Infiltrasjon for lokal overvannsdisponering (LOD) : vurdering av metoder for å måle infiltrasjon på lokal tomt

Abstract

Urbanisering og klimaendringer gir mer overvann Urbanisering og fortetting i byene, fører til at andelen tette flater øker. Dette hindrer regnvann i å infiltrere (trenge ned) i grunnen. I tillegg gir klimaendringene mer hyppig og intens nedbør, og det oppstår problemer med hvordan overvannet skal håndteres. Moderne overvannshåndtering vektlegger bruk av naturlige prosesser beskrevet igjennom 3-trinnstrategien: Trinn 1 – infiltrasjon, trinn 2 – fordrøyning, og trinn 3 – trygge flomveier. I Oslos kommuneplan (fra 2015) kreves det at nye bygg fortrinnsvis skal håndtere overvannet åpent ved bruk av lokal overvannsdisponering (LOD). Det er derfor behov for å kartlegge tomtens potensiale for infiltrasjon. Ikke sjelden mottar Oslo kommune søknader der utbygger forutsetter dårlig infiltrasjonsevne basert på løsmassekart som viser dårlig infiltrasjonsmuligheter. Utnyttelsen av mulighetene til infiltrasjon utnyttes dermed ikke. I denne oppgaven vil ulike metoder for å måle infiltrasjonsevne på lokal tomt vurderes, slik at ingeniører og andre som skal utvikle eiendommer får kunnskap som vil være avgjørende for valg av tiltak for LOD. Det er mange metoder for å måle infiltrasjon Måling av infiltrasjonsevne ble utført på seks lokaliteter i Oslo, sommeren 2016, på ulike jordarter med varierende leirinnhold. Feltmålinger av infiltrasjonskapasitet ble utført ved bruk av instrumenter; Modified Phillip-Dunne (MPD), Dobbelring-infiltrometer (DR) og Mariotte-infiltrometer, og utførelse av Grop-infiltrasjon, som er å grave et hull i bakken som fylles med vann. Jordprøver ble tatt ut fra de ulike lokalitetene og analysert på laboratoriet, i form av kornfordelingskurver for teoretisk beregning av infiltrasjon. Det ble også tatt ut jordprøver for målinger av infiltrasjonsevne på laboratoriet. Resultatene fra de forskjellige målemetodene ble sammenlignet. Målinger i felt er nødvendig fordi byjord kan inneholde overraskelser Feltforsøkene avdekket store variasjoner i målt infiltrasjonsevne mellom de seks lokalitetene (1- 595 cm/t). Årsaken kan skyldes variasjon i jordart, grad av komprimert jord samt biologisk aktivitet. Sammenlignes de forskjellige målemetodene var det også forskjeller, selv om målingene ble gjort på samme sted. Hvis vi forutsetter like jordforhold på et målested, var rekkefølgen DR>MPD for målinger i overflaten, der der MPD vanligvis ga høyeste infiltrasjon. For målinger i dypere jordlag (50-60 cm) var rekkefølgen Grop-inf.>MPD i dypet>Mariotte-inf., der Grop-infiltrasjon vanligvis ga høyeste infiltrasjon. Resultater fra infiltrasjonskapasitet målt på lab fra uforstyrrede jordprøver viser generelt lavere verdier enn målt infiltrasjonskapasitet i felt. Det var vanskelig å beregne mettet hydraulisk konduktivitet fra kornfordelingskurvene da de ikke oppfylt kravene metodene stilte. MPD-infiltrometeret er trolig den enkleste metoden for bruk i praksis: Mange tester kan gjøres samtidig. Dermed kan den store jordvariasjonen på en eiendom dekkes. Behovet for vann til gjennomføring er relativt lite sammenlignet med de andre metodene. Det må likevel tas høyde for at denne metoden overestimerer infiltrasjonsevnen for finkornige jordarter, og underestimerer for grovkornige jordarter. Det er regnet ut korreksjonsfaktorer som kan benyttes som sikkerhetsmargin. Infiltrasjonsmålingene viste at det er et stort potensiale for infiltrasjon av regn i starten av en nedbørhendelse, selv på jordarter som har lav mettet hydraulisk konduktivitet som leire. Kravene om at trinn 1 (infiltrasjon) skal håndtere regn opp til 20 mm er realistiske under tørre forhold om sommeren. Løsmasser i by kan inneholde mye gamle fyllmasser og sprekker med meget god infiltrasjon, og selv leirjord kan ha høyere effektiv porøsitet enn forventet. Dette tilsier at det er viktig å gjennomføre infiltrasjonsmålinger for å vurdere infiltrasjonsevne på lokal tomt.

