Устойчивые дренажные системы (также известные как SuDS , [1] SUDS , [2] [3] или устойчивые городские дренажные системы [4] ) представляют собой набор методов управления водными ресурсами , которые направлены на согласование современных дренажных систем с естественными водными процессами и являются частью более крупной стратегии зеленой инфраструктуры . [5] Усилия SuDS делают городские дренажные системы более совместимыми с компонентами естественного водного цикла, такими как переливы штормовых нагонов , просачивание почвы и биофильтрация. Эти усилия направлены на смягчение влияния человеческого развития, которое оно оказало или может оказать на естественный водный цикл , в частности, поверхностный сток и тенденции загрязнения воды. [6]
SuDS стали популярными в последние десятилетия, поскольку понимание того, как городское развитие влияет на природную среду, а также обеспокоенность изменением климата и устойчивостью, возросли. SuDS часто используют встроенные компоненты, которые имитируют природные особенности, чтобы интегрировать городские дренажные системы в естественные дренажные системы или участок как можно эффективнее и быстрее. Инфраструктура SUDS стала большой частью демонстрационного проекта Blue-Green Cities в Ньюкасл-апон-Тайн . [7]
Дренажные системы были обнаружены в древних городах возрастом более 5000 лет, включая минойскую, индскую, персидскую и месопотамскую цивилизации. [8] Эти дренажные системы были сосредоточены в основном на уменьшении неприятностей от локальных наводнений и сточных вод. Элементарные системы, сделанные из кирпичных или каменных каналов, составляли область городских дренажных технологий на протяжении столетий. Города Древнего Рима также использовали дренажные системы для защиты низменных территорий от избыточных осадков. Когда строители начали строить акведуки для импорта пресной воды в города, городские дренажные системы впервые были интегрированы в инфраструктуру водоснабжения как единый городской водный цикл. [9]
Современные дренажные системы появились в Западной Европе только в XIX веке, хотя большинство из этих систем были построены в первую очередь для решения проблем со сточными водами, возникающих из-за быстрой урбанизации . Одним из таких примеров является лондонская канализационная система , которая была построена для борьбы с массовым загрязнением реки Темзы . В то время река Темза была основным компонентом дренажной системы Лондона, а человеческие отходы концентрировались в водах, прилегающих к густонаселенному городскому центру. В результате несколько эпидемий поразили жителей Лондона и даже членов парламента , включая события, известные как вспышка холеры на Брод-стрит 1854 года и Великая вонь 1858 года . [10] Забота об общественном здоровье и качестве жизни положила начало нескольким инициативам, которые в конечном итоге привели к созданию современной канализационной системы Лондона, разработанной Джозефом Базалгеттом . [11] Эта новая система явно была направлена на то, чтобы сточные воды были перенаправлены как можно дальше от источников водоснабжения, чтобы снизить угрозу патогенов, передающихся через воду . С тех пор большинство городских дренажных систем были направлены на достижение схожих целей — предотвращение кризисов в области общественного здравоохранения.
В течение последних десятилетий, поскольку изменение климата и городские наводнения стали все более неотложными проблемами, дренажные системы, разработанные специально для обеспечения экологической устойчивости, стали более популярными как в академических кругах, так и на практике. Первой устойчивой дренажной системой, которая использовала полный управленческий поезд, включая контроль источника в Великобритании, была станция автомагистрали Oxford Services, разработанная специалистами SuDS Robert Bray Associates [12]. Первоначально термин SUDS описывал подход Великобритании к устойчивым городским дренажным системам. Эти разработки не обязательно могут быть в «городских» районах, и поэтому «городская» часть SuDS теперь обычно опускается, чтобы избежать путаницы. В других странах существуют похожие подходы, использующие другую терминологию, такую как передовая практика управления (BMP) и малоэффективное развитие в Соединенных Штатах, [13] водочувствительное городское проектирование (WSUD) в Австралии, [14] малоэффективное городское проектирование и развитие (LIUDD) в Новой Зеландии, [15] и комплексное управление городским речным бассейном в Японии. [14]
В окончательном отчете Национального исследовательского совета по управлению городскими ливневыми водами описывается, что городские дренажные системы появились в Соединенных Штатах после Второй мировой войны. Эти структуры были основаны на простых водосборных бассейнах и трубах для передачи воды за пределы городов. [16] Управление городскими ливневыми водами начало развиваться в 1970-х годах, когда ландшафтные архитекторы сосредоточились на развитии с низким воздействием и начали использовать такие методы, как инфильтрационные каналы. [16] Параллельно с этим временем ученые начали беспокоиться о других опасностях ливневых вод, связанных с загрязнением. Исследования, такие как Национальная программа городских стоков, показали, что городские стоки содержат загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы, отложения и патогены, все из которых вода может забирать, когда она стекает с непроницаемых поверхностей . [17] Именно в начале 21-го века инфраструктура ливневых вод, позволяющая стоку просачиваться близко к источнику, стала популярной. Примерно в то же время был придуман термин «зеленая инфраструктура». [18]
Традиционные городские дренажные системы ограничены различными факторами, включая емкость, повреждение или засорение мусором и загрязнение питьевой воды. Многие из этих проблем решаются системами SuDS путем полного обхода традиционных дренажных систем и возврата дождевой воды в естественные водные источники или ручьи как можно скорее. Рост урбанизации вызвал проблемы с увеличением внезапных наводнений после внезапных дождей. Поскольку участки растительности заменяются бетоном, асфальтом или крытыми конструкциями, что приводит к непроницаемым поверхностям , территория теряет способность впитывать дождевую воду. Этот дождь вместо этого направляется в системы дренажа поверхностных вод, часто перегружая их и вызывая наводнения.
