este de a preveni deteriorarea apelor subterane, în ceea ce privește starea ecologică și calitatea apei pentru utilizările umane, inclusiv cele de agrement. Planul enumeră următoarele obiective pentru gestionarea apelor pluviale:

• Gestionarea și, eventual, prevenirea daunelor provocate de inundații cauzate de apele pluviale
• Menținerea resurselor de apă subterană, prin prevenirea pătrunderii substanțelor nocive în apele subterane și optimizarea absorbției apei în apele subterane
• Conservarea utilizării recreative a corpurilor de apă prin gestionarea calității apelor pluviale prin reducerea aportului de nutrienți în corpurile de apă
• Minimizarea extinderii rețelei de conducte și a cantității de apă pluvială evacuată în stația de epurare
• Creșterea metodelor de gestionare a apelor pluviale naturale și la fața locului care promovează biodiversitatea în natură și în zonele urbane, acesta fiind principalul obiectiv al acestui studiu de caz
• Utilizarea apei pluviale ca resursă, cum ar fi o caracteristică de peisaj, pentru irigații sau zone umede

Planul identifică, de asemenea, obiective mai specifice pentru gestionarea calității apei pluviale în corpurile de apă receptoare, cum ar fi reducerea poluării cu nutrienți și prevenirea înfloririi algelor în regiunea Saimaa de Vest.

Planul de management al Stormwater stabilește condițiile de utilizare a soluțiilor bazate pe natură, cum ar fi schimbarea aspectului străzilor pentru a oferi benzi verzi și zone de biofiltrare și asigurarea spațiului pentru structurile de management, deoarece apele pluviale de pe străzile puternic traficate pot transporta metale, uleiuri și microplastice. Recomandările includ punerea în aplicare a gestionării calității apei, cum ar fi direcționarea apelor pluviale și creșterea utilizării pavajelor permeabile și a șanțurilor deschise ca soluții de drenaj stradal. Un nou sistem de drenaj natural pe străzile orașului este pus în aplicare, care include plantarea unui amestec optimizat de vegetație de-a lungul bordurii pentru a îmbunătăți filtrarea apei în sistemul de colectare a apei. Acest sistem este cuplat cu senzori pentru monitorizarea de la distanță a calității și debitului apei pluviale, precum și a inundațiilor în sistemul de drenaj.

Au fost construite opt noi zone umede urbane; șapte de-a lungul țărmurilor lacului Pien-Saimaan și unul pe malul lacului Ruoholampi, lângă Lappeenranta, acesta din urmă fiind finalizat în septembrie 2023. Zona celor șapte zone umede Pien-Saimaan include trei iazuri și o secțiune asemănătoare pârâului, care aduce apa colectată de rețeaua de apă în zonele umede. Iazurile încetinesc fluxul de apă, permițând substanțelor poluante din apa Saimaa să se stabilească în partea de jos. Iazurile sunt construite la diferite înălțimi pe o pantă și, din moment ce nivelul apei poate varia substanțial, bazinele au fost furișate cu un sistem de acomodare. Zona umedă Ruoholampi previne curgerea nutrienților și a materiei solide în Lacul Ruoholampi și de acolo în Pien-Saimaa. De asemenea, îmbunătățește biodiversitatea și, fiind construită în apropierea unei școli, bunăstarea elevilor. Alte structuri de gestionare a apelor pluviale bazate pe natură includ bazinele de retenție a apelor pluviale (Heinäkatu) și zona de infiltrare Koulukatu (sit - pilot al proiectului transformator).

