Wody opadowe w miastach

Tradycyjne podejście

W miastach stosuje się najczęściej tradycyjne metody gospodarowania wodami opadowymi, czyli kanalizację deszczową lub ogólnospławną. Systemy te są niezbędne dla zachowania odpowiednich warunków sanitarnych i ochrony mienia, jednak szybkie odprowadzanie do nich całej wody opadowej z terenów uszczelnionych prowadzi do wielu niekorzystnych zjawisk.

W przypadku kanalizacji ogólnospławnej podczas występowania deszczu o dużej intensywności do oczyszczalni ścieków dopływa tylko część spływów, a fala szczytowa w postaci mieszaniny ścieków bytowo-gospodarczych wraz z wodami opadowymi zrzucana jest bezpośrednio do odbiornika poprzez przelewy burzowe, nie podlegając procesom oczyszczania.

Hydraulicznie niewydolne systemy kanalizacyjne są w czasie intensywnych opadów przyczyną powstawania powodzi miejskich. Ponadto odprowadzenie wód deszczowych metodami tradycyjnymi powoduje ograniczenie naturalnego zasilania lokalnych wód gruntowych. Systematyczny wzrost cen wody wodociągowej, wynikający ze zwiększających się wymagań względem jej jakości oraz ze wzrostu kosztów zaawansowanych technologii uzdatniania, to dodatkowy argument potwierdzający tezę, że zbiorczy system odprowadzania wód opadowych nie powinien być jedynym rozwiązaniem.

Znacznie korzystniejsze dla środowiska jest promowane obecnie rozwiązanie zagospodarowania wód deszczowych poprzez zatrzymanie lub odprowadzenie części bądź całości opadu w miejscu jego wystąpienia. Za pomocą licznych strategii i rozwiązań podejmuje się działania mające na celu ograniczenie wpływu inwestycji na naturalne warunki w zlewniach, które zostają zagospodarowane.

Zaczyna się dążyć do tego, aby rozwój terenów miejskich był zgodny z zasadami rozwoju zrównoważonego, a odprowadzanie wód opadowych mogło być realizowane za pomocą zrównoważonych systemów drenażu (ang. Sustainable Drainage Systems). Jako rozwiązania alternatywne mogą one pełnić funkcje oddzielnych systemów zastępujących kanalizację lub elementów układów wspomagających pracę tradycyjnej infrastruktury technicznej.

Alternatywne rozwiązania

Istnieje kilka metod alternatywnego zagospodarowania wód opadowych. Jedną z nich jest ich rozsączanie, szczególnie na gruntach przepuszczalnych przy zachowaniu minimalnej odległości wynoszącej 1 m od poziomu zwierciadła wody gruntowej. Innym sposobem jest retencjonowanie wody opadowej polegające na jej zmagazynowaniu, a następnie odprowadzeniu do kanalizacji lub cieku. Takie rozwiązanie znajduje zastosowanie w przypadku występowania wysokiego poziomu zwierciadła wód gruntowych oraz zalegania w podłożu gruntów spoistych. Trzecim sposobem postępowania z wodami opadowymi jest ich magazynowanie, a następnie dalsze wykorzystanie.

W praktyce stosuje się dwa rodzaje systemów zrównoważonego drenażu, tj. powierzchniowe oraz podziemne. Zaleca się, aby w pierwszej kolejności rozpatrywać możliwość zastosowania systemów powierzchniowych, gdyż są łatwiejsze w eksploatacji, a w razie stwierdzenia jakichkolwiek nieprawidłowości w ich funkcjonowaniu łatwiej podjąć działania naprawcze.

Do urządzeń działających na zasadzie powierzchniowego przyjęcia wód należą nawierzchnie nieumocnione (trawniki, ogródki przydomowe, tereny zielone z krzewami i drzewami), nawierzchnie perforowane (wykonane np. z kraty ażurowej czy przesiąkliwego asfaltobetonu), zbiorniki infiltracyjne, niecki oraz muldy chłonne, ogrody deszczowe, a także obszary bioretencji. Gospodarowanie wodami opadowymi za pomocą metod podziemnych może się odbywać poprzez rowy chłonne, komory drenażowe, skrzynki rozsączające, studnie chłonne oraz rury drenarskie.

Ostatnio coraz częściej w środowisku miejskim stosuje się także filtry bagienne, które w połączeniu z elementami wodnymi wywierają korzystny wpływ na mikroklimat obecny w przestrzeni publicznej [4]. Konstrukcje tego typu wykorzystują procesy mechaniczne (sedymentacja, filtracja) oraz procesy biologiczne i chemiczne do oczyszczania spływających do nich wód opadowych.

