.JPG/1280px-Storm_drain_pipe_(crop).JPG)
Ливневая канализация , ливневая канализация ( Великобритания , США и Канада ), поверхностная канализация / канализация ( Великобритания ) или ливневая канализация ( Австралия и Новая Зеландия ) — это инфраструктура, предназначенная для отвода избыточного дождя и грунтовых вод с непроницаемых поверхностей, таких как мощеные покрытия. улицы, автостоянки, автостоянки, пешеходные дорожки, тротуары и крыши. Ливневые стоки различаются по конструкции: от небольших сухих колодцев в жилых домах до крупных муниципальных систем.
Дренаж – это естественное или искусственное удаление поверхностных и подземных вод с участка с избытком воды. Внутренний дренаж большинства сельскохозяйственных почв может предотвратить сильное заболачивание (анаэробные условия, которые вредят росту корней), но многие почвы нуждаются в искусственном дренаже для улучшения производства или управления запасами воды.
В водостоки поступает вода из уличных желобов на большинстве автомагистралей , автострад и других оживленных дорог , а также в городах, расположенных в районах с сильными дождями, приводящими к наводнениям , и прибрежных городах с регулярными штормами . Даже водосточные желоба домов и построек могут подключаться к ливневой канализации. Поскольку многие системы ливневой канализации представляют собой самотечную канализацию , которая сбрасывает неочищенные ливневые воды в реки или ручьи, любые опасные вещества, попадающие в канализацию, будут загрязнять водоемы назначения.
Ливневые стоки иногда не могут справиться с количеством дождя, выпадающего во время проливных дождей или ураганов. Затопленные стоки могут стать причиной затопления подвалов и улиц. Во многих районах внутри дома требуются накопительные резервуары , которые временно задерживают стоки во время проливных дождей и ограничивают сток в общественную канализацию. Это снижает риск затопления общественной канализации. Некоторые ливневые стоки смешивают ливневые воды (дождевые воды) со сточными водами либо намеренно в случае комбинированной канализации , либо непреднамеренно .
Некоторые связанные термины по-разному используются в американском и британском английском.
Существует два основных типа входных отверстий для ливневой канализации (дорожных стоков или дорожных оврагов в Великобритании): боковые и решетчатые. Боковые воздухозаборники расположены рядом с бордюром и рассчитаны на способность отверстия под задним камнем или перемычкой улавливать поток. Обычно они нажимаются на инвертированном канале для улучшения способности захвата. [3]
Многие водоприемники оснащены решетками или решетками, предотвращающими попадание людей, транспортных средств, крупных предметов или мусора в ливневую канализацию. Прутья решетки расположены так, чтобы поток воды не препятствовал, но осадок и множество мелких предметов также могут проваливаться. Однако если решетки расположены слишком далеко друг от друга, отверстия могут представлять опасность для пешеходов, велосипедистов и других лиц, находящихся поблизости. Решетки с длинными узкими прорезями, параллельными потоку транспорта, вызывают особую тревогу у велосипедистов, поскольку переднее колесо велосипеда может застрять, в результате чего велосипедист перелетит руль или потеряет контроль и упадет. Ливневые стоки на улицах и парковках должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать вес транспортных средств, и часто изготавливаются из чугуна или железобетона. [ нужна цитата ]
Некоторые из более тяжелых осадков и мелких предметов могут оседать в водосборном бассейне или отстойнике , который находится непосредственно под выпускным отверстием, где вода из верхней части резервуара водосборника переливается в саму канализацию. Водосборник выполняет почти ту же функцию, что и «ловушка» в бытовых сточных водах , улавливая предметы.
В Соединенных Штатах, в отличие от водопроводной ловушки, водосборник не обязательно предотвращает утечку канализационных газов, таких как сероводород и метан . Однако в Соединенном Королевстве, где их называют овражными горшками , [4] они спроектированы как настоящие ловушки, наполненные водой, и блокируют выход газов и грызунов.
В более засушливые периоды года большинство водосборников содержат застойную воду и в теплых странах могут стать рассадниками комаров . Ларвициды или разрушающие личиночные гормоны, иногда выделяемые из «комариного печенья», использовались для борьбы с размножением комаров в водоемах. Можно физически предотвратить попадание комаров в стоячую воду или миграцию в канализацию с помощью «фильтра с перевернутым конусом». Другой метод борьбы с комарами – нанесение масла тонким слоем на поверхность стоячей воды, мешая дыхательным трубкам личинок комаров.
