Odprowadzanie wód opadowych systemami do podziemnej retencji i infiltracji

Sprawne i bezpieczne odprowadzenie wód opadowych to bardzo istotne zadanie przy realizacji inwestycji budowlanych. W rozwiązaniach tradycyjnych spływy opadowe z uszczelnionych powierzchni zlewni wprowadzane są do podziemnych kanałów, a następnie kierowane do odległych odbiorników wodnych. Jednak bazowanie wyłącznie na rozwiązaniach tego typu doprowadza do wielu niekorzystnych zjawisk, zarówno w odniesieniu do terenów odwadnianych, jak i odbiorników.

Kanalizowanie spływu wód opadowych powoduje obniżanie się poziomu wód gruntowych, nasilenie występowania zjawisk powodziowych oraz wzrost zanieczyszczenia rzek na skutek dopływu znacznego ładunku zanieczyszczeń podczas spływów z deszczów nawalnych. Z tego względu coraz większym zainteresowaniem cieszą się m.in. systemy do podziemnej retencji i infiltracji wód opadowych.

Przykłady rozwiązań

Rozwiązaniami powszechnie stosowanymi do infiltracji podziemnej są: studnie i rowy chłonne, skrzynki rozsączające, komory drenażowe oraz przewody drenarskie, którymi spływy wód opadowych po początkowym zmagazynowaniu w systemie przedostają się do gruntu. Studnie chłonne służą do skoncentrowanego, punktowego odbioru wód opadowych. Ich konstrukcja przypomina tradycyjne studnie. Zasadnicza różnica polega na wypełnieniu dna warstwą filtracyjną (żwir, tłuczeń), przez którą woda swobodnie się przesącza (rys. 1).

Studnie chłonne wykonywane są najczęściej z kręgów betonowych lub jako prefabrykaty. Zajmują mało miejsca, dlatego nadają się do stosowania w warunkach stosunkowo gęstej zabudowy. Studnie są także chętnie stosowane na terenach, gdzie wierzchnią warstwę gruntu stanowi warstwa słabo przepuszczalna, a dopiero głębsze warstwy mają lepsze zdolności filtracyjne, umożliwiające infiltrację wód opadowych do wód podziemnych.

W celu polepszenia sprawności wsiąkania i pojemności retencyjnej studnie chłonne można ze sobą łączyć, tworząc galerie chłonne. Polepszenie wsiąkania można również uzyskać poprzez wykonanie wokół studni opaski żwirowej (bez wypełniania studni żwirem). Rozwiązania te umożliwiają odwodnienie większych terenów uszczelnionych niż w przypadku pojedynczej studni chłonnej z tradycyjnym wypełnieniem żwirowym, którą można zastosować do zagospodarowania spływu z niewielkiej powierzchni, np. dachu budynku jednorodzinnego.

Studnie chłonne są rzadko stosowane w systemach odwadniania dróg ze względu na uciążliwą eksploatację (tendencję do szybkiej kolmatacji) i małą przepustowość [6]. Do ich wad należy także ograniczona powierzchnia kontaktu z glebą oraz brak zdolności oczyszczania. Z tych względów należy każdorazowo przewidzieć konieczność zastosowania studzienki osadnikowej przed studnią chłonną lub przynajmniej zabezpieczenia koszem do separacji zanieczyszczeń mechanicznych w celu wstępnego podczyszczenia dopływających wód opadowych. Obecnie studnie chłonne, chętniej niż rozwiązania pracujące samodzielnie, stosuje się w układach mieszanych, tj. w połączeniu z rowami chłonnymi oraz przewodami drenarskimi.

Podziemne rowy chłonne (tzw. rigole) wypełniane są gruboziarnistym żwirem, pospółką lub grysem i zazwyczaj owijane geowłókniną zapobiegającą przedostawaniu się cząstek otaczającego gruntu do materiału filtracyjnego. Rowy chłonne mogą retencjonować wodę na powierzchni (rys. 2a, 2b) bądź wewnątrz wsadu żwirowego (rys. 2c). 

