Планирование и управление процессом стока поверхностных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СТОКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Кайданович А.Д. магистрант,

Научный руководитель: Смертин В.Н.

канд. сельскохоз. наук, доцент, заведующий

кафедрой ландшафтной архитектуры

Аннотация

В работе освещены проблемы управления дождевыми стоками в городах, рассмотрен мировой опыт использования дождевых и сточных вод, включение их в экономику замкнутого цикла. Представлены наиболее инновационные методы комплексного управления с помощью схем циркуляции водных ресурсов, и в итоге это должно привести к сокращению постоянно растущей потребности в дополнительных водных ресурсах.

Ключевые слова: ландшафтная архитектура, экосистемы, экология, ливнестоки, жилая среда, устойчивое развитие, управление ливнестоками, эколого-ориентированное проектирование, экологическое мышление, сбор дождевой воды, резервуары для дождевой воды.

Annotation

Kaydanovich A.D. Scientific advisor: Smertin V.N.

PLANNING AND MANAGEMENT OF THE FLOW PROCESS SURFACE WATERS

The paper highlights the problems of rainwater management in cities, examines the world experience in the use of rainwater and wastewater, their inclusion in the economy of a closed cycle. The most innovative methods of integrated management using water circulation schemes are presented, and as a result, this should lead to a reduction in the ever-growing need for additional water resources.

Keywords: landscape architecture, ecosystems, ecology, storm drains, residential environment, sustainable development, storm water management, eco-oriented design, environmental thinking, rainwater harvesting, rainwater tanks.

Основная часть

В 1992 году на конференции Генеральной Ассамблеи ООН, проходившей в городе Рио-де-Жанейро, получила положительную оценку и принята программа «Повестка дня на 21 век». Эта концепция получила официальное название «устойчивое долговременное развитие».

С 2015 года в мировом пространстве возникло новое направление -- урбанизация и устойчивое развитие. Теперь ключевой задачей городского развития становится устойчивость. Организация Объединенных Наций обозначила развитие городов как одну из 17 целей устойчивого развития (ЦУР). В частности, ЦУР призывает «сделать города и населенные пункты инклюзивными, безопасными, резильентными и устойчивыми»

Города представляют будущее глобальной жизни. К 2022 году население мира достигло 8 миллиардов человек, более половины из которых проживает в городских районах. Ожидается, что этот показатель будет только расти, и к 2050 году ожидается, что 70 процентов людей будут жить в городах.

Устойчивого развития невозможно достичь без существенного преобразования способов строительства городских пространств и управления ими.

Город формируется на основе природной экосистемы, которая в дальнейшем изменяется и функционирует под влиянием техногенных и социальных факторов. Одной из частью экосистемы являются водные объекты. К водным объектам, расположенным в городской черте, относятся водотоки, водоемы и подземные воды. В последние годы управление ливнестоками становится все более многогранной и многопрофильной проблемой. Кроме того, ливневые сточные воды по своим качественным и количественным характеристикам сильно отличаются от бытовых сточных вод. Ливнестоки рассматриваются как крупный источник загрязнений тяжелыми металлами, тогда как бытовые сточные воды являются основным источником органических и азотистых загрязнений.

Изменения климата приводят к более неустойчивому режиму выпадения осадков с увеличением случаев экстремальных явлений, что приводит к частой перегрузке систем удаления поверхностного стока. В результате происходят подтопления, особенно в центральных районах городов с высоким процентом водонепроницаемых поверхностей. В тоже время в определенные сезоны выявляется недостаток воды для городских нужд.

Недостаток собранной дождевой воды увеличивает потребность в поливе городских зеленых насаждений с помощью ирригационных систем. Такие подходы требуют как природных ресурсов, так и финансовой поддержки, что является причиной неустойчивости. Среди наиболее часто используемых методов регулирования стока - пруды и бассейны для сбора ливневых вод (также называемые прудами-накопителями). Некоторые из этих задач можно реализовать с помощью природоподобных решений. В перспективе, замкнув городскую схему циркуляции воды, появится возможность стимулировать ограничение сброса жидких отходов и сокращение постоянно растущей потребности в дополнительных водных ресурсах. Некоторые из этих задач можно реализовать с помощью природоподобных решений (ПР).

Рассмотрим несколько проектов, связанных с использованием ПР для управления поверхностным стоком. Проанализируем европейский опыт управления данным ресурсом и перспективность его использования.