Целью всех устойчивых дренажных систем является использование осадков для пополнения водных ресурсов определенного участка. Эти водные источники часто находятся под уровнем грунтовых вод , близлежащими ручьями, озерами или другими подобными источниками пресной воды. Например, если участок находится над неконсолидированным водоносным горизонтом , то SuDS будет стремиться направить весь дождь, который падает на поверхностный слой, в подземный водоносный горизонт как можно быстрее. Для достижения этого SuDS использует различные формы проницаемых слоев, чтобы гарантировать, что вода не будет захвачена или перенаправлена в другое место. Часто эти слои включают почву и растительность, хотя они также могут быть искусственными материалами.
Парадигма решений SuDS должна заключаться в том, что система проста в управлении, требует мало или вообще не требует энергии (за исключением источников окружающей среды, таких как солнечный свет и т. д.), устойчива к использованию и является экологически и эстетически привлекательной. Примерами такого типа систем являются бассейны (неглубокие ландшафтные впадины, которые остаются сухими большую часть времени, когда нет дождя), дождевые сады (неглубокие ландшафтные впадины с кустарниковыми или травянистыми насаждениями), низинные канавы (неглубокие обычно сухие, широкие канавы), фильтрационные дренажи (траншейные дренажи, заполненные гравием), биоудерживающие бассейны (неглубокие впадины с гравийными и/или песчаными фильтрационными слоями под питательной средой), тростниковые заросли и другие водно-болотные угодья, которые собирают, хранят и фильтруют грязную воду, а также обеспечивают среду обитания для диких животных.
Распространенное заблуждение о SuDS заключается в том, что они уменьшают затопление на участке застройки. На самом деле SuDS разработана для уменьшения воздействия, которое система дренажа поверхностных вод одного участка оказывает на другие участки. Например, затопление канализацией является проблемой во многих местах. Мощение или строительство на земле может привести к внезапному затоплению. Это происходит, когда потоки, поступающие в канализацию, превышают ее пропускную способность, и она переполняется. Система SuDS направлена на минимизацию или устранение сбросов с участка, тем самым уменьшая воздействие, идея заключается в том, что если бы все участки застройки были включены в SuDS, то затопление городской канализацией было бы меньшей проблемой. В отличие от традиционных городских систем дренажа ливневых вод , SuDS также может помочь защитить и улучшить качество грунтовых вод.
Поскольку SuDS описывает набор систем со схожими компонентами или целями, существует большое пересечение между SuDS и другими терминологиями, касающимися устойчивого городского развития. [19] Ниже приведены примеры, обычно принимаемые в качестве компонентов в системе SuDS:
Биосвалы
Биосвалы — это каналы, предназначенные для концентрации и транспортировки ливневых стоков , удаляя мусор и загрязнения . Биосвалы также могут быть полезны для подпитки грунтовых вод .
Биосвалы обычно засажены растительностью, замульчированы или ксерискейпированы . [20] Они состоят из дренажного канала с пологими склонами (менее 6%). [21] : 19 Конструкция биосвалов предназначена для безопасного увеличения времени пребывания воды в канаве , что способствует сбору и удалению загрязняющих веществ, ила и мусора. В зависимости от топографии участка канал биосвалов может быть прямым или извилистым. Также вдоль биосвалов обычно добавляют контрольные дамбы для увеличения инфильтрации ливневых вод. Состав биосвалов может зависеть от многих различных переменных, включая климат, режим осадков, размер участка, бюджет и пригодность растительности.
