Frågan kring hållbar dagvattenhantering har fått allt större uppmärksamhet i och med de pågående klimatförändringarna. Genom att implementera dagvattenlösningar i urbana miljöer som efterliknar naturens kretslopp kan kraftiga regn fördröjas vilket avlastar ledningsnätet. Detta främjar en hållbar stadsutveckling, som idag har blivit ett allt större krav. Studiens syfte avser att lyfta kunskapsläget kring användandet av växtbäddar avsedda för dagvattenhantering i det nordiska klimatet. Detta genom att undersöka vilka faktorer som bör beaktas vid utformning av växtbäddar för att de ska fungera optimalt, samt maximera livslängden med hänsyn till ett kallt klimat. Undersökningen tar även reda på vilka åtgärder som krävs för att underhålla en sådan anläggning samt vilka kostnader detta medför. Studiens frågeställningar besvaras genom intervjuer som riktades till beställare och projektörer av växtbäddar. Detta för att skapa en uppfattning kring hur utformningen sker samt vilka underhållsinsatser som vidtas. En enkätundersökning genomfördes som var riktad till kommuner för att undersöka hur väl de upplever att arbetet med växtbäddar fungerar inom deras organisation. Studien utfördes genom att först genomföra en litteraturstudie som lade grunden till rapportens teori, för att sedan kunna utforma intervju och enkätfrågor. För att skapa en uppfattning kring kostnaderna utfördes en dokumentinsamling från kommuner för att klargöra kostnadernas storlek. Studiens resultat påvisar att växtbäddar har bra förutsättningar i det nordiska klimatet samt att det anses finnas en god kunskapsnivå kring hur anläggningarna ska utformas och skötas. Detta gäller både projektörer och beställare av anläggningarna. De fel som uppstår i anläggningsskedet tycks främst grunda sig i den stora variationen av material som växtbäddarnas uppbyggnad består av. Därtill att entreprenören saknar kunskap i hur anläggningen senare ska fungera, då denna typ av anläggning skiljer sig från hur konventionella dagvattenanläggningar anläggs. I utformnings och driftskedet är utmaningarna kopplade till faktorer som ansvarsfördelning då det är ett flertal inblandade aktörer i både projekterings och driftskedet. Den faktor som främst styr kostnaden är kopplad till de material som används i uppbyggnaden av växtbädden. / The issue of sustainable stormwater management has received increasing attention with the ongoing climate change. By implementing stormwater solutions in urban environments that mimic nature heavy rainfall can be delayed, which relieves the conventional stormwater pipeline network. This promotes sustainable urban development, which today has become an increasing requirement. The purpose of the study is to raise the state of knowledge about the use of bioretention system intended for stormwater management in the Nordic climate. This is done by examining which factors should be taken into account when designing bioretention system in order to function optimally and maximize the lifespan with regard to a cold climate. The study also finds out what measures are required to maintain such a facility and what costs this entails. The study's questions are answered through interviews aimed at clients and designers of bioretention systems. The purpose is to create an understanding of how the design takes place and what maintenance efforts are taken. A survey was conducted which was aimed at municipalities to investigate how well they feel that the work with bioretention system works within their organization. The study was carried out by first conducting a literature study that laid the foundation for the report's theory, in order to then be able to design interview and survey questions. To create an understanding of the costs, a document collection from municipalities was carried out to clarify the size of the costs. The results of the study show that bioretention systems can sustain in the Nordic climate and that it is considered that there is a good level of knowledge about how the facilities should be designed and maintained. This applies to both designers and clients of the facilities. The errors that occur during the construction phase seem to be mainly based on the large variety of materials that make up the bioretention systems. In addition, the contractor lacks knowledge of how the facility will later function, as this type of facility differs from how conventional stormwater facilities are constructed. In the design and operational phase, the challenges are linked to factors such as the division of responsibilities as there are a number of actors involved in both the design and operational phases. The factor that primarily controls the cost is linked to the materials used in the construction. / <p>Examensarbetet är utfört vid Institutionen för teknik och naturvetenskap (ITN) vid Tekniska fakulteten, Linköpings universitet</p>

