KTH
SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH EXAMENSARBETE INOM TEKNIK, GRUNDNIVÅ, 15 HP
STOCKHOLM, SVERIGE 2016
Avrinning från växtbeklädda och
hårdgjorda ytor med dagens klimat och framtida klimatscenarier
KARL ENGSTRÖM
LOUISE SJÖLUND
TRITA LWR-KAND-EX-2016:01
Sammanfattning
Den utförda litteraturstudien visar att klimatförändringar som väntar jorden ställer nya krav på samhällets dagvattenhantering. I Sverige är ändrade nederbördsmönster med mer frekventa skyfall att vänta. Nederbördens fördelning på infiltration, evaporation och ytavrinning beror på marktyp.
Ytavrinningen från hårdgjorda ytor går relativt snabbt till dagvattensystem vilket påverkar hur dagvattensystemen måste dimensioneras. Genom att bevara växtbeklädda områden kan mängden vatten som går till ytavrinning minskas och med hjälp av infiltration kan vatten renas på biologisk väg, vilket är två ekosystemtjänster som människan kan ha nytta av i framtiden. Genom en strategisk markanvändning kan en hållbar dagvattenhantering uppnås.
Syftet var att studera ytavrinningen i tre olika typsystem: gräs, park och hårdgjord yta med nutida klimat och framtida klimatscenarier. Simuleringar i CoupModel baserade på historiska klimatdata för Stockholmsregionen visade att ytavrinningen är störst från hårdgjord yta och minst från park. I simuleringarna för framtiden med ökad nederbörd och temperatur ökar växtsäsongens längd och växternas lövyta. Grundvattennivån under hårdgjord yta minskar men ökar generellt sett under växtbeklädda ytor. Simuleringar baserade på framtidsscenarier visade att ytavrinningen blir högre från hårdgjord yta i framtidsscenarierna jämfört med historiska data. Ytavrinningen i gräs och park är lägre i framtidsscenarierna än i den historiska datan. Enligt vår studie minskar ytavrinningen från
grönområden, främst park, ett regnigare klimat till trots.
Abstract
Our conducted literature review concludes that climate changes due to the green house effect will make new demands on urban water management. In Sweden, changes in precipitation patterns with more frequent extreme rainfalls are expected. The distribution of precipitation to infiltration, evaporation and surface runoff depends of land type. The surface runoff from impervious surfaces reaches storm water management systems quickly, influencing the dimensioning of the systems.
Through consevation of parks and grassmarks the amount of water that goes to surface runoff can be reduced, which is an ecosystem service. Through soil infiltration the precipitation instead goes into the ground where it is biologically filtrated of its contaminations. This is also an ecosystem service that mankind can have use of in the future. Through a strategic planning of land use a more sustainable urban water management system can be obtained.
In this study, surface runoff has been examined in three type systems: park, grass and impervious surface. Simulations in the model CoupModel based on historical climate data from the Stockholm region shows that surface runoff is the greatest from an impervious surface and smallest from a park surface. In our future scenarios the increased precipitation and temperature lead to an increase in the vegetation period and the total leaf area. The ground water lever sinks below impervious surface but rises below grass and parks. Simulations also shows that the amount of precipitation on impervious surface that goes to surface runoff increases. From grass and parks the amount of preciptations going to surface runoff is lower in the future scenarios than in the historical data.
Nyckelord
Klimatförändringar, dagvatten, ekosystemtjänster, CoupModel, hållbar dagvattenhantering, ytavrinning, infiltration
Framsida: Gatubrunn på Östermalmsgatan i Stockholm. Bild: Louise Sjölund
Innehåll
Sammanfattning ... 1
Abstract ... 1
Nyckelord ... 1
Introduktion ... 1
Syfte och mål ... 1
Frågeställningar för att uppnå syftet ... 1
Avgränsning ... 1
Relevans ...2
Material och Metodik ...2
Data ...2
Litteraturstudie ...2
Klimatförändringar ...2
Effekter av klimatförändringar ... 3
Förändringar i Stockholmsområdet ... 3
Klimatförändringarnas påverkan på växtlivet ... 3
Vattnets kretslopp ... 4
Vattenbalansen ... 5
Människans inverkan på det hydrologiska kretsloppet ... 6
Dagvatten och dagvattenhantering ... 7
Hållbar dagvattenhantering ... 9
Ekosystemtjänster ... 9
Svårvärderade tjänster ... 9
Ekosystemtjänster från gröna ytor i urbana områden ... 10
CoupModel ... 11
Klimatscenarion i CoupModel ... 12
Modelleringsansats ... 13
Klimatdata ... 13
Markdata ... 13
Resultat ... 14
Resultat från simuleringar med historiska klimatdata ... 14
Resultat från framtidssimuleringar ... 18
Diskussion ... 22
Resultatens rimlighet ... 22
Ekosystemtjänster ... 22
Grundvattennivå ... 23
Evaporation ... 24
Begränsningar i arbetet och källkritik ... 24
Slutsats ... 25
Källförteckning ... 26
Bilaga ... 29
Introduktion
Jordens klimat är under förändring. Det blir allt varmare i både hav och luft och extrema nederbörder och temperaturer blir allt mer frekventa. (IPCC, 2014). I Sverige beräknas temperaturen och
nederbördsökningen fortsätta stiga inom 100 år. Extrema nederbördsmängder i form av skyfall kommer att bli vanligare(Asp, et. al., 2015).
Nederbörd som faller på hårdgjorda ytor, dagvatten, tas om hand i dagvattensystem. Dessa system är traditionellt slutna system med brunnar och ledningar under mark som leder bort vatten. I staden är dagvattnet ofta förorenat. En del av vattnet renas innan det släpps ut till en naturlig recipient och en del släpps ut orenat. Detta är en stor påfrestning på de sjöar som är recipienter för dagvatten. Ökade nederbördsmängder kommer att ställa nya krav på samhällets dagvattensystem. Redan idag finns problem med överbelastning som översvämningar och bräddning av avloppssystem. Det är de stora skyfallen som uppkommer under sommarmånaderna i Sverige som oftast ställer till problem i Sverige.
Genom att utnyttja olika marktypers naturliga egenskaper kan en mer hållbar dagvattenhantering uppnås. Växtbeklädda ytor som parker och fotbollsplaner fasthåller, infiltrerar och renar vatten.
Genom att utnyttja dessa ekosystemtjänster som naturen erbjuder kan dagvattenhanteringen anpassas till förändrade klimatförhållanden. Hårdgörande av växtbeklädda ytor vid exploatering av mark eliminerar dessa ekosystemtjänster vilket leder till att mer vatten måste tas om hand om i dagvattensystemen(Svenskt Vatten, 2016).
Klimatförändringarna ändrar förutsättningarna för växtligheten. I Sverige kommer växtsäsongens längd att öka. (Asp, et. al., 2015). Det betyder att det är möjligt att de ekosystemtjänster som människan får av växtbeklädda ytor kan blir än mer effektiva i framtiden. Genom att hårdgöra grönytor elimineras dels de ekosystemtjänster som erbjuds idag, och dels den potentiella förbättring av ekosystemtjänster som kan komma i framtiden.
Syfte och mål
Syftet är att undersöka hur ett framtidsklimat kan påverka hur mycket vatten som ytavrinner från de tre olika marktyperna gräs, park och hårdgjord yta. Utöver det kommer huruvida en förändrad markanvändning kan belasta eller underlätta samhällets dagvattenhantering att diskuteras. Detta för att kunna vara underlag för värdering av de ekosystemtjänster som dessa områden erbjuder.
Målet är att kvantifiera skillnader i hydrologiska egenskaper för de tre marktyperna vid olika klimat.
Frågeställningar för att uppnå syftet
Hur stor är skillnaden i ytavrinning mellan gräs, park och hårdgjord yta i nuläget?
Hur påverkar ett framtidsklimat vattnets kretslopp allmänt och hur påverkar det mer specifikt ytavrinningen från gräs, park och hårdgjord yta?
Vilka ekosystemtjänster, inom ramen av vattnets kretslopp, erbjuder de tre marktyperna?
