Fordrøyning av overvann ved bruk av grøntareal og regnbed - Forskning i Norge og internasjonalt

Transkript

1 Fordrøyning av overvann ved bruk av grøntareal og regnbed - Forskning i Norge og internasjonalt Kim H. Paus PhD kandidat, IVM, NTNU Kommunevegdagene Fredrikstad 25.April 2013

2 Urbanisering påvirker det hydrologiske kretsløpet Forventet påvirkning fra klimaendringer Økende urbanisering

3 Urbant overvann inneholder høye konsentrasjoner forurensning Tilstandsklasser for ferskvann (KLIF, 1997) Lindholm, O. (2004). Miljøgifter i overvann fra tette flater: Litteraturstudie (Stormwater Pollutants From Impervious Surfaces: A Literature Review), RAPPORT LNR , Norwegian Institute for Water Research (NIVA), Oslo, Norway.

4 Smeltevann kan potensielt inneholde enda høyere konsentrasjoner Temperert klima Akkumulering på urbane flater Kaldt klima Akkumulering på urbane flater Akkumulering i snø

5 Akkumulert sink i brøytekant [mg/m 2 ] Smeltevann kan potensielt inneholde enda høyere konsentrasjoner eksempel fra Trondheim (januar - mars 2010) Alder på snø [dager] Akkumulert kadmium i brøytekant [mg/m 2 ]

6 Vanndirektivet og forurenset overvann Miljøtilstand Svært god God Grensen for bærekraftig bruk Moderat Dårlig Svært dårlig Alle vannforekomster skal tilstandsvurderes og (med unntak av SMVF) oppnå god økologisk og kjemisk tilstand. For å håndtere de økende vannmengder (som følge av urbanisering og klimaendringer) og samtidig oppnå god økologisk og kjemisk tilstand må vi endre strategi på overvannshåndteringen..

7 Fra ett grått til ett blågrønt bymiljø Figur omarbeidet fra Norsk Vann Rapport 162/2008 Grå løsninger Kvantitet Blågrønne løsninger Kvantitet Kvalitet Verdi i samfunn Regnbed

8 Regnbed Regnbed er et terrengtilpasset infiltrasjonsanlegg, beplantet med naturlig og stedstilpasset vegetasjon, som fremmer oppsamling, fordrøyning og infiltrasjon av overvann ved å etterlikne det naturlige hydrologiske kretsløpet, samt behandle urbant overvann ved å utnytte de fysiske, kjemiske og biologiske prosesser som naturlig foregår i jorden.

9 Regnbed The Minnesota Stormwater Manual

10 Regnbed The Minnesota Stormwater Manual

11 Regnbed: Prinsipper Norsk Vanns treleddsstrategi Lokalt tiltak for å håndterere den første og den mest forurensede delen av avrenningen Vegetasjonslag bestående av robuste planter som tåler perioder med både stående vann og tørke Filtermediet som typisk består av sand, matjord og løv-kompost

12 Regnbed: Utforming Tilpasset relativt små nedbørsfelt (< 0,4 ha) med slak helning (5 %). Kan anlegges langs veger, P- areal, tette urbane områder, som en del av en park, i hage, nybygg eller etter-monteres ved rehabiliteringsprosjekt. Trygge flomveier må alltid sikres. Grunnforhold avgjør om regnbedet må dreneres og om stedegne masser kan benyttes som filtermedium. Bruk gjerne landskapsarkitekt mht. plassering i nedbørsfelt, geometrisk form og plantevalg.

13 Internasjonale erfaringer (USA) Tilbakeholder miljøgifter/ beskytter vannkvalitet: TSS (> 90%) Tungmetaller (> 90%) PAH (> 90%) Opprettholder den naturlige hydrologien Avlaster nedstrøms overvannssystem Bevarer vannet i området Flomreduserende effekt Fornyer grunnvannet Øker biodiversiteten i urbane områder Flerbruk av areal (estetikk og funksjonalitet)

14 Er regnbed egnet for norske forhold? Infiltrasjonskapasitet Temperert klima Kaldt klima Rensekapasitet

15 Overvåkning av «pilot»-regnbed for å undersøke hydrologisk ytelse under norske forhold L34b NB21 H8 RIS Langmyrgrenda 34b (Oslo) Nils Bayes vei 21 (Oslo) Hammondsvei 8 (Melhus) Risvollan borettslag (Trondheim) Etablert: 2006 Etablert: 2009 Etablert: 2009 Etablert: 2010 Overflateareal: 5,9 m 2 Overflateareal: 10,3 m 2 Overflateareal: 5,1 m 2 Overflateareal: 40,0 m 2 Maksimale vannstand: 6,5 cm Maksimale vannstand: 20 cm Maksimale vannstand: 19 cm Maksimale vannstand: 16 cm Dybde filtermedium: - Dybde filtermedium: 80 cm Dybde filtermedium: 100 cm Dybde filtermedium: 75 cm Drensrør: - Drensrør: 100 mm Drensrør: 100 mm Drensrør: 2 X 100 mm Areal nedbørsfelt: 291 m 2 Areal nedbørsfelt: 139 m 2 Areal nedbørsfelt: 107 m 2 Areal nedbørsfelt: m 2 Nedbørsfelt: Gårdsplass Nedbørsfelt: Tak Nedbørsfelt: Tak Nedbørsfelt: Asfalt og gress

