Gröna tak som en metod fördagvattenhantering i Norrbotten EXAMENSARBETE

(1)

EXAMENSARBETE

Gröna tak som en metod för dagvattenhantering i Norrbotten

Olov Rydlinge Jenny Widetun

2014

Civilingenjörsexamen Naturresursteknik

Luleå tekniska universitet

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

(2)

Rydlinge, Widetun i

(3)

Rydlinge, Widetun ii

Förord

Projektet är ett examensarbete inom civilingenjörsutbildningen Naturresursteknik vid Luleå tekniska universitet vilket omfattar 30 högskolepoäng motsvarande 20 veckors heltidsarbete.

Arbetet är inriktat mot vatten- och avloppsteknik och utförs av två studenter, Olov Rydlinge och Jenny Widetun, vilket innebär att det totala arbetet motsvarar 60 högskolepoäng.

Arbetet är en del av ett påbörjat forskningsprojekt (uppstart 2013) som utförts på Luleå tekniska universitet i samarbete med Galären i Luleå AB. Projektet har handletts på LTU av Annelie Hedström, universitetslektor på avdelningen Arkitektur och Vatten, samt Ralf Rentz, post doktor på avdelningen Arkitektur och vatten. Projektet omfattar utvärderingar och jämförelser mellan ett grönt sedumtak respektive ett förzinkat plåttak i centrala Luleå.

Examensarbetet är uppdelat i två delar med fokus på jämförelse mellan avrinningen (flöde och eventuella föroreningar) från det gröna taket respektive plåttaket samt simulering av dagvattenflödet i området. Jenny har inriktat sig på att jämföra analysresultat mellan de två taken och Olov har modellerat dagvattenflödet med hjälp av modelleringsprogrammet SWMM5. Provtagning och insamling av flödesdata har skett gemensamt.

Vi vill tacka vår handledare Annelie Hedström för vägledning under examensarbetet genom att svara på frågor och varit till stor hjälp vid rapportskrivningen. Tack till Ralf Rentz som med det praktiska arbetet vid provtagningarna handlett oss på ett systematiskt sätt. Även ett tack till Godecke Blecken och Karolina Berggren som har svarat på frågor och funderingar, samt Ann- Louise Edlund på Tekniska förvaltningen i Luleå för bidragande GIS-data. Till sist vill vi tacka anställda på Galären i Luleå AB samt Luleå kommun som bidragit med övrig nödvändig information.

Luleå, september 2014

Olov Rydlinge och Jenny Widetun

(4)

Rydlinge, Widetun iii

(5)

Rydlinge, Widetun iv

Sammanfattning

Den höga andelen hårdgjorda ytor i urban miljö bidrar till ökad belastning på dagvattennätet vid kraftiga regn och vid snösmältning. För att minska belastningen och förhindra översvämningar i urbaniserade samhällen kan grön infrastruktur införas, till exempel gröna (vegetationsklädda) tak. Gröna taks prestanda i kalltempererade klimat är ett område ej studerat i vidare utsträckning vilket bidrog till examensarbetets syfte med undersökning av ett grönt tak placerat i centrala Luleå.

Genom en flödesmätare vid avrinningsutloppet från det gröna taket samt ett uppskattat flöde från ett intilliggande plåttak kunde de ackumulerade avrinningsvolymerna beräknas och jämföras. Det uppskattade flödet från plåttaket beräknades med takets area och SMHI:s nederbördsdata från Luleå Flygplats. För att undersöka avrinningens kvalité togs vattenprover från de båda takens avrinning. Proverna analyserades för metall-, kväve- och fosforhalt på ALS samt pH-mättes. Genom att konstruera en datormodell över kvarteret där provtagning skett, har en uppskattning om hur ett generellt sett vanligt svenskt innerstadskvarter reducerat avrinning vid installering av olika procentuella andelar gröna tak. Detta med hjälp av mjukvaran ”Storm Water Management Model 5.1005”, där konstruktion av modellen skett genom visuell uppskattning på plats, samt tidigare existerande kartläggningar och modeller.

Resultatet visade att det gröna taket hade en fördröjande effekt på avrinningen för alla sex regntillfällen och en hög retentionsförmåga där medelvärdet för de beräknade procentuella retentionsfaktorerna var ca 92 %. Avrinningen från det gröna taket innehöll relativt höga koncentrationer av näringsämnena N och P, medan metallhalterna oftast var lägre än i avrinningen från plåttaket. Vid jämförande av de olika vattenvolymerna var de ackumulerade massorna för de utvalda metallerna, Cd, Cu, Pb och Zn, lägre i avrinningen från det gröna taket. De extremt höga zinkhalterna i avrinningen från plåttaket beror på att taket är förzinkat.

De slutliga modellerna framställda i SWMM5.1, visade siffrorna på markant skillnad i fördröjd avrinning under alla modellerade återkomsttider och andelar gröna tak inom området. Även stora skillnader i den totala reducerade volymen vid områdets utlopp uppnådde värden på 10,5 - 66,5 % beroende på vilket typ av regn som närvarat.

De beräknade retentionsfaktorerna och diagrammen över avrinningsvolymen från de två respektive taken visade att reduceringsförmågan av avrinningsvolymen från det gröna taket var hög. De mindre ackumulerade metallmängderna i jämförelse med avrinningen från plåttaket tyder på att det gröna taket fungerar som en sänka för luftföroreningar såsom tungmetaller.

Däremot innehöll det gröna takets avrinning avsevärt högre halter av näringsämnena N och P i jämförelse med plåttaket, vilket troligtvis beror på gödsling och vegetationens upptagning av näringsämnen. Att införa grön infrastruktur på fler områden i tätbebyggelser kan reducera volymen vatten till dagvattenledningarna och risken för översvämningar och flödestoppar. Dock kan de relativt höga halterna av näringsämnen påverka recipienter negativt genom att orsaka övergödning.

(6)

Rydlinge, Widetun v

(7)

Rydlinge, Widetun vi

Abstract

The high percentage of impervious surfaces in urban environment contributes to increased load on the stormwater system during heavy rains and large amounts of snowmelt. To reduce the load and prevent flooding in urban communities, green infrastructure could be introduced, such as green roofs (vegetated roofs). Green roofs performance in cold temperature is not widely studied, which contributed to the purpose of the thesis in relation of the investigation of a green roof located in central Luleå.

Through a flow meter at the outlet runoff from the green roof and an estimated flow from a metal roof next to the green roof could the accumulated runoff volumes be calculated and compared between the two roofs. The estimated flow from the metal roof was calculated with the roof area and rainfall data from Luleå Airport. To examine the quality of runoff water samples were taken from the two roofs runoff. The samples were analyzed for metals, nitrogen and phosphorus content at ALS and pH were measured. By constructing a computer model of the area where the sampling occurred, has an appreciation of how a common Swedish inner city neighborhoods reduces runoff by installing various percentages of green roofs. This with the help of the software "Storm Water Management Model 5.1005", where the construction of the model was carried through by visual estimation at the sight, as well as pre-existing mappings and models.

