Zagospodarowanie spływów opadowych za pomocą systemów bioretencji

Działanie systemów alternatywnych opiera się na możliwości wykorzystania wód opadowych na miejscu opadu poprzez retencję i/lub infiltrację do gruntu. Wiele z tych systemów wpływa również na poprawę jakości wód opadowych. Jest to możliwe dzięki zachodzącym w nich procesom filtracji, sedymentacji, sorpcji, wymiany jonów, a także procesom biologicznym.

Przykładem systemów alternatywnych są m.in. ogrody deszczowe należące do szeroko pojętych systemów bioretencji, które można stosować szczególnie w przypadku, gdy warunki gruntowo-wodne terenów umożliwiają przechwycenie odpływów w ten sposób. Ich działanie może przynieść znaczne korzyści dla środowiska, polepszyć bilans wodny danego terenu i poprawić estetykę miast, a dodatkowo odciążyć przepełnione w czasie opadów istniejące systemy kanalizacyjne.

Innym pozytywnym aspektem zastosowania systemów alternatywnych jest możliwość odciążenia budżetów indywidualnych mieszkańców oraz podmiotów gospodarczych od ponoszenia opłat za wody opadowe, wprowadzanych już w wielu miastach Polski.

Opłaty za wody opadowe

Zagadnienie to nabrało w ostatnich latach znaczenia z uwagi na wymóg prawny dotyczący konieczności naliczania opłat za odprowadzanie wód opadowych do istniejących systemów kanalizacji deszczowej. W Polsce opłaty takie zostały wprowadzone po raz pierwszy w Pile w 2003 r. i od tamtej pory sukcesywnie są one wdrażane w kolejnych miastach.

Obecnie przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne naliczają już opłaty m.in. w Gnieźnie, Ostrowie Wlkp., Opolu, Elblągu, Nysie oraz Namysłowie. W pozostałych miastach przedsiębiorstwa przygotowują się do wdrożenia opłat za wody opadowe z uwagi na ciążący na nich obowiązek ustawowy [1]. Zasady ustalania taryf za odprowadzenie ścieków opadowych i roztopowych w Polsce reguluje ustawa o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i odprowadzeniu ścieków [2], a sposób ich naliczania określa rozporządzenie Ministra Budownictwa [3].

Opłata za wody opadowe, roczna lub miesięczna, określana jest dla poszczególnych taryfowych grup odbiorców usług na podstawie niezbędnych przychodów przedsiębiorstwa wdociągowo-kanalizacyjnego, obejmujących zarówno koszty bieżącej eksploatacji, jak i utrzymania infrastruktury. W praktyce wiele przedsiębiorstw stosuje tylko jedną taryfową grupę odbiorców, a opłatę nalicza się na podstawie wielkości powierzchni nieprzepuszczalnej, z której wody opadowe spływają do systemu kanalizacyjnego.

Przeczytaj artykuł o wodach opadowych w miastach »

Do takich powierzchni zalicza się m.in. ciągi pieszo-jezdne, drogi dojazdowe, parkingi, powierzchnie brukowane, boiska oraz dachy, choć powierzchnia tych ostatnich nie jest uwzględniana przez wszystkie przedsiębiorstwa Wprowadzenie opłat za wody opadowe poprzedza inwentaryzacja wielkości powierzchni uszczelnionej znajdującej się na danym terenie. W tym celu przedsiębiorstwa wodociągów i kanalizacji przygotowują i rozsyłają ankiety z prośbą o podanie wielkości powierzchni utwardzonych. Dane z ankiet są podstawą do ustalania wielkości powierzchni, która jest składową naliczania opłat za wody opadowe.

Warto zaznaczyć, że powierzchnie, z których wody opadowe i roztopowe są zagospodarowywane na terenie nieruchomości, np. wprowadzane do gruntu, a tym samym nie są wprowadzane do miejskiej sieci kanalizacji deszczowej, nie podlegają opłacie. Dlatego należałoby każdorazowo rozważyć możliwość zastosowania systemów alternatywnych, do których, jak wspomniano, należą również ogrody deszczowe.

Konstrukcje ogrodów deszczowych

Ogrody deszczowe są rozwiązaniami stosunkowo nowymi. Pierwsze systemy tego typu powstały w latach 90. XX w., kiedy to jeden z deweloperów, Dick Binkler, chciał zastąpić tradycyjne zbiorniki retencyjne obszarami bioretencji [5]. W efekcie przy każdej nowo budowanej posesji powstawał ogród deszczowy.