Важно поддерживать биосвалы в рабочем состоянии, чтобы обеспечить максимально возможную эффективность и результативность удаления загрязняющих веществ из ливневых стоков. Планирование обслуживания является важным шагом, который может включать установку фильтров или крупных камней для предотвращения засорения. Ежегодное обслуживание посредством тестирования почвы, визуального осмотра и механических испытаний также имеет решающее значение для здоровья биосвалов.
Биофильтры обычно применяются вдоль улиц и вокруг парковок , где значительные автомобильные загрязнения оседают на тротуаре и смываются первыми каплями дождя, известными как первый смыв . Биофильтры или другие типы биофильтров могут быть установлены по краям парковок для улавливания и очистки ливневых стоков перед их сбросом в водораздел или ливневую канализацию .Проницаемое дорожное покрытие
Проницаемые поверхности мощения изготавливаются либо из пористого материала, который позволяет ливневой воде течь через него, либо из непористых блоков, расположенных так, чтобы вода могла течь между зазорами. Проницаемое мощение может также включать в себя различные методы покрытия дорог, парковок и пешеходных дорожек. Проницаемые поверхности мощения могут состоять из: проницаемого бетона , пористого асфальта, брусчатки или взаимосвязанных брусчаток. [22] В отличие от традиционных непроницаемых материалов для мощения, таких как бетон и асфальт, проницаемые системы мощения позволяют ливневой воде просачиваться и просачиваться через мощение и в слои заполнителя и/или почву под ним. Помимо уменьшения поверхностного стока, проницаемые системы мощения могут улавливать взвешенные твердые частицы, тем самым отфильтровывая загрязняющие вещества из ливневой воды. [23]
Водопроницаемое покрытие обычно используется на дорогах, тропинках и парковках , где наблюдается движение легкого транспорта, например, на велосипедных дорожках , служебных или аварийных полосах, обочинах дорог и аэропортов, а также на тротуарах и подъездных путях в жилых районах.Водно-болотные угодья
Искусственные водно-болотные угодья могут быть построены в районах, где наблюдаются большие объемы штормовых вод или стоков. Созданные для имитации неглубоких болот, водно-болотные угодья, поскольку BMP собирают и фильтруют воду в масштабах, больших, чем биодождевые или дождевые сады. В отличие от биодождевых угодий, искусственные водно-болотные угодья предназначены для имитации процессов естественных водно-болотных угодий, а не для создания инженерного механизма в искусственном водно-болотном угодье. Из-за этого экология водно-болотного угодья (компоненты почвы, вода, растительность, микробы, процессы солнечного света и т. д.) становится основной системой для удаления загрязняющих веществ. [24] Вода в искусственном водно-болотном угодье, как правило, фильтруется медленно по сравнению с системами с механизированными или явно инженерными компонентами.
Водно-болотные угодья могут использоваться для концентрации больших объемов стоков из городских районов и кварталов. В 2012 году в густонаселенном районе внутри города был построен парк водно-болотных угодий South Los Angeles в качестве реконструкции бывшего автобусного парка LA Metro . [25] Парк предназначен для сбора стоков с окружающих поверхностей, а также перелива ливневой воды из текущей дренажной системы города. [26]
Удерживающие бассейны
Водосборный бассейн , иногда называемый прудом-отстойником, мокрым водохранилищем или прудом для управления ливневыми водами (SWMP), представляет собой искусственный пруд с растительностью по периметру и постоянным водоемом в своей конструкции. [27] [28] [29] Он используется для управления ливневыми стоками , для защиты от наводнений , для борьбы с эрозией , а также в качестве искусственного водно-болотного угодья и улучшения качества воды в соседних водоемах.
Он отличается от водохранилища , иногда называемого «сухим прудом», которое временно хранит воду после шторма, но в конечном итоге опорожняется с контролируемой скоростью в водоем ниже по течению. Он также отличается от инфильтрационного бассейна , который предназначен для направления ливневых вод в грунтовые воды через проницаемые почвы.