Эффективность водосборников по удалению отложений и других загрязняющих веществ зависит от конструкции водосборника (например, размера отстойника) и от текущего технического обслуживания, позволяющего сохранить в отстойнике доступное хранилище для улавливания наносов. Муниципалитеты обычно имеют большие вакуумные грузовики , которые выполняют эту задачу.
Водосборные бассейны служат первоочередной предварительной очисткой для других методов очистки , таких как накопительные бассейны , путем улавливания крупных отложений и уличного мусора из городских сточных вод до того, как они попадут в ливневые дренажные трубы.
Трубы могут иметь различную форму поперечного сечения (прямоугольную, квадратную, в форме буханки хлеба, овальную, перевернутую грушу, яйцеобразную и, чаще всего, круглую). Дренажные системы могут иметь множество различных функций, включая водопады , лестницы, балконы и ямы для сбора мусора, иногда называемые ловушками для крупных загрязнителей (GPT). Также можно использовать трубы из разных материалов, например, кирпича, бетона, полиэтилена высокой плотности или оцинкованной стали. Армированный волокном пластик чаще используется для дренажных труб и фитингов. [5]
Большинство стоков имеют один большой выход в месте сброса (часто прикрытый решеткой ) в канал , реку, озеро, водохранилище , море или океан. Кроме водосборников, в системе трубопроводов обычно нет никаких очистных сооружений. Небольшие ливневые стоки могут сбрасываться в отдельные сухие колодцы . Ливневые стоки можно соединить между собой с помощью трубы с прорезями, чтобы получилась более крупная система сухих колодцев. Ливневые стоки могут сбрасываться в искусственные выемки, известные как водозаборные бассейны или пруды-отстойники.
Ливневые стоки часто не в состоянии справиться с количеством дождя, выпадающего во время сильных дождей и/или ураганов. При затоплении ливневых стоков может произойти затопление подвалов и улиц. В отличие от катастрофических наводнений, этот тип городских наводнений происходит в населенных пунктах, где преобладают искусственные дренажные системы. Городские наводнения являются основной причиной возникновения пробок в канализации и затопления подвалов, которые могут неоднократно влиять на недвижимость. [6]
Засоренные стоки также способствуют наводнениям из-за закупорки ливневых стоков. Сообщества и города могут помочь уменьшить это явление, убирая листву из ливневых стоков, чтобы предотвратить затопление дворов или прудов. [7] Снег зимой также может засорять канализацию, когда зимой выпадает необычно большое количество дождей и снег скапливается поверх ливневых стоков. [8]
Сток в ливневую канализацию можно свести к минимуму, включив в муниципальные планы устойчивые городские дренажные системы (термин Великобритании) или методы застройки с низким уровнем воздействия или зеленой инфраструктуры (термины США). Чтобы уменьшить количество ливневых стоков с крыш, потоки из карнизных желобов ( дождевых желобов и водосточных труб) можно инфильтрировать в прилегающую почву, а не сбрасывать в систему ливневой канализации. Сток ливневых вод с мощеных поверхностей можно направить в необлицованные канавы (иногда называемые канавами или биолощами ) перед тем, как они попадут в ливневую канализацию, опять же, чтобы позволить стокам впитаться в землю. Водопроницаемые материалы для дорожного покрытия можно использовать при строительстве тротуаров, подъездных путей и, в некоторых случаях, на парковках для проникновения части объема ливневых вод. [9]
Во многих районах требуется, чтобы на объектах были установлены накопительные резервуары , которые временно удерживают дождевую воду и ограничивают ее выход в общественную канализацию. Это снижает риск перегрузки общественной канализации во время сильного дождя. Переливное отверстие также может быть подсоединено выше на выпускной стороне накопительного бака. Этот перелив препятствует полному заполнению накопительного бака. Ограничение потока воды и временное хранение воды в публичном резервуаре снижает вероятность того, что дождь захлестнет канализацию. [10]
Первый смыв городских стоков может быть очень грязным. Ливневая вода может загрязниться, стекая по дороге или другой непроницаемой поверхности , или в результате стоков химикатов с газона перед попаданием в канализацию.