Ogrody deszczowe wykonywane są w celu retencji nadmiaru wody podczas opadów, zasilenia wód gruntowych poprzez infiltrację, a także polepszenia jakości odpływu. Badania prowadzone w skali laboratoryjnej oraz na pilotowych stanowiskach w terenie dowodzą dużej skuteczności ogrodów deszczowych w usuwaniu zanieczyszczeń znajdujących się w spływach opadowych, w tym m.in. metali ciężkich, zawiesin itp. Jak wykazują badania [7], w systemach tego typu najwięcej metali ciężkich jest kumulowanych w glebach i roślinach, a tylko niewielkie ich ilości są uwalniane z systemów bioretencji.

Ogrody deszczowe są wykorzystywane głównie do zagospodarowania wód opadowych pochodzących z niedużych powierzchni, o wielkości do 1 ha lub mniejszych. Z tych względów nadają się jako rozwiązania do przyjęcia spływów z dachów i podjazdów na prywatnych posesjach oraz z terenów mocno zurbanizowanych, np. parkingów, podjazdów oraz ciągów pieszo-jezdnych (rys. 1 i rys. 2).

Mają formę zagłębień terenowych o niewielkiej głębokości, obsadzonych zazwyczaj rodzimymi gatunkami roślin. Bezpośrednio pod dnem znajduje się warstwa przepuszczalnego gruntu lub żwiru na głębokości ok. 0,6–1,2 m. Ma ona na celu zwiększenie pojemności retencyjnej oraz umożliwienie infiltracji wód opadowych do gruntu. Na powierzchni ogrodu deszczowego zaleca się położenie warstwy ściółki (mulczu).

Pozwala ona na zachowanie ciepła, wilgotności i przewiewności gleby, kumuluje metale ciężkie, oleje oraz substancje ropopochodne, a także zapobiega rozrostowi chwastów. Dodatkowo pełni funkcję ochronną dla gleby przed działaniem deszczy i wiatru, dzięki czemu warstwa próchniczna nie ulega uszkodzeniu. Minimalna zalecana grubość warstwy wyścielającej (ściółki) powinna wynosić 5 cm.

W przypadku występowania większego opadu nadmiar wody z ogrodu deszczowego usuwany jest poprzez przelew połączony zazwyczaj z rurociągiem odprowadzającym wodę do pobliskiej kanalizacji lub innego odbiornika (rys. 3a) lub za pomocą systemu perforowanych rur drenarskich (rys. 3b) znajdujących się w spodniej warstwie ogrodu. Częstość działania tego typu przelewów może być regulowana wielkością oraz głębokością ogrodu deszczowego, a także grubością podpowierzchniowej warstwy przepuszczalnej.

Jeśli pozwalają na to warunki terenowe, można wykonać w pobliżu drugi ogród, do którego będzie odprowadzana część spływów. Ogrody deszczowe są stosunkowo proste w realizacji, dlatego niejednokrotnie budują je samodzielnie indywidualni mieszkańcy. W wielu miejscowościach za granicą w celu nawiązania dialogu ze społecznością lokalną i jednocześnie zwiększenia odpowiedzialności za prawidłowe funkcjonowanie ogrodów deszczowych umożliwia się udział przyszłych użytkowników systemu w procesie projektowania (warsztaty, wymiana poglądów poprzez środki masowego przekazu). Udział w wykonywaniu ogrodów deszczowych i sadzenie w nich roślin są traktowane jako jedna z form spędzania wolnego czasu, z której, jak wykazuje praktyka, społeczność lokalna chętnie korzysta.

Projektowanie i utrzymanie ogrodów deszczowych

W projektowaniu ogrodów deszczowych można wyróżnić trzy charakterystyczne fazy, tj. wybór lokalizacji, obliczenie ilości spływów oraz głębokości i wielkości ogrodu deszczowego, a także dobór gatunkowy roślin. Przed wyborem miejsca do wykonania ogrodu deszczowego najczęściej obserwuje się kierunki spływu opadu na danym terenie. W pierwszej kolejności należy rozważyć naturalne kierunku spływu, a dopiero potem, kiedy nie pozwalają na to warunki terenowe, drogi spływu wód opadowych wykonuje się w sposób sztuczny.

