Городской сток — это поверхностный сток дождевой воды, орошения ландшафта и мойки автомобилей [1] , созданный урбанизацией . Непроницаемые поверхности ( дороги , парковки и тротуары ) сооружаются во время освоения земель . Во время дождя , штормов и других осадков эти поверхности (построенные из таких материалов, как асфальт и бетон ), а также крыши , переносят загрязненную ливневую воду в ливневые стоки , вместо того, чтобы позволить воде просачиваться через почву . [2] Это вызывает понижение уровня грунтовых вод (поскольку уменьшается пополнение грунтовых вод ) и наводнения, поскольку количество воды, которая остается на поверхности, больше. [3] [4] Большинство муниципальных систем ливневой канализации сбрасывают неочищенную ливневую воду в ручьи , реки и заливы . Эта избыточная вода также может проникать в дома людей через подвалы и просачиваться через стены и полы зданий.
Городские стоки могут стать основным источником наводнений и загрязнения воды в городских сообществах по всему миру.
Вода, стекающая с непроницаемых поверхностей в городских районах, как правило, собирает бензин , моторное масло , тяжелые металлы , мусор и другие загрязняющие вещества с дорог и парковок, а также удобрения и пестициды с газонов. Дороги и парковки являются основными источниками полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые создаются как побочные продукты сгорания бензина и других видов ископаемого топлива , а также тяжелых металлов никеля , меди , цинка , кадмия и свинца . Сток с крыш способствует высокому уровню синтетических органических соединений и цинка (из оцинкованных желобов). Использование удобрений на жилых газонах, в парках и на полях для гольфа является измеримым источником нитратов и фосфора в городских стоках, когда удобрения применяются неправильно или когда газон чрезмерно удобряется. [3] [5]
Эрозия почв или плохо обслуживаемые строительные площадки часто могут приводить к увеличению седиментации в стоке. Седиментация часто оседает на дне водоемов и может напрямую влиять на качество воды. Чрезмерный уровень осадка в водоемах может увеличить риск заражения и заболевания из-за высокого уровня питательных веществ, присутствующих в почве. Эти высокие уровни питательных веществ могут уменьшить содержание кислорода и стимулировать рост водорослей, одновременно ограничивая рост местной растительности, что может нарушить водную экосистему . Чрезмерный уровень осадка и взвешенных твердых частиц также может повредить существующую инфраструктуру. Седиментация может увеличить поверхностный сток, закупоривая подземные системы впрыска. Повышенный уровень осадка также может сократить хранение за водохранилищем . Это сокращение емкости водохранилища может привести к увеличению расходов для государственных земельных агентств, а также повлиять на качество водных рекреационных зон. [6]
Сток также может вызывать биоаккумуляцию и биоусиление токсинов в океанической жизни. Небольшие количества тяжелых металлов переносятся стоком в океаны, которые могут накапливаться в водных животных, вызывая отравление металлами . Это отравление тяжелыми металлами может также повлиять на людей, поскольку употребление в пищу отравленного животного увеличивает риск отравления тяжелыми металлами. [7] [8]
Поскольку ливневые воды направляются в ливневые стоки и поверхностные воды, естественная нагрузка отложений , сбрасываемых в принимающие воды, уменьшается, но поток и скорость воды увеличиваются. Фактически, непроницаемое покрытие в типичном городе создает в пять раз больший сток, чем типичный лес того же размера. [9] [ необходимо разъяснение ]
Избыточный полив посредством орошения дождеванием может привести к попаданию стока в водоприемники в условиях низкого расхода . [10] Сток переносит накопленные загрязняющие вещества в ручьи с необычно низкими коэффициентами разбавления, вызывая более высокие концентрации загрязняющих веществ, чем те, которые можно было бы обнаружить во время региональных осадков. [11]
Городской сток является основной причиной городских наводнений , затопления земель или имущества в застроенной местности, вызванного осадками, превышающими пропускную способность дренажных систем , таких как ливневая канализация . [12] Городские наводнения, вызванные такими событиями, как внезапные наводнения , штормовые нагоны , затопления берегов или таяние снега , характеризуются повторяющимися, дорогостоящими и системными последствиями для сообществ, даже если они не находятся в поймах или вблизи какого-либо водоема. [13]
