Modellering av forurenset overvann ved bruk av terrengdata og ArcGIS Pro

Abstract

Pågående klimaendringer fører til økt intensitet og hyppighet av nedbørshendelser, samtidig øker andel tette flater som følge av urbanisering. Dette medfører økt mengde overflateavrenning. Når overvann føres over urbane overflater, vil det fanges opp forurensningsstoffer som kan forårsake uønskede konsekvenser ved utslipp til resipient. Hensikten med denne masteroppgaven var å undersøke om simulert fordeling av forurensningsproduksjon kan benyttes for å kartlegge hvilke forurensningsbegrensende overvannstiltak som kan implementeres i et område. I denne oppgaven presenteres en metode der beregning av forurensningsutslipp kombineres med modelleringsverktøyet ArcGIS Pro. Metoden ble utprøvd på et studieområde som inngår i Lørenskog og Oslo kommune. ArcGIS Pro tillater å visualisere hvordan ulike forurensningsstoffer akkumuleres i avrent overvann i et område. Dette ble utført ved å vektlegge beregnet forurensningsutslipp som en egen parameter i beregnede rasterceller for avrenning. Fordelingen ble bestemt på grunnlag av terrengets topografi alene. Metoden kunne videre brukes for å simulere effekten av ulike overvannstiltak. Dette gjorde det mulig å se hvordan ulike tiltak påvirket forurensningsutslippet i det aktuelle nedbørsfeltet. Tiltakene kunne vurderes isolert sett for ulike typeområder eller totalt sett for hele nedbørsfeltet. Selv om resultatene kun ga et grovt estimat på forurensningsmengde som ikke kunne sammenlignes med målte verdier fra resipienten i studieområdet, var de egnet som sammenligningsgrunnlaget ved vurdering av effekten til ulike overvannstiltak i et nedbørsfelt. Utførte simuleringer viste at tiltak på områder med høy forurensningsproduksjon ga størst utslag på forurensningsutslippet. Tiltakene måtte imidlertid implementeres på en stor andel av typeområdene for å gi vesentlig fjerning av forurensningsstoffene. Utførte kostnadsvurderinger muliggjorde å vurdere kostnadene for simuleringene basert på fjernet forurensningsmengde, total drift- og investeringskostnader beregnet som kostnad per masse forurensning fjernet for de ulike simuleringene. En videreutvikling av metoden knyttet til forenklinger gjør at den kan benyttes til å kartlegge hvilke overvannstiltak som er best egnet i et område, hvor renseeffekt og økonomiske aspekt kan vektlegges. Dette gjør det mulig å benytte metoden i tidlig planleggingsfase tilknyttet overvannshåndtering.

Climate change causes an increase in both frequency and intensity of rainfall events. Combined with urbanization and increased density in cities, this increases stormwater runoff. When stormwater runoff is distributed over urban surfaces, different pollutants may accumulate in the runoff. This can potentially harm recipients. The goal of this master thesis was to explore the possibility of identifying best management practices (BMPs) for reducing pollution load in stormwater runoff. This was conducted by simulating the pollution distribution in stormwater runoff. The thesis presents a method where calculated pollution load is combined with modelling in the GIS-based application ArcGIS Pro. The method was tested on a specific area, namely a watershed located in Lørenskog and Oslo municipality. The use of ArcGIS Pro allowed for visualizing the pattern of polluted stormwater runoff in the chosen area based on terrain topography. This was done by applying the calculated pollution load as a weighted parameter in the simulated raster cells for stormwater runoff. Further, the method was used to simulate how different BMPs affected the stormwater pollution pattern. This allowed for a mapping of the pollution distribution, including how the measures affected specific land use areas as well as the total watershed. The presented results gave a rough estimate of the pollutant load, which was not comparable with measured concentrations from the watershed. Nevertheless, the results were used to compare the differences in pollution reduction loads for the included BMPs. Conducted simulations showed that implementing BMPs in areas with high initial pollution load gave the greatest impact on pollution removal. However, the measures had to be implemented on a large part of the various land use areas to achieve significant removal rates in the watershed. A cost-benefit analysis was conducted, allowing for an assessment of the total costs of the different simulations. Removed pollution load and associated costs was used to define the cost of removing pollution per unit of mass for each simulation. By further developing the presented method with a focus on simplifications, it can be used to assess which BMPs that are best suited in specific areas, regarding both desired removal rates and economical aspects. Thus, the method can be used as a guiding tool in an early planning phase in stormwater management.