.jpg/1280px-Drain_in_Kalibari_community_(3682826791).jpg)
Вода, стекающая с этих непроницаемых поверхностей, имеет тенденцию собирать бензин , моторное масло , тяжелые металлы , мусор и другие загрязнители с дорог и парковок, а также удобрения и пестициды с газонов. Дороги и парковки являются основными источниками никеля , меди , цинка , кадмия , свинца и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые образуются в качестве побочных продуктов сгорания бензина и других видов ископаемого топлива . Сток с крыши содержит большое количество синтетических органических соединений и цинка (из оцинкованных желобов). Использование удобрений на газонах жилых домов, в парках и на полях для гольфа является важным источником нитратов и фосфора . [11] [12]
Отделения нежелательных стоков можно добиться путем установки устройств внутри системы ливневой канализации. Эти устройства являются относительно новыми и могут быть установлены только при новой разработке или во время крупных обновлений. Их называют сепараторами нефтешламов (OGS) или сепараторами нефтеотложений (OSS). Они состоят из специальной камеры -лаза и используют поток воды и/или силу тяжести для отделения масла и песка. [13]
Водосборники обычно проектируются с отстойником ниже уровня выпускной трубы — резервуаром для воды и мусора, который помогает предотвратить засорение трубы. Если этот подземный бассейн не построен с проницаемым дном, позволяющим воде просачиваться в нижележащую почву, он может стать местом размножения комаров, поскольку здесь прохладно, темно и в течение длительного времени сохраняется застойная вода. В сочетании со стандартными решетками, отверстия в которых достаточно велики для того, чтобы комары могли войти в бассейн и покинуть его, это представляет собой серьезную проблему в борьбе с комарами. [15]
Бассейны можно залить бетоном до уровня трубы, чтобы предотвратить образование этого резервуара. Без надлежащего обслуживания функциональность бассейна сомнительна, поскольку эти водосборники чаще всего не очищаются ежегодно, как это необходимо для обеспечения их должной работы. Улавливание мусора бесполезно, потому что после заполнения они работают так, как будто бассейнов нет, но продолжают оставлять неглубокую зону удержания воды для размножения комаров. Более того, даже если его очистить и обслуживать, резервуар для воды остается заполненным, что способствует размножению комаров.
Ливневые стоки отделены от канализационных систем и отличаются от них. Отделение ливневой канализации от бытовой канализации помогает предотвратить перегрузку очистных сооружений из-за инфильтрации/притока во время ливня, который может привести к сбросу неочищенных сточных вод в окружающую среду.
Многие системы ливневой канализации сбрасывают неочищенные ливневые воды в реки или ручьи. В США многие местные органы власти проводят кампании по информированию общественности об этом, чтобы люди не сбрасывали отходы в систему ливневой канализации. [16] В Кливленде, штат Огайо , например, на всех новых водосборных бассейнах имеется надпись «Не выбрасывать отходы», а также обычно имеется отпечаток рыбы. Компания Trout Unlimited Canada рекомендует нарисовать символ желтой рыбы рядом с существующими ливневыми стоками. [17]
В городах, которые установили системы сбора сточных вод до 1930-х годов, обычно использовались однотрубные системы для транспортировки как городских стоков , так и сточных вод. Такой тип коллекторной системы называется комбинированной канализационной системой (КСС). При строительстве комбинированной канализации городские власти исходили из того, что дешевле построить только одну систему. [18] В этих системах внезапные большие осадки, превышающие возможности очистки сточных вод, могут переливаться непосредственно из ливневых стоков в приемные воды через конструкции, называемые комбинированными канализационными переливами . [19]
Ливневые стоки обычно устанавливаются на меньшей глубине, чем комбинированная канализация. Это связано с тем, что комбинированная канализация была рассчитана не только на прием поверхностных стоков с улиц, но и на прием сточных вод из зданий с подвалами. [20]
Около 860 населенных пунктов в США имеют комбинированные канализационные системы, обслуживающие около 40 миллионов человек. [21] Нью-Йорк , Вашингтон, округ Колумбия , Сиэтл и другие города с комбинированными системами сталкиваются с этой проблемой из-за большого притока ливневых вод после каждого сильного дождя. Некоторые города справились с этой проблемой, добавив большие резервуары для хранения или пруды, в которых вода будет храниться до тех пор, пока ее нельзя будет очистить. В Чикаго есть система туннелей, называемых « Глубокий туннель» , под городом для хранения ливневых вод. [22] Во многих районах требуются накопительные резервуары или системы задержания на крыше, которые временно задерживают стоки во время проливных дождей и ограничивают выходной поток в общественную канализацию. Это снижает риск затопления общественной канализации во время сильного дождя. Переливное отверстие также может быть подсоединено выше на выпускной стороне накопительного резервуара. Этот перелив препятствует полному заполнению накопительного бака. Ограничивая поток воды таким образом и временно удерживая воду в камере задержания или резервуаре или задерживая ее на крыше, общественная канализация снизится вероятность перелива. [23]
Строительные нормы и правила и постановления местных органов власти сильно различаются в отношении обращения с ливневыми стоками. Могут потребоваться новые разработки для строительства собственных мощностей по переработке ливневых стоков для возврата стоков в грунтовые воды , а в чувствительных экологических зонах могут потребоваться биосточные воды для защиты водораздела .