16 Fire «pilot»-regnbed i Norge H8

17 Regnbed på Risvollan, Trondheim Foto: K. Paus Foto: A. Ekle

18 Regnbed på Risvollan, Trondheim Foto: A. Ekle Foto: A. Ekle

19 Regnbed på Risvollan, Trondheim Foto: K. Paus Foto: A. Ekle

22 Foto: K. Paus Regnbed på Risvollan, Trondheim

23 Foto: A. Ekle Regnbed på Risvollan, Trondheim

24 Foto: A. Ekle Regnbed på Risvollan, Trondheim

27 Eksempel fra Risvollan: 9.2 mm juli 2011

30 Eksempel fra Risvollan: 9.2 mm juli 2011 Reduksjon på flomtopp = 88%

31 Eksempel fra Risvollan: 9.2 mm juli 2011 Tidsforsinkelse på flomtopp = 55 minutter Reduksjon på flomtopp = 88%

32 Avrenning Tilbake til den hydrologiske tilstanden før urbanisering Dagens kapasitet Tid

33 Infiltrasjonskapasitet

34 Infiltrasjonskapasitet

35 Infiltrasjons-kapasitet [cm/t] Sesong-variasjoner i infiltrasjonskapasitet

36 Infiltrasjons-kapasitet [cm/t] Redusert infiltrasjon som følge av lav temperatur For å tilrettelegge for god ytelse året rundt er en tilstrekkelig høy infiltrasjonskapasitet nødvendig (< 10 cm/t) 2/3 av sep-okt 1/5 av sep-okt

37 Er regnbed egnet for norske forhold? 1. Store sesong-variasjoner i infiltrasjonskapasitet Fra temperert.. Hvor lang tid tar det før regnbedet blir tett?..kaldt klima

38 Felt-forsøk på eksisterende regnbed for å undersøke infiltrasjonskapasitet over tid Forventninger Infiltrasjonsevnen vil reduseres over tid som følge av at sedimenter og partikler i overvannet tetter igjen filtermediet... øker over tid som følge av at vegetasjonen får etablert seg (regnbedet modnes)... endres som følge påvirkning fra frysetine-sykluser.

39 Felt-forsøk på eksisterende regnbed for å undersøke infiltrasjonskapasitet over tid Infiltrasjons-kapasitet [cm/t]

40 Er regnbed egnet for norske forhold? 1. Store sesong-variasjoner i infiltrasjonskapasitet Fra temperert.. 2. Felt-forsøk viser at infiltrasjonskapasitet øker over tid Er lav temperatur begrensende for tilbakeholdelse av metaller?..kaldt klima

41 Kolonne-forsøk for å studere filtermediets evne til å tilbakeholde løste metaller under forhold i kaldt klima Filtermedia med varierende mengde kompost for å undersøke effekten av organisk materiale. Tilførte konstante konsentrasjoner av løst Cd, Cu og Zn To parallell-forsøk (3.6 ⁰C og 19.4 ⁰C) for å undersøke effekten av temperatur. Tilsetning av NaCl for å studere effekter av spesifikke forhold i kaldt klima.

42 Konsentrasjon av sink i utløpet [mg/l] Kolonne-forsøket gir informasjon om hvordan metaller fjernes Reaksjonshastighet Sorpsjonskapasitet Vannvolum [L]

43 Mettet hydraulisk konduktivitet, Ksat [cm/t] Metall-sorpsjon øker med økende mengde organisk materialet (kompost) i filtermediet sorpsjons-kapasitet [mg Cd per g filtermedia] Organisk materialet i filtermedia (LOI) [%]

44 Konsentrasjon av sink i utløpet [mg/l] Metall-sorpsjon høyest ved lav temperatur Reaksjonshastigheter Sorpsjonskapasiteter Vannvolum [L]

45 Infiltrasjonsevne Mettet hydraulisk konduktivitet, Ksat [cm/h] Metall-sorpsjon Sammenheng mellom øker med infiltrasjonsevne, økende mengde rense-evne for organisk metaller, temperatur materialet i og filtermediet organisk materialet i filtermediet. sorpsjons-kapasitet [mg Cd per g filtermedia] Rense-evne for metaller Organisk materialet innhold i filtermedia i filtermediet (LOI) [%]

46 Er regnbed egnet for norske forhold? 1. Store sesong-variasjoner i infiltrasjonskapasitet Fra temperert.. 2. Feltforsøk viser at infiltrasjonskapasitet øker over tid 3. Filtermediet har svært god evne til å tilbakeholde metaller - også ved lave temperaturer..kaldt klima Er det forhold i kaldt klima som kan redusere renseeffekt?

