Skydda ytvattenkvaliteten i Villmanstrand, Finland

I Finland hotas vattenkvaliteten i Saimen nära Villmanstrand av ökad nederbörd, översvämningar och extrema väderhändelser på grund av klimatförändringen. Översvämningsvatten och vatten från smältande snö bär föroreningar (mikroplaster, oljor och andra kemikalier, näringsämnen, fasta och organiska ämnen) till sjön. Näringsbelastningen orsakar eutrofiering av sjön. I det fall att näringsförorening leder till en skadlig algblomning kan dricka eller simma i det drabbade vattnet orsaka allvarliga hälsokomplikationer. Till exempel kan simning på en strand där blågröna alger är närvarande irritera huden eller orsaka mage (t.ex. illamående, magont, diarré, kräkningar) eller influensaliknande symtom (t.ex. rinnande näsa, huvudvärk, ögonirritation, feber). Detta är särskilt problematiskt eftersom Saimen är en källa till dricksvatten och ett rekreationsnav.

Hanteringen av dag- och smältvatten är därför central för att övervinna dessa utmaningar. Det nuvarande klimatprogrammet har mål för att minska mängden dagvatten och smältvatten i stadens dagvatten- och avloppssystem. I kommunens dagvattenförvaltningsplan beskrivs behovet av att anpassa de nuvarande näten och anläggningarna till framtida krav och att öka stadens förmåga att filtrera bort oönskade ämnen från dagvatten och smältvatten.

Att ta fram en helhetsplan för hållbar dagvattenrening för Villmanstrand är en komplex uppgift. Staden sträcker sig över fem avrinningsområden (Saimaa, Saimaa Kanava, Ruoholampi, Rakkolanjoki och Alajoki). Liksom alla städer är Villmanstrand ett komplext stadssystem med komplicerade fysiska, ägandemässiga och juridiska samband mellan dess komponenter (parker, vägar, bostadshus, kommersiella byggnader, industrier etc.).

Dagvattenförvaltningsplanen belyser frågor som måste beaktas vid utformningen av infrastruktur för dagvattenhantering, såsom förekomsten av naturreservat, historiska kulturarvsplatser eller värdefulla landskapsområden, som bör ges bred kaj när man identifierar platser för nya dagvattenhanteringsanläggningar. En central fråga är den maximala nederbördsnivå som systemet bör kunna hantera, med tanke på den förväntade ökningen av extrema händelser till följd av klimatförändringarna, och de lokala specifika förhållandena och sårbarheterna – särskilt storleken på och situationen för den vattenförekomst som släpps ut.

Det övergripande syftet med vattenförvaltningen, såsom anges i förvaltningsplanen för dagvatten, är att förhindra att grundvattnet försämras i fråga om ekologisk status och vattenkvalitet för mänsklig användning, inbegripet rekreationsändamål. I planen anges följande mål för dagvattenhanteringen:

• Hantera och eventuellt förhindra översvämningsskador från dagvatten
• Bevara grundvattenresurserna genom att förhindra att skadliga ämnen kommer in i grundvattnet och optimera vattenupptagningen i grundvattnet.
• Bevara fritidsanvändningen av vattenförekomster genom kvalitetsstyrning av dagvatten genom att minska tillförseln av näringsämnen till vattenförekomster
• Minimera utbyggnaden av rörledningsnätet och mängden dagvatten som släpps ut till reningsverket
• Öka naturliga och lokala dagvattenhanteringsmetoder som främjar biologisk mångfald i natur och stadsområden, vilket är huvudfokus för denna fallstudie
• Använda dagvatten som en resurs, till exempel ett landskapselement, för bevattning eller våtmark

I planen fastställs också mer specifika mål för hanteringen av dagvattenkvaliteten i recipienterna, t.ex. att minska näringsföroreningarna och förhindra algblomningar i västra Saimen.

I dagvattenhanteringsplanen fastställs villkoren för användning av naturbaserade lösningar, såsom ändrad gatulayout för att tillhandahålla gröna remsor och biofiltreringsområden och ge utrymme för förvaltningsstrukturer, eftersom dagvatten från tungt trafikerade gator kan bära metaller, oljor och mikroplaster. Rekommendationerna omfattar genomförande av vattenkvalitetshantering, såsom dirigering av dagvatten, och ökad användning av permeabla trottoarer och öppna diken som dräneringslösningar för gator. Ett nytt naturbaserat dräneringssystem på stadens gator införs, vilket inkluderar plantering av en optimerad vegetationsmix längs kanten för att förbättra filtreringen av vatten till det underliggande vattenuppsamlingssystemet. Detta system är kopplat till sensorer för fjärrövervakning av dagvattenkvalitet och flöde samt översvämning i dräneringssystemet.

