Protejarea calității apelor de suprafață în Lappeenranta, Finlanda

În Finlanda, calitatea apei din lacul Saimaa de lângă Lappeenranta este amenințată de creșterea precipitațiilor, de inundații și de fenomene meteorologice extreme cauzate de schimbările climatice. Apa de inundații și apa provenită din topirea zăpezii transportă contaminanți (microplastice, uleiuri și alte substanțe chimice, nutrienți, materii solide și organice) în lac. Încărcarea cu nutrienți provoacă eutrofizarea lacului. În cazul în care poluarea cu nutrienți duce la o înflorire dăunătoare a algelor, băutul sau înotul în apa afectată poate provoca complicații grave de sănătate. De exemplu, înotul pe o plajă unde sunt prezente alge albastre-verzi poate irita pielea sau poate provoca stomac (de exemplu, greață, dureri de stomac, diaree, vărsături) sau simptome asemănătoare gripei (de exemplu, secreții nazale, dureri de cap, iritații oculare, febră). Acest lucru este deosebit de problematic, deoarece Lacul Saimaa este o sursă de apă potabilă și un centru de agrement.

Gestionarea furtunilor și a apelor de topire este, prin urmare, esențială pentru depășirea acestor provocări. Programul actual privind clima are obiective de reducere a cantităților de apă pluvială și de apă topită din sistemele de apă pluvială și de canalizare ale orașului. Planul de gestionare a apelor pluviale al municipalității descrie necesitatea de a adapta rețelele și instalațiile actuale la cererile viitoare și de a spori capacitatea orașului de a filtra substanțele nedorite din apele pluviale și din apele de topire.

Elaborarea 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 interdependențe fizice, de proprietate și juridice complicate între componentele sale (parcuri, drumuri, clădiri rezidențiale, clădiri comerciale, industrii etc.).

Planul de gestionare a apelor pluviale evidențiază aspecte care trebuie luate în considerare la 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, cărora ar trebui să li se acorde un spațiu larg atunci când se identifică siturile pentru noi 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 ca urmare a schimbărilor climatice, precum și condițiile și vulnerabilitățile locale specifice - în special dimensiunea și situația corpului de apă deversat.

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

• Gestionarea și, eventual, prevenirea daunelor provocate de inundații în urma apelor 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
• Reducerea la minimum a 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, care reprezintă principalul obiectiv al acestui studiu de caz
• Utilizarea apei pluviale ca resursă, cum ar fi un element de peisaj, pentru irigații sau zone umede

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

Planul de gestionare a apelor pluviale stabilește condițiile de utilizare a soluțiilor bazate pe natură, cum ar fi schimbarea configurației străzilor pentru a oferi benzi verzi și zone de biofiltrare și asigurarea spațiului pentru structurile de gestionare, 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. Se pune în aplicare un nou sistem de drenaj bazat pe natură pe străzile orașului, 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 apelor pluviale și a inundațiilor din 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, în apropiere de Lappeenranta, acesta din urmă fiind finalizat în septembrie 2023. Zona celor șapte zone umede Pien-Saimaan include trei iazuri și o secțiune asemănătoare unui pârâu, care aduce apa colectată de rețeaua de apă a pârâului 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 înălțimi diferite pe o pantă și, deoarece nivelul apei poate varia substanțial, piscinele au fost amenajate cu un sistem care să găzduiască revărsările. Zona umedă Ruoholampi împiedică nutrienții și materia solidă să curgă în lacul Ruoholampi și de acolo în Pien-Saimaa. De asemenea, îmbunătățește biodiversitatea și, fiind construit în apropierea unei școli, bunăstarea elevilor. Alte structuri naturale de gestionare a apelor pluviale includ bazinele de retenție a apelor pluviale (Heinäkatu) și zona de infiltrare Koulukatu (sit-pilot al proiectului TransformAr).