«Watersquare Benthemplein», созданный компанией «De Urbanisten», - это общественный парк, использующий собранную во время ливней воду (Рис.1) Расположенный в Роттердаме, принципиально новаторский эко-проект решает глобальные климатические проблемы и одновременно создаёт прохладный оазис посреди плотной городской застройки.

Рис. 1 Парк «Watersquare Benthemplein в Роттердаме

Проект «Watersquare Benthemplein» является неброской, но очень эффективной стратегией по смягчению последствий избытка осадков для города. Эта структура способна при необходимости вместить до 1700 кубометров дождевой воды, которая собирается с окружающих улиц. Таким образом эта простая система служит дополнительной «страховкой» для инфраструктуры, уменьшая нагрузку на дренажную систему.

Во время сильного ливня центральный бассейн собирает воду из двух меньших резервуаров, расположенных немного выше поблизости. Дождевая вода стекает по специальным стальным желобам - да и вообще всё, что переносит воду, выполнено из этого блестящего материала. А ёмкости, которые могут собирать дождевую воду, окрашены в оттенки синего цвета (Рис.2) Причём все растения орошаются за счёт той же дождевой воды. В сухое время большой бассейн служит многофункциональной спортивной площадкой.

Рис. 2 Схема сбора дождевой воды в емкости

Уникальный проект был предложен Парком управления ливневыми стоками, США, Институт Чаутокуа. В рамках более масштабной комплексной инициативы по управлению ливневыми стоками Институт постоянно работает над улучшением качества воды в озере Чаутокуа, стремясь собирать и обрабатывать ливневые стоки везде, где это возможно. Этот уникальный проект превратил бывшую автостоянку в естественный оазис, “осветив” подземный ручей и сток ливневой трубы. Ранее ливневые стоки из непроницаемых источников, расположенных в горах, проходили под этой зоной по дренажной трубе диаметром 24 дюйма, унося нежелательные отложения и питательные вещества непосредственно в озеро внизу. Эта инновационная функция rain garden отводит те же ливневые стоки и фильтрует грязную воду через открытый биозабор(серию естественных ступенчатых бассейнов / дождевых садов), прежде чем вернуть ее в сток в озеро (Рис.3) Этот ландшафтный объект предназначен для имитации естественного ручья с местными валунами в качестве плотин и местными насаждениями повсюду. Естественный процесс гарантирует, что эти “грязные” ливневые стоки должным образом фильтруются, что помогает улучшить качество воды в озере Чаутокуа.

Рис. 3 Дождевой сад, работающий по принципу rain garden

В Австралии и Ближнем Востоке при инженерном проектировании и управлении сточными водами в городской дизайн для минимизации деградации окружающей среды и повышения эстетической и рекреационной привлекательности руководствуются WSUD (Water-sensitive urban design). WSUD рассматривает городские ливневые стоки как ресурс, а не помеху или ответственность. Принципы WSUD рассматривают все водные потоки как ресурс, оказывающий разнообразное воздействие на биоразнообразие, воду, землю и рекреационное и эстетическое наслаждение водными путями для сообщества. Девелоперский проект Lynbrook Estate в штате Виктория (Австралия) демонстрирует эффективное внедрение WSUD частным сектором. Это новая жилая застройка, которая сосредоточила свой маркетинг для потенциальных жителей на инновационном использовании технологий управления ливневыми стоками после пилотного исследования Melbourne Water.

Проект сочетает традиционные дренажные системы с мерами WSUD. Первичная очистка ливневых вод осуществляется с помощью травянистых насыпей и системы подземных гравийных траншей, которые собирают и отводят стоки с дорог и крыш. Главная траншея на центральной улице формирует с растениями систему биоудаления, заполненную гравием.(Рис.4) В нем вода проходит еще одну очистку и в последствии удаляется через в дренажи в искусственное озеро.