W rozwiązaniach tych, podobnie jak w studni chłonnej, woda nie przepływa przez ożywioną warstwę gruntu, a przez to jej zdolności samooczyszczania się są ograniczone. Przy wprowadzaniu powierzchniowym wód deszczowych można zwiększyć stopień oczyszczenia poprzez obsianie skarp mieszanką traw, gdzie woda przefiltrowując przez warstwę humusu, ulega podczyszczeniu, a następnie zbierana jest we wkładzie żwirowym i powoli przesączana do gruntu. Jeżeli nie ma takiej możliwości, należy zastosować wstępnie urządzenie oczyszczające, np. studzienkę osadnikową.

Wsiąkanie poprzez rury drenarskie odbywa się za pomocą perforowanych rur ułożonych w obsypce żwirowej. Stosowane są one głównie na terenach, gdzie warstwy gruntu słabo przepuszczalnego zalegają bezpośrednio pod powierzchnią terenu na znacznej głębokości, poniżej której znajduje się warstwa gruntu dobrze przepuszczalnego, umożliwiająca po rozsączeniu z drenów infiltrację wód do niżej położonego gruntu rodzimego (rys. 3).

Rury drenarskie wykorzystywane są do odwadniania ciągów komunikacyjnych, parkingów i placów. W celu uniknięcia zamulania należy zastosować wokół drenu obsypkę żwirową o zmieniającym się uziarnieniu bądź geowłókninę. Zaleca się, aby dreny stosowane do osączania wód opadowych miały średnicę min. 350 mm, ponieważ pozwala to na zachowanie pewnej rezerwy objętości umożliwiającej przyjęcie wód w czasie gwałtownego napływu przed wprowadzeniem ich do podłoża. Konstrukcja urządzeń chłonnych w postaci studni i rowów oraz przewodów drenarskich nie pozwala na pełną kontrolę i konserwację podczas eksploatacji. Monitoring tych urządzeń jest możliwy jedynie poprzez studnie rozprowadzające wodę lub zastosowanie studzienki rewizyjnej [7].

W ostatnich latach pojawiły się na polskim rynku inne rozwiązania techniczne w postaci skrzyń rozsączających oraz komór drenażowych (zwanych równie często tunelami infiltracyjnymi). Urządzenia te mogą być montowane pod chodnikami, ulicami i parkingami, a także na terenach zielonych, obiektów handlowych i rekreacyjnych oraz jako przydomowe systemy odprowadzania wód opadowych, umożliwiając podwójne wykorzystanie cennej w terenach miejskich powierzchni (jako podziemny zbiornik retencyjny oraz np. parking na powierzchni terenu).

Konstrukcja prostopadłościenna skrzynek rozsączających z ażurowymi ścianami, które wykonywane są najczęściej z polipropylenu, umożliwia czasową retencję wód, a następnie ich infiltrację do gruntu (rys. 4a, 4b). Skrzynki owinięte są geowłókniną i obsypywane materiałem żwirowym. Pojemność retencyjna skrzynek jest znacznie większa niż złoża żwirowego o takiej samej kubaturze, a tym samym system taki charakteryzuje się większą wydajnością od rowów żwirowych, studni chłonnych oraz rur drenarskich o małej średnicy.

Skrzynki i komory są elementami umożliwiającymi łatwe tworzenie stosunkowo dużych i tanich zbiorników retencyjnych lub zbiorników wykorzystywanych do dłuższego magazynowania wody opadowej, np. na cele przeciwpożarowe. W celu zapewnienia retencji (bez rozsączania) układy skrzynek zamiast geowłókniną owija się geomembraną, która zapobiega przedostawaniu się wody do gruntu (rys. 4c).

Najwięcej przykładów realizacji dotyczy jednak zagospodarowania wód opadowych pierwszym z wymienionych sposobów, tj. jako zbiorników retencyjno-rozsączających. Komory drenażowe mogą być stosowane także jako podziemne zbiorniki retencyjno-infiltrujące lub szczelne zbiorniki retencyjne [5]. W ofercie handlowej można spotkać dwa rodzaje komór drenażowych, tj. z wypływem wyłącznie przez dno oraz z wypływem przez dno i ściany boczne, tzw. tunele infiltracyjne (rys. 5). Komory od skrzynek różnią się kształtem (najczęściej przypominającym odwróconą literę U) oraz rozmiarem (większy rozmiar komór umożliwia zagospodarowanie większej ilości wody).

