Rannsaka margþættan ávinning blágrænna ofanvatnslausna í borg

Þegar rignir myndast vatnsflaumur af þökum og götum sem getur flætt inn í hús og valdið skemmdum á húsum og innbúi. Hefðbundna leiðin til að draga úr slíkri slysa- og tjónahættu er að fanga og flytja vatnið í lagnakerfi neðanjarðar út í næstu á eða strandsjó. Slík mannvirki eru dýr og mörg hver eru komin til ára sinna. Auk þess geta þau ekki annað auknu álagi, til dæmis vegna þéttingar byggðar eða aukinnar úrkomuákefðar sem fylgir hnattrænni hlýnun. 

„Á síðustu áratugum hefur ný hugmyndafræði um blágrænar ofanvatnslausnir verið að ryðja sér til rúms en hún byggir á því að nýta vatn sem auðlind þar sem hún fellur í stað þess að flytja það í burtu, meðal annars með byggingu regnbeða (e. bioretention cells),“ segir Hrund Ólöf Andradóttir, prófessor við Umhverfis- og byggingaverkfræðideild Háskóla Íslands. Hún leiðir nú rannsókn á margþættum ávinningi blágrænna innviða í borg.

Regnvatn nýtt sem auðlind

Blágrænar ofanvatnslausnir herma eftir náttúrulegri hringrás vatns, þar sem vatn er geymt tímabundið í landdældum og í jarðvegi. Þegar vatnið rennur gegnum jarðveginn síast þungmálmar og olíusambönd úr vatninu. „Á yfirborði má gróðursetja fjölbreyttar plöntur, runna og tré sem auka fegurðargildi og vistfræðilega fjölbreytni í borg og stuðla að bættri andlegri líðan íbúa. Gróðurinn og jarðvegurinn geta jafnframt dregið úr kolefnisfótspori borga með því að binda kolefni. Því eru blágrænir innviðir bæði mótvægis- og aðlögunaraðgerðir vegna loftslagsbreytinga,“ útskýrir Hrund. 

Byggðu regnbeð á háskólasvæðinu

Í grundvallaratriðum gengur rannsóknin út á að fylgjast með virkni regnbeða sem eru byggð eftir viðurkenndum aðferðum erlendis. Regnbeð eru nokkurs konar gróðurdældir sem taka við, geyma og hreinsa vatn af litlum húsþökum eða stærri svæðum eins og vegum eða bílastæðum í rigningu. „Við ákváðum að skoða regnbeð af því að þau eru algengasta útfærslan á  blágrænum ofanvatnslausnum í borg og vegna fjölhæfni þeirra, en þau geta verið lítil eða mjög stór (800 m²), innan lóðar eða í almenningsrými meðfram gangbrautum, á bílastæðum eða við vegkanta,“ segir Hrund.

„Við byggingu regnbeðanna reyndum við að hámarka gæði jarðvegsins og settum einnig upp dren til að auka ísigseiginleika hans. Við erum með mismunandi útfærslur af gróðri á yfirborði regnbeðanna, til dæmis fjölbreytt úthagagras svo og hágróður eins og íslenskan loðvíði, blágresi og fjalldalafífil,“ útskýrir Hrund og heldur áfram: „Við stefnum að því að mæla vatnafræðilega og vistfræðilega virkni reglulega yfir tveggja ára tímabil, með sérstakri áherslu á vetrartímann þegar frost er í jörðu og snjór þekur yfirborðið. Auk þess mælir rannsóknarhópurinn raka- og hitastig jarðvegsins með síritandi mælum og fylgist með veðurfari, snjó og frosti á yfirborði.

Rannsaka regnbeð út frá plöntum og jarðvegi yfir mismunandi árstíðir

Aðspurð um kveikjuna að rannsókninni segir Hrund að eftir því sem hún rannsakaði blágræna innviði betur hafi áhugi hennar farið að beinast að þeim í víðara samhengi en einungis út frá vatnafræðilegri verkfræði einni og sér. Hrund var aðalleiðbeinandi og verkefnisstjóri í doktorsrannsókn Tarek Zaqout, sérfræðingi hjá Veðurstofu Íslands, um vatnafræðilega skilvirkni blágrænna ofanvatnslausna í köldu sjávarloftslagi en í rannsókn hans komu fram sterkar vísbendingar um að geta gróðurrása til að draga úr flóðtoppum tengist vali á plöntum og yfirborðsefnum. „Í samstarfi við Tarek ákvað ég því að rannsaka hvaða plöntur væru hentugastar fyrir rennsli og hreinsun vatns en væru jafnframt fallegar og gætu bundið kolefni í köldu loftslagi,“ útskýrir Hrund.