Существует несколько путей, по которым ливневые воды попадают в недвижимость : через канализационные трубы, туалеты и раковины в зданиях; просачивание через стены и полы зданий; накопление воды на территории и в общественных полосах отвода; и перелив воды из водоемов, таких как реки и озера. Если недвижимость построена с подвалами, городское наводнение является основной причиной затопления подвалов. [ необходима цитата ]
Городской сток способствует проблемам с качеством воды . В 2009 году Национальный исследовательский совет США опубликовал всеобъемлющий отчет о влиянии городских ливневых вод и заявил, что они продолжают оставаться основным источником загрязнения во многих водоразделах по всей территории Соединенных Штатов. [14] : vii В отчете поясняется, что «...дальнейшее снижение качества воды остается вероятным, если не будут устранены изменения в землепользовании, которые характеризуют более рассеянные источники загрязнения... К ним относятся нарушающие землю сельскохозяйственные, лесоводческие, городские, промышленные и строительные мероприятия, в результате которых во время дождливой погоды возникают трудно контролируемые загрязняющие вещества. Загрязнение от этих ландшафтов было почти повсеместно признано самой насущной проблемой для восстановления водоемов и водных экосистем по всей стране». [14] : 24
.JPG/1280px-Mali,_Bamako,_Rue_249_(1).JPG)
Сток также повышает температуру в ручьях, нанося вред рыбам и другим организмам. (Внезапный выброс воды из-за ливня может вызвать гибель рыб от удара горячей воды.) Кроме того, дорожная соль, используемая для растапливания снега на тротуарах и дорогах, может загрязнять ручьи и водоносные горизонты грунтовых вод . [15]
Одно из наиболее выраженных последствий городского стока — это водотоки, которые исторически содержали мало или совсем не содержали воды в периоды засухи (часто называемые эфемерными потоками ). Когда территория вокруг такого потока урбанизирована , результирующий сток создает неестественный круглогодичный поток , который вредит растительности, дикой природе и руслу водотока. Содержащий мало или совсем не содержащий осадка по сравнению с историческим соотношением осадка и воды, городской сток устремляется вниз по руслу ручья, разрушая такие природные особенности, как извилины и песчаные косы , и создает сильную эрозию — увеличивая нагрузку осадка в устье, при этом серьезно изрезая русло ручья вверх по течению. Например, на многих пляжах Южной Калифорнии в устье водного пути городской сток переносит мусор, загрязняющие вещества, чрезмерный ил и другие отходы и может представлять умеренную или серьезную опасность для здоровья.
Из-за удобрений и органических отходов, которые часто переносят городские стоки, в водоемах, затронутых этим типом стока, часто происходит эвтрофикация . После сильных дождей органическое вещество в водоеме относительно высоко по сравнению с естественным уровнем, что стимулирует рост цветения водорослей , которые вскоре потребляют большую часть кислорода . Как только естественный кислород в воде истощается, цветение водорослей умирает, и их разложение вызывает дальнейшую эвтрофикацию. Это цветение водорослей в основном происходит в районах со стоячей водой, таких как ручьи и водоемы за плотинами , плотинами и некоторыми каплевидными сооружениями . Эвтрофикация обычно имеет смертельные последствия для рыб и других водных организмов.
Чрезмерная эрозия берегов ручьев может привести к наводнениям и повреждению имущества. В течение многих лет правительства часто реагировали на проблемы эрозии городских ручьев, изменяя ручьи путем строительства укрепленных набережных и аналогичных контролирующих конструкций с использованием бетонных и каменных материалов. Использование этих твердых материалов разрушает среду обитания рыб и других животных. [16] Такой проект может стабилизировать непосредственную область, где произошел ущерб от наводнения, но часто он просто переносит проблему на участок выше или ниже по течению ручья. [17] См. River engineering .