Bazinul de retenție Heinäkatu este utilizat pentru a încetini scurgerea apelor 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 evacuată în sistem la celălalt capăt. În zona de retenție, fluxul de apă este încetinit, permițând depunerea de solide și alți poluanți, astfel încât apa returnată în canalizarea apelor pluviale să fie mai curată. Vegetația care se dezvoltă în bazine de-a lungul timpului îmbunătățește purificarea apei și ajută la evaporare. Facilitatea este formata din doua bazine cu un baraj de piatra naturala intre ele. Bazinele sunt puțin adânci, cu o adâncime de aproximativ 0,5 m și se pot usca între precipitații. La baraj au fost instalate pietre de temelie pentru a încuraja o inspecție mai atentă a bazinelor, deoarece zona este utilizată și 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, ceea ce 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, reîncarcându-l.

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

În plus, sistemul de scurgere urbană va fi îmbunătățit și monitorizat cu un 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 prin intermediul unei aplicații de tip crowdsourcing pentru smartphone.

Pentru a pregăti planul de gestionare a apelor pluviale, 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 a energiei), administrația funciară a orașului Lappeenranta, urbanismul, străzile și mediul, serviciile de mediu, controlul clădirilor, serviciul de salvare din Karelia de Sud și centrul ELY din sud-estul Finlandei (un centru de dezvoltare regională). Temele atelierelor au fost apele pluviale și amenajarea teritoriului, apele pluviale și sistemele informatice, precum și gestionarea naturală a apelor pluviale. Rezumatele atelierelor au fost utilizate pentru a produce un set preliminar de conținuturi pentru Planul de gestionare a apelor pluviale, precum și o listă electronică a documentelor necesare pe care se bazează acest plan.

Constrângerile legate de spațiu reprezintă o limitare în gestionarea apelor pluviale. Planul de gestionare a apelor pluviale constată că structurile de gestionare a calității apelor pluviale sunt de obicei dimensionate pentru precipitații abundente o dată pe an sau de două ori pe an și permit o marjă suplimentară de 20 % pentru schimbările climatice, însă în unele locații s-ar putea să nu existe suficient spațiu pentru a face față nici măcar unui eveniment de precipitații o dată pe an. Într-o astfel de situație, a fost efectuată 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 dens construite, un aspect estetic este important. Planul sugerează canalizarea scurgerilor de apă pe culoarele copacilor și pe straturile de flori ale străzilor, dotate cu structuri de infiltrare, cuplate cu soluții de drenaj subteran - precum cele construite în Lappeenranta.

Un potențial factor limitativ este coordonarea între instituțiile și actorii implicați. Întreținerea și gestionarea zonelor umede este responsabilitatea Greenreality, serviciul municipalității 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 (sit-pilot al proiectului TransformAr) sunt gestionate de departamentul pentru străzi și mediu urban ca parte a întreținerii străzilor și a zonelor verzi. Coordonarea dintre responsabilitatea privată și cea publică pentru gestionarea apelor pluviale și conectarea la principalele rețele de drenaj în cazul proprietăților private poate fi, de asemenea, un factor limitativ pentru plan. Deosebit de îngrijorătoare este gestionarea scurgerilor din siturile industriale, din cauza gamei largi de poluanți pe care 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 limitativi majori. Disponibilitatea terenurilor nu a reprezentat o problemă din cauza declinului activităților agricole din zona Lappeenranta. Singurul factor limitativ temporar este timpul - este nevoie de aproximativ trei ani pentru ca o zonă umedă să-și îndeplinească pe deplin funcțiile de filtrare și reglare a apei. În plus, zonele umede au, de asemenea, efecte pitorești și sporesc atractivitatea recreațională a zonelor implicate.