Åtta nya urbana våtmarksområden har byggts. sju längs stranden av sjön Pien-Saimaan och en på stranden av sjön Ruoholampi nära Villmanstrand, den senare slutförd i september 2023. Området för de sju våtmarkerna i Pien-Saimaan omfattar tre dammar och en bäckliknande sektion, som leder vatten som samlas upp av bäckvattennätet till våtmarkerna. Dammarna saktar ner vattenflödet, vilket gör att förorenande ämnen i Saimens vatten kan sätta sig i botten. Dammarna är byggda på olika höjder på en sluttning, och eftersom vattennivån kan variera avsevärt har poolerna utrustats med ett system för att rymma bräddavlopp. Våtmarken i Ruoholampi hindrar näringsämnen och fasta ämnen från att rinna ut i sjön Ruoholampi och därifrån till Pien-Saimaa. Det förbättrar också den biologiska mångfalden och, som byggs i närheten av en skola, elevernas välfärd. Andra naturbaserade dagvattenhanteringsstrukturer är dagvattenavrinningsområden (Heinäkatu) och infiltrationsområdet Koulukatu (pilotanläggningen för TransformAr-projektet).

Heinäkatu avrinningsområde används för att bromsa dagvattenavrinningen, för att balansera översvämningstoppar vid kraftiga regn och fungera som en kapacitetsbuffert för dagvattennätet. Vattnet samlas upp i retentionsområdet och släpps ut i systemet i andra änden. I retentionsområdet saktas vattenflödet, vilket möjliggör deponering av fasta ämnen och andra föroreningar, så att vattnet som återförs till dagvattenavloppet är renare. Vegetation som utvecklas i bassängerna över tiden förbättrar reningen av vattnet och hjälper till med avdunstning. Anläggningen består av två bassänger med en naturstensdamm mellan dem. Bassängerna är grunda med ett djup på ca 0,5 m och kan torka ut mellan regnhändelser. Stegstenar har installerats vid dammen för att uppmuntra närmare inspektion av poolerna, eftersom området också används som en inlärningsmiljö för eleverna i en närliggande skola.

Renoveringen av Koulukatu-gatan omfattar ett biofiltreringsområde för dagvatten i den gröna delen av gatan, vilket minskar mängden dagvatten som släpps ut till avlopp och obehandlade vattenförekomster. Dagvatten absorberas ner till grundvattenbordet genom de strukturella skikten av biokol och kalksten och laddar det.

Vid den konstgjorda grundvattenanläggningen Huhtiniemi i Villmanstrand produceras dessutom hushållsvatten genom infiltration av ytvatten från västra delen av Pien-Saimaa till grundvattnet. Huhtiniemi är den enda konstgjorda grundvattenanläggningen i Villmanstrand av totalt 10 grundvattenintag. Råvatten pumpas från Saimen till sandfiltreringsbassänger på Huhtiniemi-åsen, som fungerar som ett naturligt filter som effektivt renar vattnet. Vattnet pumpas sedan från brunnar och genomgår alkaliseringsbehandling och ultraviolett desinfektion innan det kommer in i vattendistributionsnätet.

Dessutom kommer det urbana avrinningssystemet att förbättras och övervakas med en uppsättning nya sensorer och kopplad övervakning av föroreningar, vattenkvalitet och flöde inom dräneringssystemet. Vidare kommer de boende att ges möjlighet att övervaka de implementerade lösningarna via en crowdsourcing smartphone-applikation.

För att förbereda dagvattenhanteringsplanen genomfördes samrådet med intressenterna i tre workshoppar under hösten 2019, med deltagande av Lappeenrannan Energiaverkot Oy (ett lokalt vatten- och energidistributionsföretag), Villmanstrands stads markförvaltning, stadsplanering, gator och miljö, miljötjänster, byggnadstillsyn, Södra Karelens räddningstjänst och Sydöstra Finlands NTM-central (ett regionalt utvecklingscentrum). Teman för workshopparna var dagvatten- och markanvändningsplanering, dagvatten- och informationssystem samt naturlig hantering av dagvatten. Sammanfattningarna av workshopparna användes för att ta fram en preliminär uppsättning innehåll för dagvattenförvaltningsplanen samt en elektronisk förteckning över de nödvändiga dokument som planen bygger på.