The result showed that the green roof had a delaying effect on runoff for all 6 occasions of rain and a high retention capacity in which the average of the projected percentage retention factors was approximately 92 %. Runoff from the green roof contained high concentrations of the nutrients N and P, while the metal concentrations were usually lower compared to the runoff from the metal roof. When comparing the different water volumes were accumulated masses of the selected metals, Cd, Cu, Pb and Zn, lower in runoff from the green roof. The extremely high concentrations of Zn in runoff from the metal roof are due to that the roof mostly contains Zn. The final models produced in SWMM5.1, showed results with a well- defined difference in the delayed runoff of all modeled return periods and shares of green roofs in the area. In addition to that, large differences in the overall reduced volume at the area's outlet reached values of 10.5 to 66.5% depending on the type of rain that were present.

The calculated retention factors and graphs of runoff volume from the two roofs showed that the ability to reduce the runoff volume by using a green roof is high. The smaller cumulative amounts of metal in comparison with the runoff from the metal roof indicate that the green roof acts as a sink for the air pollutants such as heavy metals. In contrast, the green roofs runoff contained significantly higher levels of the nutrients N and P in comparison with the metal roof, which is likely due to fertilization and vegetation uptake of nutrients. By introducing green infrastructure in more areas in an agglomeration it could reduce the volume of water to the stormwater pipes, the risk of flooding and reduce flood peaks. However, the relatively high nutrient content could affect receptors negatively by causing eutrophication.

(8)

Rydlinge, Widetun vii

(9)

Rydlinge, Widetun viii

Innehållsförteckning

Förord... ii

Sammanfattning ... iv

Abstract ... vi

Innehållsförteckning ... viii

Beteckningar och teckenförklaring ... x

1. Inledning... 1

2. Syfte ... 3

3. Bakgrund ... 5

3.1 Teknisk konstruktion av gröna tak ... 5

3.2 Användningsområden för gröna tak ... 5

3.2 Kategorier av gröna tak ... 5

3.3 Betydelsen av ökad avrinning i urban miljö ... 6

3.4 Påverkande faktorer för avrinningen från gröna tak ... 7

3.5 Vattenkvalitet ... 8

3.6 Tillämpning av gröna tak ... 9

4. Metod ... 11

4.1 Litteraturstudie ... 11

4.2 Platsbeskrivning ... 11

4.3 Konstruktion ... 12

4.4 Flödesmätningar ... 13

4.5 Regntillfällen ... 13

4.6 Kvalitetsprovtagning ... 14

4.7 Analyser ... 14

4.8 Utvärdering ... 15

4.8.1 Retention och fördröjande av avrinning ... 15

4.8.2 Vattenkvalité ... 16

4.9 Modellering... 17

4.9.1 Områdesbeskrivning och mjukvaror ... 17

4.9.2 Utformning av modellscenarier ... 19

5. Resultat ... 21

5.1 Retention och fördröjande av avrinning ... 21

5.1.1 Retentionsfaktor ... 23

5.2 Vattenkvalité ... 25

5.2.1 Ackumulerad massa – föroreningsmängd i avrinning ... 25

5.2.2 Koncentration kontra flöde ... 29

5.2.3 Jämförelse med referensvärden ... 33

(10)

Rydlinge, Widetun ix

5.2.4 pH ... 34

5.3 Modellering med SWMM 5.1 ... 35

5.3.1 Ytavrinning i studieområdet ... 35

5.3.2 Systemets volym vid utlopp ... 40

6. Diskussion ... 43

6.1 Retention och fördröjande av avrinning ... 43

6.2 Vattenkvalité ... 44

6.3 Modellering av studieområdet under varierande scenarier ... 45

7. Slutsatser ... 47

8. Referenser ... 49

Bilagor ... 53

Bilaga 1 ... 53

Bilaga 2 ... 54

Bilaga 3 ... 55

(11)

Rydlinge, Widetun x

Beteckningar och teckenförklaring

Begrepp som har använts i rapporten:

Svackdike – En gräsbevuxen, grund, öppen kanal med trapetsform och svag lutning (oftast mindre än 4 %) där dagvattnet leds längs med diket i en långsam reglerad hastighet och kan även infiltrera i svackdiket (Australien Government, 2006).

Grön infrastruktur - ”ett sammanhängande nätverk av naturområden, inkluderande jordbruksmark, gröna korridorer, våtmarker, skogar, inhemska växtsamhällen och marina områden som naturligt reglerar stormar, temperatur, översvämningar och kvaliteten på vatten, luft och ekosystem” (Ågren, 2013).

Förkortningar som har använts i rapporten:

LTU – Luleå tekniska universitet

PTH – plåttak höger, den högra delen av plåttaket PTV – plåttak vänster, den vänstra delen av plåttaket PT – hela plåttaket

GT – grönt tak, det vegetationsklädda taket

SMHI – Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut R1, R2, R3, R4, R5, R6 – Regntillfälle 1 – 6

l/s – liter per sekund

SWMM5.1 – Storm Water Management Model version 5.1005 (modelleringsmjukvara) ArcGIS for Desktop – Mjukvara för geografisk data. GIS = geografiska informationssystem

(12)

Rydlinge, Widetun xi

(13)

Rydlinge, Widetun 1

1. Inledning

När andelen hårdgjorda ytor i urban miljö ökar påverkas ledningsnätet för dagvatten genom högre belastningar med ökade flöden. Detta då grönytor inom det påverkade området ofta minskar i storlek eller försvinner helt. Avrinningsområdets förmåga att fördröja avrinningsförloppet till ledningsnätet minskar i samband med detta, samtidigt som vattenvolymen i systemet ökar då markens absorberingsförmåga minskar (Mentens et al., 2006).

Dagvatten kan ledas i separata ledningssystem, duplikata ledningssystem eller tillsammans med spillvatten i kombinerade system. Kombinerade ledningssystem har normalt ett flertal bräddavlopp, och då ledningsnätet uppnår maximalt avledande vattenflöde bräddas obehandlat spillvatten tillsammans med dagvatten orenat ut till recipienten. För att motverka bräddningar och denna typ av förorenade utsläpp behövs ytterligare medel för att minska dagvattenflödet och undvika potentiella översvämningar om fortsatt nederbörd sker i området. För ett separat ledningssystem leds spillvattnet i ledningar och dagvatten avleds i dike eller i rännsten, medan ett duplikat ledningssystem leder spillvattnet och dagvattnet i åtskilda rörledningar (Lidström, 2012). Dessa två system kan också drabbas av översvämningar vid kraftigt regn och vid snabb snösmältning.

Under de senaste 20 åren har det skett en nederbördsökning på 5-10 % i de nordligare delarna av norra halvklotet (Graceson, 2013). Samtidigt har översvämningar ökat markant i hela världen. För att motverka att översvämning av urbana områden uppstår föreslås ofta grön infrastruktur av olika utformning för att ta hand om överflödig vattenvolym. Dessa består av t.ex. svackdiken, dammar, våtmarker, avrinningskanaler med mera (Stahre, 2008). Grön infrastruktur samverkar med naturliga processer såsom infiltration och avdunstning. Även dämpning av ljud samt transport, förvaring och biologisk behandling av dagvattenföroreningar är möjligt med hjälp av vegetationsbeklädda ytor. Grön infrastruktur bidrar till ett mer hållbart samhälle i jämförelse med konventionella dagvattensystem eftersom det inte bara kontrollerar kvantiteten på dagvattnet utan också sägs kunna förbättra luftkvalitén (Stovin et al., 2013).