Zarówno skrzynki, jak i komory rozsączające umożliwiają modułową budowę, która pozwala łatwo łączyć ażurowe konstrukcje w ciągi o dowolnej długości i pojemności. Wielkość modułu związana jest głównie z wielkością odwadnianej powierzchni oraz stopniem przepuszczalności gruntu. Konstrukcja tych elementów pozwala także na przenoszenie obciążeń wynikających np. z ruchu samochodów osobowych i ciężarowych – umożliwia to montaż pod drogami i parkingami. Konieczne jest przestrzeganie wymagań producenta dotyczących zachowania minimalnego wymaganego przykrycia.

Jest ono najczęściej rzędu 0,25–0,5 m dla obciążeń charakterystycznych dla ruchu samochodów osobowych (do 3,5 t) oraz od 1 m (przy skrzynkach) do nawet 6 m (przy komorach) w przypadku transportu ciężkiego (do 14,5 t/oś pojazdu). Zaletą skrzyń i komór jest możliwość zminimalizowania kosztów transportu i magazynowania z uwagi na możliwość przewożenia pojedynczych palet składanych w skrzynie na miejscu budowy lub komór w stosach. Przed przedostaniem się do konstrukcji rozsączających wody opadowe, w zależności od miejsca, z którego spływają (stopnia zanieczyszczenia), powinny być wcześniej podczyszczone za pomocą osadników, piaskowników lub separatorów.

Firmy oferujące systemy do alternatywnego zagospodarowania wód opadowych pracują nad konstrukcjami umożliwiającymi inspekcję i kontrolę funkcjonowania systemów podziemnych z uwagi na mogące zachodzić w trakcie eksploatacji zjawisko kolmatacji. Na rynku dostępne są tzw. skrzynki wielofunkcyjne, które zapewniają zarówno retencję, infiltrację wód opadowych, jak i możliwość przeprowadzenia kontroli i czyszczenia. W większości oferowanych skrzyń (m.in. systemy Q-Bic, Stormbox czy Rainbox II) znajdują się specjalnie wyprofilowane otwory inspekcyjne. Z kolei w skrzynkach wykonanych w układzie zmodyfikowanym (np. Rausikko-Box) wyodrębniono trzy kanały: o funkcji rozdzielającej, sedymentacyjnej i inspekcyjnej.

Zadaniem kanału rozdzielającego jest oddzielenie strefy sedymentacyjnej od rozsączającej, zanieczyszczenia osadzają się w strefie sedymentacyjnej, a poprzez szczeliny w ścianach tej strefy zapewniony jest przepływ wody do strefy rozsączania. W ten sposób strefa rozsączania pozbawiona jest większości zanieczyszczeń, które zostają zatrzymane w części sedymentacyjnej. W kanale rozdzielającym następuje również wytrącenie energii napływu wody opadowej w czasie intensywnych opadów deszczu, dzięki czemu drobne zanieczyszczenia i osad sedymentują na dno kanału.

Ze strefy rozsączającej woda stopniowo przedostaje się do gruntu [8]. Dostęp do kanałów kontrolnych, zarówno w skrzynkach, jak i komorach, możliwy jest także za pomocą przyłączonych do systemu rozsączającego studzienek rewizyjnych. Wszystkie te rozwiązania pozwalają na przeprowadzanie inspekcji kamerą telewizyjną oraz płukanie wysokociśnieniowe przy użyciu specjalnych dysz.

Zastosowanie

Sposoby wprowadzania wód opadowych do gruntu uzależnione są od warunków lokalnych (rodzaju gruntu, jego podatności na zamarzanie, głębokości wód gruntowych, wielkości i sposobu użytkowania terenu), kosztów wykonania i przyszłej eksploatacji, doświadczeń inwestora, projektanta i wykonawcy, a także od planów rozwojowych dla danego terenu. Dlatego ważne jest, by każdy projekt odprowadzania wód opadowych z terenów zurbanizowanych poprzedzony był szczegółowym rozpoznaniem lokalnych warunków zagospodarowania przestrzennego oraz warunków gruntowo-wodnych, w tym rodzaju gruntów, współczynników filtracji oraz położenia maksymalnego poziomu zwierciadła wody gruntowej na terenie przyszłej lokalizacji obiektu do infiltracji.