Hur påverkar en förändrad markanvändning förutsättningar för samhällets dagvattenhantering?Avgränsning
Det finns många scenarier för hur det framtida klimatet kommer utvecklas, och många skiljer sig åt beroende på hur den mänskliga utvecklingen går framåt och på var i världen man befinner sig. Vi kommer använda oss av två globala klimatmodeller från SWECLIM som ligger inlagda i CoupModel
och se hur klimatet i Stockholmsregionen förändras.
I modellen CoupModel kommer vi att undersöka vattnets kretslopp och hydrologiska förhållanden i marken.
Hydrologiska egenskaper skiljer sig åt beroende på flera olika faktorer eftersom olika jordlagerföljder har olika infiltrationsegenskaper och olika träd transpirerar olika mycket. Vi har antagit en
medelsvensk morän i våra jordar och transpirationsegenskaper som erhålls av CoupModel.
Relevans
Då städer utvecklas och förtätas väcks frågan om det är värt att bevara grönområden i staden eller om marken ska utnyttjas för ny bebyggelse. Om grönområden kan bidra till en avlastning av stadens dagvattensystem kan det vara ett skäl att bevara de gröna områdena.
Modellen, CoupModel, som används i studien och beskrivs längre ned har tidigare använts för liknande frågeställningar, exempelvis en studie som undersökte ändringar i kolflöden i jordar i granskog under påverkan av klimatförändringar (Jansson et al., 2007). En annan studie simulerade olika klimatförändringars påverkan på vattenbalansen i olika jordar i tallskog. Den sistnämna studien var utförd med CoupModels föregångare “Soil” (Gärdenäs & Jansson, 1994).
Det existerar i nuläget inget publicerat material med simulering från CoupModel som beskriver skillnaden på hydrologiska egenskaper mellan de tre olika systemen gräs, park och hårdgjord yta. Det denna studie tillför är att med faktiska siffror jämföra skillnaden i ytavrinning hos dessa tre olika typsystem. För att kunna studera klimatscenarier krävs en modell som kan ta många olika samband i beaktning. Ekosystem är komplexa system och modeller hjälper oss simulera dessa.
Material och Metodik
En simulering över nederbördens fördelning i olika marktyper har genomförts med modellen CoupModel. En litteraturstudie över klimatförändringar, vattnets kretslopp och Stockholms
dagvattenhantering har genomförts för att sätta simuleringarna i ett sammanhang. Utöver det har vi även skrivit om ekosystem och hur människan påverkar och drar nytta av dem för att belysa
problematiken med dagvattenhantering.
Data
De olika marktyperna som vi använt oss av är gräs, park och hårdgjord yta med deras olika hydrauliska och värmeledande egenskaper. Markdatan är sammanställd av Magnus Svensson, vår handledare i projektet, för att efterlikna en svensk medelmorän. Klimatdata som används för simuleringarna kommer från SMHI. Det är dagsmedelvärden över nederbörd och temperatur över 30 års tid som använts. För att simulera nuvarande Stockholmsklimat används data från Stockholm från perioden 1979-2008. Datan för framtida klimat under perioden 2070-2100 kommer från SMHI:s SWECLIM- klimatscenarier.
Litteraturstudie Klimatförändringar
Jordens klimat förändras över tiden, och nu verkar det som att jorden går in i en varmare period.
Enligt IPCC (2014) har de tre senaste decennierna varit varmare än alla tidigare decennier sedan 1850,
och den sammanvägda medeltemperaturen för atmosfär och oceaner har ökat globalt med 0.85 grader mellan 1880 till 2012 (IPCC, 2014).
De klimatförändringar jorden upplever beror antagligen på en ökad växthuseffekt. Växthuseffekten är en naturlig egenskap hos jorden som i korthet innebär att värmestrålning från solen värmer jorden, som i sin tur sedan strålar ut värme. Dessa strålars väg ut från jorden hindras till viss del av så kallade växthusgaser, och strålar tillbaka till jorden. Exempel på växthusgaser är vattenånga, koldioxid och metangas (SMHI, 2015a).
Mänsklig aktivitet de senaste 200 åren har bidragit till en ökat mängd växthusgaser i atmosfären. Den mest uppmärksammade gasen är koldioxid, som frigörs vid förbränning av fossila bränslen. Halten koldioxid i luften ligger nu på 390 ppm. Koldioxidhalten har stigit sedan innan den industriella revolutionen då den låg på 270 ppm. Halten förväntas stiga i framtiden. Värt att notera om
klimatförändringarna är att även om våra bidrag till utsläpp av växthusgaser begränsas, kommer vissa förändringar att fortgå. Vårt klimat följer olika cykler av istider och varmare perioder på olika ställen på planeten och vi påverkas även av solaktivitet (Nationalencyklopedin, a).
Effekter av klimatförändringar
Klimatförändringarnas effekter ter sig olika på jordens olika platser. Enligt en hypotes utförd av SMHI kommer Sveriges framtid bära med sig ökad årsmedeltemperatur samt ökad medelnederbörd i hela landet
.
Extrema vattenflöden kommer öka i södra Sverige och medeltillrinningen kommer öka i hela landet förutom i sydöstra Sverige. SMHI:s förutsägelser sträcker sig cirka 100 år framåt, till 2100(Asp, et. al., 2015).Det är svårt att simulera framtida effekter av klimatförändring på grund av den osäkerhet som införs.
Klimatförändringarna är beroende av mängden växthusgaser människan kommer släppa ut i framtiden, och den mängden är en osäkerhet. SMHI har utgått från två olika scenarier, ett där utsläppen av koldioxid ökar lite och ett där det ökar mycket. Resultatet i båda modellerna är en årsmedeltemperaturökning, 2-4 grader respektive 4-6 grader beroende på modell, och en ökning i nederbörd, upp till 30 % och 30-50%(Asp, et. al., 2015).
Förändringar i Stockholmsområdet
En ökning av medeltemperatur i Stockholm har observerats sedan 1960 från 5,8 till 6,9 °C.
Medeltemperaturen väntas under de närmaste 100 åren öka till 10-12 °C. Antalet dagar med dygnsmedeltemperatur över 20°C förväntas i Stockholms län öka från cirka fem dagar per år till mellan 30–40 dagar mot slutet av seklet. Angående värmeböljor inträffar i dagsläget en värmebölja i genomsnitt en gång vartannat år i Stockholm. Värmeböljorna beräknas öka i antal och mot slutet av seklet kan de komma att inträffa omkring 10–15 gånger per år. Förutom mer extrema
temperaturförhållanden kan Stockholm även förvänta sig en ökad frekvens av extrem nederbörd såsom skyfall vilket innebär stora mängder regn på kort tid(Stensen et. al., 2011).
Klimatförändringarnas påverkan på växtlivet
En ökad årsnederbörd och temperatur måste inte betyda gynnsammare förhållanden för växter.
Beroende på vilken tid på året nederbörden faller och vilken temperatur det är kan nyttan för växterna variera. Med ökad temperatur ökar avdunstningen från marken under sommaren, vilket leder till mindre tillgängligt vatten för växter (Jordbruksverket, 2015). Växtsäsongen i Stockholm förväntas öka med 60 till 100 dagar mot slutet av detta århundrade(Asp, et. al., 2015).
Vattnets kretslopp
Vatten finns på jorden i många olika former och i olika reservoarer (Vattenportalen, 2014). En
majoritet av allt vatten finns i oceanerna. Några få procent av allt vatten är sötvatten som hittas i bland annat sjöar, vattendrag och glaciärer, samt som grundvatten.
Vatten rör sig mellan olika reservoarer i ett kretslopp som drivs av solens energi (SMHI, 2014). Vatten avdunstar dels från öppna vattenytor, evaporation, och dels från växters klyvöppningar, transpiration.