Dock kräver dessa system ofta ytor som inte finns tillgängliga inom en urban miljö och måste lösas på annat sätt. Genom att applicera lämpliga växter på takytor så som hustak, cykelskjul och liknande kan det ge en fördröjning av dagvattnet samt minska den volym som når dagvattenledningarna, genom transpiration och upptag av de närvarande växterna. Växterna i fråga bör ha en god upptagningsförmåga av vatten, och vara skötselfria i så stor utsträckning som möjligt, sedumplantor är då ett vanligt val för gröna tak.

Intensiva regn orsakar överfyllda ledningar och för att undvika risken för översvämning kan nuvarande hantering av dagvatten behöva åtgärder. Genom utveckling av grön infrastruktur, i det här fallet gröna tak, kan metoden möjligen vara ett alternativ för dagvattenhantering i Norrbotten. Enligt Berndtsson, (2010) finns det få studier över gröna taks avrinning i kallt och snöigt klimat, därför kan det vara svårt att avgöra gröna taks prestanda då jämförelser är begränsade. Tidigare studier har visat att gröna tak även kan bidra till reducering av

(14)

Rydlinge, Widetun 2 luftföroreningar genom upptag i vegetation och jord (Getter et al. 2007). För att avgöra om gröna tak fungerar som en källa, eller eventuellt reducerar föroreningar, kan regnvattnets föroreningskoncentrationer jämföras med koncentrationerna i det gröna takets avrinning (Berndtsson, 2010). Jämförelser mellan avrinningen från ett grönt tak och ett mer konventionellt tak, exempelvis ett plåttak, bidrar också till att avgöra gröna taks prestanda. Både skillnad i vattenkvalité samt fördröjd och reducerad avrinning för det två olika typerna av tak kan ge nödvändig information.

(15)

Rydlinge, Widetun 3

2. Syfte

Syftet med detta examensarbete var att undersöka hur väl ett grönt tak i Luleå, i jämförelse med ett närliggande plåttak, bidrog till minskad avrinning vilket skulle ge en mindre belastning på dagvattenledningarna under kraftigt regn och under snösmältning. Tidigare studier har visat att gröna tak kan bidra till reducering av luftföroreningar genom upptag i jord och vegetation.

Detta kan dock leda till att det avrinnande vattnet från gröna tak blir förorenat. Projektet syftade därför också till att jämföra innehållet av föroreningar i avrinningen från det gröna taket med avrinningen från plåttaket. Jämförelsen genomfördes för att undersöka om gröna tak fungerar som en källa eller sänka för föroreningar.

I tillägg till detta har modeller skapats över det kvarter som provtagning skett, som innefattat flera scenarier med olika procentuella andelar gröna tak i kombination med varierad regnintensitet. Denna delstudie genomfördes med hjälp av simuleringar i modelleringsprogram som kan hantera gröna tak.

(16)

Rydlinge, Widetun 4

(17)

Rydlinge, Widetun 5

3. Bakgrund

3.1 Teknisk konstruktion av gröna tak

Ett grönt tak är en flerskiktig teknisk struktur med en vegetationsbeklädd yta (Razzaghmanesh et al. 2013). Skikten som visas i Figur 1 delas vanligtvis upp i ett vegetationslager, ett jordlager, ett membranlager och ett dräneringslager (Speak et al. 2014). Vegetationen är förankrad i jordlagret, i vilket även nederbörd kan kvarhållas (Mentens et al., 2006). Membranlagret syftar till att förhindra att jordpartiklar tränger ner i dräneringsmaterialet (Berndtsson 2010). Det understa lagret, dräneringslagret, dränerar ut överflödigt vatten (Mentens et al., 2006).

Figur 1 Lageruppbyggnad för ett typiskt grönt tak (Berndtsson, 2010)

3.2 Användningsområden för gröna tak

Gröna tak är oftast konstruerade för att öka energieffektiviteten i byggnader men har fler användningsområden (Berardi et al., 2013). Ett grönt tak med tjockare jordlager bidrar ofta till bättre termisk prestanda. Taket termiska funktion påverkas av vattenkvantiteten där ett våtare tak ger mer avdunstning som effektivare förhindrar värme att tränga in i byggnaden (Gregoire och Clausen, 2011; Berardi et al., 2013). Fotosyntesprocesser sker i vegetationslagret där jorden kan adsorbera nederbörd vilket oftast resulterar i en förbättrad kvalité på avrinningen. Tidigare studier har visat att gröna tak även kan bidra till en utveckling av den biologiska mångfalden med förbättrad landskapsbild och ökad luftkvalité. Getter et al. (2007) påpekade att genom minskad hastighet på avrinningen och utsträckt avrinning över en längre tidsperiod kan gröna tak bidra till minskad erosion vid utsläpp till recipienter.

3.2 Kategorier av gröna tak

Att begränsa kvantiteten av dagvatten och samtidigt förbättra dagvattnets kvalité har varit i fokus för flera aktuella undersökningar (Berardi et al., 2013). Det finns två kategorier av gröna tak, extensiva eller intensiva, där indelningen beror på jordens tjocklek (Razzaghmanesh et al., 2013). Indelningen är dock ej fastställd och författare definierar taken på olika sätt (Berndtsson, 2010). En vanlig kategorisering är att extensiva gröna tak har ett djup på < 150 mm och intensiva grön tak ett djup på > 150 mm (Mentens et al., 2006; Speak et al., 2013b), där de extensiva antas i stort sett inte vara i behov av underhåll (Berardi et al., 2013). Ett extensivt tak har oftast små växter, vanligtvis sedumväxter (Mentens et al., 2006) som förväntas täcka hela jordlagret. Etablering av ett extensivt grönt tak kan ske genom att så frön, plantera skott,

(18)

Rydlinge, Widetun 6 använda sig av fabricerade vegetationsmattor eller spontan självetablerad vegetation (Berndtsson, 2010). Ett extensivt tak kan ha en lutning på upp till 45° (Mentens et al., 2006).

För intensiva gröna tak finns ett större utbud och mångfald av användbara växter till exempel gräs, fleråriga örter och buskar (Mentens et al., 2006). Dessa tak kan även användas i rekreationssyfte men är mer komplicerat konstruerade och kräver ett underliggande tak med kapacitet att bära upp >300 kg/m². De intensiva taken är också dyrare och är oftast i behov av bevattning (Berardi et al., 2013). Ett intensivt tak har oftast en lutning på mindre än 10°

(Mentens et al., 2006). Den större biomassan i intensiva gröna tak kan också bidra till ökad reducering av luftföroreningar enligt Speak et al. (2012). I jämförelse med extensiva tak kan de intensiva taken kvarhålla större mängder vatten och en mineraljord med högt innehåll av organiskt material kan bidra till högre infiltrationshastighet och ökad vattenhållande avrkapacitet i jorden (Getter et al., 2007; Speak et al., 2012). Getter et al. (2007) konstaterade även att ett 5 år gammalt grönt tak innehöll nästan dubbelt så mycket organiskt material i jämförelse med ett nyetablerat tak. Ökning av organiskt material kan således ge en ökad vattenhållande kapacitet med tiden.