Coraz częściej praktykowanym rozwiązaniem jest połączenie miejsca wytwarzania największego spływu (np. odpływ z rury spustowej) z ogrodem deszczowym za pomocą rowów infiltracyjnych, czyli wypełnionych żwirem.Ogrody deszczowe powinny być wykonywane w miejscach słonecznych lub tylko częściowo zacienionych. Daje to możliwość okresowego wysuszenia powierzchni i głębszych warstw konstrukcyjnych, a przez to przyjęcia zwiększonej ilości wody przy następnym opadzie.

 Jednym z istotnych elementów projektowania ogrodów deszczowych jest analiza warunków gruntowych występujących na danym terenie. Przy projektowaniu ogrodów deszczowych jako systemu odwodnienia ciągów komunikacyjnych zalecane jest wykonanie profesjonalnych badań hydrogeologicznych. Na potrzeby przyjęcia spływów z prywatnej posesji często korzysta się z najprostszej formy określenia przepuszczalności gruntu, jaką jest przeprowadzenie testu perkolacyjnego. Polega on na wykonaniu niewielkiego wykopu, zalaniu go znaną objętością wody i obliczeniu czasu, w którym nastąpiło jej wsiąknięcie.

Szczegółowe informacje na temat metodyki przeprowadzenia takiego badania można znaleźć m.in. w publikacji [4]. Przy lokalizacji ogrodu deszczowego należy uwzględnić:

• odległość od nieruchomości (minimalna zalecana to 4 m),
• odległość od miejsc wypoczynku mieszkańców, np. tarasów (zalecana lokalizacja blisko takich miejsc),
• nachylenie przyległego terenu (kierunek spływu powinien być zachowany w stronę ogrodu deszczowego),
• ukształtowanie terenu (zalecany teren mało zróżnicowany pod względem wysokościowym).

Nie zaleca się lokalizacji ogrodów deszczowych:

• bezpośrednio przy fundamentach budynku,
• blisko szamb,
• jeśli nachylenie przyległego terenu jest większe niż 12%,
• gdy występują grunty słabo lub nieprzepuszczalne,
• przy wysokim poziomie wód gruntowych (dno ogrodu deszczowego powinno znajdować się co najmniej 1 m nad sezonowo występującym najwyższym poziomem wody gruntowej),
• jeśli w niedalekiej odległości posadzone są drzewa, których opadające liście mogą zmniejszać pojemność ogrodów i z czasem zapoczątkować procesy gnicia.

Głębokość ogrodów deszczowych musi być dostosowana bezpośrednio do ilości odprowadzanych wód opadowych, a pośrednio do wielkości powierzchni spływu oraz rodzaju gruntu znajdującego się na danym terenie. Głębokość ogrodów deszczowych zazwyczaj mieści się w granicach 10–20 cm. Nie zaleca się stosowania głębszych ogrodów deszczowych z uwagi na mogące pojawić się problemy z ich opróżnieniem w wymaganym czasie, nieprzekraczającym 48 h od zakończenia opadu. Przetrzymanie wody w systemie może negatywnie wpłynąć na porastającą ogrody deszczowe roślinność, która nie jest przystosowana do długo trwających okresów zalegania wody.

Z kolei bardzo płytkie systemy będą wymagały znacznej powierzchni, aby przechwycić objętość spływów z danego terenu. Może to być w wielu przypadkach ograniczeniem w ich zastosowaniu. Równie ważnym czynnikiem, który powinien być każdorazowo brany pod uwagę przy określaniu głębokości systemu, jest nachylenie terenu przyległego do ogrodu deszczowego (tabela).

Do obliczeń objętości spływów przyjmuje się wielkość powierzchni, która będzie generowała odpływ wód do ogrodu deszczowego, oraz wielkość opadów występujących na danym terenie. Z uwagi na częsty brak danych o opadach pochodzących z dłuższego okresu monitoringu do obliczeń przyjmuje się roczną wysokość opadów występujących na danym terenie.

W obliczeniach powierzchni spływu uwzględnia się wielkość powierzchni nieprzepuszczalnej (dachy, podjazdy itp.) oraz 20% powierzchni zazielenionej, po której woda opadowa płynie w kierunku ogrodu. Przyjęcie do obliczeń dodatkowo części powierzchni trawników jest pewnego rodzaju współczynnikiem bezpieczeństwa. W przypadku dobrze utrzymywanych trawników, a tak jest na większości prywatnych posesji, zazwyczaj cała objętość wody jest absorbowana przez zadarnioną powierzchnię w czasie deszczów o małym natężeniu opadu.

