Как победить лужу

Города, по мере развития и роста, всё сильнее страдают от появления луж. В период сильных осадков улицы становятся реками: они не соединяют точки притяжения, а наоборот, разъединяют их. В результате горожане не могут полноценно пользоваться городскими пространствами. Для маленьких детей, пожилых людей, родителей с колясками или людей с инвалидностью это особенно критично. В данной статье разберёмся в причинах происходящего, а также покажем, как и какие зелёные инструменты помогут решить проблему подтопления городских пространств.

Автор: Марианна Федотова

Города, по мере развития и роста, всё сильнее страдают от появления луж. В период сильных осадков улицы становятся реками: они не соединяют точки притяжения, а наоборот, разъединяют их. В результате горожане не могут полноценно пользоваться городскими пространствами. Для маленьких детей, пожилых людей, родителей с колясками или людей с инвалидностью это особенно критично. В данной статье разберёмся в причинах происходящего, а также покажем, как и какие зелёные инструменты помогут решить проблему подтопления городских пространств.

В последнее время в городах всего мира заметно меняется климат. Ввиду глобальных климатических процессов и усиливающегося городского теплового острова, осадки становятся обильнее, продолжительнее и превышают в разы мощности городской ливневой канализации. В городе температура воздуха выше, чем в природных зонах за счёт повышенного выброса тепловой энергии от производств, строительства, движения транспорта и других процессов. Эффект городского теплового острова усиливают непроницаемые поверхности, которые нагреваются на солнце и отдают тепловую энергию обратно в атмосферу, а также не впитывают водный сток. Выбросы тепла и загрязняющих частиц застаиваются в воздухе и вызывают дополнительные сильные ливни. В некоторых городах количество осадков уже увеличилось в полтора раза.

Перегруженная ливневая канализация

Городская среда в большей степени состоит из непроницаемых поверхностей: асфальтовое покрытие улиц и дорог, металлические кровли домов, мощение на площадях, каменные набережные рек. На таких поверхностях вода не впитывается, и чем большую площадь они занимают, тем сильнее нагрузка на газоны и ливневую канализацию. В основном лужи образуются из-за того, что система городской ливневой канализации не справляется с объёмом водного стока, часто засоряется и не работает. Во многих городах России «ливнёвка» в принципе отсутствует, и сток сильно загрязняет землю водой, наполненной нефтепродуктами, частицами тяжёлых металлов и другими вредными веществами. В результате ухудшается состояние городских почв, их плодородие и способность впитывать воду. Из-за этого растения хуже приживаются и больше затрат уходит на поддержание озеленения города.

Ввиду усиливающихся объёмов осадков, в городах необходимо улучшить существующую инфраструктуру сбора поверхностного стока. Однако важно не просто увеличивать ёмкость дождеприёмных колодцев, лотков и труб, а развивать инженерную инфраструктуру комплексно и внедрять озеленение и природные элементы для увеличения адаптивности городской среды к изменениям климата.

Системы управления водными стоками

Проблемы загрязнение грунта и вод поверхностным стоком, подтопление и «перегрев» городских открытых пространств можно проработать внедрением инфраструктуры управления водными стоками. Это комплекс экологичных инженерных решений для сбора и очистки сточной воды. Открытый грунт и растения не только быстро впитывают поверхностный сток, но и уменьшают городской остров тепла. Растения испаряют воду и таким образом забирают часть тепловой энергии из атмосферы. Открытые участки воды также охлаждают воздух.

Выгода от управления водными стоками

Управление водными стоками снижает нагрузку на систему ливневой канализации и позволяет ей эффективно работать даже в период пиковых нагрузок. Ведь зачастую во время сильных осадков ливневая канализация не справляется, и улицы выглядят вот так:

Открытые дренажные канавы с влаголюбивыми растениями и декоративными камнями или дождевые сады с цветами – всё это природа в городе, которая делает его более комфортным для жизни человека.

Бо́льшее количество проницаемых поверхностей в городе уменьшает объём водного стока, а испаряющиеся водные поверхности регулируют микроклимат, нормализуют влажность воздуха и снижают эффект городского острова тепла.

Уровни водосбора в городе

Природные решения по сбору дождевой воды выполняют больше функций, чем обычное озеленение, и могут работать в комплексе с «серой» системой сбора дождевого стока. Для того, чтобы внедрить эти решения, городское пространство нужно рассматривать как систему ярусов-водосборов. Все уровни взаимосвязаны и кросс-масштабны. Масштаб зависит от площади проектной территории. Например, в масштабе города верхним уровнем будут вершины за городом, с которых вода течёт в город. В масштабе здания — крыша дома.

Водный сток в городе делится на три уровня:

1. Верхний водосбор (upstream) – возвышенности, крыши домов, стилобатов.
2. Средний водосбор (midstream) – открытая городская территория: улицы, парки, набережные, дворы.
3. Нижний водосбор (downstream) – место, куда течёт вода с верхнего и среднего водосборов: реки, озёра, нижний уровень улицы.

Выпавшие осадки текут с верхнего уровня в средний, а потом в нижний. На нижнем и среднем уровне образуются поверхностные подтопления, если на предыдущих вода не впитывается и течёт вниз.Нижний водосбор находится в наибольшей опасности затопления, поскольку на него стекает вода с верхнего и среднего уровней. На эту территорию также выпадают осадки и, кроме того, на поверхность могут выйти грунтовые воды.