В Соединенных Штатах города, пригородные поселки и поселки с населением более 100 000 человек, небольшие общественные дренажные системы в урбанизированных районах и дополнительные муниципальные системы, специально определенные агентствами штата, должны получить разрешения на сброс для своих систем ливневой канализации в соответствии с Законом о чистой воде. Действовать . [24] Агентство по охране окружающей среды (EPA) издало правила по ливневой канализации для крупных городов в 1990 году и для других населенных пунктов в 1999 году. [25] Разрешения требуют от местных органов власти реализации программ управления ливневыми водами, охватывающих как строительство новых зданий и сооружений, так и техническое обслуживание. существующих муниципальных дренажных сетей. Для новых строительных проектов многие муниципалитеты требуют, чтобы строители получили одобрение дренажной системы участка вместе со структурными планами. На государственные объекты штата, такие как дороги и автомагистрали , также распространяются правила управления ливневыми водами. [26]
В 2011 году на юго-востоке округа Лос-Анджелес были установлены тысячи устройств для полного улавливания мусора из нержавеющей стали на водостоках дорог. [27]
Вокруг исследования ливневых стоков выросла международная субкультура . Такие общества, как Пещерный Клан, регулярно исследуют стоки под городами. Это широко известно как « исследование города », но также известно как дренаж, когда речь идет конкретно о ливневых стоках. [28]
В нескольких крупных американских городах бездомные живут в ливневых канализациях. По меньшей мере 300 человек живут в 200 милях подземных ливневых стоков Лас-Вегаса , многие из них зарабатывают на жизнь поиском невостребованных выигрышей в игровых автоматах. [29] Организация под названием Shine a Light была основана в 2009 году, чтобы помочь жителям дренажа после того, как в предыдущие годы произошло более 20 смертей от утопления. [29] [30] Мужчина в Сан-Диего был выселен из ливневой канализации, прожив там девять месяцев в 1986 году. [31]
Новые системы ливневой канализации включают геотекстильные фильтры , которые удерживают и предотвращают попадание мелких частиц почвы в канализацию и ее засорение. Геотекстиль – это синтетические текстильные ткани, специально изготовленные для гражданского и экологического строительства . Геотекстиль предназначен для удержания мелких частиц почвы и пропускания воды. В типичной дренажной системе их прокладывают вдоль траншеи, которая затем заполняется крупнозернистым материалом : гравием , морскими ракушками , камнем или скалой . Затем геотекстиль складывают поверх камня, а траншею засыпают почвой. Грунтовые воды просачиваются через геотекстиль и стекают через камень к выходу. В условиях высокого уровня грунтовых вод вдоль основания дрены прокладывают перфорированную пластиковую трубу ( ПВХ или ПЭ ) для увеличения объема воды, транспортируемой в канализацию.
В качестве альтернативы можно рассмотреть сборную пластиковую дренажную систему из полиэтилена высокой плотности , часто включающую геотекстиль, кокосовое волокно или тряпичные фильтры . Использование этих материалов становится все более распространенным из-за их простоты в использовании, поскольку они устраняют необходимость транспортировки и укладки каменного дренажного заполнителя, который неизменно дороже синтетического дренажа и бетонных вкладышей.
