Kostnadseffektiv håndtering av overvann og urban flom i en by i vekst og i et klima i endring

Abstract

Utfordringer knyttet til overvann og urban flom som følge av klimaendringer og fortetting er og vil være et viktig tema i årene fremover. Tradisjonelt transporteres overvann i lukkede overvanns- og avløpssystemer som dimensjoneres for kraftig regn. Med kraftig regn menes nedbørshendelser over 1 mm i timen og opp til gjentaksintervaller definert i kommunale hovedplaner. Eksisterende systemer tåler normalt ikke økende overvannsmengder, spesielt fra nedbørshendelser av mer ekstrem karakter. Et eksempel på ekstrem nedbør er styrtregn, som er kraftig regn med kort varighet. Skadestatistikken viser økende årlige overvannsrelaterte kostnader, og det forventes at disse vil eskalere i fremtiden dersom det ikke iverksettes risikoreduserende tiltak. Det er også et stort avløpsrehabiliteringsbehov, som fordyres som følge av manglende kapasitet i avløpssystemet, slik at bruk av kostnadseffektiv gravefri rehabilitering begrenses. For å møte overvannsrelaterte utfordringer og samtidig opprettholde avløpssystemets servicenivå, er det nødvendig med betydelige offentlige investeringer. Hovedformålet med denne avhandlingen er å utvikle en metodikk for hvordan totale kommunale investeringer knyttet til overvannshåndtering under og over bakken ved både kraftige- og styrtregnhendelser kan effektiviseres. Overvannshåndtering i avhandlingen sees på som et sammensatt system for avløpshåndtering og flomsikring. Med overvannstiltak menes naturbaserte «blågrønne» og konvensjonelle «grå» tiltak som er nødvendige for å forebygge skaderisiko fra overvann i urbane nedbørsfelt ved både kraftig- og styrtregn. For å svare ut hovedformålet er det definert tre forskningsspørsmål med tilhørende hypoteser, med Oslo som caseområde. Undersøkelsene er basert på sammensatte analyser og bruker metoder fra ulike fagfelt, da overvannshåndtering i seg selv er en tverrfaglig problemstilling. I det første forskningsspørsmålet ble det undersøkt hvordan en kommune kan øke rehabiliteringstakten av avløpssystemer med dårlig kapasitet uten budsjettøkninger. Resultatene viser at selv på avløpsledningsstrekninger med dårlig kapasitet er det mulig å bruke kostnadseffektive gravefrie metoder, ved å frakoble punktbelastning fra ledningsnettet. Dette forutsetter imidlertid at det etableres tiltak for håndtering av frakoblet overvann (såkalt lett separering). Resultatene indikerer videre at det ved etablering av åpne overvannstiltak ikke nødvendigvis er samfunnsøkonomisk lønnsomt å benytte klimafaktor ved dimensjonering, så lenge tiltaket innehar en fleksibilitet som tillater fremtidig kapasitetsøkning. En slik adaptiv klimatilpasning åpner for muligheten til å utsette investeringer og fordele investeringsmidler på flere prosjekter. Videre ble det stilt spørsmål om hvordan man kan oppnå kostnadseffektiv klimatilpasning med hensyn til planlegging for urban flom. Kjernen i dette spørsmålet er tilnærmingen en benytter for å identifisere områder med høyest skaderisiko. Resultatene viser at en risikoanalyse basert på subjektive vurderinger vil gi et risikobilde som er ulikt det som oppnås gjennom en risikoanalyse basert på hydraulisk modellering. Forskjellen forklares med blant annet de kompliserte avrenningsforholdene i urbant miljø, som ledningsnettets samspill med overflateavrenning, flaskehalser knyttet til avledning av overvann til resipient og risiko for erosjon i bratt terreng. Vurdering av disse faktorene i risikoanalyser stiller store kompetansekrav. Resultatene viser også at en ikke bør benytte en sjablongverdi for gjentaksintervall ved dimensjonering av tiltak, da dette vil påføre samfunnet unødvendige kostnader. Det er heller ikke hensiktsmessig å plassere alle risikoreduserende tiltak i et urbant miljø, siden deler av avrenningen som skaper overvannsrelaterte problemer kan håndteres kostnadseffektivt ved naturlig fordrøyning oppstrøms bebyggelse. Til tross for at de fleste arealer i eksisterende by allerede har et bruksformål, er det mulig å få til overflatebaserte overvannstiltak med betydelig risikoreduserende effekt ved styrtregn ved hjelp av multifunksjonelle løsninger. Avslutningsvis ble sammenhenger mellom investeringer i oppgradering av avløpsnettet og klimatilpasning med hensyn til urban flom analysert. Hovedkonklusjonen er at implementering av nedbørsfeltbasert total overvannsdisponering er vesentlig for å kunne optimalisere totale offentlige investeringer. Dette betyr at behov for risikoreduserende tiltak ved styrtregn bør også i avløpsprosjekter bli premissgivende ved valg av alternative kapasitetsforbedrende tiltak. Etablering av en helhetlig kartbasert plan for overvann og urban flom vil være et godt grunnlag for behovskoordinering i en kommune. En slik plan bør ta utgangspunkt i en systemanalyse av hydrologiske nedbørsfelt og tekniske avrenningsområder. Både utvikling av planen og etablering av kostnadseffektive overvannstiltak er avhengige av tverrfaglig samarbeid, som gir viktig synergi for å kunne optimalisere offentlige investeringer i overvannshåndtering.

Challenges related to stormwater and urban flooding as a result of climate change and urban densification are already and will continue to be critical in the years ahead. Generally, stormwater is transported in closed stormwater and wastewater systems that are dimensioned for heavy rainfall, which is defined as a precipitation event of between 1 mm/hour and the return period as defined in municipal master plans. The systems currently in use are normally not able to cope with increasing stormwater volumes, especially from more extreme precipitation events. An example of extreme precipitation is torrential rain, which is heavy rain within a short period of time. Flood damage statistics show increasing annual stormwater-related costs, and it is expected that these will escalate in the future if no risk-reduction measures are implemented. There is also a considerable need for costly wastewater rehabilitation. Such rehabilitation becomes even more expensive due to insufficient sewage system capacity, which in turn limits the use of cost-effective no-dig rehabilitation methods. In order to meet stormwater-related challenges and to maintain the service level of the sewage system, significant public investments are required. The main goal of this thesis is to develop a methodology for how to increase the efficiency of total municipal investments in stormwater management both below and above ground in the event of heavy and extreme rainfall. The thesis regards stormwater management as an integrated wastewater and flood protection system. Stormwater management includes both nature-based "blue-green" and conventional "grey" measures that are needed to reduce the risk of stormwater damage in urban catchments during heavy and extreme precipitation events.