Urbanization and climate change leads to increases in storm water Urbanization and densification of cities increases the impervious area. This prevents rainwater from infiltrating into the ground. In addition; climate changes results in more frequent and intense precipitation, and problems linked to stormwater management follow. Modern stormwater management emphasizes use of sustainable urban drainage systems (SUDS), this implies following a 3-step strategy: Step 1 – infiltration, Step 2 -retention, and Step 3 – secure flood ways. According to Oslo’s municipal master plan (2015) new buildings must handle storm water through open systems according to SUDS principles. Therefore, improved mapping of areas suitable for infiltration is required. Often, Oslo municipality receives applications from building companies that assumes poor hydraulic conductivity based on soil and quaternary geology maps, without proper field investigations. Commonly the local infiltration capacity is underestimated, and therefore not used to its full potential. In this thesis, different in-situ methods of measuring infiltration rate will be tested, so that companies developing properties know how they can get site-specific knowledge about infiltration capacity and a better competence on emerging practices of SUDS. Methods for measuring local infiltration rates During summer of 2016, saturated hydraulic conductivity was measured at six different locations in Oslo. The sites represented different soil types with varying clay content. The following in-situ methods were tested; Modified Philip-Dunne (MPD), Double ring infiltrometer (DR), Mariotte-infiltrometer, and Pit-infiltration. In addition, soil samples were taken at the different locations and analyzed in the laboratory. Both grain size analysis and various soil physical tests of ‘undisturbed’ soil samples taken in steel rings. The results from different methods were compared. Urban soil may contain surprises The field measurements revealed great variations in measured infiltration rates among the six locations (1-595 cm/h). The reason may be caused by natural or man-made variations in soil type, degree of compaction and/or biological activity. Comparison of the different methods show differences, even though measurements were done at the same site. If we assume equal soil conditions on a test location, the order was MPD>DR for measurements at the surface, where MPD usually gave the highest infiltration. For measurements in deeper soil layers (50-60 cm) the order was Pit-infiltration > MPD > Mariotte – infiltrometer, where Pit-infiltration usually gave the highest infiltration. Results from infiltration capacity measured in laboratory from undisturbed soil samples was generally lower than hydraulic conductivity values measured in the field. It was difficult to calculate saturated hydraulic conductivity from grain size distribution curves, given that the curves did not fulfill the methods requirements. The overall conclusion from the practical field tests is that the MPD-infiltrometer is the easiest method. Advantages are that; several tests can be done at the same time, thus, the soil variability at a site can be quantified. The need for water is relatively low compared to the other methods. The results indicate that the method gives slightly higher saturated hydraulic conductivity than for example the Double ring infiltrometer, this should be taken into account when interpreting the results. Correction factors are calculated and suggested as safety margin. The infiltration measurements showed a higher infiltration rate during the first part of the infiltration tests, as a practical consequence it is highly likely that the natural infiltration capacity exceeds the rainfall during the first part of a precipitation event, even with soil types with low saturated hydraulic conductivity such as clay. The requirement of Step 1 (infiltration) that rainfall up to 20 mm can infiltrate is realistic during the most commonly observed dry conditions during summer. Urban soil often includes anthropogenic material such as old bricks and coarse material with high infiltration rates. This study also shows that loam may also have higher hydraulic conductivity than expected. This suggests that it is important to conduct site specific infiltration measurements in order to implement appropriate local SUDS.