3.3 Betydelsen av ökad avrinning i urban miljö

Under en nederbördsperiod infaller ett maximalt flöde inom ett visst tidsintervall. Ett sådant flöde kallas flödestopp. Närvaron av flödestoppar har resulterat i en ökad frekvens och omfattning av översvämningar, vilket leder till en mer intensiv erosionsprocess av markytor och kanaler och därmed en ökad produktion, transport och avsättning av sediment. Detta påverkar direkt vattenkvaliteten i recipienter med belastning av sådana vattenflöden (Costa et al., 2011).

Översvämningar i urban miljö överbelastar dagvattensystemet vilket kan leda till översvämning av gator, lågpunkter, källare etc. (Changnon och Westcott, 2002). Där dagvattnet avleds i kombinerade system medförs även risken för översvämning av spillvatten som tränger upp via högt belastade brunnar. Forskning har visat att stora anläggningar för hantering av dagvatten så som våtmarker och dammar reducerar magnituden av dagvattnets flödestoppar och till en viss utsträckning volymen dagvatten till en slutlig recipient (Lenhart och Hunt, 2011). Dock reducerar sådana anläggningar inte alltid frekvensen och varaktigheten av erosionshändelser i efterföljande bäckar och liknande (Bledsoe och Watson, 2001). Inom ett sedimentlager har varje partikel en viss kritisk skjuvspänning, och vid överbelastning får detta partiklarna i lagret att förflytta sig eller resultera i erosion (Bledsoe, 2002). I urbaniserade områden sker generellt denna typ av överbelastning oftare på grund av mer intensiva flödestoppar i dagvattensystemet.

Genom att volymen och magnituden av avrinningen ökar, jämfört med icke urbaniserade områden, blir den kritiska skjuvspänningen överbelastad under längre tidsperioder, vilket resulterar i mindre kontrollerad erosion (Julian and Torres, 2006; Tillinghast et al., 2012).

Genom att större anläggningar för hantering av dagvatten tar upp och avleder vattnet långsamt, kan det vid för högt flöde från anläggningen medföra att kritiska skjuvspänningar i sedimenten nedströms överskrids. Detta i kombination med flöden under längre perioder från

(19)

Rydlinge, Widetun 7 anläggningen medför det att erosionen nedströms pågår under en längre tid än om anläggningen inte hade funnits på plats (Bledsoe och Watson, 2001).

3.4 Påverkande faktorer för avrinningen från gröna tak

En minskad ytavrinning i samband med etablering av gröna tak består av fördröjande av inledande avrinning, minskad avrinningsvolym och långsam avrinning under en längre period (Mentens et al., 2006). De lokala klimatförhållandena, jordsammansättningen (Berndtsson, 2010), den årliga fördelningen av nederbörd, regnintensiteten, lufttemperatur, typ av takvegetation, de lokala förutsättningarna för avdunstning (skuggområde etc.) samt lutningen på det gröna taket (Getter et al., 2007) anses vara avgörande faktorer för fördröjningseffektiviteten.

Getter et al. (2007) undersökte huruvida takets lutning påverkade fördröjningsförmågan för gröna taks avrinning. Studien omfattade gröna tak med olika lutningar: 2 %, 7 %, 15 % och 25

%. Taket med 2 % lutning visade högst kapacitet att fördröja avrinningen, medan taket med 25

% lutning hade lägst kapacitet. Alla tak kunde dock visa på en fördröjning och en mer utsträckt avrinningsperiod.

Den vattenhållande kapaciteten för gröna tak anses vara beroende av årstiderna. En varm sommar med lite nederbörd resulterar i en högre avdunstning och en snabbare regenerering av den vattenhållande kapaciteten i det gröna taket (Mentens et al., 2006). Dock finns det för få studier över gröna taks avrinning under snösmältning för att kunna avgöra gröna taks prestanda i kallt och snöigt klimat (Berndtsson, 2010), som råder i norra Sverige under vintersäsong.

Speak et al. (2013a) visade att vid långa perioder med mycket regn var den vattenhållande kapaciteten lägre på grund av att det gröna taket blev vattenmättat, d.v.s. då alla porer i jorden fylldes med vatten. Getter et al. (2007) visade även på ett samband mellan fördröjning och regnets intensitet, där mindre intensiva regn hade högre fördröjningsvärden jämfört med kraftiga regnfall. Även då gröna tak blir vattenmättade under perioder med riklig nederbörd kan de fördröja tidpunkten då flödestoppar sker, samt reducera risken att kombinerade spillvattenledningar blir överbelastade (Carter och Rasmussen 2006).

Dunnet et al. (2008) visade att blandad vegetation med olika karaktär som t.ex. höjd och strukturell komplexitet kan påverka upptagningsförmågan och avrinningsförloppet för gröna tak. Vegetationens funktion styrs starkt av det klimat taket befinner sig i, d.v.s. växter som är placerade i fel sorts klimat kan försämra takets kapacitet att hantera avrinningen (Schroll et al., 2011). Vid en jämförelse av ett extensivt grönt tak med ett tak som innehöll alla delar ett grönt tak brukar ha utom vegetation, d.v.s. med odlingssubstrat som översta lager, har det visat sig enligt Schroll et. al. (2011) att skillnaden inte är märkbar under vissa förhållanden. Under vintermånaderna november till april hade de två typerna av tak närmast identiska avrinningsmönster. Detta troddes bero på växternas minskande lagringskapacitet mellan nederbördstillfällen då temperaturen var låg (Schroll et. al., 2011). Både vegetationstaket och det med jordlager som översta lager behöll endast 28 % av det uppfångade vattnet vid

(20)

Rydlinge, Widetun 8 nederbörd under vintermånaderna. Detta var mindre än hälften av dess kapacitet under sommaren. Samma fenomen rapporterades av Spolek (2008).

3.5 Vattenkvalitet

Regnvatten har ofta ett pH mellan 5 och 6 (surt) och ett högt kväveinnehåll (Berndtsson, 2010).

Enligt Berndtsson (2010) kan lokala föroreningskällor spridas och ge regnvattnet spår av till exempel tungmetaller, samt att stora skillnader i kvalitén på avrinningen från olika gröna tak anses bero på skillnader i konstruktion och underhåll av de gröna taken. Potentiella påverkande faktorer för det avrinnande vattnets kvalité är materialtyp (jordkomposition, dräneringsmaterial och stuprörsmaterial), jordens tjocklek, typ av dränering, underhåll (användning av gödselmedel, pesticider etc.), vegetationstyp, nederbördsdynamik, vindriktning, lokala föroreningskällor och föroreningarnas fysiska- och kemiska egenskaper (Berndtsson, 2010).

Berndtsson (2010) visade att den inledande avrinningen från hårdgjorda ytor i urban miljö innehåller ofta högre koncentrationer av föroreningar i förhållande till efterföljande avrinning.

Vid torrperioder kontamineras takytor av atmosfäriska partiklar, löv, fågelspillning och vegetation. Under det inledande regnet spolas dessa ut med en lägre vattenkvalité som följd och detta fenomen har även upptäckts i avrinningen från gröna tak (Berndtsson, 2010).