Vattnet som stiger uppåt i atmosfären kondenserar och kan sedan falla ned som nederbörd igen. En viss del av nederbörden når aldrig marken utan fastnar på växters blad, och avdunstar sedan igen från växternas blad. Den delen av avdunstningen kallas interception. Nederbörd som träffar marken kan antingen rinna av eller infiltrera ned i marken. Hur mycket vatten som infiltrerar eller rinner av beror på jordens egenskaper. Vattnet i marken perkolerar ned mot jordens inre genom markens omättade zon och ned till den mättade zonen, grundvattenzonen. Grundvattenytan kan fluktuera beroende på om infiltrationen är större eller mindre än grundvattenutflödet men också på variabler som hög- eller lågtryck. I grundvattenzonen strömmar vatten lateralt och drivs framåt av potentialskillnader i marken. Vattnet rinner till slut via vattendrag ned i sjöar och hav, där det sedan avdunstar och kretsloppet är slutet. Bild 1 visar vattnets kretslopp med nederbörd, avrinning och avdunstning.
Bild 1 Vattnets kretslopp(SMHI, 2014)
Vattenbalansen
Vattenbalansen i en jord över en mätperiod kan beskrivas med vattenbalansekvationen P = Q + ET +- S
där P är nederbörd, Q avrinning, ET är evapotranspirationen och S är ändring i vattenmagasin över mätperioden, se bild 2. Den sistnämna beror på hur grundvattennivåns läge fluktuerar och den så kallade magasinskoefficienten, det vill säga hur mycket vatten som avges eller lagras i jorden vid nivåändringar. Klimatförändringarna i form av ändrade nederbörds- och temperaturförhållanden kommer att ändra vattenbalansen i jordar (SMHI, 2015). I rapporten avses med total evaporation summan av evapotranspirationen, alltså all evaporation och all transpiration.
Bild 2 Nederbördens fördelning i och ovan en mark (Framställning: Karl Engström, 2016)
Människans inverkan på det hydrologiska kretsloppet
Människan påverkar det naturliga hydrologiska kretsloppen genom att exploatera marken. Ingrepp som temporärt eller permanent kan sänka grundvattennivån är grundvattenuttag, bortpumpning av vatten i samband med exempelvis tunnelbygge eller hårdgörning av ytor (Knutsson & Morfeldt, 2002).
Eftersom hårdgjorda ytor är svårgenomträngliga för vatten kan mycket lite vatten infiltrera och måste således rinna av på ytan vilket leder till sänkt grundvattenbildning(Stockholm Vatten, 2014), se bild 3.
Höjning av grundvattennivån kan orsakas av läckande ledningar eller minskning av vegetation.
Minskning av vegetation reducerar transpirationen och interceptionen (Knutsson & Morfeldt, 2002).
Bild 3 Vattnets fördelning över hårdgjord yta (Framställning: Karl Engström)
Kvaliteten på vattnet påverkas också av mänsklig aktivitet. Läckande vatten från avlopp, deponier och industrier infiltrerar i marken och förorenar grundvattnet. Sänkning av grundvattennivå kan leda till ökade halter av järn- och kloridhalter(Knutsson & Morfeldt, 2002).
Dagvatten och dagvattenhantering
I staden som till en stor till består av hårda ytor kan mycket lite av nederbörden infiltrera och måste således rinna av som dagvatten. Detta vatten måste tas om hand om, vilket traditionellt har gjorts med brunnar och ledningar under mark i slutna system. Slutna system tar lite plats och transporterar snabbt bort vattnet. Den största delen av Sveriges ledningssystem är duplikatsystem. I sådana system leds dagvatten separat från spillvatten, se bild 4. Spillvattnet leds till reningsverk och dagvattnet till en recipient. I äldre delar av städer kan det finnas kvar så kallade kombinerade system, där dagvatten och spillvatten avleds i en gemensam ledning för att sedan renas (Nationalencyklopedin, b).
Bild 4 Principer för kombinerade och duplikata/separerade avloppssystem (Berndtsson, 2006) Dagvatten sköljer med sig partiklar från bland annat luftföroreningar och vägslitage. Då vattnet transporteras genom duplikatsystem till närmaste naturliga recipient belastas den med giftiga tungmetaller och polyaromatiska kolväten, PAH:er (Stockholm Vatten, 2001). Dessa
dagvattenföroreningar är en stor påfrestning för miljön. Stockholm stads första dagvattenstrategi, som togs fram år 2002, hade som främsta syfte att begränsa denna påfrestning. En lösning är att dagvattnet istället leds bort tillsammans med avloppsvattnet i kombinerade system för att renas i reningsverk innan det kan släppas ut i naturen. Detta sker med ca 50 % av dagvattnet i Stockholm. Bild 5 visar en karta över vilka områden i Stockholm som har vilket system.
Vid stora nederbördsmängder, vilket ofta sker i slutet av sommarmånaderna, klarar dock inte reningsverkens kapacitet av det stora flödet. Då bräddas avloppen och orenat vatten släpps ut till den naturliga recipienten. För att minska risken med bräddning av kombinerade system har de senaste 50 åren många kombinerade system gjorts om till duplikatsystem. Detta ökar alltså utsläppen av orenat dagvatten till sjöar och vattendrag men minskar också utsläppet av orenat avloppsvatten(Stockholm vatten, 2015). På grund av underdimensionerade system bräddades ändå ca 885’000 kubikmeter kombinerat avlopps- och dagvatten ut år 2014. Detta är högre än det tillåtna enligt en miljödom från Miljödomstolen. Enligt den miljödomen, som måste efterföljas, är det högsta tillåtna värdet 325’000 kubikmeter vatten i årligt medelvärde över tio år (Mitt i, 2015; Stockholm stad, 2015).
Bild 5 Fördelning av avloppstyp för dagvattenhantering i Stockholm (Data: Eva Vall, Stockholms Vatten. Framställning: Louise Sjölund, Karl Engström)
Hållbar dagvattenhantering
I Stockholms dagvattenstrategi från 2002 fastslås att stadens dagvattenhantering ska “avleda nederbörden (regn och snö) i staden på ett säkert, miljöanpassat och kostnadseffektivt sätt så att invånarnas säkerhet, hälsa och ekonomiska intressen inte hotas, till exempel genom att motverka översvämningar, säkerställa framkomligheten i trafiken och förhindra sjukdomar.” (Stockholm stad, 2002). För att uppnå detta krävs en hållbar dagvattenhantering. En hållbar dagvattenhantering kännetecknas enligt Svenskt Vatten av
trög avrinning
infiltration
stor flödesutjämnande kapacitet vid extremflödessituationer
en höjdsättning som skyddar omgivning från översvämningar.
En utformning av dagvattensystem utifrån dessa kriterier ska minska risken för översvämning och utsläpp av föroreningar till recipienter vid stora regnvolymer. Detta kan uppnås genom att försöka efterlikna naturens sätt att ta hand om nederbörd(Svenskt vatten, 2016).
En strategisk utformning av grönytor har lyfts fram i Stockholms dagvattenstrategi som ett sätt att avlasta både de kombinerade och duplicerade avloppssystemen (Stockholm Vatten, 2015). Att bibehålla stadens grönytor kan minska kostnader och miljöpåverkan kopplat till dagvatten genom att utnyttja den reglerande ekosystemtjänsten som grönområden erbjuder. Vegetationen gynnas av vattentillförseln och många föroreningar fastläggs eller tas om hand av mikroorganismer. Denna teknik med gröna områden för infiltration av dagvatten skiljer sig från det traditionella sättet att avleda dagvatten från staden och kallas för LOD, lokalt omhändertagande av dagvatten. Exempel på detta är dammar, gröna tak och infiltrationsytor, till exempel en gräsyta (Stockholm Stad, 2002).
Ekosystemtjänster
Ekosystemtjänster är varor och tjänster som produceras av ekosystem på jorden. Eftersom ekosystemen ofta utför dessa tjänster gratis är de till stor hjälp för oss människor. Exempel på ekosystemtjänster är matproduktion, insekters pollinering av grödor, växters bindning av kol och kväve som minskar miljöpåverkan och gröna ytor som minskar avrinningen efter stora regnflöden.
Dessa tjänster understödjer våra samhällssystem och besparar oss på resurser som hade krävts om vi själva varit tvungna att utföra dem (Millenium Assessment, 2005).
