Disconnection of roof-water-drains in measures to prevent basement floodings and weir discharge in Sandaker, Oslo - A study in a calibrated model

Prognoser for klimautviklingen viser at klimaet vil endres raskere (IPCC 2013) og at antall dager med ekstrem nedbør i Norge vil øke dramatisk (Norges forskningsråd 2009). De siste årene er det observert økte skader fra oversvømmelser som følge av et kraftigere nedbør. Forskning viser at hyppigheten vil øke for fremtiden. Befolkningsvekst og tilflytting medfører økt bebyggelse og store endringer i infrastruktur i norske byer. Oversvømmelser og utslipp av avløpsvann som følge av store vannmengder i ledningsnettet er et stadig økende problem i urbane strøk. Hvert år øker folketallet i Oslo kommune med over 10 000, og folketallet vil øke med 30 % innen 2030 (SSB 2015). Hovedstadens overflateareal vil fortettes. Fortetting fører til at nedbør får mindre areal å infiltrere i, og avrenningen til ledningsnettet vil øke. I Oslo prioriteres derfor arbeidet med å redusere konsekvenser av den økte nedbøren. Forskning viser at å behandle overvann lokalt gir en positiv virkning på avløpsnettet, både for oppstuvning i avløpsledninger og for overløpsutslipp. Oslos ledningsnett har i dag ikke kapasitet til å håndtere avløpet for alle typer nedbør. Dette fører til kjelleroversvømmelser i tillegg til miljøskadelige utslipp til vassdrag og fjord. Vann- og avløpsetaten i Oslo Kommune overvåker den biologiske, kjemiske og mikrobiologiske vannkvaliteten i alle hovedvassdrag. Resultatene fra etatens Fagrapport (2015a) viser at flere vassdrag til dels er sterkt påvirket av utslipp fra avløpsnettet. I 2014 ble det registrert 226 overløpshendelser fra 22 kummer som har regnoverløp til Akerselva. Disse hadde en sammenhengende varighet på mer enn 130 000 minutter (Oslo Kommune 2015a). Målet med oppgaven er å undersøke for potensielle kjelleroversvømmelser og forurensende utslipp av avløpsvann til Akerselva for et fremtidig klima, med frakobling av takvann som tiltak. Sandaker klassifiseres som et byområde og forretningsstrøk med mange tette flater, og har et skadepotensiale likt andre sentrumsnære områder i hovedstaden. For å finne mengden potensielle vannføringer i området ble et nedbørs-basert simuleringsprogram, ROSIE, brukt på en avløpsmodell over Sandaker som Oslo Kommune har utarbeidet. Simuleringene baserer seg på nedbør og avrenning fra forskjellige typer overflatearealer i avløpsfeltet. Resultatene viser oppstuving og vannføring i ledningsnettet. En forenkling i ROSIE er at den deler inn avløpssystemet i catchments som simuleres hver for seg. Sandakermodellen består totalt av 43 catchments. 5 catchments påvirker direkte modellens område som oppstuves ved kraftig regn. I disse kobles takvannet fra avløpsnettet for at vi skal kunne se hvilken effekt dette har på oppstuvingen og overløpsustlipp i områdets eneste overløpskum. Nedbørsdata brukt i modelleringen er reelle data for de fem siste årene 2010 – 2014, og er hentet fra Disen nedbørstasjon. I tillegg er det brukt nedbørsdata for et 30årsregn. Sandakers avløpssystem ble modellert med et klimapåslag for fremtidig klima med og uten frakoblet takvann. Overløpet til Akerselva i modellen tilsvarer 0,9 % av tilrenningen fra avløpsfeltet, nært opp til gjennomsnittet for andelen overløp i Oslo som er 1 %. Simuleringer med nedbørsdata fra de siste fem år viser oss mye oppstuvet vann i èn del av Sandakers avløpsfelt. Frakobling av takvann i 5 av 43 catchments fører til en stor reduksjon i oppstuvingen. 100 % av kjellerovervømmelsene forhindres, og utslipp av avløpsvann til Akerselva reduseres med om lag 40 %. Med et klimapåslag på 50 % viser resultatene at det i tillegg oppstår oversvømmelser i en annen del av ledningsnettet på Sandaker. Frakobling av takvann i 5 av 43 catchments fører til en reduksjon i oppstuvingen. 75 % av kjellerovervømmelsene forhindres, og utslipp av avløpsvann til Akerselva reduseres med om lag 25 %. Årssimuleringer av de siste fem år med og uten frakobling av takvann viser at frakoblingen av takarealet på Sandaker reduserer utslippet med om lag 30 % og har potensiale til å forhindre at nærmere 1300 m3 slippes ut i Akerselva pr. år. For et 30årsregn blir samtlige kjelleroversvømmelser forhindret i området hvor takvannsfrakobling er benyttet på de påvirkende catchmentene. 12 % av nodene i ledningsnettet på Sandaker tåler ikke et 30årsregn, og 20 % av nodene tåler ikke et 30årsregn med 50 % klimapåslag. Alle kjelleroversvømmelser ble forhindret ved bruk av LOD-tiltak i påvirkende catchments. Ved klimapåslag blir effekten noe lavere, på grunn av et kraftigere regn. Det oppstår også nye områder med oppstuving i modellen, hvor takvannsfrakoblingen i de 5 av 43 catchmentene ikke har effekt. Ved ytterligere takvannsfrakobling i de påvirkende catchmentene, ville disse sannsynligvis også bli redusert med 100 %. Ved å benytte LOD-tiltak etter takvannsfrakobling forhindrer man samtlige kjelleroversvømmelser i området, og reduserer utslippet til Akerselva fra de kraftigste regnhendelsene med 37 %. For simuleringer med klimapåslag er reduksjonen noe lavere. Dette er ikke optimalt da det i fremtiden er ønskelig å oppnå overløpstilfeller kun hvert 3. år i Oslo Kommune. Klimaendringene vil ha stor innvirkning på antall kjelleroversvømmelser som oppstår på Sandaker under kraftige nedbør i fremtiden, og det vil være oppnåelig å redusere disse ved bruk av frakobling av takvann og lokal overvannsdisponering. For å forhindre ytterligere forurensning frem til en slikt tiltak er på plass bør det vurderes å sende overløpet inn på VEAS tunnelsystemer. Resultatene i denne oppgaven har høy grad av usikkerhet, og må derfor tas med skjønn. Abstract: Projected climate developments show that the climate will change more quickly (IPCC 2013) and the