De vanligaste föroreningskällorna i dagvatten är tungmetaller, kolväten, pesticider, suspenderat material, näringsämnen (kväve och fosfor) samt patogena mikroorganismer (Berndtsson, 2010). Berndtsson (2010) visade att de vanligaste föroreningarna i avrinningen från gröna tak är tungmetaller och näringsämnen. Jämförelser mellan föroreningar i regnvatten respektive dagvatten från gröna tak har gjorts på olika sätt. Vissa författare har jämfört föroreningsinnehållet i regnvattnet med föroreningsinnehållet i avrinningsvattnet för att se om gröna tak reducerar innehållet av föroreningar i dagvatten (Berndtsson, 2010). I den studien ansågs det gröna taket vara en föroreningskälla om avrinningen innehöll högre koncentrationer av föroreningar än regnvattnet. Gröna tak har enligt undersökningar visat sig kunna öka pH- värdet, från mellan 5 till 6 i regnvatten till pH ibland över 8 i avrinningen (Berndtsson et al., 2009). Denna funktion är viktig och bidrar till minskning av sura utsläpp till naturliga vattenrecipienter (Berndtsson, 2010).

Näringsämnen som kväve och fosfor har återfunnits i avrinningen från gröna tak, där gödselmedel oftast är den största källan till näringsämnena (Gregoire och Clausen, 2011;

Berndtsson et al., 2006). Lakning av fosfor från ett grönt tak kan kopplas till takets ålder och gödselrutiner enligt Berndtsson (2010) där halten fosfor i avrinningen minskar med takets ålder. För att minska halten av kväve och fosfor i avrinningen har gödsel med långsam frisättning av näringsämnen använts. (Gregoire och Clausen, 2011). Ackumulering av zink i de gröna taken förekommer också och kan bero på upprepande torr- och våtperioder med som bidragit till stabilisering av ämnet i jorden. Ackumuleringen kan även bero på bildning av zink- kelater i närvaro av organiskt material (Gregoire och Clausen, 2011). Det bly som kan återfinnas i avrinningen kommer med högsta sannolikhet från mobilisering av bly i marken på

(21)

Rydlinge, Widetun 9 grund av bland annat utgrävningar och byggarbetsplatser, varvid blyet blivit luftburet (Turer et al., 2009). Likt zink kan organiskt material förhindra metallen att lakas ur till dagvattensystemet (Madrid och Florido, 2010). Dock kan gröna tak också förväntas bli mättade av föroreningar.

Speak et al., (2013b) visade att extensiva tak kan snabbt bli källor för lakning av näringsämnen som ett resultat av begränsad upptagningskapacitet.

3.6 Tillämpning av gröna tak

Många författare beskriver gröna tak som en fördelaktig metod för dagvattenhantering i urbana miljöer trots att många studier motsäger varandra. De olika resultaten beror oftast på olika studieförhållanden, olika konstruktioner på gröna tak samt eventuellt för korta studieperioder (Berndtsson, 2010).

Mentens et al. (2006) påpekade att gröna tak är effektiva på att minska den totala flödesvolymen men inte lika effektfulla för att reducera flödestoppar vid kraftiga regnfall. Det konstaterades även att gröna tak inte kan användas som den enda lösningen för problemen med urban dagvattenhantering, utan behöver kombineras med ytterligare metoder för minskning av dagvattenflödet (Mentens et al., 2006). Att endast använda gröna tak som en lösning på avrinningsproblem är inte heller ekonomiskt hållbart. Dock kan de ge ökade estetiska värden, ökade fastighetspriser och ökad energieffektivitet och därför utgöra en bra investering enligt Berndtsson, (2010).

(22)

Rydlinge, Widetun 10

(23)

4. Metod

4.1 Litteraturstudie

Projektet inleddes med en litteraturstudie över grön infrastruktur speciellt inriktad på gröna tak. Studien baserades på internationella vetenskapliga artiklar för att få ett bra bakgrundsunderlag och sammanställa relevant information samt kunna jämföra projektets resultat med tidigare gjorda undersökningar relaterade till gröna tak. Källorna för dessa artiklar har återfunnits i databaserna Scopus, Science Direct och Google Scholar via LTU Primo.

4.2 Platsbeskrivning

Luleå är en stad i Norrbottens län med en befolkningsmängd på drygt 75 000 invånare i kommunen (Larsson, 2014). Dagvattnet i Luleå kommun avleds i huvudsak med traditionella dagvattenledningar i de centrala delarna av Luleå och i de mindre orterna avleds vattnet i öppna diken (Viklund, 2013). I anslutning till kommunens dagvattenbrunnar finns ett sandfång som fångar upp grus- och sandpartiklar. Vissa parkeringsytor och bensinstationer kan även ha oljeavskiljare installerat. I övrigt renas inte dagvattnet utan släpps vanligtvis ut i närmaste vattendrag (Viklund, 2013).

Försöksområdet är lokaliserat i Luleå innerstad (Figur 2) på en innergård placerad vid Stationsgatan, varvid de två tak som undersökts sträcker sig från gatuadress 27E till 29G.

Figur 2 Det gröna takets lokalisering i centrala Luleå samt Luleås placering i Sverige t.h.

(24)

Rydlinge, Widetun 12 4.3 Konstruktion

Det gröna taket är ett extensivt grönt tak (se avsnitt 3.2) och har uppskattningsvis ett totaldjup på ca 30 mm samt en lutning på ca 14° med söderläge. Plåttaket, som är förzinkat, lutar i samma riktning och har en sluttning på ca 19°. Det har inte någon typ av mekanism som fördröjer nederbördens avrinning. Både det gröna takets och plåttakets area är ca 220 m². Vegetationen på det gröna taket består av sedumväxter (fetblads- och fetknoppsarter) som tål både kalla och torra klimat (Veg Tech AB, 2014). En VT-filt (VegTech-filt) med en tjocklek på 10 mm används som underlag och dräneringsskikt samt har en vattenhållande funktion (Figur 3) En fiberduk utgör mattans stomme (Xeroflor Moss-sedum) och ca 1 mm takpapp ligger under sedumtaket (Veg Tech AB, 2014).

Figur 3 Uppbyggnad av det gröna taket på Stationsgatan i Luleå

De två taken, det gröna taket med sedumväxter samt plåttaket, ses i Figur 4. Skillnaden i lutning mellan taken kan också ses. Taken ligger på en tvåvåningsfastighet uppdelad i två byggnader och runt om finns högre hus vilka kan ge skugga.

Figur 4 Vy över det gröna taket samt plåttaket till höger

(25)

Rydlinge, Widetun 13 4.4 Flödesmätningar

Från och med maj 2013 till maj 2014 har flödesmätningar från det gröna taket respektive plåttaket genomförts. För att kunna jämföra avrinningen mellan de två aktuella taken användes en flödesmätare (ISCO 2150 Area Velocity Flow Module) med datalogg (ISCO 2101 Field Wizard) för registrering av vattenflöden. Dataloggen programmerades så att registrering av flöde skedde varannan minut under hela projektets gång och flödeshastigheten registrerades i enheten liter per sekund. Insamling av flödesdata skedde en gång per vecka med hjälp av en PC och mjukvaran Flowlink 5.1 där flödesdata överförts från flödesmätare i tre olika rör för avrinning. Kalibrering av vattennivån i alla tre rör vid flödesmätarna gjordes vid ett antal tillfällen. Det fanns två stuprör kopplade till två separata dagvattenledningar i vilka plåttakets avrinning mättes, benämnda plåttak höger (PTH) och plåttak vänster (PTV) med vardera en flödesmätare. För det gröna taket, benämnt grönt tak (GT), fanns tre stuprör sammankopplade till en rörledning för mätning av avrinning med en flödesmätare.