Un beneficiu suplimentar este reproductibilitatea soluțiilor. Orașul Lappeenranta s-a alăturat proiectului H2020 TransformAr în calitate de partener de șantier demonstrativ, pentru a îmbunătăți și a demonstra unele acțiuni de adaptare întreprinse în cadrul Planului de gestionare a apelor pluviale. Acoperirea acestor acțiuni de adaptare de către proiectul TransformAr oferă o oportunitate unică de monitorizare a dezvoltării lor și de măsurare a eficacității și transferabilității lor. Având în vedere cele 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 implementarea aceleiași soluții de adaptare în Gjøvik ca și în Lappeenranta.

Costul întreținerii spațiilor verzi include întreținerea pe timp de iarnă, curățarea, întreținerea structurilor, a echipamentelor și a mobilierului, precum și gestionarea vegetației. În 2023, costul total de întreținere pentru zonele verzi a fost de 1,69 EUR/m2.

Construcția și întreținerea zonelor umede sunt planificate pentru fiecare amplasament în parte și, prin urmare, nu poate fi furnizată nicio cifră „tipică” pentru aceste costuri. Cu toate acestea, ca o ilustrare a gamei 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 pentru materiale, transport și forță de muncă, costurile pentru plantarea de noi arbori și vegetație, 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, în valoare totală de 83 300 EUR. Acestea includ costurile materialelor pentru zona de infiltrare și ale conductelor care evacuează apele pluviale în zonă, costurile aferente transportului și forței de muncă, costurile pentru plantarea de noi arbori și vegetație, 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 cu monitorizarea/senzorul, inclusiv senzorii, instalarea, întreținerea, gestionarea, monitorizarea și serviciile de reparații, plus serviciile de date pentru 26 de luni, totalizează 21 000 EUR pentru 5 puncte de monitorizare în 3 domenii.

Beneficiile acestor măsuri puse în aplicare în cadrul acestui studiu de caz nu au fost evaluate din punct de vedere cantitativ. Consolidarea controlului asupra calității apei are beneficii evidente pentru bunăstarea cetățenilor și vizitatorilor din Lappeenranta, în ceea ce privește siguranța sănătății care decurge din standarde fiabile privind apa pentru utilizări casnice și în scopuri recreative, chiar și în prezența inundațiilor. Utilizarea soluțiilor bazate pe natură pentru crearea de zone umede pe teritoriul municipalității sporește disponibilitatea zonelor verzi. Rețeaua de zone umede sporește, 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 BNS) rezultă dintr-o modificare a Legii privind gestionarea apei din 2014. Anterior, gestionarea apelor pluviale era reglementată prin Legea privind gestionarea apei; în urma modificării, gestionarea apelor pluviale este reglementată în prezent de Legea privind utilizarea terenurilor și construcțiile, cu scopul și scopul de a promova gestionarea apelor pluviale în ansamblul său. În temeiul Legii privind utilizarea terenurilor și construcțiile, 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 proprietarului, a fost semnat un acord de servicii pe patru ani între oraș și compania de apă, care a inclus, de asemenea, obligația de a pregăti un plan de apă pluvială la nivelul întregului oraș. Gestionarea apelor pluviale este ghidată de reglementările privind zonarea, de prioritățile orașului în materie de gestionare a apelor pluviale (secțiunea 2.2) și de Codul construcțiilor. Orașul Lappeenranta deține, de asemenea, rețeaua de drenare a apelor pluviale.

Opt măsuri bazate pe natură sunt deja în vigoare. Noul sistem de șanțuri deschise cuplat cu senzori, rețeaua științifică cetățenească și sondajul sunt așteptate să fie finalizate până la sfârșitul anului 2025, în intervalul de timp al proiectului TransformAr. În total, 11 situri de soluții bazate pe natură, inclusiv zona de infiltrare Koulukatu (sit pilotTransformAr), 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 de viață relativ scurtă, 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 pluviale al orașului Lappeenranta (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan Ohjelma)

Zhu et al. (2023). Perspectiva utilizatorului final a senzorilor cu costuri reduse pentru monitorizarea apelor pluviale urbane: o revizuire. Știința și amplitudinea apei; Tehnologie 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142