number of days with heavy precipitation in Norway will increase dramatically (RCN 2009). In recent years, an increased damage from floods because of heavy precipitation has been observed. Research shows that the frequency will increase in the future. Population growth and migration leads to increased settlement and major changes in infrastructure in Norwegian cities. Weir and wastewater emissions as a result of large amounts of water in the distribution system is a growing problem in urban areas. Every year the population of Oslo with over 10,000, and the population will increase by 30% by 2030 (SSB 2015). Oslo’s surface area will densify. Densification causes the precipitation to get land to infiltrate, and runoff to the mains increase. Oslo efforts to reduce the impact of the increased rainfall. Research shows that treating stormwater locally has a positive effect on the sewer system , both for sewers and overflow discharge. Oslo does not currently have the capacity to handle the runoff for large precipitations. This causes basement flooding as well as harmful emissions into rivers and fjords. The Water and Sewerage Authority in Oslo monitors the biological, chemical and microbiological water quality in all the main rivers. The results of the agency's technical reports (2015a) shows that several rivers are influenced by emissions from the sewage system. In 2014 it was registered 226 weir-overflow events from 22 weir-manholes that have rain overflow to the Akerselva river. These had a continuous period of more than 130,000 minutes (Oslo Kommune 2015a). The aim of this study is to investigate the potential for basement flooding and pollution of Akerselva river from the Sandaker-catchment for a future climate, with a disconnection of roof-water-drains. Sandaker classified as an urban area and business district with many impervious surfaces. To determine the amount of potential water flow in the area was a rain's based simulation program, ROSIE, used in a drainage model over Sandakerveien as Oslo Municipality prepared. The simulations are based on precipitation and runoff from various types of surface areas in the drain field. The results show congestion and flow in the pipeline. A simplification of ROSIE is that it divides the drainage system in catchments simulated separately. Sandakerveien model consists a total of 43 catchments. 5 catchments directly affects the model area congested by heavy rain. In these 5 catchments the rooftop-water-drains are disconnected from the seweragenetwork for us to see what effects this has on congestion and weir-discharge in the area's only weir-manhole. Precipitation data used in the modeling are real data for the last five years 2010 - 2014, and is taken from the Disen rainfallstation. In addition,precipitation data for a 30-year recurrence interval is also simulated. Sandakers sewer system was modeled with a climate factor for future climate with and without disconnected roof-water. The weir-discharge into Akerselva river in the model corresponds to 0.9 % of the waterflow from the sewerage-system in Sandaker, close to the average for the weir-discharge in Oslos sewage-system which is 1 %. Simulations with rainfall data from the past five years show us many basementfloodings in one part of Sandakers sewage-system. Disconnection of roof-water-drains in 5 of 43 catchments leads to a large reduction in congestion for the whole sewage-system. 100 % of basement-floodings are prevented and the discharge of effluent into Akerselva river is reduced by almost 40 %. With a climate factor of 50 %, the results show that, in addition to the first part, flooding occurs in another part of Sandakers sewage-system. Disconnecting roof-water-drains in 5 of 43 catchments leads to a reduction in congestion, and 75 % of basement floodings are prevented. The discharge of wastewater into the Akerselva river is reduced by about 25 %. Yearlong simulations of the past five years with and without disconnection of roof-water-drains shows that the disconnection reduced weir-discharge by about 30% and has the potential to prevent further 1,300 m3 discharged to Akerselva river per year. For a 30-year recurrence interval all basement floodings are prevented in the area where disconnected roof-water-drains applied to the affected catchments. 12% of the nodes in the distribution system in Sandaker can not withstand a 30year recurrence interval, and 20% of the nodes can not withstand a 30 year recurrence interval with a climate factor of 50 %. All basement floodings was prevented by using local stormwater disposalmeasures in the influencing catchments. After a climate factor the effect is lower, because of the impact of a powerful rain. It occurs also new areas of congestion in the model, where disconnection of roof-water-drains in the chosen 5 catchments has no effect. Upon further disconnection, these would likely to be reduced by 100 %. Using local stormwater disposalmeasures after disconnection of roof-water prevents all basement flooding in the area and reduces emissions to Akerselva river from powerful rain events by 37 %. For simulations with climate factor, the reduction is somewhat lower. This is not optimal when it is desirable for the future to achieve weir-discharge-events only every 3 years in Oslo. Climate change will have a large impact on the number of basement floodings in Sandaker under heavy rainfall in the future. A reduction of these using disconnection of roof-water and local stormwater disposal is possible. To prevent further contamination forward such a measure, it should be considered to send the weir-discharge from weir-manhole into tunnel systems ending in VEAS’s treatment plant. The results in this paper has a high degree of uncertainty, and must therefore be taken with discretion.M-V