За последние 30 лет геотекстиль, фильтры из ПВХ и фильтры из полиэтилена высокой плотности стали наиболее часто используемыми почвенными фильтрующими материалами. Они дешевы в производстве и просты в укладке, а свойства, контролируемые на заводе, обеспечивают долгосрочную эффективность фильтрации даже в условиях мелкой илистой почвы.
Коммунальные предприятия Сиэтла создали пилотную программу под названием Street Edge Alternatives Project. Проект сосредоточен на разработке системы, «обеспечивающей дренаж, который более точно имитирует природный ландшафт до начала строительства, чем традиционные трубопроводные системы». [32] Улицы характеризуются канавами вдоль проезжей части, с насаждениями, спроектированными по всей территории. Акцент на тротуарах без бордюров позволяет воде более свободно стекать в участки проницаемой поверхности на обочинах улиц. Из-за насаждений сточные воды с городских территорий не полностью попадают непосредственно в землю, но также могут впитываться в окружающую среду. Мониторинг, проведенный Коммунальными предприятиями Сиэтла, сообщает о 99-процентном сокращении количества ливневых вод, выходящих из дренажного проекта. [32]
В недавнем прошлом дренажная система подверглась масштабной экологической экспертизе [ когда? ] в Соединенном Королевстве. Устойчивые городские дренажные системы (SUDS) призваны побудить подрядчиков устанавливать дренажные системы, которые более точно имитируют естественный поток воды в природе. С 2010 года местное и районное планирование в Великобритании по закону требует учитывать SUDS в любых проектах развития, за которые они несут ответственность.
Щелевой дренаж — это канальная дренажная система, предназначенная для устранения необходимости установки дополнительных трубопроводных систем параллельно дренажу, что снижает воздействие производства на окружающую среду, а также улучшает сбор воды. Нержавеющая сталь , бетонный желоб, ПВХ и ПЭВП — все это материалы, доступные для щелевого дренажа, которые стали отраслевыми стандартами в строительных проектах.
Инженер -строитель отвечает за дренаж в строительных проектах. В процессе строительства были проложены все необходимые уровни для дорог , уличных желобов , водоотвода, водопропускных труб и канализации, задействованных в строительных работах.
Инженеры-строители и менеджеры по строительству работают вместе с архитекторами и руководителями, планировщиками, геодезистами и обычным персоналом, а также субподрядчиками. Как правило, в большинстве юрисдикций имеется определенный свод законов о дренаже , определяющий, в какой степени землевладелец может изменять дренаж своего участка.
Варианты дренажа для строительной отрасли включают в себя:
Поверхностное отверстие дренажного канала обычно имеет форму решеток (полимерных, пластиковых, стальных или железных) или одиночной щели (щелевого дренажа), которые проходят вдоль поверхности земли (обычно изготавливаются из стали или железа).
Земляные подпорные конструкции, такие как подпорные стены , также должны учитывать дренаж грунтовых вод во время их строительства. Типичные подпорные стены строятся из непроницаемого материала, который может препятствовать пути грунтовых вод. Когда поток грунтовых вод затруднен, гидростатическое давление воды на стену возрастает и может привести к значительному повреждению. Если давление воды не сбрасывается должным образом, подпорные стенки могут прогнуться, сдвинуться и сломаться, что приведет к расслоению швов. Давление воды также может разрушать частицы почвы, что приводит к образованию пустот за стеной и провалов в почве. Традиционные дренажные системы подпорных стенок могут включать в себя французские дренажи , дренажные трубы или сливные отверстия . Для предотвращения эрозии почвы вместе с дренажной системой устанавливают фильтрующие полотна из геотекстиля.