Инструменты для верхнего уровня

На верхнем уровне воду надо впитать, чтобы не нагружать стоком уровни ниже. С этим справятся цветники, система сбора водных стоков с крыш, дождевые сады и понижения в рельефе.

Воду с крыш можно собирать в баки и дальше использовать для полива и других технических нужд. Эта утилитарная функция может быть интересно и функционально обыграна в ландшафте. Например, как скульптура или фонтан.

Понижения в рельефе используются как временные хранилища для воды в период сильных осадков и штормов. После шторма вода может постепенно впитывается в грунт или дальше попадать в канализацию. Такие «временные озера» – простой и эстетичный способ контролировать и удерживать сток.

Контейнеры с растительностью отлично впитывают воду и превращают крышу дома в террасу для отдыха.

Дождевые сады — углубления в рельефе в виде клумб с влаголюбивыми растениями и камнями. Это не просто цветник, а инженерная конструкция с «пирогом» из дренажа, грунта и геотекстиля и перфорированной трубы. Вода постепенно очищается, просачиваясь через все слои «пирога», и попадает в перфорированную трубу, по которой уходит в реку или на нижний водосбор.

Решения для среднего уровня

На среднем уровне сток нужно транспортировать и замедлить, частично очистить и впитать, чтобы минимизировать водную нагрузку на нижний уровень. За счёт растений вода будет успевать впитываться, скорость стока будет замедляться. Основной инструмент на среднем водосборе – система удерживающих болот. Дополнительно можно использовать открытые каналы с удерживающими дамбами или петляющим руслом, а также дренажные фильтры.

Открытые каналы с гравием или травой транспортируют воду в дождевой сад или ливневую канализацию, задерживая крупный мусор. Каналы могут иметь петляющий характер, дамбами для снижения скорости стока.

Дренажные фильтры первично очищают воду от крупных загрязнителей и впитывают её. Обычно фильтры нужны в местах, где есть достаточное количество проницаемых поверхностей для впитывания воды, и нужна только непервичная очистка. Например, вдоль асфальтированных дорожек в парках. В некоторых случаях дренажные фильтры могут быть частью игрового пространства.

Инструменты для нижнего уровня

На нижнем уровне воду нужно финально очистить и передать природе или, наоборот, задержать, чтобы грязный сток не попал в естественный водный объект. Инструменты зависят от типа водосбора и степени загрязнённости пространства. Это могут быть водные растения, растительные плавающие фильтры или система фильтрационных болот.

Предположим, что водосбор – это река, а вода течёт с пешеходной набережной, где нет источников сильного загрязнения. В таком случае в точках выпуска воды со среднего водосбора нужно только высаживать водную растительность. Растения дополнительно очистят сток перед попаданием его в реку, а также станут домом для птиц и рыб.

Во втором случае представим, что водосбор – нижняя точка рельефа, а вода течёт в плотно застроенной среде по автомобильным парковкам и асфальту. В данной ситуации воду нельзя уводить в естественный водоток, так как она слишком сильно загрязнена. Её стоит уводить в ливневые очистные сооружения или в нижнем водосборе делать каскадную систему био-болот. В них вода постепенно очищается и только потом течёт в реку. Принципиальная схема работы болот показана ниже.

Опыт дождевого сада в Перми

Помимо болот, можно использовать дождевые сады. Например, один такой уже пять лет функционирует в Перми. Этот сад – часть будущей системы дождевых садов в рамках проекта «Зелёное кольцо». За счёт них планируется снизить нагрузку на ливневую канализацию и улучшить качество воды в реках и других водных объектах. Растения в дождевом саду очищают поверхностный сток, который поступает с парковки, от тяжёлых металлов и нефтепродуктов. Далее очищенная вода уходит в реку.

Опыт Перми показывает, что традиционная система сбора дождевой воды может быть успешно дополнена зелёными инструментами управления водным поверхностным стоком, адаптированными под местные климатические условия. Более того, эти решения не требуют больших средств для реализации. Дождевой сад в Перми стоил 110 000 рублей.

Роль трёх уровней

Все три уровня работают только сообща и не могут функционировать по отдельности. Природные инженерные решения – это такая же большая система, как и ливневая канализация. Обе системы должны работать взаимосвязано и кросс-масштабно: не только на уровне земельного участка или района, а в масштабах города и даже региона. Дополнение «серой» городской инфраструктуры «зелёной» улучшает городские микроклимат и природу, позволяет минимизировать загрязнение естественных водотоков и подтопление городских пространств.

Источники:

1. Рамочная конвенция ООН об изменении климата, РКИК, 1994 г.
2. Andrew C. Chui, Alexei Gittelson, Elizabeth Sebastian, Natasha Stamler, Stuart R. Gaffin (2018) Urban heat islands and cooler infrastructure – Measuring near-surface temperatures with hand-held infrared cameras
3. CIRIA report (2015) The SuDS manual”, London
4. Conservation Advisory Council City of Newburgh (2015) Green Infrastructure Guide, New York
5. Karen Duhring – Virginia Institute of Marine Science Center for Coastal Resources Management (2012) Floating Wetlands Pilot Project: Investigating the Potential for a New Stormwater BMP
6. МЛА+ (2020) Нераскрытый зеленый Петербург