Svårvärderade tjänster
En viktig aspekt som Millenium Assessments rapport lyfter fram är att ekosystemtjänster inte köps och säljs på marknader som andra varor. Värdering av ekosystemtjänster är relativt enkelt om det gäller till exempel mat eller biobränslen som vi människor handlar med och därför kan sätta ett
marknadsmässigt värde på. Även om andra ekosystemtjänster är viktiga är det vanligt att de
försummas. Biologisk mångfald är ett exempel på en ekosystemtjänst som ofta ger nyttor som inte är kartlagda. Parkers infiltrationskapacitet som avlastar dagvattensystemen i våra städer är något som inte värderas.
MA:s rapport lyfter även fram problematiken att folk varken blir belönade eller bestraffade om de underlättar eller förstör för ekosystemtjänster, och att de som får ta kostnaderna för degraderingen av en ekosystemtjänst sällan är de som orsakat degraderingen. Ett exempel kan vara att en
fastighetsägare asfaltsbelägger en gräsmark, vilket betyder att markens infiltrationskapacitet och vattenrenande förmåga minskar. Förlusten av denna ekosystemtjänst belastar antingen
dagvattensystemens reningssystem eller närliggande recipienter som får ta emot mer orenat vatten.
Dessa förändringar kommer att kosta samhället men det är inte fastighetsägaren som får stå för kostnaderna(Millenium Assessment, 2005). Det har på senare tid blivit allt vanligare att konsultföretag erbjuder ekosystemtjänstanalys åt beställare som till exempel kommuner.
Naturvårdsverket har till exempel utvecklat en guide för värdering av ekosystemtjänster (Naturvårdsverket, 2015).
Ekosystemtjänster från gröna ytor i urbana områden
Millenium Assessment-rapporten lyfter fram att urbana parker ger tjänster som till exempel
vattenrening, luftrening och habitat för olika djurliv (Millenium Assessment, 2005). I Stockholm stad finns sammankopplade gröna områden som sträcker sig från de perifera naturområdena omkring staden in till stadskärnan. De brukar kallas för ‘Gröna kilar’ (SUA, 2003).
Dessa grönområden kan ge lokal resiliens mot förändringar i klimatet (Millenium Assessment, 2005).
När klimatet blir mer extremt fungerar gröna områden som klimatreglerare. Vattnet som transpirerar från växter kyler under de varma sommardagarna och träden minskar vindhastigheten under vintern vilket gör den upplevda kylan blir mindre(SLL, 2010). Även riskerna med ett regnigare klimat kan reduceras då gröna områden hjälper till att ta hand om regnfallet och uppehålla och rena det, genom att vattnet infiltreras och rengörs på biologisk väg. Ett exempel på tidigare problematik är att de som förlorar på en degradering av ett ekosystem sällan är de som degraderar systemet kan hämtas från Catskill Mountains utanför New York. Catskill är ett skogsområde som länge renat och försett New York med dricksvatten, men utökad skogsavverkning och nybyggnationer tärde på skogens
vattenrenande förmåga. Valet som New York stad då gjorde var att, istället för att installera ett
reningsverk för 9 miljarder dollar och rena vattnet så köpte de upp, restaurerade och skyddade Catskill till en kostnad av 2 miljarder dollar. Resultatet blev, förutom de höga biologiska och kulturella värdena i skogen, att naturen nu renar New York-bornas vatten helt gratis (SLL, 2010). Att bevara grönytor i stadsmiljö är alltså viktigt av flera skäl.
CoupModel
Modellen som användes för simuleringarna heter CoupModel. CoupModel är en modell som simulerar markvatten- och värmeprocesser i olika sorters jordar. Modellen utgår från två sammanlänkade (coupled) differentialekvationer av vatten- och värmeflöden. CoupModel arbetar under antaganden om bevarande av massa och energi samt att flöden sker på grund av skillnad i vattenpotential (Darcys lag) eller temperatur (Fouriers lag). Indata till simuleringen är meteorologisk data såsom nederbörd och temperatur. Utdata kan till exempel inom en markvattensimulering vara markvattenlagring, flöden av vatten till rötter och grundvattennivå samt ytavrinning. CoupModel har också möjlighet att räkna på bland annat tjäldjup och flöden av näringsämnen. All information om CoupModel finns tillgänglig på http://www.coupmodel.com/. CoupModel simulerar en isolerad endimensionell punkt i olika marklager täckt av vegetation. Den endimensionella punkten representerar en kvadratmeter yta och markegenskaper på ner till 100 meter djup. CoupModel är uppbyggd av ett flertal submodeller där framställningen och sammanlänkningen av olika parametrar kan varieras(Jansson & Karlberg, 2011).
Vattenflödets simulering i en punkt initieras av att en volym vatten och värme tillförs, i form av regn och temperatur. Vattnets fördelning nedåt i marken simuleras med finita differensmetoden som bygger på att marklagren delas upp i ett finit antal lager av olika tjocklek, se bild 6. Tjockleken varierar från en decimeter i de översta lagren till metertjocka lager djupare ner i profilen. Mellan de olika lagren beräknas potentialskillnader och hur vattnet drivs på grund av detta. Markevaporationen styrs av markens värmefördelning. Transpirationen styrs av växternas egenskaper, till exempel den valda bladstorleken, och av hur mycket växttillgängligt vatten det finns i rotzonen. Olika växter kan läggas till eller tas bort från modellen(CoupModel, Official Documentation).
Bild 6 Vatten- och värmeflöden i CoupModels simulerade lager (Jansson & Karlberg, 2011)
Klimatscenarion i CoupModel
CoupModel kan kopplas till klimatscenarier från Swedish Regional Climate Modelling Program, SWECLIM. De regionala scenarierna färdigställdes 2002 och avser åren 2071-2100. Datan bygger på två globala klimatmodeller från två olika meteorologiska institut:Hadley Centre, HadAm, i England och Max-Planckinstitutet, Echam, i Tyskland. Två tänkbara globala utvecklingsscenarion, A2 och B2, från FN:s klimatpanel International Panel on Climate Change (IPCC) ligger till grund för de två olika utsläppsscenarion som används. I simuleringarna har SWECLIM beräknat temperaturhöjningar i Sverige på 3,6/4,5 grader för A2 för den engelska modellen respektive den tyska och 2,5/3,5 grader för B2(SWECLIM, 2003). Temperaturhöjningarna är skilllnaden mellan en kontrollperiod för åren 1961- 1990 och de framtida scenarierna. De scenarier med högst temperaturökning och nederbördsökning är A2-scenariena vars temperatur- och nederbördsökning visas i bild 7 och 8.
Bild 7: Ökning av temperatur jämfört med en kontrollperiod i A2-scenarier. Den vänstra bilden visar ECHAM och den högra visar HadAM (SWECLIM, 2002a)
Bild 8: Ökning av nederbörd jämfört med en kontrollperiod i A2-scenarier. Den vänstra bilden visar ECHAM och den högra visar HadAM (SWECLIM, 2002b)
Modelleringsansats
Klimatdata
Modellen drivs av klimatdata från SMHI för Stockholm registrerad under en 30 årsperiod. För framtidsscenario har data från SWECLIM använts. De scenarier som har använts är ECHAM A2 och HadAM A2 med region M-E.
Markdata
Den utförda simuleringen utgår från tre olika marker: gräs, park och hårdgjord yta. Det som skiljer gräs och park från den hårdgjorda ytan är främst den hydrauliska konduktiviteten. Den hårdgjorda ytan är i princip ett impermeabelt lager med mycket låg hydraulisk konduktivitet och få makroporer.
Det som skiljer gräs och park åt är den simulerade växtligheten. I parken finns två simulerade växter där den ena är träd och den andra är gräs. Skillnaderna mellan dessa två är framför allt att
trädplantorna växer högre och att de utvecklar en flertalet större total lövyta (LAI). Gräset i våra simuleringar klipps vid 1 dm höjd för att efterlikna förhållanden i en park. Trädens löv tillväxer under sommarmånaderna och fälls på hösten. Att trädens lövyta växer sig större än gräsets kan ses i figur 1.
Inga växter finns på den hårdgjorda ytan.
Figur 1 Simulerad lövyta (LAI) över en 30-årsperiod för träd och gräs.
Markprofilen är baserad på medelvärden över glacial morän från Sverige. Det är en jord med 100%
organiskt material i det översta lagret och moränjord i de djupare lagren. Den består av 62% sand, 32%
silt, 3% lera och 3% organiskt material (Lundmark och Jansson 2009). pH ligger på 5 i hela
jordprofilen. Den hårdgjorda ytan är uppbyggd av ett 0,5m djupt lager grus under vägen och en ytlig asfaltsbeläggning som är 5 cm tjock.
Marklagren har olika egenskaper beroende på djup. Egenskaper som hydraulisk konduktivitet,
värmeledningsförmåga och makroporer mäts för ett fåtal djup och förs in i CoupModel (Lundmark och Jansson, 2009) (Jansson et al. 2006). De värden vi använt för park och gräs kommer från Lundmark och Jansson 2009 och till hårdgjord yta från Jansson et al 2006. Dessa mätta data används för att räkna ut ett medelvärde i de olika djupen som jordlagret delats in i. CoupModel gör denna uträkning och resultatet blir ett stort antal jordlager med varierande egenskaper i olika djup. I tabell 1 och 2 redovisas egenskaperna för vissa valda djup. Det märks väl hur hårdgjord yta skiljer sig från park och gräs, inte minst i det lägre antalet makroporer och den mycket lägre hydrauliska konduktiviteten i det översta lagret som ju är en hårdgjord yta.
Tabell 1 Hydraulisk konduktivitet för vissa utvalda markdjup
Djup [m] Park [m/s] Gräs [m/s] Hårdgjord yta [m/s]
0,05 1173 1173 0,7321
0,15 838 838 501
0,35 737 737 1000
>0,7 34 34 34
Tabell 2 Antal makroporer för vissa utvalda markdjup
Resultat
Resultatet är uppdelat i två delar. Den första delen presenterar resultat från simuleringar med historiska data. Detta resultat visar främst skillnader i vattenbalans mellan de tre marktyperna. Den andra delen visar skillnader mellan marktypers vattenbalans i framtidsscenarier jämfört med historiska data.
Resultat från simuleringar med historiska klimatdata
Simuleringsperioden var 30 år. Den beskriver vattenflödet i en punkt i marken med Stockholmsklimat.
Nederbörden som faller över denna punkt över de 30 åren läggs ihop och figur 2 visar den
ackumulerade nederbörden som funktion av tiden. Bilden visar på en jämn ökning av ackumulerad nederbörd.
Djup [m] Park Gräs Hårdgjord yta
0,05 4 4 1
0,15 4 4 1
0,35 4 4 1
>0,7 4 4 4
Nederbörden som faller fördelas inom den simulerade punkten i marken. En del evaporeras tillbaka till atmosfären genom till exempel markevaporation eller växters transpiration. Figur 3 visar den ackumulerade totala evaporationen för de olika marktyperna under 30-årsperioden. Under denna period syns tydligt att den totala evaporationen är störst hos park och minst hos hårdgjord yta.
Gräsytan ligger där emellan. Denna skillnad beror på att växter transpirerar vatten genom sina blad.
Eftersom det i parken förutom gräs även finns träd med en klart större simulerad lövyta, som visat tidigare i figur 1, blir den totala evaporationen störst i parken. Förhållandet i total evaporation mellan hårdgjord yta, gräs och park är 3:5:7, vilket innebär att den totala evaporationen från park är mer än dubbelt så hög som den från hårdgjord yta.
Figur 3 Ackumulerad total evaporation, från snö, mark och växter, hos de tre marktyperna. Våra simuleringar visar att växters transpiration och markens evaporation ökar och minskar omvänt proportionellt mot den relativa fuktigheten. Skillnaden är särskilt markant hos markevaporationen och hur den ökar när den relativa fuktigheten minskar. Ett torrare klimat sett till luftfuktighet leder alltså till större transpiration och klart större markevaporation, förutsatt att vatten finns tillgängligt i marken.
Figur 4 Den översta grafen visar transpiration och markevaporation över en kortare tid och det undre visar den relativa fuktigheten under samma period. Båda graferna gäller för en park.
Total avrinning består av vatten som infiltrerar i marken och avrinner genom markflöden såväl som av vatten som rinner av ytan direkt. Det är alltså vatten som inte evaporerats eller transpirerats bort eller som fastnat i markens porer. Resultatet för ackumulerad total avrinning i figur 5 visar den del av nederbörden som avrunnit från en marktyp under 30 års tid. Här syns att den totala avrinningen från hårdgjord yta är klart störst. Förhållandet mellan hårdgjord yta, gräs och park är 9:6:4. Den totala avrinningen från hårdgjord yta är över 50 % större än den från gräs och mer än dubbelt så stor än den från park.
Figur 5 Ackumulerad total avrinning hos de tre marktyperna.
Resultaten för endast ackumulerad ytavrinning, alltså den avrinningen som sker ovan mark och inte i markens vattenledande porer, visar att hårdgjord yta här sticker ut med ett klart högre värde, se figur 6. Här är förhållandet hårdgjord yta, gräs och park 6:1:1. Ytavrinningen från hårdgjord yta är sex gånger större än från park och gräs. Eftersom en mycket liten del vatten infiltrerar genom den hårdgjorda ytan rinner det mesta av som ytavrinning. Ytavrinningen för gräs och park är i stort sett densamma.
Figur 6 Ackumulerad ytavrinning hos de tre marktyperna.
När vi överlappar figur 5 och figur 6 blir det tydligt att ytavrinningen från park och gräs (streckade linjer) utgör en mindre del av den totala avrinningen (heldragna linjer), se figur 7. En mindre del av nederbörden går till total avrinning i parken än i gräset tack vare trädens transpiration och
interception. Hos den hårdgjorda ytan står ytavrinning i princip för hela avrinningen. Förhållandena mellan nederbörd och avrinning visas i tabell 3.
Figur 7 Total avrinning och ytavrinning hos de olika marktyperna.
Tabell 3 Procentdel av nederbörden som går till ytavrinning i de olika marktyperna
Marktyp Hårdgjord yta Gräs Park
% (1979-2008) 73 12 12
Det framgår tydligt i figur 8 att grundvattennivån sjunker stadigt under hårdgjord yta. Eftersom inget vatten infiltrerar genom den hårdgjorda ytan påverkas grundvattennivån negativt. I parken är nivån generellt något lägre än i gräset. Grundvattennivåerna i de två jordarna, gräset och park, har en naturlig fluktuation på grund av det hydrologiska kretsloppet.
Figur 8 Grundvattennivåns läge hos de tre marktyperna.
Resultat från framtidssimuleringar
Dessa simuleringar genomfördes med SWECLIMs klimatscenarier HadAM A2 och ECHAM A2 för år 2071-2100.
I de två framtidsscenarierna ökar den ackumulerade nederbörden jämfört med de tidigare använda klimatdata, som visas i figur 9. Det är en lite större ökning i ECHAM A2 än i HadAM A2. Nederbörden i ECHAM A2 ökar med 18 % och i HadAM A2 med 12 %.
Figur 9 Ackumulerad nederbörd för historiska data och de två framtidsscenarierna.
Simuleringarna visar att den relativa fuktigheten är högre i framtidsscenarierna jämfört med den historiska datan, vilket visas i figur 10.
Figur 10Den relativa fuktigheten för historiska data (röd) och framtidscenario ECHAM A2 (blå) över 30 år.
0 5000 10000 15000 20000 25000
Ackumulerad nederbörd
[mm]
Nederbörd
Historiska klimatdata HADAM_A2
ECHAM_A2
Simuleringarna visar även att framför allt trädens simulerade lövyta växer sig större under klimatscenarierna. Topparna i lövyta under sommaren är båda bredare och högre i
framtidsscenarierna, se figur 11, vilket visar på en längre växtsäsong.
Figur 11 Simulerade lövyta hos träd och gräs för historiska data och för framtida scenariot i ECHAM A2.