Мокрые пруды часто используются для улучшения качества воды, пополнения запасов грунтовых вод , защиты от наводнений, эстетического улучшения или любой комбинации этих целей. Иногда они действуют как замена естественного поглощения леса или другого естественного процесса, который был утрачен при освоении территории. Таким образом, эти сооружения спроектированы так, чтобы вписаться в окрестности и рассматриваться как удобства. [30]
В городских районах непроницаемые поверхности (крыши, дороги) сокращают время, которое проходит между осадками и попаданием в систему ливневой канализации. Если это не остановить, это приведет к масштабному наводнению ниже по течению. Функция ливневого пруда заключается в сдерживании этого напора и медленном его сбросе. Этот медленный сброс смягчает размер и интенсивность вызванного штормом наводнения на водоприемниках ниже по течению. Ливневые пруды также собирают взвешенные отложения, которые часто встречаются в высоких концентрациях в ливневой воде из-за строительства выше по течению и применения песка на дорогах.Зеленые крыши
Зеленая крыша или живая крыша — это крыша здания , которая частично или полностью покрыта растительностью и питательной средой, высаженной поверх гидроизоляционной мембраны . Она также может включать дополнительные слои, такие как корневой барьер и дренажные и ирригационные системы. [31] Контейнерные сады на крышах, где растения содержатся в горшках, обычно не считаются настоящими зелеными крышами, хотя это и обсуждается. Пруды на крыше — это еще одна форма зеленых крыш, которые используются для очистки серой воды . [32] Растительность, почва, дренажный слой, барьер крыши и ирригационная система составляют зеленую крышу. [33]
Зеленые крыши выполняют несколько функций для здания, например, поглощают дождевую воду , обеспечивают изоляцию , создают среду обитания для диких животных [34] и снижают стресс людей вокруг крыши, обеспечивая более эстетически приятный ландшафт, а также помогая снизить температуру городского воздуха и смягчить эффект теплового острова [35] . Зеленые крыши подходят для проектов модернизации или реконструкции, а также для новых зданий и могут быть установлены на небольших гаражах или более крупных промышленных, коммерческих и муниципальных зданиях [31] . Они эффективно используют естественные функции растений для фильтрации воды и очистки воздуха в городских и пригородных ландшафтах. [36] Существует два типа зеленых крыш: интенсивные крыши, которые толще, с минимальной глубиной 12,8 см ( 5+1 ⁄ 16 дюйма) и могут поддерживать более широкий спектр растений, но они тяжелее и требуют большего ухода, а также экстенсивные крыши, которые неглубоки, глубиной от2 до 12,7 см ( от 13 ⁄ 16 до 5 дюймов), легче, чем интенсивные зеленые крыши, и требуют минимального ухода. [37]
Термин «зеленая крыша» может также использоваться для обозначения крыш, которые используют некоторые формы зеленых технологий, такие как прохладная крыша , крыша с солнечными тепловыми коллекторами или фотоэлектрическими панелями . Зеленые крыши также называют эко-крышами , ойкостегами , растительными крышами , живыми крышами , зелеными крышами и VCP H [38] (горизонтальные растительные сложные перегородки)Дождевые сады являются формой управления ливневыми водами с использованием захвата воды. Дождевые сады представляют собой неглубокие пониженные области в ландшафте, засаженные кустарниками и растениями, которые используются для сбора дождевой воды с крыш или тротуаров и позволяют ливневой воде медленно просачиваться в землю. [39] Дождевые сады имитируют функции естественного ландшафта, собирая ливневую воду, отфильтровывая загрязняющие вещества и пополняя запасы грунтовых вод. [40] Исследование, проведенное в 2008 году, объясняет, как дождевые сады и ливневые клумбы легко встраиваются в городские районы, где они улучшают улицы, сводя к минимуму последствия засухи и помогая с ливневым стоком. Ливневые клумбы легко вписываются между другими уличными ландшафтами и идеально подходят для районов с ограниченным пространством. [41]
Отсоединение водосточных труб — это форма зеленой инфраструктуры, которая отделяет водосточные трубы крыши от канализационной системы и перенаправляет сток воды с крыши на проницаемые поверхности. [14] Его можно использовать для хранения ливневой воды или для того, чтобы вода проникала в землю. Отсоединение водосточных труб особенно полезно в городах с комбинированными канализационными системами. При большом количестве осадков водосточные трубы на зданиях могут отправлять 12 галлонов воды в минуту в канализационную систему, что увеличивает риск подпора воды в подвале и переполнения канализации. [42]
Зеленая инфраструктура сохраняет водные пути чистыми и здоровыми двумя основными способами: удержание воды и качество воды . Различные стратегии зеленой инфраструктуры предотвращают сток, улавливая дождь там, где он выпадает, позволяя ему просачиваться в землю для пополнения грунтовых вод, возвращаться в атмосферу через эвапотранспирацию или повторно использоваться для других целей, таких как озеленение. [43] Качество воды также улучшается за счет уменьшения количества ливневых вод, которые достигают других водных путей, и удаления загрязняющих веществ. Растительность и почва помогают улавливать и удалять загрязняющие вещества из ливневых вод многими способами, такими как адсорбция, фильтрация и поглощение растениями. [44] Эти процессы разрушают или улавливают многие из распространенных загрязняющих веществ, обнаруженных в стоке.