Bazinul de retenție Heinäkatu este utilizat pentru a încetini scurgerea apei pluviale, astfel încât să echilibreze vârfurile de inundații în timpul ploilor abundente și să acționeze ca un tampon de capacitate pentru rețeaua de canalizare a apelor pluviale. Apa este colectată în zona de retenție și deversată în sistem la celălalt capăt. În zona de retenție, debitul apei este încetinit, permițând depunerea de solide și alți poluanți, astfel încât apa returnată în canalizarea apei pluviale să fie mai curată. Vegetația care se dezvoltă în bazine în timp îmbunătățește purificarea apei și ajută la evaporare. Instalația este formată din două bazine cu un baraj de piatră naturală între ele. Bazinele sunt superficiale, cu o adâncime de aproximativ 0,5 m și se pot usca între ploi. La baraj au fost instalate pietre de temelie pentru a încuraja o inspecție mai atentă a bazinelor, deoarece zona este, de asemenea, utilizată ca mediu de învățare pentru elevii unei școli din apropiere.

Renovarea străzii Koulukatu include o zonă de biofiltrare a apelor pluviale în secțiunea verde a străzii, care reduce cantitatea de apă pluvială evacuată în canalizare și în corpurile de apă netratate. Apa pluvială este absorbită până la pânza freatică prin straturile structurale de cărbune biologic și calcar, reîncărcand-o.

În plus, la uzina de apă subterană artificială Huhtiniemi din Lappeenranta, apa menajeră este produsă prin infiltrarea apei de suprafață din partea vestică a Pien-Saimaa în apele subterane. Huhtiniemi este singura instalație artificială de apă subterană, din 10 aporturi totale de apă subterană, în Lappeenranta. Apa brută este pompată din Saimaa în bazinele de filtrare cu nisip de pe creasta Huhtiniemi, care servește ca un filtru natural care purifică eficient apa. Apa este apoi pompată din puțuri și este supusă tratamentului de alcalinizare și dezinfectării ultraviolete înainte de a intra în rețeaua de distribuție a apei.

În plus, sistemul de scurgere urbană va fi îmbunătățit și monitorizat cu ajutorul unui set de senzori noi și monitorizarea cuplată a contaminării, a calității apei și a debitului în cadrul sistemului de drenaj. În plus, rezidenților li se va oferi posibilitatea de a monitoriza soluțiile implementate printr-o aplicație smartphone de crowdsourcing.

Pentru a pregăti Planul de gestionare a Stormwater, procesul de consultare a părților interesate s-a desfășurat în cadrul a trei ateliere în toamna anului 2019, la care au participat Lappeenrannan Energiaverkot Oy (un serviciu local de distribuție a apei și energiei), managementul proprietății funciare a orașului Lappeenranta, urbanism, străzi și mediu, servicii de mediu, controlul clădirilor, Serviciul de salvare Karelia de Sud și Centrul ELY din Finlanda de Sud-Est (un centru de dezvoltare regională). Temele atelierelor au fost planificarea utilizării apelor pluviale și a terenurilor, a apelor pluviale și a sistemelor informatice și gestionarea naturală a apelor pluviale. Rezumatele atelierelor au fost utilizate pentru a elabora un set preliminar de conținuturi pentru Planul de Management al Stormwater, precum și o listă electronică a documentelor necesare pe care se bazează acest plan.

Constrângerile spațiale reprezintă o limitare a gestionării apelor pluviale. Planul de management al apei de furtună notează că structurile de management al calității apelor pluviale sunt de obicei dimensionate pentru precipitații abundente o dată pe an sau bianuale și permițând o marjă suplimentară de 20 % pentru schimbările climatice, însă în unele locații s-ar putea să nu existe suficient spațiu pentru a face față chiar și unui eveniment de precipitații o dată pe an. Într-o astfel de situație, s-a efectuat o evaluare cost-beneficiu a soluțiilor alternative, cum ar fi cele bazate pe natură – zonele umede urbane dezvoltate în Lappeenranta. În plus, creșterea numărului de structuri de apă pluvială sporește, de asemenea, efortul anual de întreținere și, prin urmare, resursele umane necesare.

În zonele urbane centrale construite dens, un aspect estetic este important. Planul sugerează canalizarea scurgerilor în benzile de copaci și în paturile de flori ale străzilor, dotate cu structuri de infiltrare, cuplate cu soluții de drenaj subteran – ca cele construite în Lappeenranta.