Den totala evaporationen för gräs är mindre i de två framtidsscenarierna än i historiska data vilket figur 12 visar. Transpirationen är dock högre. Den totala avrinningen är högre för framtidsscenarierna, men ytavrinningen är lägre jämfört med historiska data. Ytavrinningen minskar med 22 % i HadAM A2 och med 31 % i ECHAM A2.
Figur 12 De undersökta parametrarna för gräs vid två klimatscenarier samt historiska data.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Ack. total evaporation Ack.transpiration Ack. total avrinning Ack. Ytavrinning
[mm]
Gräs
Historiska klimatdata HADAM_A2
ECHAM_A2
Den totala evaporationen för park är ungefär lika stor i alla tre scenarier. På samma sätt som i gräs syns en högre total avrinning men en lägre ytavrinning, se figur 13. Ytavrinningen minskar i HadAM A2 med 40 % och i ECHAM A2 med 42 %.
Figur 13 De undersökta parametrarna för park vid två klimatscenarier samt historiska data.
Den totala evaporationen för hårdgjord yta är lägre i framtidsscenarierna än för det historiska, se figur 14. Transpirationen är noll eftersom det inte finns någon växtlighet. Både den totala avrinningen och ytavrinningen kommer att bli högre än tidigare. Ytavrinningen ökar i HadAM A2 med 21 % och i ECHAM A2 med 32 %.
Figur 14 De undersökta parametrarna för hårdgjord yta vid två klimatscenarier samt historiska data.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Ack. total evaporation
Ack.transpiration Ack. total avrinning Ack. Ytavrinning
[mm]
Park
Historiska klimatdata HADAM_A2
ECHAM_A2
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
Ack. total evaporation Ack.transpiration Ack. total avrinning Ack. Ytavrinning
[mm]
Hårdgjord yta
Historiska klimatdata HADAM_A2
ECHAM_A2
De historiska förhållandena i ytavrinning mellan hårdgjord yta, gräs och park är 6:1:1. Ytavrinningen är alltså sex gånger så stor från hårdgjord yta som från park och gräs. Jämförs detta med våra
klimatscenarier fås ett nytt förhållande. Med ECHAM A2 scenariot blir förhållandet 14:1,25:1 alltså 14 gånger så stor ytavrinning från hårdgjord yta som från parkmark. Med HadAM A2 blir förhållandet 12:1,3:1, alltså 12 gånger större ytavrinning från hårdgjord yta som från park. Förhållandet mellan gräs och park ändras också något. Från att ha i stort sett samma ytavrinning i de historiska klimatdata ytavrinner nu cirka 25-30 % mer vatten från gräs än från park. Den procentandel av nederbörden som går till ytavrinning ändras också i de olika simuleringarna, se tabell 4.
Tabell 4Den procentdel av nederbörden som går till ytavrinning i de olika marktyperna under de olika tidsscenarierna.
Marktyp Hårdgjord yta Gräs Park
% (1979-2008) 73 12 12
% (2071-2100) ECHAM A2 82 7 6
% (2071-2100)
HadAM A2 80 9 7
Nederbördsökningen för HadAM A2 respektive ECHAM A2 är 12 % respektive 18 %. I ECHAM A2 som exempel ökar nederbörden med 18 % medan ytavrinningen från hårdgjord yta ökar med 32 %. Det är alltså en nästan är dubbelt så stor ökning av avrinning i jämförelse med nederbördsökning. Vi ser å andra sidan att ytavrinningen från park och gräsyta minskade med 42 % respektive 31 %. I tabell 5 visas alla procentuella ändringar för ytavrinning för de olika jordarna.
Tabell 5: Procentuell ändring av nederbörd och ytavrinning för de tre jordarna för två olika klimatscenarier jämfört med värden från historiska data
HadAM A2 ECHAM A2
Nederbörd
[%] 12 18
Hårdgjord yta Gräs Park Hårdgjord yta Gräs Park Ytavrinning
[%] 21 -22 -39 32 -31 -42
Simuleringarna visar att grundvattenytan i framtidsscenariot i park fluktuerar mer och ligger generellt på en högre nivå, se figur 15. Avståndet från markytan till grundvattennivån kommer alltså att minska med det framtida klimatet. Liknande förändringar syns i gräsytans grundvattennivå.
Figur 15 Grundvattennivåns läge i park för historiska data (röd) och framtidscenario ECHAM A2 (röd) över 30 år.
Diskussion
Resultatens rimlighet
Simuleringsresultaten med historiska klimatdata stämmer till stor del överens med vad som kan förväntas utifrån jordarnas egenskaper. Förhållandena i utdatan mellan olika jordar är rimliga med tanke på de olika marktypernas egenskaper. En enkel vattenbalansuträkning visar att vattenbalansen stämmer i de olika marktyperna.
Resultaten från framtidsscenarierna var oväntade på vissa punkter. Ett antagande var att
evaporationen skulle öka då nederbörden och temperaturen ökade. Det som hände var istället att evaporationen i vissa fall blev lägre jämfört med de historiska datan, se till exempel figur 12. Eftersom de meteorologiska förhållandena ändras bedöms det som ett rimligt utfall. Klimatet har blivit varmare, fuktigare och mer gynnsamt för växter som då skuggar marken mer. Varför evaporationen blev lägre kommer att diskuteras vidare i avsnittet Evaporation i diskussionen.
Ekosystemtjänster
Skillnaden i ytavrinning mellan nuvarande och simulerade framtidsklimat var något som var
förvånade eftersom ökningen av ytavrinning inte är proportionell mot nederbördsökningen. Som det visas i figurerna 12-14 så beter sig ytor med växter på så sätt att mindre ytavrinning sker trots ökad nederbörd. Detta resultat borde kunna komma till stor användning vid framtida dimensionering av dagvattensystem. Den totala avrinningen ökar dock, vilket betyder att mer vatten infiltreras och avrinner genom marken till utströmningsområden
I de historiska data visar resultaten att ytavrinningen från hårdgjord yta är sex gånger större än från park. I framtidsscenariot ECHAM A2 är ytavrinningen från hårdgjord yta 14 gånger större som från park, se tabell 4. Även ytavrinningen från gräs och park skiljer sig. Historiskt är de lika men i det simulerade resultatet är ytavrinningen från gräs 25 % större än från park. Resultaten för HadAM A2 är snarlika och det visar sig alltså att de faktiska förändringarna i ytavrinning beroende på
klimatförändringarna skiljer sig markant mellan de olika marktyperna. Det går inte att räkna med att de olika marktyperna beter sig på samma sätt med ett förändrat klimat som nu.
Mängden dagvatten som vid nederbörd ytavrinner ner i ledningssystemen kommer behöva renas, och att rena vatten kostar pengar. Beroende på om ytavrinningen sker från hårdgjord yta, park eller
gräsmark kommer olika stor del av nederbörden gå till ledningssystemen, se tabell 4. Vattnet som avrinner från hårdgjord yta är ofta smutsigare än det som avrinner från en växtbeklädd yta. Det beror på att vatten renas naturligt då det infiltreras i jorden. Som det ser ut nu skulle exempelvis 73 % av nederbörden på en parkeringsplats gå till avloppssystemen medan i framtiden går ca 80-82 % till ytavrinning. Påfrestningen på grund av ökad nederbördsmängd skulle alltså förvärras av att också större andel av nederbörden ytavrinner. Kan man göra om en del av parkeringsplatsen till park (vilket dock skulle försvåra för själva parkeringskapaciteten) indikerar simuleringsresultaten att denna ökade påfrestning på dagvattensystemen lindras, eftersom en mindre andel nederbörd leder till ytavrinning i parkmark i framtiden.
Själva ekosystemtjänsten som kan urskönjas här är alltså markens infiltrationskapacitet och växternas interceptions- och transpirationskapacitet. Att vattnet renas på naturlig väg en tjänst som besparar oss människor kostnaderna att bygga större dagvattenledningar och rena vatten i reningsverk. Vi besparas även på jobbet att ta hand om den ekologiska påfrestningen som sker på grund av föroreningar. Dessa föroreningar sprids till våra vattendrag vid snabb ytavrinning och vid bräddning från avloppssystem.