С усилением изменения климата сильные штормы становятся более частыми, а также увеличивается риск наводнений и переполнений канализационных систем. По данным Агентства по охране окружающей среды , средний размер 100-летней зоны затопления, вероятно, увеличится на 45% в течение следующих десяти лет. [45] Еще одной растущей проблемой являются городские наводнения , вызванные слишком большим количеством осадков на непроницаемых поверхностях, городские наводнения могут разрушить жилые кварталы. [46] Они особенно затрагивают кварталы меньшинств и малообеспеченных людей и могут оставить после себя проблемы со здоровьем, такие как астма и болезни, вызванные плесенью. Зеленая инфраструктура снижает риски наводнений и укрепляет климатическую устойчивость сообществ, не допуская попадания дождя в канализацию и водные пути, улавливая его там, где он выпадает. [47] [48]
Более половины осадков, выпадающих в городских районах, покрытых в основном непроницаемыми поверхностями, в конечном итоге превращается в сток. [49] Практики зеленой инфраструктуры сокращают сток, захватывая ливневую воду и позволяя ей пополнять запасы грунтовых вод или собираться для таких целей, как озеленение. Зеленая инфраструктура способствует сохранению осадков за счет использования методов захвата и инфильтрационных технологий, например, биодождевых колодцев. До 75 процентов осадков, выпадающих на крышу, можно уловить и использовать для других целей. [50]
Город с километрами темного горячего тротуара поглощает и излучает тепло в окружающую атмосферу с большей скоростью, чем естественные ландшафты. [51] Это эффект городского острова тепла, вызывающий повышение температуры воздуха. Агентство по охране окружающей среды оценивает, что средняя температура воздуха в городе с населением в один миллион человек или более может быть на 1,8–5,4 °F (1,0–3,0 °C) теплее, чем в окружающих районах. [51] Более высокие температуры снижают качество воздуха, увеличивая смог . В Лос-Анджелесе повышение температуры на 1 градус делает воздух примерно на 3 процента более смоговым. [52] Зеленые крыши и другие формы зеленой инфраструктуры помогают улучшить качество воздуха и уменьшить смог за счет использования растительности. Растения не только обеспечивают тень для охлаждения, но и поглощают загрязняющие вещества, такие как углекислый газ, и помогают снизить температуру воздуха за счет испарения и эвапотранспирации. [53]
Улучшая качество воды, снижая температуру воздуха и уровень загрязнения, зеленая инфраструктура обеспечивает множество преимуществ для общественного здравоохранения. Более прохладный и чистый воздух может помочь снизить количество заболеваний, связанных с жарой, таких как истощение и тепловой удар, а также респираторных заболеваний, таких как астма. [54] Более чистые и здоровые водные пути также означают меньше заболеваний, связанных с загрязненной водой и морепродуктами. Более зеленые зоны также способствуют физической активности и могут улучшить психическое здоровье. [54]
Зеленая инфраструктура часто дешевле, чем более традиционные стратегии управления водными ресурсами. Филадельфия обнаружила, что ее новый план зеленой инфраструктуры обойдется в 1,2 миллиарда долларов за 25 лет по сравнению с 6 миллиардами долларов, которые стоила бы серая инфраструктура. [55] Расходы на реализацию зеленой инфраструктуры часто меньше, посадка дождевого сада для решения проблемы дренажа обходится дешевле, чем рытье туннелей и установка труб. Но даже когда это не дешевле, зеленая инфраструктура все равно имеет хороший долгосрочный эффект. Зеленая крыша служит в два раза дольше обычной крыши, а низкие затраты на обслуживание проницаемого покрытия могут стать хорошей долгосрочной инвестицией. [56] Город Вест-Юнион в Айове определил, что может сэкономить 2,5 миллиона долларов за срок службы одной парковки, используя проницаемое покрытие вместо традиционного асфальта. [57] Зеленая инфраструктура также улучшает качество воды, забираемой из рек и озер для питья, что снижает расходы, связанные с очисткой и обработкой, в некоторых случаях более чем на 25 процентов. [58] А зеленые крыши могут сократить расходы на отопление и охлаждение, что приведет к экономии энергии до 15 процентов. [59]
{{cite book}}
: CS1 maint: другие ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: Проверить |url=
значение ( помощь ) ; Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )