Dachy zielone a gospodarka wodami opadowymi na terenach zurbanizowanych

Stopniowe zwiększanie stopnia urbanizacji aglomeracji miejskich powoduje zwiększenie ilości wód opadowych trafiających do systemów kanalizacyjnych. Z tego względu konieczne jest wdrażanie rozwiązań technicznych ukierunkowanych na redukcję objętości ścieków odpływających z powierzchni nieprzepuszczalnych [1].

Tego typu podejście określane jest jako zrównoważony rozwój systemów odwodnienia miast (ang. sustainable urban drainage systems). Realizacja zrównoważonych systemów odwodnienia wiąże się zazwyczaj z zastosowaniem urządzeń służących do infiltracji wód opadowych do gruntu w postaci niecek, zbiorników, studni czy rowów chłonnych [3].

Koncepcja zielonych dachów (nazywanych też ekodachami bądź dachami roślinnymi) stanowi cenne uzupełnienie szerokiego wachlarza dostępnych rozwiązań technicznych dających możliwość realizacji zrównoważonych systemów odwadniania zlewni charakteryzujących się gęstą zabudową [5].

Korzyści z zastosowania dachów zielonych zostały wielokrotnie opisane w literaturze i można je podzielić na trzy główne kategorie [4]:

• gospodarka wodna,
• energetyka oraz ochrona atmosfery,
• bioróżnorodność oraz estetyka architektoniczna.

Efekty osiągane w każdej z grup są zróżnicowanie w zależności od wybranego typu, lokalizacji globalnej (strefa klimatyczna, temperatura, wilgotność, opady itp.) oraz lokalnej (orientacja względem kierunków, zacienienie przez inne budynki, odległość od centrum, bezpośrednie otoczenie itp.).

Odrębną kwestią pozostawało modelowanie zielonego dachu przy zastosowaniu modułu LID (Low Impact Development). Przyjęto substrat, w którego skład wchodzą keramzyt, porowate kruszywo mineralne, piasek ostry, kompost, torf niski oraz nawozy. 

Wszystkie parametry zastosowane dla dachu ekstensywnego są zgodne z wytycznymi FLL [7] i zostały oparte na rzeczywiście stosowanych materiałach do budowy tego typu obiektów oraz danych podawanych przez producentów substratów.

Modelowanie powierzchni biologicznie czynnych przy użyciu modułu LID przewiduje wprowadzenie parametrów dla następujących warstw pokrywających dach zielony: powierzchnia, warstwa substratu, warstwa magazynująca oraz opcjonalnie drenaż (rys. 2). Dla poszczególnych warstw należy określić wiele parametrów, szczególnie dla substratu. Najważniejsze wartości przyjęte przy konstruowaniu modelu zawarto w tabeli 1.

Analiza wyników

Podstawą przeprowadzonych analiz były opady rzeczywiste zarejestrowane w Częstochowie (budynek IIŚ) w latach 2007–2008. Wyselekcjonowano zdarzenia opadowe charakteryzujące się podwyższonymi natężeniami krótkotrwałymi. W sumie wzięto pod uwagę 10 opadów o zróżnicowanej wysokości całkowitej (od kilku mm do blisko 30 mm) oraz chwilowych natężeń szczytowych (od kilkudziesięciu dm³/s/ha do ponad 150 dm³/s/ha).

Dodatkowo wykonano symulacje dla opadów obliczonych na podstawie wzorów Błaszczyka (dla 10, 15 i 30 min) oraz IMGW (dla 10 i 15 min) dla częstotliwości występowania opadu c = 2 lata. Opady o takich parametrach są przyjmowane standardowo przy sporządzaniu dokumentacji projektowej do odwadniania pojedynczych obiektów. Wyniki symulacji zestawiono w tabeli 2.

Analizując wyniki uzyskane dla opadów obliczeniowych, widać, że redukcja objętości wyniosła we wszystkich przypadkach 80%, podczas gdy dla chwilowych natężeń zakres ten wyniósł od 25 do 50%. W odniesieniu do opadów rzeczywistych redukcja ta była wyraźnie mniejsza i wyniosła przeciętnie ok. 50%. 

Najmniejszy spadek zanotowano dla opadu o najwyższej całkowitej wysokości (z 2.08.2008). W przypadku chwilowych maksymalnych natężeń odpływu wód opadowych z analizowanej zlewni uzyskane wyniki mieściły się w zakresie od 4 do 44%. Oceniając skuteczność oddziaływania zielonych dachów na odciążenie systemów kanalizacyjnych, należy w większym stopniu kierować się wartościami uzyskanymi dla opadów rzeczywistych.

Na rys. 3 przedstawiono przykładowe porównanie hydrogramów odpływu z dachu tradycyjnego i zielonego dla opadu z 21 czerwca 2007 r. Redukcja objętości wyniosła 49%, a szczytowego natężenia przepływu 17%, przy czym pierwszy szczytowy przepływ został zredukowany aż o 43%.

Podsumowanie

W ostatnich latach zaobserwować można znaczącą ewolucję myśli technicznej dotyczącej urządzeń i obiektów gospodarki wodami opadowymi na terenach zurbanizowanych, która ma na celu zrównoważony rozwój tych systemów. Przykładem ekologicznego gospodarowania wodami opadowymi w miastach są dachy zielone. Ich budowa przynosi korzyści dla gospodarki wodnej, energetyki, ochrony środowiska oraz estetyki krajobrazu. 

Przedstawione w artykule wyniki badań wykazały, że zastosowanie ekstensywnych dachów zielonych może zredukować o połowę objętość wód opadowych spływających do kanalizacji w czasie intensywnych opadów. W odniesieniu do szczytowych wartości przepływów redukcja wyniosła przeciętnie 20–25%.

Istotne jest także opracowanie odpowiednich norm i przepisów określających warunki projektowania i wykonawstwa dachów zielonych. Przykładowo substraty dachowe powinny spełniać określone wymagania w zakresie materii organicznej, pojemności wodnej i powietrznej, przepuszczalności, stabilności strukturalnej, składu chemicznego i wielu innych parametrów niezbędnych dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Brakuje obecnie uregulowań zachęcających do zagospodarowywania opadów w ekologiczny i zarazem ekonomiczny sposób.

Literatura

1. Błaszczyk P., Gospodarowanie wodami opadowymi w mieście. Główne problemy i kierunki, „Instal” nr 2/2010.
2. Graham P., Kim M., Evaluating the stormwater management benefits of green roofs through water balance modelling, Greening Rooftops for Sustainable Communities, Chicago, 29–30 May 2003.
3. Królikowska J., Królikowski A., Wody opadowe. Odprowadzanie, zagospodarowanie, podczyszczanie i wykorzystanie, Wyd. Seidel-Przywecki, 2012.
4.  Mrowiec M., Zielone dachy jako element zrównoważonych systemów odprowadzania wód opadowych, Wyd. Seidel-Przywecki 2008.
5. Mrowiec M., Rozwój systemów kanalizacyjnych w aspekcie przeciwdziałania zjawiskom powodzi miejskich, Wyd. Seidel-Przywecki, 2011.
6. www.epa.gov/nrmrl/wswrd/wq/models/swmm.
7. Guidlelines for Planning, wytyczne FLL – Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V., Construction and Maintenance of Green Roofing, Bonn 2008.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!