Värt att nämna är att ekosystemtjänster är en ganska bred definition och att vi här endast sett till de tjänster inom dagvattenhantering som tillhandahas av de tre marksystemen. Tjänster utöver detta hos gröna ytor som parker kan vara att de fungerar som rekreationsområden för boende och habitat för naturliga pollinatörer, och att de dessutom renar stadsluften från avgaspartiklar och reglerar värme och kyla tack vare sina evapotranspirerande och vindstoppande egenskaper.
Ett redan hårt belastat dagvattensystem med till stor del hårdgjord yta inom avrinningsområdet förväntas alltså bli ännu mer belastat på grund av klimatförändringarna. Inom ett sådant
avrinningsområde kan det vara värt att inte exploatera gräs- eller parkytor utan att bevara dem. Det vore också fördelaktigt att i förebyggande syfta göra om vissa hårdgjorda ytor till parkytor. Detta skulle, enligt våra resultat, inte nödvändigtvis innebära att en ökad nederbördsmängd leder till ökad påfrestning på ledningssystemet eftersom parkytor i framtiden har en bättre vattenhållande förmåga än vad de har idag.
Den största påfrestningen på samhällets dagvattensystem sker vid skyfall. Då hamnar stora
nederbördsmängder i avloppssystemen som blir överbelastade. Sådana skyfall har hög intensitet under kort tid. Datan som användes i simuleringarna är inte tillräckligt högupplöst för att visa sådana
nederbördstoppar. Istället har ackumulerade värden över 30 år använts för att visa skillnader över lång tid. Enligt resultatet i figur 14 ökar ytavrinningen från hårdgjorda ytor i framtiden. Det betyder att större vattenmängder kommer hamna i samhällets dagvattensystem. Denna ökning kommer enligt vår studie inte bara bero på mer lågintensivt regn utan även på grund av att skyfallens intensitet ökar.
Våra resultat tyder på att det kommer innebära en ökad påfrestning på dagvattensystemen i stadsnära miljöer med mycket hårdgjorda ytor.
Grundvattennivå
Grundvattennivåns läge sjunker under hårdgjord yta i samtliga simuleringar, se figur 8. Detta leder till torrare förhållanden och att tidigare vattenmättad jord utsätts för syre. Syret kan oxidera och fälla ut bland annat järnoxid som kan förorena grundvattnet. Detta borde dock inte vara ett problem eftersom inget vatten infiltrerar och strömmar genom marken så länge den hårdgjorda ytan ligger kvar.
Fluktuationerna som redan finns hos grundvatten i gräs och parkmark kommer att öka med de simulerade klimatförändringarna, och grundvattennivån höjs generellt, se figur 15. Då fluktuationer här tillhör det normala borde inga negativa konsekvenser ske av detta men på grund av högre grundvattennivå kan man anta att utströmningsområden blir blötare och att låglänta områden får en fuktigare karaktär. Detta kan även leda till svårigheter med byggande i mark eftersom porvattentrycket ökar med uppemot 1-1,5 meter under perioder.
Den ökande grundvattennivån i gräs- och parkmark tyder på en större infiltration och mer
vattengenomströmning i dessa marktyper. Detta ökar vattenhorisonten där grundvattenströmning kan ske. En orsak till den ökade grundvattennivån är att mer vatten infiltrerar under de varmare
vintermånaderna. Det beror på att marken oftare är ofrusen och därför benägen att släppa igenom vatten. Studien visar att vid en ökade temperatur minskar ytavrinningen från växtbeklädda ytor framför allt under vintern. Under denna period ökar infiltrationen som är en ekosystemtjänst. Detta gäller dock inte för den hårdgjorda ytan, eftersom vatten inte infiltreras överhuvudtaget. Vid hårdgörandet av en växtbeklädd yta förloras en förbättring av ekosystemtjänsten minskning av ytavrinning.
Med mer vattengenomströmning ser vi en större risk för urlakning av metaller och näringsämnen.
Denna urlakning motverkas av en längre växtsäsong, se figur 11. Med längre växtsäsong hålls
infiltrationen och avrinningen nere på grund av större växttranspiration och interception, vilket märks i figur 8 då grundvattennivån är generellt lägre i parken än i gräset, troligtvis på grund av att träden drar upp mycket vatten.
Evaporation
Vad vi fann förvånande var att den totala mängden evapotranspiration inte ökade i de framtida klimatscenarierna, i figurerna 12-14, ett varmare och blötare klimat till trots. Växternas transpiration ökade visserligen något i både gräs och park, något mer i park vilket kan bero på att trädens lövyta har ökat med de nya klimatens längre växtsäsong. Dock visade det sig att markevaporationen minskade avsevärt. Detta kan vara ett resultat av att den relativa fuktigheten i framtiden ökar, se figur 10, vilket gör luften mer vattenmättad så mindre vatten dras till att evaporera. De nya klimaten är gynnsamma för växter. Som vi ser i figur 11 ökar framför allt trädens lövyta. En ökad lövyta gör att marken skuggas mer. Det blir då en lägre temperatur på marken, vilket även det kan göra att markevaporationen minskar.
Begränsningar i arbetet och källkritik
Den använda modellen CoupModel är en modell som simulerar verkligheten. Den är kalibrerad för att passa den situation som simuleras, men resultatet är en approximation av verkligheten.
Framtidssimuleringarna drevs av klimatdata från scenarier som presenterades år 2002. De utgår från utvecklingsscenarier från 2000. De utförda simuleringarna tar därför inte hänsyn till världens verkliga utveckling efter år 2000. Ett framtidsscenario kommer alltid att bygga på hypoteser och kan inte representera framtiden fullständigt.
Klimatförändringarna i SWECLIMs scenarier är beräknade för en längre tidsperiod än den som vi har använt. Våra historiska klimatdata kommer från längre fram i tiden (1979-2008) än SWECLIMs kontrollperiod (1961-1990). Klimatförändringen är därför större än vad den borde ha varit och våra resultat kan vara för stora. Det bedöms inte påverka huvuddragen i resultatet.
A2-scenarierna valdes för att de hade den högsta ökningen av temperatur och nederbörd jämfört med en kontrollperiod.
Den största delen av bakgrunden till arbetet som presenteras i litteraturstudien kommer från vetenskapliga rapporter, publikationer från statliga eller kommunala verk och myndigheter, publikationer från organisationer som FN eller rapporter från branschorganisationer. De
vetenskapliga rapporterna kan antas vara tillförlitliga då de är noga granskade innan publicering.
Statligt eller kommunalt publicerat material anses vara tillförlitligt. Material från
branschorganisationer kan vara påverkade av organisationens intresse, och har granskats utifrån det.
Slutsats
En strategisk användning med växtbeklädd mark minskar mängden orenat vatten som släpps ur till recipienter och minskar även den totala mängden vatten som hamnar i dagvattensystem. I framtiden kommer parkmark att vara mer effektivt än endast gräsbeklädd mark med avseende på
ekosystemtjänster. Dessa ekosystemtjänster är till exempel minskning av ytavrinning till dagvattensystemen och rening av vatten genom markinfiltration.
Studien indikerar att det bör undvikas att bebygga gröna områden som står i närhet till bebyggelse som har ett redan påfrestat dagvattenledningsnät. Den ökade nederbörden i framtiden kommer ge större ytavrinning från hårdgjorda ytor men mindre ytavrinning från gröna ytor. De gröna ytorna kommer lokalt behövas för att minska verkan av klimatförändringarna.
Grundvattennivån under hårdgjord yta sjunker stadigt över tid. I park- och gräsmark ligger grundvattennivån generellt sett högre, vilket kan behövas tas hänsyn till vid byggande och markarbeten.
Trots ett varmare och regnigare klimat minskade evapotranspirationen eller ökade lite. Ekosystem är komplexa sammankopplade system och reagerar inte linjärt på förändringar. För att kunna simulera detta krävs en modell till exempel den använda CoupModel.