The overarching goal of this research is to establish a successful forum for a transition from the existing paradigm of managing wastewater infrastructure to a more sustainable paradigm that achieves a more efficient utilisation of wastewater assets. A transitioning approach to support a more efficient utilisation of surface water and wastewater assets and infrastructure is proposed and developed. The determined transitioning approach possesses key stages namely developing the arena, developing the agenda, case study, and monitoring. The case study stage investigates a drainage utility identifying their improvement drivers, the removal of surface water through detailed drainage modelling and the financial examination of the costs incurred under the various scenarios conducted. Understanding the implications of removing/attenuating surface water from the network is improved through obtaining data by detailed drainage modelling. Infoworks software is used to investigate and assess the current and future operational scenarios of a wastewater system operating over one calendar year. Modelling scenarios were conducted removing surface water from selected areas focusing on the volumes requiring pumping and durations of pumping station(s) operation prior to treatment during storm conditions. The financial implication of removing surface water in combined sewer systems is examined in three main components. Firstly the costs of electricity incurred at the single sewage pumping station (SPS) investigated during the various scenarios modelled require to be addressed. Secondly the costs to retrofit sustainable urban drainage system (SUDS) solutions needs to be identified. Thirdly the implications of removing surface water for the drainage utility at the national level and the potential saving for householder’s committing to a surface water disconnection rebate scheme. When addressed at the macro level i.e., with over 2,100 pumping stations, some operating in sequence and contained within one drainage utility annually treating 315,360 megalitres the significance of the same multiple quantifiable and intangible benefits becomes amplified. The research aims, objectives and findings are presented to the identified and convened stakeholders. The transitioning approach developed encourages positive discourse between stakeholders. The level of success of the transitioning approach determined is then tested using a quantitative methodology through the completion of questionnaires. From the questionnaires completed the respondents unanimously agreed that surface water flows should be removed as well as reduced from the combined sewer system. The respondents agreed that the removal of surface water from a typical combined sewer system is justified by applying a transitioning approach focusing on the energy consumption required to pump increased volumes during storm events. This response is significant based upon the economic evidence and is contrary to the respondents previous position that finance was their most influencing factor. When provided with other potentially available benefits the respondents were even more supportive of the justification to remove surface water from the combined sewer system. The combined findings of the work presented in this thesis provide further justification that the transitioning approach applied to the removal of surface water from a typical combined sewer system, as determined in this research has been successful.

As research has expanded on the environmental impact of stormwater on receiving ecosystems more focus is now being put on the quality issues of stormwater. Biofilters are one of many nature-based solutions that have been developed for that purpose and are also the subject of this study. In order to plan and implement biofilters, predictive models can be useful tools to forecast their performance on a given site. The aim of this study was to investigate the possibilities and limitations of modelling the treatment of stormwater in a biofilter using MIKE+. This was done by first trying to model the hydrological conditions of a biofilter from a study site in Sundsvall and thereafter coupling a water treatment model created in ECO Lab.  The results showed that there were some notable differences between the parameters affecting the hydrological flow in reality and what is currently possible to model in MIKE+. It was seen that the Soakaway node used to model biofilters needs to be complexified in order to properly model the hydrological conditions of biofilters. The main improvements required are that the flow attenuation should occur within the Soakaway node rather than before or after and that it should be based on soil properties. The retention volume also needs to be integrated in the node and a varying exfiltration rate is believed to be required to fit the varying nature of evapotranspiration.  