Utrymmesbegränsningar är en begränsning i dagvattenhanteringen. Dagvattenhanteringsplanen noterar att ledningsstrukturer för dagvattenkvalitet vanligtvis är dimensionerade för en gång om året eller två gånger om året kraftig nederbörd och möjliggör ytterligare 20% marginal för klimatförändringar, men på vissa platser kan det inte finnas tillräckligt med utrymme för att hantera ens en gång om året regnhändelse. I en sådan situation gjordes en kostnads-nyttoanalys av alternativa lösningar, såsom naturbaserade sådana - urbana våtmarksområden som utvecklats i Villmanstrand. Dessutom ökar ökningen av antalet dagvattenstrukturer också den årliga underhållsinsatsen och därmed de mänskliga resurser som krävs.

I tätbebyggda centrala stadsområden är en estetisk aspekt viktig. Planen föreslår att avrinningen kanaliseras till gatornas trädfiler och rabatter, utrustade med infiltrationsstrukturer, i kombination med underjordiska dräneringslösningar - som de som byggs i Villmanstrand.

En potentiell begränsande faktor är samordningen mellan de berörda institutionerna och aktörerna. Underhåll och skötsel av våtmarker sköts av Greenreality, kommunens tjänst för miljöskydd och hållbar utveckling av staden, medan andra dagvattenhanteringsstrukturer, såsom dagvattenavrinningsområden (Heinäkatu) och infiltrationsområdet Koulukatu (pilotplatsen för TransformAr-projektet) förvaltas av avdelningen för gator och stadsmiljö som en del av underhållet av gator och grönområden. Samordning mellan privat och offentligt ansvar för hantering av dagvatten och anslutning till de viktigaste dräneringsnäten när det gäller privata fastigheter kan också vara en begränsande faktor för planen. Särskilt oroande är hanteringen av avrinning från industrianläggningar, på grund av det stora antalet föroreningar som de kan släppa ut, vilket i sin tur kräver lösningar från fall till fall.

Våtmarksbyggandet har varit särskilt framgångsrikt och verkar inte ha drabbats av några större begränsande faktorer. Marktillgången var inte ett problem på grund av minskande jordbruksverksamhet i Villmanstrandsområdet. Den enda tillfälliga begränsande faktorn är tid - det tar ungefär tre år för en våtmark att fullt ut utföra sina vattenfiltrerings- och regleringsfunktioner. På plussidan har våtmarker också natursköna effekter och ökar rekreationens överklagande av de berörda områdena.

En ytterligare fördel är replikerbarheten av lösningarna. Villmanstrands stad anslöt sig till projektet H2020 TransformAr som partner för demonstrationsanläggningar för att förbättra och demonstrera vissa anpassningsåtgärder som vidtagits inom ramen för dagvattenförvaltningsplanen. TransformAr-projektets täckning av dessa anpassningsåtgärder ger en unik möjlighet att övervaka deras utveckling och mäta deras effektivitet och överförbarhet. Med tanke på det senare har ett uppföljningsprogram utvecklats inom projektet med den norska staden Gjøvik, en stad med cirka 30 000 invånare vid Mjøsasjön, den största sjön i Norge. Gjøvik har valts som replikator för Villmanstrand med tanke på deras liknande klimatsårbarhet när det gäller stadsplanering och vattenförvaltning. TransformAr-projektet övervakar implementeringen av samma anpassningslösning i Gjøvik som i Villmanstrand.

Kostnaden för att underhålla grönområden inkluderar vinterunderhåll, rengöring, underhåll av strukturer, utrustning och inredning och vegetationshantering. Under 2023 uppgick de totala underhållskostnaderna för grönområden till 1,69 euro/m2.