4.5 Regntillfällen

Sex regntillfällen valdes ut för utvärdering, av vilka fyra även valdes ut för vattenkvalitetsprovtagning (se avsnitt 4.6), samt två andra regn för att komplettera resultatet. De utvalda regnen skedde alla under juni och juli 2013 med minst 6 timmar mellan varje regntillfälle. Benämningen av regnen, de datum regnen föll, varaktigheten, nederbördsmängden samt maximal intensitet (under en timme) vid regntillfället ses i Tabell 1. Varaktighet innebär antalet timmar under datumperioden där nederbörd fallit, dessa timmar är inte alltid sammanhängande men nederbörden har fallit med mindre än 6 timmars uppehåll för att kunna räknas som ett enskilt regn. Data för nederbördsmängd och maximal intensitet under regnet representerar värden från SMHI:s mätstation vid Luleå Flygplats där nederbörden har mätts varje timme.

Tabell 1 Utvalda regntillfällen för juni och juli 2013

Regntillfälle Datum Varaktighet (h)

Nederbördsmängd (mm)

Maximal intensitet (mm/h) Regn 1 (R1)* 20130601-

20130602 12 13 3

Regn 2 (R2)* 20130610 7 6,5 2

Regn 3 (R3)* 20130614 9 6,3 2

Regn 4 (R4)* 20130617 7 18,5 9

Regn 5 (R5) 20130629-

20130630 12 20,7 6

Regn 6 (R6) 20130715-

20130716 15 13,1 3

* Regn som även har kvalitetsprovtagits

(26)

Rydlinge, Widetun 14 4.6 Kvalitetsprovtagning

Från och med april 2013 till maj 2014 har elva provtagningar av avrinningsvatten skett för undersökning av vattenkvalité genom analys av metaller, kvävehalt samt total fosforhalt. Sju av dessa elva provtagningar gjordes under 2013 av andra provtagare före examensarbetets start.

Provtagningspunkten för det gröna taket var placerad vid ett utlopp till en gallerbrunn, och vid två separata stuprör för plåttaket. Provtagningen skedde under snösmältning och vid regn och styrdes därmed av de aktuella väderförhållandena. Fyra provtagningar av de elva tillfällena skedde under snösmältning och sju av provtagningarna skedde vid regn. Regntillfällen definierades som separata om det var en torrperiod på minst 6 h mellan regntillfällena (Speak et al., 2013a). Regntillfällena kategoriserades som lätt regn om nederbörden var < 2 mm, medelkraftigt regn med nederbörd mellan 2-10 mm och kraftigt regn med nederbörd > 10 mm (Getter et al., 2007).

Vattenkvalitén på avrinningen från de båda taken undersöktes med manuella vattenprover från de två stuprören samt från det gröna takets utlopp. Proverna togs i ett tidigt skede av snösmältnings- eller nederbördstillfället för att kunna analysera den inledande avrinningen från taken. Varje tillfälle innebar att vattenprover togs från plåttakets två stuprör med ca 15 minuters mellanrum den första timmen, varje halvtimme under ca 2-3 timmar och efter det varje/varannan timme, så länge snösmältningen eller regnet pågick. Vattenproven från plåttaket fylldes i 125 ml respektive i 500 ml syradiskade plastflaskor. Vid utloppet i gallerbrunnen nedsänktes en plastbehållare med volymen 1 liter för att samla upp avrinningsvattnet från det gröna taket. Behållaren togs upp när volymen uppgick till minst 750 ml och avrinningsvattnet fylldes i 125 ml respektive i 500 ml syradiskade plastflaskor. Plastbehållaren sänktes sedan ner igen för ytterligare uppsamling av avrinningsvatten. Vid tre av provtagningarna (under 2014) fylldes även 125 ml syradiskade plastflaskor till hälften för mätning av pH för både plåttakets och det gröna takets avrinning.

Vid regn togs även vattenprover på själva nederbörden genom att placera ut en tratt (av plast) med plastbehållare för kvalitetsjämförelse mellan regnvattnet och de två takens avrinning. För att kunna skicka in regnvattenprover till ALS för kemisk analys samt utföra pH-mätning krävdes en vattenvolym på minst 700 ml.

4.7 Analyser

Efter varje provtagningstillfälle valdes ca 4-6 prover ut, på grund av begränsad budget, för analys. De utvalda proverna lämnades in till ALS Laboratorium i Luleå för analys av metaller, kvävehalt och fosfor. Analyspaketen V-2 Bas Grundämnen i sötvatten och V-3b Bas Grundämnen i förorenat vatten (efter uppslutning) beställdes. I paketet V-3b Bas beställdes även analys av totalt fosfor (P), totalt kväve (N), ammonium-kväve (NH₄-N) och nitrat/nitrit som kväve (NO₂+NO₃ som N). I V-2 Bas analysen beställdes dessutom filtrering (filterstorlek 0,45 µm) för att kunna analysera vattenprovens lösta fas. Med de bägge analyspaketen analyserades metallerna arsenik

(27)

Rydlinge, Widetun 15 (As), kadmium (Cd), kobolt (Cb), krom (Cr), koppar (Cu), molybden (Mo), nickel (Ni), bly (Pb), vanadin (V) och zink (Zn) med specifika rapporteringsgränsvärden (Bilaga 1).

ALS Scandinavias laboratorium i Luleå är ackrediterat av SWEDAC för flertalet analysmetoder och uppfyller den internationella standarden ISO 17025 samt kraven i ISO 9001:2000 (ALS Scandinavia, 2014a). För analys av organiska ämnen anlitas ackrediterade europeiska underleverantörer, vilka accepteras av SWEDAC. ALS har även ett eget kvalitetskontrollsystem för dessa analyser. Ämnesanalyserna för vattenproverna har skett enligt olika metoder (Bilaga 2).

Vattenproverna som togs för mätning av pH analyserades direkt efter provtagningen.

Mätningen av pH skedde på LTU:s miljölaboratorium med hjälp av en pH-mätare (WTW pH 330 / SET-1, Best. –Nr. 100 787).

4.8 Utvärdering

Resultaten från flödesmätningarna samt föroreningskoncentrationerna sammanställdes, utvärderades och jämfördes tillsammans med tidigare data. För att få ett analyserbart resultat valdes väsentliga data ut och sammanställdes i diagram och tabeller.

4.8.1 Retention och fördröjande av avrinning

Från mätdata skulle flödesvolymen beräknas och den eventuellt fördröjda avrinningen från det gröna taket analyseras. I detta skede upptäcktes att flödet från de två rörledningarna vid plåttaket varierade stort mellan de två sidorna (PTH och PTV) och data kunde ej ses som pålitligt. Detta gjorde att avrinningen från plåttaket fick beräknas med hjälp av nederbördsdata från Luleå Flygplats (drygt 4 km från Stationsgatan) där SMHI uppmätt timvärden för nederbörden i millimeter. Med antagandet att 95 % av nederbörden bidrog till avrinningen och genom att multiplicera med den kända arean av plåttaket på 220 m² beräknat med hjälp av samma översiktsritning som i Figur 5 kunde avrinningsvolymen från plåttaket (PT) beräknas vid regn. På grund av att avrinningen vid snösmältning inte härstammar direkt från nederbörd (som vid regn) kunde vattenvolymen inte beräknas vid dessa tillfällen. Flödesmätningarna från det gröna taket ansågs fungera bra och data kunde användas i resultatet. De ackumulerade avrinningsvolymerna från det gröna taket respektive plåttaket redovisades i diagram för varje regn för att visa den vattenreducerande förmågan (retentionen) samt den fördröjande effekten på avrinningen för det gröna taket.