Дренаж в цветочных горшках подразумевает внедрение эффективных дренажных систем, специально разработанных для контейнеров или горшков с растениями. Правильный дренаж имеет решающее значение для горшков, поскольку он предотвращает заболачивание и способствует здоровому росту растений. Дренаж сеялки включает в себя создание дренажных отверстий, дренажных слоев или специальных дренажных систем, обеспечивающих выход лишней воды из сеялки. Это помогает предотвратить корневую гниль , скопление воды и другие проблемы, которые могут негативно повлиять на здоровье растений. Обеспечивая достаточный дренаж в горшках, он поддерживает оптимальный рост растений и способствует общему успеху проектов по садоводству или ландшафтному дизайну. [33]
Варианты дренажа для сеялки включают в себя:
Почвы водно-болотных угодий могут нуждаться в дренаже для использования в сельском хозяйстве . На севере США и в Европе в результате оледенения образовалось множество небольших озер , которые постепенно заполнялись перегноем и превращались в болота . Некоторые из них были осушены с помощью открытых канав и траншей, чтобы образовать навозные земли , которые в основном используются для выращивания ценных культур, таких как овощи .
Крупнейший проект такого типа в мире уже несколько столетий реализуется в Нидерландах . Территория между Амстердамом , Харлемом и Лейденом в доисторические времена была болотами и небольшими озерами. Резка дерна ( добыча торфа ), оседание и эрозия береговой линии постепенно привели к образованию одного большого озера — Харлеммермера , или озера Харлем. Изобретение ветряных насосных двигателей в 15 веке позволило осушить часть окраинных земель, но окончательный осушение озера пришлось ждать разработки больших паровых насосов и соглашений между региональными властями. Ликвидация озера произошла между 1849 и 1852 годами, в результате чего были созданы тысячи км 2 новых земель.
Прибрежные равнины и дельты рек могут иметь сезонно или постоянно высокий уровень грунтовых вод и должны быть улучшены дренажные системы, если они будут использоваться в сельском хозяйстве. Примером может служить регион Флориды , США, где выращивают цитрусовые . После периодов обильных осадков используются дренажные насосы, чтобы предотвратить повреждение цитрусовых рощ из-за слишком влажной почвы. Производство риса требует полного контроля над водой, поскольку поля необходимо затоплять или осушать на разных стадиях сельскохозяйственного цикла. Нидерланды также стали лидерами в этом типе дренажа, не только для осушения прибрежных низменностей, но и фактически оттеснения моря до тех пор, пока первоначальная нация не значительно расширилась.
Во влажном климате почвы могут быть пригодны для выращивания сельскохозяйственных культур, за исключением того, что каждый год они на короткое время переувлажняются из-за таяния снега или сильных дождей . Почвы, состоящие преимущественно из глины , очень медленно пропускают воду вниз, в то время как корни растений задыхаются, поскольку избыток воды вокруг корней препятствует движению воздуха через почву.
Другие почвы могут иметь непроницаемый слой минерализованной почвы, называемый твердым слоем , или относительно непроницаемые слои горных пород могут подстилать неглубокие почвы. Дренаж особенно важен при выращивании фруктовых деревьев . Почвы, которые в остальном превосходны, могут быть затоплены в течение недели в году, чего достаточно, чтобы уничтожить фруктовые деревья и снизить продуктивность земли, пока не будут установлены замены. В каждом из этих случаев соответствующий дренаж обеспечивает временный прилив воды, чтобы предотвратить повреждение однолетних или многолетних культур.
Более засушливые районы часто обрабатываются путем орошения , и дренаж не является необходимым. Однако оросительная вода всегда содержит минералы и соли , которые могут быть сконцентрированы до токсичного уровня в результате эвапотранспирации . Орошаемые земли могут нуждаться в периодических промывках избытком оросительной воды и дренаже для контроля засоления почвы .
Археологические исследования показали использование довольно сложных систем ливневого стока в древних культурах. Например, на минойском Крите около 2000 г. до н.э. в таких городах, как Фест, были предусмотрены ливневые стоки и каналы для сбора осадков. В критском Кноссе ливневые стоки включают в себя облицованные камнями сооружения, достаточно большие, чтобы через них мог пролезть человек. [34] Другие примеры ранних цивилизаций с элементами систем ливневой канализации включают ранних жителей материковых Оркнейских островов, таких как Гурнесс и Бро Бирсай в Шотландии .
Цивилизация долины Инда имела канализационные и дренажные системы. Все дома в крупных городах Хараппа и Мохенджо-Даро имели доступ к воде и канализации. Сточные воды направлялись в крытую самотечную канализацию , расположенную вдоль главных улиц. [35]
Изобретение дренажа с помощью полых труб приписывают сэру Хью Дэлримплу, который умер в 1753 году. [36]
