Konkrete klimaløsninger fra NTNU

For å forebygge skader forårsaket av et våtere og villere klima, økt urbanisering og underdimensjonert og aldrende vann- og avløpssystem må vi ha forskningsbasert fakta. På NTNU, ved Institutt for vann og miljøteknikk, foregår en omfattende virksomhet for å ta vare på og beskytte våre vannressurser.

Når et areal utbygges, endres områdets hydrologiske kretsløp. Vegetasjonen fjernes og det etableres tette og glatte flater, som hustak, plasser og veger. Det øker avrenningen, både i volum og intensitet, vannhastigheten øker, mens evapotranspirasjon og infiltrasjon avtar, og grunnvannstanden kan synke. I tillegg er overvannet fra urbane områder ofte forurenset. Bærekraftige overvannsløsninger er blitt aktuelle for å ta vare på vannet som en ressurs og fordi tradisjonelle overvannsløsninger ikke strekker til.Bærekraftige løsninger
Denne innledende teksten er i hovedsak hentet fra artikkelen: ”Overvannsteknologi: En nødvendig fagdisiplin for fremtiden”, skrevet av førsteamanuensis Sveinn T. Thorolfsson, på NTNU, ved Institutt for vann og miljøteknikk.

Ved instituttet utføres omfattende forskning på og studie i nettopp dette, blant annet knyttet til fordamping, infiltrasjon, fordrøyning og forsinkelse av overvann. Aktuelle løsninger er bruk av grønne flater, åpne vannveger, permeable flater og underjordiske bassenger.

Del av forskningsnettverk
I EU pågår en betydelig forskningsaktivitet for å få oversatt innholdet i FNs klimapanel til praktisk grunnlag. NTNU er tungt involvert i dette på flere områder.
Innen vannsystemer arbeider instituttet med optimalisert vanndistribusjonssystem og transportsystem for avløpsanlegg, planer for oppgradering og rehabilitering for drikkevann- og avløpsnett, endringer av vannkvaliteten innen ledningsnettet, målinger og modellering av flomvann, fremtidig overvannshåndtering og følger av klimaendringene.

Nytt dimensjoneringsgrunnlag
Et høyaktuelt prosjekt er Bingo, et fireårig EU Horizon 2020 prosjekt med oppstart i sommer. I prosjektet skal det forskes på hvilke konkrete føringer klimaendringene får for vannressursene våre og for følger innen urban avrenning.
I den forbindelse er det etablert seks forskningssteder i Europa. NTNUs praktiske del av prosjektet gjennomføres i Bergen. Som resultat av arbeidet skal det skapes nye dimensjoneringsgrunnlag for vann- og avløpssystemer.

Forurensning fra vegavrenning
I drikkevannslaboratoriet under instituttkontorene arbeider Carlos Monrabal med sin doktorgrad. Via kolber med ulike medium filtreres overvann. Målet med prosjektet ”Veirens” er å finne effektive metoder for behandling av forurenset overvann som følge av avrenning fra veger. Arbeidet er finansiert via et spleiselag mellom NTNU og Statens vegvesen, delfinansiert via veivesenets etatsprogram NORWAT.

– Avrenningen fra veger kan samles opp og renses i renseanlegg. I praksis vil dette være så kostbart at det i realiteten ikke er mulig. Derfor må det utvikles mer lokale metoder for rensing av vegavrenningen, forklarer førsteamanuensis Tone Merete Muthanna ved instituttet.
Carlos Martinez Monrabals arbeider med å finne optimale absorbenter som kan brukes i  grønne grøfteformede bed, swales, langs vegbanen.

Fortsatt uløste utfordringer
– Forskningen gjennomføres i et kolonneforsøk. En uløst utfordring er hvordan vi skal få bygget dette opp og integrert absorbenten i en swale hvor vegavrenningen er i bevegelse, og ved kraftig nedbør beveger seg hurtig. Vi kan ikke risikere at swalen blir en dyr transportetappe. Vi vet heller ikke hvor mye vann som kan infiltreres i en vertikal swale, beskriver hun.