Существует множество различных способов, которыми загрязненные городские стоки могут нанести вред людям, например, загрязняя питьевую воду, нарушая источники пищи и даже вызывая закрытие частей пляжей из-за риска заболеваний. После сильных дождей, вызывающих переливы ливневых вод, загрязненная вода может повлиять на водные пути, в которых люди отдыхают или ловят рыбу, что приведет к закрытию пляжей или водных видов деятельности. Это связано с тем, что сток, вероятно, вызвал всплеск роста вредных бактерий или неорганического химического загрязнения воды. [ необходима цитата ] Загрязняющие вещества, которые мы часто считаем наиболее разрушительными, — это разливы бензина и нефти, но мы часто упускаем из виду воздействие удобрений и инсектицидов. Когда растения поливают и поля орошают, химикаты, которыми обрабатывали газоны и посевы, могут быть вымыты в грунтовые воды. Новые среды, в которые попадают эти химикаты, страдают из-за их присутствия, поскольку они убивают местную растительность, беспозвоночных и позвоночных. [ необходима цитата ]
Эффективный контроль городских стоков включает в себя снижение скорости и потока ливневых вод, а также сокращение сбросов загрязняющих веществ. Местные органы власти используют различные методы управления ливневыми водами для снижения воздействия городских стоков. Эти методы, называемые в некоторых странах лучшими методами управления загрязнением воды (BMP), могут быть сосредоточены на контроле количества воды, в то время как другие сосредоточены на улучшении качества воды, а некоторые выполняют обе функции. [18]
Методы предотвращения загрязнения включают в себя разработку с низким уровнем воздействия (LID) или методы зеленой инфраструктуры , известные как устойчивые дренажные системы (SuDS) в Великобритании и водочувствительное городское проектирование (WSUD) в Австралии и на Ближнем Востоке, такие как установка зеленых крыш и улучшенная обработка химикатов (например, управление моторным топливом и маслом, удобрениями, пестицидами и дорожными антиобледенителями ). [9] [19] Системы смягчения стока включают инфильтрационные бассейны , системы биологического удержания , сконструированные водно-болотные угодья , удерживающие бассейны и аналогичные устройства. [20] [21]
Предоставление эффективных решений для городских стоков часто требует соответствующих городских программ, которые учитывают потребности и различия сообщества. Такие факторы, как средняя температура города, уровень осадков, географическое положение и уровень загрязняющих веществ в воздухе, могут влиять на уровень загрязнения городских стоков и представлять уникальные проблемы для управления. Человеческие факторы, такие как темпы урбанизации, тенденции землепользования и выбранные строительные материалы для непроницаемых поверхностей, часто усугубляют эти проблемы.
Внедрение стратегий общегородского обслуживания, таких как программы подметания улиц, также может быть эффективным методом улучшения качества городских стоков. Пылесосы для подметания улиц собирают частицы пыли и взвешенные твердые частицы, которые часто встречаются на общественных парковках и дорогах и которые часто попадают в стоки. [22]
Образовательные программы также могут быть эффективным инструментом для управления городским стоком. Местные предприятия и частные лица могут играть важную роль в снижении загрязнения городского стока просто посредством своей практики, но часто не знают о правилах. Создание продуктивной дискуссии о городском стоке и важности эффективной утилизации предметов домашнего обихода может помочь поощрять экологически чистые методы с меньшими затратами для города и местной экономики. [23]
Тепловое загрязнение от стока можно контролировать с помощью объектов управления ливневыми водами, которые поглощают сток или направляют его в грунтовые воды , например, биоудерживающие системы и инфильтрационные бассейны. Биоудерживающие бассейны, как правило, менее эффективны в снижении температуры, поскольку вода может нагреваться на солнце перед сбросом в принимающий поток. [18] : стр. 5–58
Сбор ливневых вод связан со сбором стоков из ручьев, оврагов, эфемерных потоков и других наземных транспортных путей. Проекты по сбору ливневых вод часто преследуют несколько целей, таких как сокращение загрязненных стоков в уязвимые воды, содействие пополнению запасов грунтовых вод и непитьевые применения, такие как смыв туалетов и орошение . [24]