The hydrological model was seen to have a great impact on the water treatment model and some limitations with the program and the used model were identified. Regarding ECO Lab, the program is currently unable to consider interevent processes when the biofilter is empty. These processes can however be of great importance for some contaminants. The program also assumes a time dependency whereas it has been seen that a short retention time may be sufficient to achieve good reduction efficiency. The model used is a highly lumped conceptual model with few parameters so further research aiming at the creation of correction factors for the main affecting parameters is believed to be required in order to avoid design specific calibration. Calibration should also occur over a longer time period in order to consider the variability of stormwater. / I takt med att forskningen kring dagvattens miljöpåverkan på mottagande ekosystem avancerats har hanteringen av dagvatten gått från att enbart fokusera på dess kvantitet till att även fokusera på dess kvalitet. Biofilter är en av flera naturbaserade lösningar som utvecklats för detta ändamål. För att kunna planera och implementera biofilter kan prediktiva modeller vara användbara verktyg för att förutse deras prestanda i ett tilltänkt område. Syftet med denna studie var att undersöka möjligheterna att modellera dagvattenreningen i ett biofilter med hjälp av MIKE+. Detta gjordes genom att först försöka modellera de hydrologiska förhållandena i ett biofilter från ett studieområde i Sundsvall och därefter koppla en vattenreningsmodell skapad i ECO Lab.  Resultatet visade att det finns några märkbara skillnader mellan de parametrar som påverkar det hydrologiska flödet i biofilter i verkligheten och vad som för närvarande är möjligt att modellera i MIKE+. Det visades att Soakaway-noden som används för att modellera biofilter behöver utvecklas för att kunna modellera de hydrologiska förhållandena på ett korrekt sätt. De främsta förbättringar som krävs är att flödesdämpningen bör ske inom Soakaway-noden snarare än innan eller efter och att denna flödesdämpning bör baseras på filtrets markegenskaper. Retentionsvolymen behöver dessutom integreras i noden och en varierande exfiltrationshastighet tros krävas för att kunna ta hänsyn till hur evapotranspiration varierar över tid.  Den hydrologiska modellen sågs ha stor inverkan på vattenreningsmodellen och vissa begränsningar kunde visas hos programmet och den använda modellen. När det gäller ECO Lab kan programmet för närvarande inte ta hänsyn till processer mellan event när biofiltret är tomt. Dessa processer kan dock ha stor betydelse för vissa föroreningar. Programmet förutsätter också ett tidsberoende trots att forskning visat att en kort uppehållstid kan vara tillräcklig för att uppnå god reningseffekt. Modellen som används är en mycket enkel konceptuell modell med få parametrar så vidare forskning rekommenderas med syfte att skapa korrektionsfaktorer för att bättre ta hänsyn till de viktigaste reningsfaktorer och undvika platsspecifik kalibrering. Kalibreringen bör även ske under en längre tidsperiod för att ta hänsyn till variationerna i dagvatten.

Syfte: Problemet med hårdgjorda ytor, som exempelvis asfalt och tak, är att de inte absorberar dagvattnet tillräckligt. Vidare leder detta till att gräsytor och andra absorberande ytor runt omkring måste ta hand om det dagvatten som inte de hårdgjorda ytorna kan tillvarata. Översvämningar i urbana miljöer har blivit allt vanligare på grund av kraftiga regn och stor andel hårdgjorda ytor. Detta leder till att ledningsnätet för dagvatten blir överbelastat. Därmed behövs väl fungerande utjämningsmagasin nära källan för att efterlikna naturens naturliga avrinningsförlopp. Målet var att utreda vilken eller vilka utjämningsmagasin som främst bör tillämpas i starkt hårdgjorda små radhustomter, med avseende på effektivitet, kostnad och underhåll, då jordmånen har begränsade infiltrationsegenskaper. Metod: De metoder som har använts för att svara mot målet är dokumentanalys, kvalitativ intervju och fallstudie. Dokumentanalysen fungerade som underlag för fallstudien och intervjuerna fungerade som bidragande empiri för fallstudien. Resultat: Det utjämningsmagasin som är att föredra är rörmagasin när anläggningsytan är begränsad och jordmånen har begränsade infiltrationsegenskaper. Konsekvenser: I problembeskrivningen beskrivs problemet med att det blir allt fler översvämningar i urbana miljöer på grund av de hårdgjorda ytorna och de kraftiga regnen. Vidare beskrivs det att ledningssystemet därför riskerar att bli överbelastat. Detta problem bekräftades även i intervjuerna. Arbetet löste inte vilket utjämningsmagasin som är att föredra för alla typer av fall, utan för fall där tomtytan är begränsad och där jordmånen har begränsade infiltrationsegenskaper. Lösningen på problemet är därför att rörmagasin är det utjämningsmagasin som är att föredra vid lokalt omhändertagande av dagvatten vid dessa förhållanden. Vid tillämpning av detta resultat i verkligheten rekommenderas det att använda kostnaderna per meter och utjämningsvolym per meter som finns i arbetet för att komma fram till hur lång sträcka som rörmagasinet behöver anläggas på för att uppnå önskad utjämningsvolym. Poängsättningen som har gjorts för underhållet kan däremot återanvändas till andra fall. Begränsningar: Resultatet är tillämpbart i liknande typfall som för fallstudien, alltså vid radhus där ytan för utjämningsmagasinet är begränsat och där jordmånen har begränsade infiltrationsegenskaper. I arbetet har ett diagram tagits fram där anläggningskostnaden per meter framgår för respektive utjämningsmagasin och ett diagram med utjämnad volym dagvatten per meter. Dessa diagram kan därför tillämpas på andra fall med små ytor men med lite andra mått på tomten. Därav är