– Fordrøyning i magasin og rensing i en filterkum vil gi mer tid til renseprosessen. Vil det være aktuelt å benytte en kombinasjon av fordrøyningsmagasin og kontrollert, rolig vanngjennomstrømning gjennom denne type filtermateriale? Eventuelt via en nedgravd filterkum, for å holde tilbake forurensninger fra veivannet før det slippes ut?
– Det er ikke noe vi har forsket på, men det er en klar mulighet. Jeg mener det er en god ide og vi forsker gjerne på dette dersom vi får anledningen, svarer første-amanuensis Tone Merete Muthanna.
En tredje utfordring er å definere hvordan kapasiteten på rensemediet kan opprettholdes og anleggene vedlikeholdes. Det er ikke aktuelt å etablere swales langs alle vegene. Målet er å definere spesielt sårbare høyrisikoarealer. Likevel snakker vi om betydelig antall kilometer hvor det er vesentlig å etablere løsninger som forebygger at vegavrenningen skader miljøet. Derfor må det forskes frem kostnadseffektive metoder.

I studiet av inntaksløsninger har student Henrik Svaland Aas utført forsøk med ulike rister for å se hvilke som har størst oppfangingseffekt. Fordi det er vanskelig å måle variasjon i praktisk forsøk utendørs, er det bygget en innendørs modell. Forsøkene viser at helningen er viktig for vannopptaket.Ved stor helning fanger selv ikke et åpent hull opp alt vannet. Hele kassen kan vippes, bredden på vannføringen kan varieres, det samme kan selve vannføringen. Som et resultat av forsøkene anbefaler studenten at det benyttes doble rister/sandfang i bunnen av bakker, for å fange opp mer av overvannet. Her er professor Sveinung Sægrov ved kassen forsøkene gjennomføres i.

Effektive sandfang
Inntaksløsninger er en vesentlig faktor for å fange opp overvann. Et annet sted i instituttets kjeller står en vanntett, vippbar kasse, om lag halvannen meter over gulvet. I kassen forsker student Henrik Svaland Aas på hydraulisk utforming av nedløp fra gateavrenning. Gjennom forsøk har han dokumentert resultat som kan gi bedre forståelse for kapasiteten ved ulike utforminger av rister og, på sikt, bedre inntaksløsninger.Modellen kan helles i lengderetning og i tverretningen. Det kan benyttes forskjellige risttyper, vannmengden kan varieres, en kan måle vannføringen både inn og ut, samt høyden på vannføringen oppstrøms. Han har foreløpig testet  to ulike risttyper og skal testet flere.

Kapasitet til risten
Forskningen viser at helningen på terrenget har stor betydning for inntaket av overvannet. Når vannet får en viss fart renner mye forbi ristene. I noen tilfeller renner bare i overkant av halvparten av vannet ned i kummen.

Følgende er hentet fra publikasjonen til student Henrik Svaland Aas: ”Det er funnet ut at når vannføringen øker, øker inntakskapasiteten, mens effektiviteten går ned. Dette samsvarer med tidligere funn for firkantede rister. Samtidig reduseres kapasiteten når helningen øker. Dette skyldes at for null helning vil en stor del av sidevannføringen bli fanget opp. Når helningen øker vil en mindre andel av sidevannføringen bli fanget opp. Samtidig er vannhastigheten høyere, noe som fører til at risten blir oversvømt ved en lavere vannmengde.”

Og videre: ”Man ser at inntakskapasiteten er lavere enn 100 prosent for de fleste vannføringene. Det viser at noe av vannet passerer rista, og da spesielt ved store vannføringer. Derfor bør man legge inn ekstra kapasitet i den nederste rista i et lavbrekk.” Alternativt kan man benytte flere sandfang ved siden av hverandre.

Forsøkene fortsetter frem mot juni. Prosjektet er en del av hans masterstudie på NTNU, innen Bygg og -miljøteknikk, med spesialisering innen vann- og avløpsteknikk, og utføres i samarbeid med Ulefos.

Førsteamanuensis Sveinn T. Thorolfsson ved kassen hvor student Henrik Svaland Aas har forsket på hydraulisk utforming av nedløp fra gateavrenning. Forsøkene er gjennomført i samarbeid med Ulefos.