Рис. 4 Траншея с системой биоудаления стоков

Многие европейские города, чтобы отвести дождевую воду, сейчас переходят на устойчивую дренажную систему города (SUDS). В ней помимо подземных коммуникаций для водоотведения предусмотрены пруды и каналы, где дождевая вода сперва накапливается, а потом постепенно уходит в грунт. Так, например, в Париже уже запущено несколько проектов по очистке Сены. В преддверии летних Олимпийских игр 2024 года новый план может навсегда обуздать загрязнение сточных вод. Под общественным садом недалеко от вокзала Аустерлиц на левом берегу в Париже сейчас строится огромный подземный резервуар для воды, который будет хранить ливневую воду, чтобы предотвратить попадание нечистот в реку, когда городские стоки переполняются во время сильных дождей.(Рис.5) Вот тут-то и пригодится новый резервуар для сбора ливневой воды. Вместимость Сены составляет 46 000 кубических метров -- этого достаточно, чтобы вместить более 12 миллионов галлонов воды в США, -- и воды в ней может быть достаточно, чтобы примерно в 30 раз наполнить бассейн олимпийских размеров. Резервуар представляет собой “экстраординарный проект исключительных размеров, беспрецедентный в таком густонаселенном и стесненном городе, как Париж”, - заявил газете Journal Du Dimanche главный инженер по водоснабжению города. Это обойдется в 1,4 миллиарда евро (1,6 миллиарда долларов) и останется полностью невидимым на уровне поверхности, а в верхнем слое почвы сада будет достаточно места для роста деревьев. Резервуар, соединенный подземными трубами с канализационными коллекторами по обе стороны Сены, будет перекачивать свое содержимое обратно в систему в течение 24 часов после окончания сильного дождя.

Рис. 5 Подземный резервуар для воды в Париже (выделен красным квадратом)

Как мы видим, неотъемлемой частью городского планирования должно быть так же управление и водными ресурсами. Такое планирование должно включать все типы воды, которая присутствует в урбанизированной среде: природные поверхностные воды, подземные воды, питьевую воду, сточные воды, ливневые стоки, паводковые переливы и оборотную (восстановленную) воду. Помимо этого, следует управлять сопутствующими процессами, включая сбор дождевой воды, локальное использование очищенных сточных вод в качестве технических, управляемое пополнение водоносных горизонтов и т.д.

Комплексное управление городскими водными ресурсами также имеет целью помочь городам продвигаться к экономике замкнутого цикла, тем самым замкнув схему циркуляции водных ресурсов, стимулировать ограничение сброса жидких отходов и сокращение постоянно растущей потребности в дополнительных водных ресурсах.

Список литературы

1. Итоговый документ «Повестка дня на 21й век» конференции ООН в 1992 г. в РиодеЖанейро

2. РГ ООН, 2015. https://www.un.Org/sustainabledevelopment/ru/cities/_/ (дата обращения: 01.10.23).

3. Ким С., Коваленко С.А., Залевский Н.В., Ноздрачева Л.И. Сбросы сточных вод на рельеф // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2011. № 6. С. 6-9

4. Природоподобные решения по управлению водными ресурсами в городах на основе замкнутых циклов: обзор зарубежной практики https://elibrary.ru/download/elibrary_46460472_64658028.pdf

5. Трансформация подходов к развитию «умного го рода» [Текст] / И. Н. Ильина, М. Коно; Нац. исслед. ун-т «Высшая школа экономики». М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2023. 248 с. + 24 с

6. Первый в мире аквапарк дождевой воды https://facepla.net/the-news/4771-pervyj-v-mire-akvapark-dozhdevoj-vody.html (дата обращения: 10.10.23).

7. Михайлова С., Бродач М. Дождевые сады как элемент системы устойчивого развития города (http://zvt.abok.ru/articles/369/Dozhdevie_sadi_kak_element_sistemi_ustoichivogo_r azvitiya_goroda) (дата обращения 20.09.2023).

8. Evaluating options for water sensitive urban design - a national guide: Prepared by the Joint Steering Committee for Water Sensitive Cities: In delivering Clause 92(ii) of the National Water Initiative", Joint Steering Committee for Water Sensitive Cities (JSCWSC), Canberra,

9. Мельбурн Уотер н.э., "Линбрук Эстейт" просмотрен 20 сентября 2023 г. <http://www.wsud.melbournewater.com.au/content/case_studies/project_details.asp? projectID=7 8&CouncilID=-1&ResponsibleAuthorityID=-1&WSUDTypeID=0&suburb=&LandUseTreatedID=-1&Zoomed=True> (дата обращения: 01.10.23).

10. Planted central median swale used in the Lynbrook development. | Download Scientific Diagram https://www.researchgate.net/figure/Planted-central-median-swale-used-in-the-Lynbrook-development_fig1_329116840 (дата обращения: 01.10.23).

11. Подземный резервуар за 1,5 млрд евро может спасти Олимпиаду. Как Франция борется за чистоту реки Сены https://www.vedomosti.ru/sport/water/articles/2023/08/19/990988-podzemnii- rezervuar-za-15-mlrd-evro-mozhet-spasti-olimpiadu (дата обращения: 15.10.23).

Размещено на Allbest.ru