resultatet även tillämpbart på andra fall. / Purpose: The problem with hard surfaces, as for example asphalt and roofing, is that they do not absorb enough rainwater. Furthermore, this leads to that grass surfaces and other absorbent surfaces around having to take care of all stormwater that the hardened surfaces cannot infiltrate. Flooding in urban environments has become increasingly common due to heavy rain and a high proportion of hard surfaces. This leads to an overload of the pipe line for rainwater. Therefore well-functioning balancing trays close to source needed to mimic natural drainage of nature. The goal was to investigate witch countervailing magazine mainly should be applied in heavily paved small terraced plots, where the soil has limited infiltration properties, in terms of efficiency, cost and maintenance. Method: The methods used to meet the objective is analysis of documents, qualitative interviews and a case study. The document analysis serves as a basis for the case study and interviews serve as empirical input for the case study. Findings: The countervailing magazine that is preferred is the pipe magazine when the plant surface is limited and the soil has limited infiltration properties. Implications: The problem statement treats the issue with an increasing number of floodings in urban environments due to the paved surfaces and the heavy rains. Furthermore, it is disclosed that the management system therefore risks becoming overloaded. This problem was also confirmed in the interviews. The work did not identify which countervailing magazine that is preferred for all kinds of cases, but only in the cases where land space is limited and where the soil has limited infiltration properties. The solution is therefore that pipe magazine is the magazine preferred for local disposal of stormwater in those circumstances. It is recommended when applying this result real life, to use the cost per meter and countervailing volume per meter available in efforts to work out how long stretch pipe magazine needs to be built on to achieve the desired equalization volume. Rating systems made for maintenance can however be used for other cases. Limitations: The result is applicable in similar scenarios as for the case study, which is at a row house site where the surface for the magazine is limited and where the soil has limited infiltration properties. A graph has been developed for the work where the construction cost per meter is described for each countervailing magazine and also has a graph with stormwater volume per meter been developed. These diagrams can therefore be applied to other cases with small areas but with other measures of the plot. Therefore the result also is applicable to other cases.

I Sverige förväntas klimatförändringar leda till ökad nederbörd med kraftiga skyfall samt längre regnvaraktighet, vilket resulterar i att en större mängd vatten behöver tas omhand. I urbana miljöer kan detta bli svårare eftersom mängden tillgängliga ytor minskar och andelen hårdgjorda ytor ökar vilket leder till en snabb dagvattenavrinning med större tillförsel av föroreningar till recipienten. För att planera inför ett framtida klimat där både risken för översvämning och statusen på vattenkvaliteten inkluderas, kommer det krävas att höga krav på kommuners dagvattenhantering ställs. Ett sätt för kommuner att planera för detta är att implementera en dagvattenstrategi, vilket är en långsiktig plan som behandlar dagvattenhantering vid nybyggnad, ombyggnad, ändrad markanvändning samt vid drift och underhåll av byggnader och anläggningar. Stockholms stad är en av kommunerna i Sverige med förorenade ytvattenförekomster som inte når upp till en god vattenstatus enligt miljökvalitetsnormerna och vattendirektivet. För att ta itu med detta problem har Stockholms stad antagit en dagvattenstrategi, vilket inkluderar en åtgärdsnivå som ställer krav på hur stadens dagvatten ska hanteras för att uppnå miljökvalitetsnormerna. Åtgärdsnivån gäller för alla ny- och ombyggnationsprojekt och inkluderar ett dimensioneringskrav där dagvattenanläggningar ska dimensioneras utifrån ett regndjup på 20 mm för att uppnå en reningseffekt på minst 70% för fosfor, koppar och zink. Regndjupet motsvarar enligt åtgärdsnivån att 90% av de enskilda nederbördstillfällena under ett år som är mindre än eller lika med 20 mm nederbörd omhändertas. Åtgärdsnivåns dimensioneringskrav har resulterat i att stora ytor behöver tas i anspråk för dagvattenhantering i Stockholm, vilket inte alltid är möjligt då det är stor konkurrens om ytorna. Vid beräkning av dimensioneringskravet togs det inte i beaktning att i vissa dagvattenanläggningar sker det en kontinuerlig avtappning under ett pågående regn. Kontinuerlig avtappning innebär att det sker ett utflöde från dagvattenanläggningen genom t.ex. dräneringsrör eller exfiltration. Detta innebär att dimensioneringskravet skulle kunna frångås för dessa anläggningar. Rapporten ämnar därför att utreda åtgärdsnivåns dimensioneringskrav samt de beräkningar som ligger till grund för kravet. Utredningen görs genom en litteraturstudie samt en fallstudie för en dagvattenanläggning i form av en växtbädd (som har kontinuerlig