Nature-based solution retrofit in an urban catchment for CSO reduction

Abstract

Redusert vannkvalitet i vannforekomster knyttet til urbane avløpssystemer er et økende problem. I kombinasjon med mer ekstremvær som følge and klimaendringer, har bærekraftig håndtering av overvann fått internasjonal oppmerksomhet. Den Europeiske Union (EU) har anerkjent problemet og har som respons lansert prosjektet StopUP, som har som mål å sikre eksponerte vannforekomster mot forurensning. NTNU er en av flere universiteter som tar del i prosjektet, og denne oppgaven er skrevet som del av innledende arbeid til NTNU sitt bidrag.

Målet med denne studien var å evaluere effekten av å implementere lokale overvannshåndtering som trinn 1 løsninger på overløp fra fellessystemer for avløpsvann og overvann. Et område i Lademoen bydel i Trondheim ble valgt som prosjektområde som mulig bidrag til kommunens VA-plan og på grunn av kommunens satsning på områdets sosiale utvikling (La’mosatsinga). For å gjennomføre analysen ble det bygget og kalibrert en SWMMmodell for prosjektområdet. Resultatene ble korrigert ved hjelp av korreksjonsfaktorer grunnet utfordrende kalibrerings-resultater.

Implementering av regnbed viste seg å redusere både frekvensen av overløpshendelser og volumet ubehandlet avløpsvann som ble sluppet ut i resipienten. Reduksjonen gjaldt ikke kun for dagens nedbørsmønster, men også for nedbøren vi kan forvente i fremtiden. Regnbedene reduserte volumet overvann som entret fellessystemet, og forkortet dermed varigheten til overløpshendelser. Imidlertid viser resultatene at det teoretisk tilgjengelige arealet for implementering av grønne løsninger i prosjektområdet var utilstrekkelig for å håndtere den forventede belastningen for avrenning fra fremtidige dimensjonerende nedbørshendelser.

Derfor er det essensielt å utforske og prioritere innovative løsninger for overvannshåndtering i urbane områder. I tillegg bør hybride systemer, med både grønne og grå løsninger, vurderes for å håndtere den forventede økningen i overløpshendelser fra fellessystemer i vintersesongen, når naturbaserte løsninger er utilgjengelige.

Reduced water quality in water bodies connected to urban drainage systems is a pressing issue. Therefore, and due to more extreme weather caused by climate change, the subject of sustainable stormwater management as mitigation against the discharge of volumes of untreated water has gained international attention. Recognizing the urgency, the European Union has launched the project StopUP, which aims to improve the protection of exposed water bodies. NTNU is one of the partners in StopUP, and this thesis is written as preliminary work for NTNU’s contribution to the project.

The objective of the study was to evaluate the impact of implementing sustainable urban drainage systems as step 1 solutions for volume and frequency reduction on combined sewer overflows. The study focused on a traditionally developed urban area in the Lademoen district in Trondheim, Norway. The project area was chosen as a potential contribution to the municipal plan for water (VA-plan) and due to the municipality’s goal for social development in the area (La’mosatsinga). A SWMM model for the project area was built and calibrated to conduct the analysis, and the simulated results were corrected using optimized correction factors due to challenging calibration results.

The implementation of bioretention cells was found to reduce both the frequency of overflow events and the volume of untreated water discharged to the recipient. This reduction applied not only to the current precipitation pattern but also to the projected future precipitation. The bioretention cells reduced the volume of water entering the combined sewer system, thereby shortening the duration of overflows. However, it was observed that the area theoretically available for the implementation of bioretention cells in the project area was insufficient to manage the anticipated load from the future design precipitation events.

Consequently, it is essential to prioritize and consider innovative solutions concerning urban spaces. Additionally, hybrid systems should be explored to account for the expected increase in CSO events during the winter season, when nature-based solutions are inaccessible.