Anläggning och underhåll av våtmarker planeras för varje enskild anläggning, och därför kan ingen ”typisk” siffra för dessa kostnader tillhandahållas. Som en illustration av de olika kostnaderna har dock Villmanstrands förvaltning gett följande exempel för byggandet av våtmarkerna:

• Bottenbassängen på Heinäkatu hade en kostnad på 44 euro/m2 för en yta på 3 000 m2, totalt 132 000 euro. Detta omfattar kostnader för material, transport och arbetskraft, kostnader för plantering av nya träd och ny vegetation, byggarbetsplatser, inklusive byggledning och andra uppgifter på byggarbetsplatsen, samt de bygguppgifter som direkt bärs av stadens förvaltning.
• Infiltrationsområdet i Koulukatu kostade 340 euro/m2 för 245 m2, totalt 83 300 euro. Detta inkluderar kostnaderna för material för infiltrationsområdet och de rör som släpper ut dagvatten i området, de relaterade transport- och arbetskostnaderna, kostnaderna för plantering av nya träd och vegetation samt byggarbetsplatsens arbete, inklusive byggledning och andra byggarbetsplatsuppgifter, och de bygguppgifter som direkt bärs av stadens administration.
• Slutligen uppgår kostnaderna för övervakning/sensorer, inklusive sensorer, installation, underhåll, förvaltning, övervakning och reparation samt datatjänster under 26 månader, till totalt 21 000 euro för fem övervakningspunkter inom tre områden.

Fördelarna med dessa åtgärder som införts inom ramen för denna fallstudie har inte bedömts kvantitativt. Att stärka kontrollen över vattenkvaliteten har uppenbara fördelar för välbefinnandet för Villmanstrands invånare och besökare, när det gäller hälsosäkerhet som härrör från tillförlitliga vattenstandarder för hushållsbruk och rekreationsändamål, även vid översvämningar. Användningen av naturbaserade lösningar för att skapa våtmarker inom kommunens territorium ökar tillgången på grönområden. Våtmarksnätet ökar också den biologiska mångfalden och utgör en livsmiljö för många fåglar och insekter.

Grunden för den direkta ledningen av Villmanstrands kommun i det nya dagvattenhanteringsprogrammet (inklusive NBS) är en ändring av vattenförvaltningslagen 2014. Tidigare reglerades dagvattenhanteringen i vattenförvaltningslagen. Till följd av ändringen regleras dagvattenhanteringen nu i markanvändnings- och bygglagen, med syftet och syftet att främja dagvattenhanteringen i sin helhet. Enligt markanvändnings- och bygglagen är det kommunen som ansvarar för att organisera dagvattenhanteringen. Detta innebär inte automatiskt att privat egendom inkluderas i systemet, vilket kräver samordning av offentligt och privat ansvar.

År 2018 omorganiserades ägandet av dagvattennätet och delar av vattenförsörjningsnätet (stadsfullmäktiges beslut). Efter ägarbytet tecknades ett fyraårigt serviceavtal mellan staden och vattenverket, som också innehöll en skyldighet att utarbeta en stadsomfattande dagvattenplan. Dagvattenhanteringen styrs av zonindelningsbestämmelser, stadens prioriteringar för dagvattenhantering (avsnitt 2.2) och bygglagen. Villmanstrands stad äger också dagvattennätet.

Åtta naturbaserade åtgärder har redan vidtagits. Det nya öppna dikessystemet i kombination med sensorer, nätverket för medborgarforskning och undersökningen förväntas vara klart i slutet av 2025, inom tidsramen för TransformAr-projektet. Totalt 11 naturbaserade lösningsplatser, inklusive Koulukatu-infiltrationsområdet (Transformers pilotplats), kommer att genomföras inom detta program.

Våtmarker, om de underhålls på rätt sätt, förväntas vara på obestämd tid. Sensorer, å andra sidan, är relativt kortlivade från ungefär ett år till 10 år eller mindre, beroende på de specifika förhållandena på installationsplatsen, och kommer att behöva bytas ut vid fel (se Zhu et al, 2023 för detaljer).

Sanna Varis

sanna.varis@lappeenranta.fi

Dagvattenhanteringsplan för Villmanstrands stad (Lappeenrannnan Kaupungin Hulevesien Hallinnan Ohjelma)

Zhu m.fl. (2023). Slutanvändarperspektiv på billiga sensorer för övervakning av dagvatten i tätorter: en översyn. Vattenvetenskap & Teknik 87 (11): 2648–2684. https://doi.org/10.2166/wst.2023.142