avtappning), där modelleringsverktygen Mike Urban och StormTac appliceras. I Mike Urban undersöks det vilket regndjup som motsvarar att 90% av den årliga avrinningsvolymen omhändertas. För att undersöka vilken reningseffekt som de modellerade regndjupen ger upphov till används StormTac, som beräknar reningseffekten för fosfor, koppar och zink. Resultatet visar att det finns flera tvetydigheter när det gäller framtagandet av Stockholms stads åtgärdsnivå framförallt eftersom tillvägagångssättet inte presenteras till fullo. Modelleringsresultatet i Mike Urban visar att ett regndjup på 10 mm är tillräckligt för att omhänderta 90% av den årliga avrinningsvolymen då hänsyn tas till avtappning. Däremot visar StormTac resultatet att en reningseffekt på minst 70% är svårt att garantera för de undersökta föroreningarna även om växtbädden omhändertar 90% av den årliga avrinningsvolymen. Trots att det finns flera tvetydigheter när det gäller framtagandet av Stockholms stads åtgärdsnivå, så kan det ändå anses vara bra att staden har ett dimensioneringskrav. Detta för att säkerställa i detaljplanen att tillräcklig yta planläggs för omhändertagande av dagvatten. Det är däremot viktigt att åtgärdsnivån kontinuerligt uppdateras och anpassas efter ny forskning och nya tekniker samt att ytterligare kompletteringar görs till åtgärdsnivån för att skapa tydlighet kring när dimensioneringskravet är applicerbart. / The effect of climate change is expected to cause an increase in precipitation with greater frequency and intensification in Sweden, which results in a larger amount of water that needs to be managed. In urban environments this could be challenging since useable spaces for stormwater management decreases and the portion of impervious areas increases, which leads to a rapid stormwater runoff and a higher release of pollution to receiving waters. To be able to plan for a future climate where both the risk of flooding and the quality of water bodies are included, higher demands need to be set on municipalities’ stormwater management. One way for municipalities to reach the demands is to implement a stormwater management strategy, which is a long-term plan that treats stormwater management at new constructions, reconstructions, change of land use and for operation and maintenance of buildings and facilities. Stockholm municipality is one of the municipalities in Sweden with polluted surface water bodies that does not meet the requirements of the Environmental Quality Standards (EQS) and the Water Framework Directive. To address this problem, Stockholm municipality has implemented a stormwater management strategy, which includes a “remediation standard” (åtgärdsnivå) with guidelines on how the city should handle their stormwater in order to reach the EQS. The guidelines apply to all new and reconstruction projects and includes a “design policy” (dimensioneringskrav) where stormwater facilities should be dimensioned after a rain depth of 20 mm to achieve a retention capacity of at least 70% for phosphorus, copper and zinc. The rain depth of 20 mm corresponds to handling 90% of the rain events that are less or equal to a precipitation of 20 mm during a year. The design policy has resulted in large areas in Stockholm being devoted to stormwater management. However, this is not always possible since there is a great competition regarding available spaces in urban areas. During the development of the design policy, no consideration was made to continuous outflow during rainfall in stormwater facilities. This means that the design policy could be deviated for these facilities. Therefore, the aim of the thesis is to investigate the remediation standard and the underlying computations in the design policy. The investigation consists of a literature study and a case study for a stormwater facility consisting of a rain garden with continuous outflow, where the modeling tools Mike Urban and StormTac are applied. In Mike Urban it is investigated which rain depth that corresponds to handling 90% of the yearly runoff. To investigate which retention capacity the modelled rain depths generates, StormTac is used. The retention capacity was estimated for phosphorus, copper and zinc. The results indicate that there are several ambiguities concerning the development of Stockholm municipality’s remediation standard, especially since the full procedure is not presented. The modeling results from Mike Urban show that a rain depth of 10 mm is enough to handle 90% of the yearly runoff. On the other hand, the StormTac results indicate that a retention capacity of at least 70% will be difficult to ensure even though the rain garden is able to handle 90% of the yearly runoff. Despite the several ambiguities concerning the development of Stockholm municipality’s remediation standard, it could nonetheless be considered better for the city to have a design policy to ensure that enough space is available to manage stormwater. However, it is important that the remediation standard is continuously updated and adapted to new research and technologies. Further amendments to the remediation standard need to be made to create clarity for when the design policy is applicable.