Källförteckning
Asp, M., Berggreen-Clausen, S., Berglöv, G., Björck, E., Johnell, A., Axén Mårtensson, J., Nylén, L., Ohlsson, A., Persson, H., Sjökvist, E. 2015. Framtidsklimat i Stockholms län – enligt RCP-scenarier.
SMHI. Klimatologi: 21.
Berndtsson, R., 2006. Hydrology for environmental engineers. Lund universitet.
CoupModel, Official Documentation. [Online] (Uppdaterad 2014-09-11) http://rymd.lwr.kth.se/coupModel/NetHelp/default.htm
Hämtad 2016-04-07
Gärdenäs, A.I., Jansson, P.E. 1994. Simulated water balance of Scots pine stands in Sweden for different climate change scenarios. Journal of Hydrology, 166 pp. 107-125
IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp
Jansson P.-E., Jansson C., Almkvist E., 2006. Heat balance of an asphalt surface: observations and physically-based simulation. Meteorol. Appl. 13, pp. 203-212 (2006)
Jansson, P.-E., Karlberg. Reference Manual. 2011. [Online]
http://www.coupmodel.com/default.htm Hämtad 2016-05-16
Jordbruksverket, 2015. Jordbrukets vatten i framtiden. [Online] (Uppdaterad 2015-12-21)
http://www.jordbruksverket.se/amnesomraden/miljoklimat/klimatanpassningavjordbruket/meroch mindrevatten.4.e01569712f24e2ca09800016406.html
Hämtad 2016-03-09
Knutsson, G. och Morfeldt, C.-O., 2002. Grundvatten - teori och tillämpning. Tredje upplagan.
Stockholm: Svenskt Tryck AB.
Lundmark, A. och Jansson, P.-E., 2009. Generic soil descriptions for modelling water and chloride dynamics in the unsaturated zone based on Swedish soils. Geoderma 150 pp. 85-95 (2009).
Millenium Assessment, 2005. Millenium Ecosystem Assessment. Ecosystems and human well-being:
Synthesis. [Online] (Publicerad 2005)
http://www.millenniumassessment.org/documents/document.356.aspx.pdf Hämtad 2016-04-07
Mitt i. Bajsvattnet rinner rätt ut. [Online] (publicerad 2015-04-14) http://sthlm.mitti.se/bajsvattnet-rinner-ratt-ut/
Hämtad 2016-03-09
Nationalencyklopedin b, avlopp. [Online]
http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/avlopp
Funktionskrav, hydraulisk dimensionering och utformning av allmänna avloppssystem Del I – Policy och funktionskrav för samhällens avvattning
Hämtad 2016-04-25
Nationalencyklopedin a, växthuseffekten. [Online]
http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/växthuseffekten hämtad 2016-05-24
Naturvårdsverket, 2015. Guide för värdering av ekosystemtjänster. Rapport 6690
https://www.naturvardsverket.se/Documents/publikationer6400/978-91-620-6690-1.pdf?pid=15998
Stensen, B., Andréasson, J., Bergström, S., Dahné, J., Eklund,D., German, J., Gustavsson, H.,Hallberg, K., Martinsson, S., Nerheim, S., och Wern, L. 2011. Regional Klimatsammanställning – Stockholms län. (Rapport 2010-78). SMHI.
http://www.lansstyrelsen.se/stockholm/SiteCollectionDocuments/Sv/miljo-och-klimat/klimat-och- energi/klimatanpassning/klimatanpassningsprojekt/Regional-klimatsammanstallning-Lst-
Stockholm.pdf Hämtad 2016-05-16
SMHI, 2014. Vattencykeln – förenar hydrologi, meteorologi och oceanografi. [Online] (Uppdaterad 2015-09-30)
http://www.smhi.se/kunskapsbanken/hydrologi/vattencykeln-forenar-hydrologi-meteorologi-och- oceanografi-1.20615
Hämtad 2016-03-09
SMHI, 2015a. Växthuseffekten [Online] Uppdaterad 15 juli 2015.
http://www.smhi.se/kunskapsbanken/vaxthuseffekten-1.3844 Hämtad 2016-03-09
SMHI, 2015. Hydrologiska begrepp. [Online] (Uppdaterad 18-03-2016) http://www.smhi.se/kunskapsbanken/hydrologiska-begrepp-1.29125 Hämtad 2016-04-11
SLL, 2010. Stockholms Läns Landsting. Ekosystemtjänster i Stockholmsregionen.
http://www.trf.sll.se/Global/Dokument/Verksamhet/miljo/Ekosystemtj%C2%A6anster_slutversion_
lowres.pdf
Hämtad 2016-03-16
Stockholm Stad, 2002. Dagvattenstrategi för Stockholms Stad. (Uppdaterad april 2005) http://miljobarometern.stockholm.se/content/docs/mp/4/dagvattenstrategi.pdf
Hämtad 2016-03-09.
Stockholm stad, 2015. Bräddning av avloppsvatten. (uppdaterad 27 maj 2015) http://miljobarometern.stockholm.se/key.asp?mo=1&dm=3&nt=3
Hämtad 2016-05-09
Stockholm vatten, 2001. Vägmaterialets bidrag till dagvattenföroreningarna inom Stockholms stad.
(publicerad 2001-06-15)
http://www.stockholmvatten.se/globalassets/pdf1/rapporter/dagvatten/vagslitage.pdf Hämtad 2016-04-07
Stockholm Vatten, 2014. Dagvatten.[Online] (Uppdaterad 2014-08-07) http://www.stockholmvatten.se/vatten-och-avlopp/avloppsvatten/dagvatten/
Hämtad 2016-03-09
Stockholm vatten, 2015. Dagvattenstrategi. (Publicerad 2015-03-09)
http://www.stockholmvatten.se/globalassets/pdf1/avloppsvatten/dagvatten/dagvattenstrategi/stockh olms-dagvattenstrategi_webb2015-03-09.pdf
Hämtad 2016-04-07
SUA, 2003. Colding, J. et al. The Stockholm Urban Assessment. (Publicerad 2003-12-09) http://www.beijer.kva.se/PDF/60278360_Disc182.pdf
Hämtad 2016-04-07
Svenskt Vatten, 2016. Avledning av dag-, drän- och spillvatten - Funktionskrav, hydraulisk dimensionering och utformning av allmänna avloppssystem - Del I – Policy och funktionskrav för samhällens avvattning
http://vav.griffel.net/filer/p110_del1_jan2016.pdf Hämtad 2016-14-24
SWECLIM, 2002a. Temperaturförändring: År. [Online] SMHI.
http://www.smhi.se/hfa_coord/sweclim_bild_ark/bildarkiv2002/results/maps/scandinavia/t_map_
change_ann.htm Hämtat 2016-05-11
SWECLIM, 2002b. Nederbördsförändrning: År. [Online] SMHI.
http://www.smhi.se/hfa_coord/sweclim_bild_ark/bildarkiv2002/results/maps/scandinavia/t_map_
change_ann.htm Hämtat 2016-05-11
SWECLIM, 2003. SWECLIMs scenarioresultat (med RCAO-modellen utförda år 2002) [Online]
Uppdaterad 2003-09-26
http://www.smhi.se/hfa_coord/sweclim_bild_ark/bildarkiv2002/results/maps.htm Hämtad 2016-04-11
Vall, E. Utredningsingenjör, Stockholm Vatten. 2016. E-mail konversation mars 2016 Vattenportalen, 2014. Vattnets väg och kretslopp. [Online]
http://www.vattenportalen.se/fov_kretslopp.htm Hämtad 2016-03-09
Bilaga
Nedan följer en begreppslista över de parametrar som används från CoupModel.
AccPrecipitation Ackumulerad nederbörd AccTotalRunoff Ackumulerad avrinning AccSurfaceRunoff Ackumulerad ytavrinning
AccTotalEvap Ackumulerad evaporation, transpiration och interception AccSoilEvap Ackumulerad markevaporation.
SaturationLevel Grundvattenytans nivå SpoolRunoff Momentan ytavrinning Transpiration Transpiration
SimLeafAreaIndex Simulerad lövyteindex HumidityRelative Relativ fuktighet