Pewne ilości wody spływającej po powierzchni zazielenionej przedostają się do ogrodu deszczowego w czasie deszczów intensywnych oraz w przypadku trawników zaniedbanych, które z kolei można spotkać w przestrzeniach publicznych. W warunkach przydomowych rozmiary ogrodów deszczowych wynoszą zazwyczaj od 10 do 30m² powierzchni^, w celach odwodnienia powierzchni komunikacyjnej mają one większe rozmiary, rzędu 90–100 m².

W obu przypadkach zaleca się, aby długość ogrodu deszczowego była co najmniej 1,5 raza większa niż jego szerokość. Stąd ogrody deszczowe mają najczęściej kształt fasoli lub regularnej elipsy. Spotykane są również rozwiązania, w których ogrody deszczowe są wykonywane w postaci długich zazielenionych pasów wzdłuż ciągu ulic, polepszając walory krajobrazowe danego terenu przy jednoczesnym spełnianiu funkcji systemu odwodnienia dla ciągów pieszo-jezdnych czy tras komunikacyjnych [6].

Ważną częścią ogrodów deszczowych są rośliny. Przy doborze gatunkowym powinno się uwzględnić warunki nasłonecznienia, w jakich zlokalizowany jest ogród, oraz pory kwitnienia roślin, które powinny być zróżnicowane, jeśli chcemy, by ogród deszczowy był przez cały rok atrakcyjny. Roślinność najlepiej nadająca się na ogrody deszczowe to gatunki rodzime tolerujące czasowe zalewanie i osuszanie oraz odporne na działanie zanieczyszczeń występujących w wodach opadowych.

Gatunki rodzime nie wymagają również zwiększonego nawożenia oraz są bardziej odporne na zmiany klimatyczne, glebowe i wodne. Przykładami takich roślin są: lobelia szkarłatna (Lobelia cardinalis), miecznica wąskolistna (Sisyrinchium angustifolium), sit rozpierzchły (Juncus effusus), długosz królewski (Osmunda regalia) oraz wietlica samicza (Athyrium filix-femina). W ogrodzie oprócz roślin mogą znajdować się także mniejsze lub większe kamienie, podobnie jak w ogródkach skalnych.

Za najlepszy okres do budowy ogrodów deszczowych uważa się kwiecień i maj, gdyż wtedy zazwyczaj minął już okres największych spływów po roztopach, obniża się poziom wód gruntowych, a rośliny mają sprzyjające warunki do rozwoju. Utrzymanie tego typu systemów polega głównie na przeprowadzaniu rutynowych zabiegów utrzymujących tereny zielone, tj. usuwanie chwastów, nawadnianie w długich okresach suszy, przesadzanie lub rozsadzanie roślin (o ile istnieje taka potrzeba) oraz okresowe nawożenie i wymiana warstwy wyścielającej.

Podsumowanie

Ogrody deszczowe powstały w odpowiedzi na potrzeby i możliwości mieszkańców współczesnych miast. Są przykładem stosunkowo prostego w wykonaniu i niewymagającego w eksploatacji systemu, który pozwala na zatrzymanie i podczyszczanie spływów podczas opadów. Z tych względów ogrody deszczowe mają szansę stać się powszechnie stosowanymi rozwiązaniami zagospodarowania wód opadowych w terenach zurbanizowanych, również w warunkach polskich.

Literatura

1. Burszta-Adamiak E., Opłaty za wody opadowe – doświadczenia polskie i zagraniczne, w: Problemy zagospodarowania wód opadowych, red. J. Łomotowski, Wrocław 2008.
2. Ustawa z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzeniu ścieków (DzU nr 72, poz. 747, ze zm.).
3. Rozporządzenie Ministra Budownictwa z dnia 28 czerwca 2006 r. w sprawie określania taryf, wzoru wniosku o zatwierdzenie taryf oraz warunków rozliczeń za zbiorowe zaopatrzenie w wodę i zbiorowe odprowadzenie ścieków (DzU nr 127, poz. 886).
4. Buss J.M., Gomez B.J., Rain gardens – A how-to manual for homeowners, http://learningstore.uwex.edu.
5. Cler M.L., Stormwater Best Management Practice Design Guide Volume 2, Vegetative Biofilters, EPA/600/R-04/121A, September 2004.
6. Reada J., Wevilla T., Fletcherb T., Deleticb A., Variation among plant species in pollutant removal from stormwater in biofiltration systems, „Water Research” Vol. 42, 2008.
7. Sun X., Davis A.P., Heavy metal fates in laboratory bioretention systems, „Chemosphere” Vol. 66, 2007.
8. http://www.fosc.org.