47 Saltforbruk i Norge?

48 Konsentrasjon av kadmium i utløpet [mg/l] Post-forsøk: Tilsetning av overvann med høyt innhold av veisalt (NaCl) 1 mg Cd/L 0 mg NaCl/L Sink utløpskonsentrasjon Natrium-konsentrasjon Sink innløpskonsentrasjon Relativ konduktivitet Vannvolum [L] 0 mg Cd/L mg NaCl/L Relativ salt- og natrium-konsentrasjoner [ - ]

49 Konsentrasjon av kadmium i utløpet [mg/l] «Breakthrough» av salt (som konduktivitet) 1 mg Cd/L 0 mg NaCl/L Sink utløpskonsentrasjon Natrium-konsentrasjon Sink innløpskonsentrasjon Relativ konduktivitet Vannvolum [L] 0 mg Cd/L mg NaCl/L Relativ salt- og natrium-konsentrasjoner [ - ]

50 Konsentrasjon av kadmium i utløpet [mg/l] NaCl i vannet bidrar til å mobilisere metaller i filtermediet 1 mg Cd/L 0 mg NaCl/L Vannvolum [L] 0 mg Cd/L mg NaCl/L Relativ salt- og natrium-konsentrasjoner [ - ]

51 Konsentrasjon av kadmium i utløpet [mg/l] Na + -ioner bytter plass med Me 2+ -ioner 1 mg Cd/L 0 mg NaCl/L Sink utløpskonsentrasjon Natrium-konsentrasjon Sink innløpskonsentrasjon Relativ konduktivitet Vannvolum [L] 0 mg Cd/L mg NaCl/L Relativ salt- og natrium-konsentrasjoner [ - ]

52 Konsentrasjon av kadmium i utløpet [mg/l] Na + -ioner bytter plass med Me 2+ -ioner Observasjoner: Andelen mobiliserte metaller avhenger av hvor mye metaller som var tilbakeholdt før salt-pulsen. 1 mg Zn/L 0 mg NaCl/L Sink utløpskonsentrasjon Natrium-konsentrasjon Sink innløpskonsentrasjon Relativ konduktivitet Organisk materialet holder bedre på metallene enn det sand gjør. Mengden mobiliserte metaller under gitte forhold er relativt beskjeden - toppkonsentrasjonene er imidlertid høye. Ved lav temperatur er prosess-ratene halvert. Vannvolum [L] 0 mg Cd/L mg NaCl/L Relativ salt- og natrium-konsentrasjoner [ - ]

53 Oppsummering 1. Store sesong-variasjoner i infiltrasjonskapasitet Fra temperert.. 2. Feltforsøk viser at infiltrasjonskapasitet øker over tid 3. Filtermediet har svært god evne til å tilbakeholde metaller - også ved lave temperaturer..kaldt klima 4. Veisalt (NaCl) bidrar til mobilisering av metaller men trolig ikke avgjørende for renseeffekt

54 Takk for oppmerksomheten 1. Store sesong-variasjoner i infiltrasjonskapasitet 2. Feltforsøk viser at infiltrasjonskapasitet øker over tid 3. Filtermediet har svært god evne til å tilbakeholde metaller - også ved lave temperaturer Takk til Ray Hozalski, Joel Morgan John Gulliver (UMN), TorOve Leiknes, Torstein Dalen (NTNU), Bent Braskerud (NVE) og Fulbright 4. Veisalt (NaCl) bidrar til mobilisering av metaller men trolig ikke avgjørende for renseeffekt

55 Noen nyttige linker Norske artikler: Paus K.H. og Braskerud, B. C. (2013). Dimensjonering og utforming av regnbed under norske forhold. Vann, 1 (48): Braskerud, B. C. and Paus, K. H. (2013). Anlegging av regnbed. En billedkavalkade over 4 anlagte regnbed, NVE rapport nr. 3/2013 Braskerud, B. C., Kihlgren, K. S., Saksæther, V. og Bjerkholt, J. T. (2012). Hydrologisk testing av regnbed for bruk som LOD-tiltak i småhusbebyggelse. Vann, 4 (47): Dalen, T., Paus, K. H., Braskerud, B. C. og Thorolfsson, S. T. (2012). Målt og modellert hydrologisk ytelse til regnbed i Trondheim. Vann, 3 (47): Anlegge regnbed? Prince Georges County Bioretention manual ( n%20manual_2009%20version.pdf) Minnesota Stormwater Manual ( Building a Rain Garden in the Pacific Northwest