Retentionsfaktor

För att uppskatta procentuellt hur mycket av nederbörden under ett regntillfälle som togs upp av det gröna taket beräknades retentionsfaktorer för de sex regnen. För varje regn dividerades den totala ackumulerade volymen från det gröna takets avrinning med arean av det gröna taket för att få veta hur mycket av nederbörden som ej togs upp i det gröna takets jordlager och vegetation. Den nederbörd som ej tagits upp av det gröna taket subtraherades från den totala nederbörden som fallit under regntillfället beräknat utifrån timvärden från SMHI:s mätstation

(28)

Rydlinge, Widetun 16 på Luleå Flygplats. Värdet dividerades sedan med den totala nederbörden för att få ut en retentionsfaktor för varje regn, se ekvation (1).

𝑅 =^{𝑛𝑇𝑂𝑇−}

𝑒𝑗𝐺𝑇 𝐴

𝑛𝑇𝑂𝑇 (1)

Ur ekvation (1) med följande beteckningars betydelse: R = Retention (%), nTOT = Total nederbörd (m), ejGT = Volym avrinning som ej togs upp av GT (m³), A = Area (m²).

4.8.2 Vattenkvalité

Av de analyserade metallerna valdes Cd, Cu, Pb och Zn ut samt näringsämnena total N och total P för kvalitetsjämförelse av avrinningen mellan de två taken. Från de elva provtagningstillfällena valdes de fyra som skett vid regntillfällena 1-4 (Tabell 1) ut.

Koncentrationerna för de utvalda ämnena i de analyserade vattenproverna från både PTH och PTV har beräknats genom ett medelvärde för varje utvalt ämne från samma tidpunkt för avrinningen. Detta då vattenproverna från PTH och PTV ansetts likvärdiga innehållsmässigt.

Alla metallkoncentrationer har analyserats för både löst halt och för total halt.

Ackumulerad massa - föroreningsmängd

För att kunna jämföra föroreningsmängderna i avrinningen mellan de två taken har den ackumulerade massan av respektive metall (både lös- och total halt) i avrinningen räknats ut för tre av regntillfällena, R1, R2 och R3. Detta då flödesdata från det gröna taket saknades för R4.

För fosfor fanns endast koncentrationer uppmätta från vattenprover vid R3. Den kända volymen för avrinningen under den aktuella tidsperioden utlästes ur beräknade data och en massa (µg eller mg) beräknades genom att multiplicera koncentrationen med volymen.

Koncentration kontra flöde

De utvalda metallernas koncentrationer samt kvävekoncentrationerna i avrinningsvattnet plottades mot det aktuella flödet för avrinningen från respektive tak under de olika provtagningarna för att se om några linjära samband mellan koncentration och flöde fanns.

Detta kunde dock också endast göras för R1, R2 och R3 på grund av att flödesdata från det gröna taket saknades för R4.

Jämförelse med referensvärden

Koncentrationerna jämfördes med Naturvårdsverkets referensvärden för olika metaller, kvävehalt och fosforhalt i svenska vattendrag och sjöar för att avgöra hur pass förorenad avrinningen från de två olika taken var när det inte togs hänsyn till avrinningsvolymen. Detta för att undersöka om ett utsläpp av endast en liten mängd av avrinningsvattnet kunde klassificeras som en förorening och eventuellt akut toxisk. Referensvärdena var bakgrundskoncentrationer (µg/l) indelade från klass ett till klass fem (Bilaga 3). För fosfor och

(29)

Rydlinge, Widetun 17 kväve har bakgrundskoncentrationerna från svenska sjöar i maj till oktober angetts som referensvärden.

pH

De uppmätta pH-värdena i vattenproverna från fyra av provtagningarna sammanställdes i stapeldiagram med beräknade medelvärden och standardavvikelser för det gröna taket respektive plåttaket.

4.9 Modellering

4.9.1 Områdesbeskrivning och mjukvaror

Studieområdet är det bostadsområdet som avgränsas av Köpmangatan, Rådstugatan, Stationsgatan och Tullgatan i Luleå innerstad, d.v.s. samma område som provtagning skett för det gröna taket och plåttaket på Stationsgatan 27E till 29G. Områdets totala area har beräknats till 13951 m² som delats upp i delområden för tak, grönområden samt resterande yta bestående av asfalt. Takens sammanslagna area beräknades till 5689 m² eller motsvarande ca 40,8 % av den totala ytan i området. En del tak har delats in ytterligare beroende på om de tillhör två eller fler avrinningsområden. Vilket avrinningsområde respektive tak har och dess eventuella indelning fastställdes genom att anta riktning av avrinningen på respektive tak, och dess utlopp med hjälp av en översiktskarta, se Figur 5. Den totala mängden grönytor har beräknats ta upp en yta på 9 % och asfalt till 50,2 %.

Med ovanstående beskrivna område som grund har det definierade området i Figur 5 använts som indata i SWMM5.1. Vid utformning av de fyra typerna av ytor asfalt, tak, gräsytor samt armerat gräs, har alla ytor definierats med liknande egenskaper om de är av samma typ.

Alla ytor bestående av gröna tak har antagits ha samma parametrar (Tabell 2) oavsett var de installerats, bortsett från ytan som varierar beroende på vilken area tidigare tak hade innan ett grönt tak installerats. Ytor bestående av plåttak, asfalt, gräs eller armerat gräs har samtliga inmatningsparametrar vid simulering, se Tabell 3.

Antal och placering av brunnar som mottar dagvatten från delområdena i och utanför området har uppskattats genom GIS-baserade mjukvaran ArcGIS for Desktop från Esri, samt genom besök på studieområdet. Detsamma gäller dimensioner och placering av de ledningar som ansetts vara av betydelse.

(30)

Figur 5 Översiktskarta över det simulerade studieområdet

Tabell 2 Parametrar för inmatning i SWMM5.1 för modellering av ett grönt tak

Yta Jordlager Dräneringslager

Medeldjup, vattensänka (mm)

7 Tjocklek (mm) 30 Tjocklekt (mm) 10

Vegetationsvolym löv, buskar, träd (kvot)

0 Porositet (kvot) 0,42 Porositet (kvot) 0,5

Ytråhet (Mannings n)

0,24 Fältkapacitet (kvot) 0,2 Ytråhet (Mannings n)

0,3

Lutning (%) 14 Lägsta volym provatten relativt totalvolymen jord (kvot)

0,024

Hydraulisk konduktivitet (mm/h)

100

Konduktivitetslutning 7

Sughöjd (mm) 10

(31)

Tabell 3 Parametrar för inmatning i SWMM5.1 för modellering av armerat gräs, asfalt, gräs och plåttak

Typ av yta Plåttak Asfalt Gräs Armerat gräs

Lutning (%) 19 2 2 2

Permeabbel yta (%) 0 0 100 50

Ytråhet (Mannings n), permeabel yta

- - 0,1 0,1

Ytråhet (Mannings n), impermeabel yta

0,008 0,013 - 0,017

Förvaringsdjup permeabel yta (mm)

- - 10 10

Förvaringsdjup

impermeabel yta (mm)

0,05 2 - 0,05

Simuleringar har skett med hjälp av Environmental Protection Agency’s (EPAs) modelleringsmjukvara Storm Water Management Model version 5.1005 (SWMM5.1).