Un potențial factor de limitare este coordonarea între instituțiile și actorii implicați. Întreținerea și gestionarea zonelor umede este responsabilitatea Greenreality, serviciul municipal pentru protecția mediului și dezvoltarea durabilă a orașului, în timp ce alte structuri de gestionare a apelor pluviale, cum ar fi bazinele de retenție a apelor pluviale (Heinäkatu) și zona de infiltrare Koulukatu (site-ul pilot al proiectului transformator) sunt gestionate de departamentul străzi și mediu urban, ca parte a întreținerii străzilor și a zonelor verzi. Coordonarea dintre responsabilitatea publică și cea privată pentru gestionarea apelor pluviale și conectarea la principalele rețele de drenaj în cazul proprietăților private poate fi, de asemenea, un factor limitativ pentru plan. O preocupare deosebită o reprezintă gestionarea scurgerilor din siturile industriale, datorită gamei largi de poluanți pe care aceștia îi pot evacua, ceea ce, la rândul său, necesită soluții de la caz la caz.

Construcția zonelor umede a avut un succes deosebit și nu pare să fi suferit factori de limitare majori. Disponibilitatea terenurilor nu a fost o problemă din cauza scăderii activităților agricole în zona Lappeenranta. Singurul factor limitativ temporar este timpul – este nevoie de aproximativ trei ani pentru ca o zonă umedă să își îndeplinească pe deplin funcțiile de filtrare și reglare a apei. În plus, zonele umede au, de asemenea, efecte pitorești și cresc atractivitatea recreativă a zonelor implicate.

Un beneficiu suplimentar este replicabilitatea soluțiilor. Orașul Lappeenranta s-a alăturat proiectului de transformare H2020 ca partener de șantier demonstrativ, pentru a îmbunătăți și a demonstra unele acțiuni de adaptare întreprinse în cadrul Planului de gestionare a Stormwater. Acoperirea acestor acțiuni de adaptare prin proiectul transformator oferă o oportunitate unică de monitorizare a dezvoltării acestora și de evaluare a eficacității și transferabilității acestora. Având în vedere aceasta din urmă, în cadrul proiectului a fost dezvoltat un program de monitorizare cu orașul norvegian Gjøvik, un oraș cu aproximativ 30,000 de locuitori pe lacul Mjøsa, cel mai mare lac din Norvegia. Gjøvik a fost ales ca replicator pentru Lappeenranta, având în vedere vulnerabilitatea lor climatică similară în ceea ce privește planificarea urbană și gestionarea apei. Proiectul Transformar monitorizează punerea în aplicare a aceleiași soluții de adaptare în Gjøvik ca și în Lappeenranta.

Costul întreținerii zonelor verzi include întreținerea de iarnă, curățarea, întreținerea structurilor, echipamentelor și mobilierului, precum și gestionarea vegetației. În 2023, costul total de întreținere pentru zonele verzi a fost de 1,69 EUR².

Construcția și întreținerea zonelor umede sunt planificate pentru fiecare amplasament și, prin urmare, nu poate fi furnizată nicio cifră „tipică” pentru aceste costuri. Cu toate acestea, pentru a ilustra gama de costuri implicate, administrația Lappeenranta a furnizat următoarele exemple pentru construirea zonelor umede:

• Bazinul de retenție Heinäkatu a avut un cost de 44 EUR/m² pentru o suprafață de 3 000 m², în valoare totală de 132,000 EUR. Acestea includ costurile materialelor, transportului și forței de muncă, costurile pentru plantarea de copaci și vegetație noi, lucrările de șantier, inclusiv gestionarea construcțiilor și alte sarcini de șantier, precum și sarcinile de construcție suportate direct de administrația orașului.
• Zona de infiltrare Koulukatu a costat 340 EUR/^{m² pentru} 245 m², totalizând 83,300 EUR. Acestea includ costurile materialelor pentru zona de infiltrare și conductele care deversează apa pluvială în zonă, costurile aferente transportului și forței de muncă, costurile de plantare a copacilor și vegetației noi, precum și lucrările de șantier, inclusiv gestionarea construcțiilor și alte sarcini de șantier, precum și sarcinile de construcție suportate direct de administrația orașului.
• În cele din urmă, costurile de monitorizare/ senzori, inclusiv senzorii, instalarea, întreținerea, gestionarea, monitorizarea și serviciile de reparare, plus serviciile de date pentru 26 de luni, totalizează 21,000 EUR pentru 5 puncte de monitorizare în 3 domenii.

