Fordrøyning av takvann : vurdering av miniregnbed som lokal overvannshåndtering

Abstract

Klimaendringer fører til mer ekstremvær som tørke og ekstremnedbør. I naturen infiltreres nedbør gjennom jordoverflaten og ledes til grunnvann, elver og bekker. I urbane områder er den naturlige jordoverflaten dekket av tette flater som hustak og gater som forhindrer nedbøren fra å sive ned i bakken. Dette forstyrrer den naturlige vannbalansen. Kombinasjonen av klimaendringer og fortetting i byer fører til at mer nedbør faller på en større andel tette overflater og ved store nedbørhendelser kan kommunens avløpsnett fylles opp av overvann. Dersom nettets kapasitet overskrides, kan kloakkvann slippes urenset ut i naturen.

De tradisjonelle løsningene for overvannshåndtering går gjerne ut på å lede vannet inn i rør under overflaten. Som grønnere alternativ til den konvensjonelle metoden, er det utviklet løsninger som håndterer overvann åpent og lokalt der nedbøren faller, og som bidrar til et grønnere bybilde. Denne masteroppgaven tar for seg et nytt system for lokal håndtering av nedbør fra tak, kalt miniregnbed. Systemet har som hensikt å holde tilbake takvann ved små og store nedbørhendelser. Målet med oppgaven er å undersøke miniregnbedets fordrøyningsvirkning, foreslå forbedringer og utarbeide et tabellverk for bruk i praksis.

Miniregnbedet er undersøkt ved å gjennomføre forsøk i laboratorium og ved å bygge en modell av systemet i modelleringsprogrammet Storm Water Management Model (SWMM). Det er kjørt simuleringer av utvalgte nedbørhendelser i modellen for å undersøke systemets fordrøyningsvirkning. Miniregnbedets design og dimensjoner er til slutt optimalisert med den hensikt å redusere avrenning fra tak ytterligere.

Resultatene fra simuleringer i SWMM viser at miniregnbedet håndterer ulike regnhendelser svært forskjellig. Miniregnbedet har størst fordrøyningsvirkning ved korte og intense nedbørepisoder, der maksimalavrenningen fra taket reduseres og dempes opptil 87 prosent. Ved lengre og mindre intense nedbørhendelser er reduksjonen av maksimalavrenning betydelig lavere, med laveste reduksjon av spissavrenning helt ned mot 0,8 prosent. Miniregnbedet har i disse tilfellene fortsatt en dempende virkning på et stort volum takvann, med effektivt fordrøyningsvolum opptil 2,9 ganger så stort som miniregnbedets tilgjengelige volum for fordrøyning.

Utviklingen av nye systemer for håndtering av overvann er viktig for å møte behovene til en voksende by. Det er ikke alle løsninger som egner seg for installasjon i eksisterende bebyggelse og i slike tilfeller kan miniregnbed være et særlig nyttig tiltak. Oslo kommune har definert et behov for fordrøyning av overvann i utbygde områder i sin Handlingsplan for overvannshåndtering. Miniregnbed kan plasseres på overflaten og systemets ytre dimensjoner kan tilpasses lokale behov. Det kan altså dimensjoneres slik at det passer inn i utbygde områder, som på et fortau, langs en vei eller i en bakgård.

Dersom miniregnbed benyttes i lokal overvannshåndtering, vil det bidra til å redusere mengden overvann i avløpssystemet. Dette kan frigjøre kapasitet og redusere mengden urenset kloakk som slippes ut i naturen ved store nedbørhendelser. Dette er i tråd med FNs bærekraftmål 6.3 som sikter mot å halvere utslipp av urenset avløpsvann innen 2030.

Climate change leads to more extreme weather. Droughts and extreme rainfall will become increasingly common. In nature, rainfall infiltrates the surface of the soil and makes its way to groundwater, rivers and streams. In urban areas, much of the natural soil surface is covered. Dense surfaces such as roofs and streets prevent rainfall from seeping into the ground. This disturbs the natural water balance. The combination of climate change and urbanization leads to more rain falling on a larger proportion of impervious surfaces. In the event of large rainfalls, sewer systems can be replenished by stormwater. If the capacity of the sewer system is exceeded, untreated sewage can end up being discharged into nature.

Traditional solutions for stormwater management tend to divert water from the surface into pipes below the ground. Greener alternatives to the conventional method have been developed. They are designed to manage stormwater locally and out in the open. Putting them into use will both reduce the stress on the stormwater systems and create a greener cityscape. This master thesis describes a new system for local management of rainfall from roofs, called miniature raingarden. The system aims to first withhold roof water from small and large rainfall events, before gradually releasing it at a much slower rate. This thesis seeks to investigate the attenuation effect of the miniature raingarden, propose improvements, and create a table for sizing and use in practice.

The miniature raingarden has been examined by conducting experiments in a hydraulic laboratory combined with building a model of the system in the modeling program Storm Water Management Model (SWMM). Simulations of selected rainfall events have been run in the model to investigate the attenuation effect of the system. Thereafter, the design and dimensions of the miniature raingarden has been optimized with the intention of further reducing runoff from roofs.

The results show that the miniature raingarden handles various rainfall events differently. The greatest attenuation effect is for short and intense events, which presented a maximum reduction of peak runoff of up to 87 percent. For longer and less intensive events, the reduction rate is considerably lower, with the lowest reduction down to 0,8 percent. In these cases, the miniature raingarden still has an attenuation effect on a large volume of roof water, with effective attenuation volume up to 2,9 times the volume of the miniature raingarden.

Developing new stormwater management systems is essential for growing cities. Continued population growth combined with more extreme rainfall will cause further strain on already struggling wastewater systems. Not all solutions are suitable for installation in densely built urban areas. In such cases, miniature raingardens can be a particularly useful measure. Oslo municipality’s Plan of Action for Stormwater Management has defined a need for attenuation of stormwater in already developed areas. Miniature raingardens can be placed on the surface relatively easy and comparatively cheaper to other solutions. The system’s external dimensions can be adapted to local needs. It can be dimensioned to fit into urban areas, such as on a sidewalk or along a road.

If miniature raingardens are used in local stormwater management, it will reduce the amount of stormwater in the sewage systems during rainfall events. This can free up capacity and reduce the amount of untreated wastewater that is released into nature during rainfall events. This is in line with the UN Sustainability Goal 6.3, which aims to cut the emissions of untreated wastewater in half by 2030.