Zaleca się, aby urządzenia do infiltracji były wykonywane na gruntach o współczynniku filtracji mieszczącym się w przedziale 10–3–10–5 m/s [1, 3]. Dla gruntów o współczynnikach filtracji mniejszych niż 10–5 m/s należy zbudować zbiornik retencyjny o dużej objętości [4]. Istnieje także możliwość zastąpienia przyległego do urządzenia gruntu materiałem przepuszczalnym, np. żwirem. Zwiększa to jednak znacznie koszty inwestycji i z tego powodu jest w praktyce rzadko stosowane. Z kolei w przypadku gruntów o wysokich współczynnikach filtracji obserwuje się oddziaływanie składu chemicznego wód infiltracyjnych na jakość wód podziemnych [2].

Najprostsze i najbardziej efektywne są metody infiltrowania opadu do gruntów piaszczystych oraz przy głębokim zaleganiu wód gruntowych. Minimalna zalecana odległość pomiędzy dnem warstwy rozsączającej a maksymalnym poziomem wody gruntowej ze względu na ochronę jakości wód podziemnych wynosić powinna co najmniej 1 m.

Przy projektowaniu systemów alternatywnych należy również zachowywać minimalne odległości od sąsiadujących budynków oraz istniejącej infrastruktury technicznej. Zaleca się, aby przy projektowaniu rozwiązań infiltracji podziemnej zachować następujące minimalne odstępy: 5 m od budynków mieszkalnych niezabezpieczonych izolacją przeciwwilgociową, 2 m od budynków mieszkalnych z izolacją przeciwwilgociową, 2 m od granicy działki, drogi publicznej lub chodnika przy ulicy, 1,5 m od rurociągów gazowych i wodociągowych, 0,8 m do kabli elektrycznych oraz 0,5 m od kabli telekomunikacyjnych [9].

Podsumowanie

Należy pamiętać, że zastosowanie systemów alternatywnych nie powinno być utożsamiane z całkowitą likwidacją systemów kanalizacji deszczowej lub ogólnospławnej, są one raczej formą wsparcia (odciążenia) tradycyjnych rozwiązań w czasie opadów i roztopów. Bogata oferta rozwiązań technicznych pozwala na wzajemne uzupełnianie się systemów zagospodarowujących wodę u „źródła” powstawania spływu. Stosowanie jednocześnie drenów, studni i rowów chłonnych oraz skrzynek i komór rozsączających, a niekiedy także łącznej pracy systemów infiltracji podziemnej i powierzchniowej umożliwia dostosowanie pojemności i właściwości instalacji do lokalnych potrzeb i możliwości przyszłych użytkowników.

Literatura:

1. Alfakih E., Barramund S., Martinelli I., A study of stormwater infiltration system feasibility and design, „Water Science and Technology” Vol. 39, No. 2/1999.
2. Burszta-Adamiak E., Ryzyko zanieczyszczenia wód gruntowych w czasie eksploatacji systemów do infiltracji wód opadowych, „Forum Eksploatatora” nr 3/2008.
3. Edel R., Odwodnienie dróg, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2008.
4. Göbel P et all., Near-natural stormwater management and its effects on the water budget and groundwater surface in urban areas taking account of hydrogeological conditions, „Journal of Hydrology” Vol. 299, 2004.
5. Gudelis-Taraszkiewicz K., Suligowski Z., Alternatywne zagospodarowanie wód opadowych. Vademecum dla przedsiębiorców. Innowacyjne rozwiązania technologiczne. Doświadczenia partnerstwa „Budujemy Razem”, www.wmzdz.pl.
6. Gudelis-Taraszkiewicz K., Suligowski Z., Warunki budowy urządzeń do alternatywnego zagospodarowania wód opadowych, „Przegląd Komunalny” nr 4/2010.
7. Słyś D., Retencja i infiltracja wód deszczowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2008.
8. System zagospodarowania wody deszczowej. Trwałe i efektywne rozwiązanie REHAU, materiały informacyjne firmy REHAU, 2010.
9. Systemy zagospodarowania wody deszczowej Azura, informacje techniczne firmy Wavin, www.azura.pl.