Beneficiile acestor măsuri instituite în cadrul acestui studiu de caz nu au fost evaluate din punct de vedere cantitativ. Consolidarea controlului asupra calității apei aduce beneficii evidente pentru bunăstarea cetățenilor și vizitatorilor Lappeenranta, în ceea ce privește siguranța sănătății care decurge din standardele fiabile de apă pentru uz casnic și în scopuri recreative, chiar și în prezența inundațiilor. Utilizarea soluțiilor bazate pe natură pentru a crea zone umede pe teritoriul municipalității crește disponibilitatea zonelor verzi. Rețeaua de zone umede crește, de asemenea, biodiversitatea și oferă un habitat pentru multe păsări și insecte.

Baza pentru conducerea directă a municipalității Lappeenranta în noul program de gestionare a apelor pluviale (inclusiv NBS) rezultă dintr-o modificare a Legii privind gestionarea apelor în 2014. Anterior, gestionarea apelor pluviale era reglementată în Legea privind gestionarea apelor; în urma modificării, gestionarea apelor pluviale este reglementată în prezent de Legea privind utilizarea și construcția terenurilor, cu scopul și scopul de a promova gestionarea apelor pluviale în ansamblul său. În conformitate cu Legea privind utilizarea și construcția terenurilor, responsabilitatea pentru organizarea gestionării apelor pluviale revine municipalității. Acest lucru nu se traduce automat prin includerea proprietății private în sistem, ceea ce necesită coordonarea responsabilităților publice și private.

În 2018, proprietatea asupra rețelei de apă pluvială și a unor părți ale rețelei de alimentare cu apă a fost reorganizată (decizia Consiliului Local). După schimbarea proprietății, a fost semnat un contract de servicii pe patru ani între oraș și utilitatea de apă, care includea, de asemenea, obligația de a pregăti un plan privind apele pluviale la nivel de oraș. Gestionarea apelor pluviale este ghidată de reglementările de zonare, de prioritățile orașului de gestionare a apelor de furtună (secțiunea 2.2) și de Codul construcțiilor. Orașul Lappeenranta deține, de asemenea, rețeaua de drenaj a apelor pluviale.

Opt măsuri bazate pe natură sunt deja în vigoare. Noul sistem de șanț deschis cuplat cu senzori, rețeaua științifică a cetățenilor și sondajul urmează să fie finalizat până la sfârșitul anului 2025, în intervalul de timp al proiectului transformator. În total, 11 situri de soluții bazate pe natură, inclusiv zona de infiltrare Koulukatu (site-ulpilot transformator), vor fi implementate în cadrul acestui program.

Zonele umede, dacă sunt întreținute în mod corespunzător, sunt de așteptat să dureze pe termen nelimitat. Senzorii, pe de altă parte, au o durată relativ scurtă de viață de la aproximativ un an la 10 ani sau mai puțin, în funcție de condițiile specifice de la locul de instalare, și vor trebui înlocuiți în caz de defecțiune (a se vedea Zhu et al, 2023 pentru detalii).

Sanna Varis

sanna.varis@lappeenranta.fi

Planul de gestionare a apelor de furtună al orașului Lappeenranta (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan ohjelma)

Zhu et al. (2023). Perspectiva utilizatorului final a senzorilor low-cost pentru monitorizarea apelor pluviale urbane: o revizuire. Știința și tehnologia apei 87 (11): 2648-2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142