Hrund og Tarek fengu til liðs við sig þau Ásu Lovísu Aradóttur, prófessor við Landbúnaðarháskóla Íslands og sérfræðing í endurheimt vistkerfa, og Jóhann Þórsson, sérfræðing og fagteymisstjóra loftslags og jarðvegs hjá Landi og skógi. „Með hjálp Ásu Lovísu völdum við íslenskar plöntur sem þola að fara undir vatn með reglulegu millibili og þar sem bráðnauðsynlegt er að draga úr magni koltvísýrings í andrúmsloftinu mun Jóhann hjálpa okkur við að meta kolefnisbindingu jarðvegsins og gróðursins með sömu aðferðum og beitt er í dreifbýli á Íslandi,“ segir Hrund um rannsóknarhópinn. 

Að auki taka þátt í rannsókninni þrír nemendur við HÍ: Gonzalo Eldredge Arenas, doktorsnemi í umhverfisverkfræði, sem mælir hraða vatnsrennslis gegnum jarðveginn og hversu vel jarðvegurinn hreinsar óhreint ofanvatn, Muhammad Ayesh Muneeb, meistaranemi í umhverfisverkfræði, sem rannsakar kolefnisbindingu gróðurs og jarðvegs, og Freyja Ragnarsdóttir Pedersen, meistaranemi í endurheimt vistkerfa, sem fylgist með rótum undir yfirborðinu og tegundasamsetningu og ástandi gróðurs á yfirborðinu.

Hefur áhuga á heilsusamlegu og sjálfbæru borgarumhverfi

Að sögn Hrundar liggur rannsóknaráhugi hennar helst á sviði heilsusamlegs og sjálfbærs borgarumhverfis. Síðastliðin 18 ár hefur hún rannsakað vatnafræðilega virkni mismunandi gerða af blágrænum innviðum. Rannsóknir hennar hafa beinst að höfuðborgarsvæðinu, þar á meðal að hreinsivirkni settjarna sem taka við afrennsli af götum og húsþökum í Grafarholti og gróðurrásum sem taka við umframvatni í BREEAM-vottaða hverfinu Urriðaholti í Garðabæ. BREEAM er alþjóðlegur staðall sem metur og vottar umhverfisárangur bygginga og þróunarverkefna.

„Þessar rannsóknir eiga það sammerkt að skoða hvernig fráveitukerfi borga hegða sér í köldu sjávarloftslagi, sem einkennist af tíðum frost- og þýðuköflum á veturna, svo og rigningu og snjó samhliða miklum vindi. Auk þessara rannsókna hef ég rannsakað vatnsgæði og loftgæði í Reykjavík og komið með tillögur að leiðum til úrbóta en ég hef gaman af því að tengja rannsóknir mínar við daglegt líf og samfélag,“ segir Hrund sem hefur átt í farsælu samstarfi við fræðimenn innan Háskóla Íslands og hin ýmsu fyrirtæki og stofnanir hérlendis síðustu tvo áratugi. Auk þess hefur hún setið í stjórn Vatns- og fráveitufélags Íslands síðan 2012.

Fjölfræðileg og langtíma gögn

Rannsókninni hefur verið tryggt fjármagn í tvö ár en mikilvægt er að fylgjast með virkni gróðurbeða til lengri tíma til að fá innsýn í fjölbreyttar veðuraðstæður svo og hvernig eiginleikar jarðvegs og gróðurs breytist með tímanum.  Niðurstöðurnar munu gefa vísbendingar um hvernig megi hámarka gæði og þjónustu grænna svæða í þéttbýli og draga úr óvissu um skilvirkni blágrænna lausna í frosti. „Rannsóknin mun jafnframt leggja til nýja þekkingu á sviði vatnafræði, jarðvegsfræði, endurheimtar vistkerfa, endurreisnar og viðnámsþols borga gagnvart loftslagsbreytingum, og stuðla að víðtækari innleiðingu blágrænna innviða í þéttbýli,“ segir Hrund að lokum.