Parametrarna i Tabell 2 är baserade på konstruktionen av det gröna taket som provtagning skett på vilket är konstruerat av VegTech (Figur 3), förslag från EPA samt Hua-peng et.al. (2013).

4.9.2 Utformning av modellscenarier

För utvalda delar av studieområdet bestående av ett tak har ett grönt tak applicerats. Vid modellering simulerades det definierade området i Figur 5 för fyra olika scenarier. Det första scenariot innebar 0 % gröna tak i området. Senare applicerades gröna tak till tre olika stora procentuella andelar på dagens redan existerande takytor av plåt i området, motsvarande fyra olika scenarier. För alla fyra scenarier simulerades fyra olika blockregn. Dessa regn hade alla en varaktighet på 120 minuter men varierade med fyra olika återkomsttider. Regnintensiteten beräknades enligt ekvation (2). Regnet med återkomsttid 1 månad klassas som ett medelkraftigt regn, medan resterande ses som kraftigt (Getter et.al., 2007). De olika scenarierna redovisas i Tabell 4. Detta resulterade i 16 olika simuleringsresultat.

𝑖 = 190 ∗ √Å³ ∗^{𝐿𝑁(𝑇}_𝑇 ^𝑅⁾

𝑅0,98 + 2 (2)

Ur ekvation (2) med följande beteckningars betydelse: 𝑖=regnintensitet (mm/h), Å=återkomsttid (månader), T_R=regnvaraktighet (minuter) (Lidström, 2012).

(32)

Tabell 4 De 16 olika scenarier som simulerades i SWMM 5.1

Andelar gröna tak (%) Återkomsttid Intensitet, 𝒊 (mm/h)

0 1 månad 3,7

0 1 år 7,6

0 10 år 15,5

0 100 år 32,6

25 1 månad 3,7

25 1 år 7,6

25 10 år 15,5

25 100 år 32,6

50 1 månad 3,7

50 1 år 7,6

50 10 år 15,5

50 100 år 32,6

75 1 månad 3,7

75 1 år 7,6

75 10 år 15,5

75 100 år 32,6

(33)

5. Resultat

5.1 Retention och fördröjande av avrinning

De ackumulerade avrinningsvolymerna (l) från det gröna taket respektive plåttaket för de sex olika regntillfällena, R1 till R6, ses i Figur 6. Skillnaden i avrinningsvolym hos det gröna taket (sekundär axel) i jämförelse med vattenvolymen från plåttaket (primär axel) visar den vattenreducerande kapaciteten. Även den fördröjda avrinningen från det gröna taket kan ses.

GT

PT

0 20 40 60 80 100

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

2013-06-01 12:00 2013-06-02 00:00 2013-06-02 12:00 2013-06-03 00:00 2013-06-03 12:00 Ackumulerad avrinning GT (l) Ackumulerad avrinning PT (l)

R1

0 100 200 300 400 500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

R2

0 20 40 60 80 100 120

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

R3

(34)

Figur 6 Ackumulerade avrinningsvolymer från plåttaket (PT) respektive gröna taket (GT) för sex olika regn

Avrinningsmönstret varierade för de olika regnen och när regnet slutat planar avrinningsvolymen för plåttaket (PT) ut medan avrinningsvolymen för det gröna taket (GT) har en fördröjning och planar ut vid ett senare skede. En exakt tidsuppskattning av fördröjningen av avrinningen från det gröna taket har inte kunnat fastställas då den exakta starttiden för regnet ej är känd då nederbörd endast är uppmätt under varje heltimme. Det kan dock konstateras att fördröjande av avrinningen från det gröna taket skedde under alla sex regntillfällen och att avrinningsvolymen från det gröna taket var betydligt lägre i jämförelse med plåttakets avrinningsvolym. Den maximalt uppmätta avrinningsvolymen från det gröna taket var 400 l (R2), men alla övriga fem regn gav totala avrinningsvolymer under 200 l. Från plåttaket var den maximala avrinningsvolymen drygt 4300 l (R5) och den minsta avrinningen skedde under R3 då den totalt ackumulerade avrinningsvolymen uppgick till ca 1300 l.

0 50 100 150 200

0 1000 2000 3000 4000 5000

R4

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 1000 2000 3000 4000 5000

R5

0 20 40 60 80 100 120

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

2013-07-15 07:40 2013-07-15 23:45 2013-07-16 15:50 2013-07-17 07:55 Ackumulerad avrinning GT (l) Ackumulerad avrinning PT (l)

R6

(35)

Rydlinge, Widetun 23 5.1.1 Retentionsfaktor

De beräknade retentionsfaktorerna för de sex utvalda regnen (R1 till R6) i Luleå ses i Tabell 5.

Datumen omfattar den period regnet föll samt tiden för den fördröjda avrinningen från det gröna taket. Antalet timmar sedan senaste regn, uppskattat från nederbördsdata i timvärden från Luleå Flygplats, samt nederbörden under det regnet ses i tabellen för att därefter kunna se eventuella skillnader i retention vid täta regn respektive en längre period utan nederbörd.

Tabell 5 De beräknade retentionsvärdena för de sex utvalda regntillfällena

Regn Datum Varaktig- het (h)

Neder- börd (mm)

Nederbörd som ej tas upp av GT

(mm)

Retention (%)

Senaste regn (h)

Nederbörd senaste föregående regn (mm)

R1 ^20130601-

20130602 12 13 0,37 97,1 429 6,8

R2 ^20130610-

20130611 7 6,5 1,81 72,2 57 9,9

R3 20130614 9 6,3 0,45 92,9 79 6,5

R4 20130617 7 18,5 0,84 95,4 43 1,2

R5 ^20130629-

20130630 12 20,7 0,25 98,8 43 20,1

R6 ^20130715-

20130716 15 13,1 0,47 96,4 42 0,3

Medelvärdet för det gröna takets förmåga att ta upp nederbörd beräknades till 92 % för de sex regnen, den maximala upptagningsförmågan av nederbörd beräknades till 98,8 % (R5) och det minsta procentuella upptaget beräknades till 72,2 % (R2). Figur 7 visar den procentuella upptagningsförmågan för det gröna taket samt medelvärdet för de sex utvalda regnen.

(36)

Figur 7 Beräknad procentuell upptagningsförmåga för det gröna taket på Stationsgatan i Luleå

De avsevärt mindre avrinningsvolymerna från det gröna taket samt de beräknade retentionsfaktorerna visar på en god upptagningsförmåga av nederbörden för det gröna taket.

För fem av de sex regntillfällena togs > 90 % upp av det gröna taket vilket kan anses som en mycket bra reducering. Tillfället där drygt 70 % av nederbörden togs upp kan även det ses som ett bra resultat i jämförelse med avrinningsvolymen från plåttaket.

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

R1 R2 R3 R4 R5 R6 Medel

Retention (%)

Regntillfälle