 

Utfordringer ved grønne løsninger
Forskningsresultat viser at mye kan oppnås ved å fordrøye og infiltrere regnvann og vegvann gjennom grønne bed, swales og grønne tak. Samtidig foreligger flere uløste utfordringer. En er å kvantifisere effekten. Også når det gjelder å gjøre informasjonen om til en universell brukbar formel, er det fortsatt en jobb å gjøre.
I innretninger hvor plantene har betydning for effekten, er det betydelige regionale forskjeller. Derfor er det ikke mulig å parallell-utforme samme type tak i Oslo som i Trondheim, for eksempel.Krav til grønne bed er at vannet dreneres  i løpet av 24 timer. Forskningen i Trondheim viser at dette er oppnåelig sommerstid. Ved plutselig snøsmelting og/eller regn når bedene er belagt med is, blir vannet stående. Endret klima vil blant annet føre til hyppigere situasjoner hvor frost avløses av plutselig mildvær, gjerne flere ganger i løpet av senvinter og vår, derfor er dette en aktuell problemstilling.

I kombinasjon med betongtanker
Det er foretatt forsøk med regnbed ved NTNU (se artikkel side 36), men instituttet har ikke sett på mulig-heten for å kombinere regnbed med for eksempel nedgravde fordrøyningsmagasin av betong. Et slikt tiltak vil muligens løse utfordringen knyttet til nedbørsmengder ut over normalen, og kraftig avrenning mens det ennå ligger is i regnbedet.

Denne type tiltak er tatt i bruk blant annet i Tyskland. Der er det etablert en swale øverst, under denne er opprinnelig masse erstattet av drenerende masse. Under denne ligger en betongtank med slisser som leder vann inn øverst og slisser som sørger for infiltrasjon i bunnen.
– Det ville avgjort være interessant å se på muligheten ved å kombinere infiltrasjon via grønne areal med et infiltrasjonsvolum av betong, forklarer Tone Merete Muthanna.
Hun mener potensialet for nye LOD-løsninger er store.
– Hvorfor er rundkjøringene høye? Dersom de isteden var nedsenkede, ville vi for eksempel få et betydelig lagringsvolum midt i veiene våre, foreslår hun.


I kolonneforsøket forsker doktorgradsstudent Carlos Martinez Monrabal, til venstre, for å finne optimal absorbent for rensing av forurensning fra vegvann. Her er han sammen med professor Sveinung Sægrov, førsteamanuensis Sveinn T. Thorolfsson og førsteamanuensis Tone Merete Muthanna på NTNU, ved Institutt for vann og miljøteknikk.

Hovedutfordringene for VA-tjenester
Alle trendene trekker i samme retning, presset på vann- og avløpsanleggene våre øker. De kommende ti-årene står VA-bransjen overfor følgende hovedutfordringer:■ Folk flytter til byene. Byene vokser med påfølgende økt behov for vann- og avløpstjenester. Samtidig gir større byer flere tette overflater og mer avrenning.

■ Klimaet endrer seg. Havnivået stiger, det blir økt nedbørsintensitet og avrenning, tørke og vannmangel, nye forurensninger, kulde og behov for frostbeskyttelse, samtidig som vi må minimalisere energiforbruket og CO2-forbruket vårt.

■ Aldrende infrastruktur. Dette gir økt antall brudd, lekkasjer, kapasitetsmangel og oversvømmelse. I byen må grunnen deles med andre krevende infrastrukturer.

For å håndtere utfordringene trenger vi mer kunnskap om gjennomførbare og effektive løsninger for rensing av overvann, detaljert kunnskap om virkningen av klimaendringene, mer viten om tilstanden til og nedbrytning av ledningsnettet, nye teknologiske løsninger samt metoder for å analysere risiko og bærekraft for eksisterende anlegg.

Alt dette er temaområder ved Institutt for vann og miljøteknikk.

I kolonneoppsettet doktorgradsstudent Carlos Martinez Monrabal forsker på, er det en blanding av sand og absorbent; bark fra furu, aktiv karbon og bunnaske fra forbrenningsanlegg blandet med jernoksid. Disse er valgt på bakgrunn av batchforsøk.

Del artikkelen:

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on print
Share on email