Dzięki zastosowaniu odpowiednich mediów filtracyjnych z wód usunąć można większość substancji biogennych, a także metale ciężkie. Pełnią one także funkcję zbiorników retencyjnych, a porastająca roślinność utrzymuje odpowiednią przepustowość złoża i wywołuje tzw. efekt ryzosfery polegający na stworzeniu bogatej biocenozy bakteryjnej usprawniającej efekt oczyszczania.

W centrach miast, gdzie obok terenów komunikacyjnych główną powierzchnią zbierania wód opadowych są dachy budynków, praktykowanym rozwiązaniem jest ujmowanie wód na dachach zielonych. W ich wielowarstwowej konstrukcji woda opadowa jest częściowo zatrzymywana i wykorzystywana przez rośliny, a częściowo oddawana do atmosfery (wtórny obieg wody) w wyniku ewapotranspiracji.

Dopiero nadmiar wody jest odprowadzany do systemu kanalizacyjnego lub zagospodarowywany na miejscu do nawadniania zieleni w najbliższej okolicy. W ten sposób dachy zielone mogą odciążyć systemy kanalizacyjne i spowolnić spływy w czasie opadów. Przykłady takich rozwiązań można spotkać na dachach budynków użyteczności publicznej, prywatnych posesji, a coraz częściej także na stropodachach garaży podziemnych, tarasach oraz zazielenianych terenach wewnątrz nowoczesnych osiedli.

Deszczówką można także częściowo zastąpić wodę wodociągową, gdy nie musi ona mieć jakości wody do picia. Wykorzystuje się ją wówczas do nawadniania terenów zielonych, spłukiwania toalet, do celów porządkowych wewnątrz i na zewnątrz budynku, a nadmiar wody można rozsączać w kontrolowany sposób do gruntu. Nawadnianie zieleni w mieście wodą deszczową można przeprowadzić na dwa sposoby.

Pierwszy z nich polega na gromadzeniu wody deszczowej w nadziemnych lub podziemnych zbiornikach, z których za pomocą pomp jest ona prowadzona do systemu irygacyjnego. Drugi sposób nie wymaga specjalnych inżynierskich urządzeń czy skomplikowanych systemów. Polega on na kształtowaniu terenów zieleni lub przylegających do nich powierzchni uszczelnionych (dachy, chodniki, ulice, place) w taki sposób, aby spływy deszczowe mogły się przedostawać bezpośrednio na zazielenione powierzchnie. Przykładem mogą być ogrody deszczowe (ang. rain garden), w szerszym ujęciu obszary bioretencyjne (ang. bioretention area), a także „przerywane krawężniki”, które wykonywane wzdłuż dróg pozwalają na przyjęcie spływów z ciągów komunikacyjnych poprzez rośliny rosnące poniżej obszaru spływu.

Stosowanie deszczówki do nawadniania zieleni miejskiej ma wymiar nie tylko ekologiczny, ale także ekonomiczny – pozwala zaoszczędzić na kosztach znacznych ilości wody wodociągowej. Instalacje wykorzystujące wodę deszczową oprócz ograniczenia zużycia wody do picia kształtują też postawę poszanowania naturalnych źródeł wody. Wody opadowe mogą również zasilać oczka wodne, baseny, fontanny lub płytkie brodziki, w obszarach miejskich często wykorzystywane przez najmłodsze dzieci jako miejsce zabaw, a także znajdujące się w ciągach technologicznych i służące do celów przeciwpożarowych.

Przykłady realizacji zagranicznych

W wielu miastach zrównoważone systemy drenażu z powodzeniem zastępują tradycyjną kanalizację [6, 8]. Wśród przykładów dobrych praktyk warto wymienić osiedla niemieckie (Kronsberg w Hanowerze, Scharnhauser Park w Ostfildern k. Stuttgartu, Arkadien Asperg pod Stuttgartem czy Küppersbusch w Gelsenkirchen), holenderskie (Nieuwland i Vathorst w Amersfoort, Carnisselande-Portland pod Rotterdamem, Monnikenhuizen w Arnhem), szwedzkie (Augustenborg oraz VastraHamnem w Malmö) czy brytyjskie (Greenwich Millennium Village w Londynie, Elvetham w Hampshire).

W realizacjach tych projektanci uwzględnili potrzebę zagospodarowania wód opadowych w zbiornikach retencyjno-infiltracyjnych, stawach retencyjnych oraz nieckach połączonych w sposób płynny z pasami zieleni.

Ciekawym rozwiązaniem jest projekt systemu powierzchniowego odprowadzania wód opadowych na osiedlu Greenwich Millennium Village w Londynie, gdzie woda ta jest gromadzona w stawach i wykorzystywana do nawadniania zieleni porastającej tereny wokół budynków mieszkalnych. Nadmiar wody odprowadzany jest do rowów bioretencyjnych, gdzie ulega oczyszczeniu i jednocześnie zasila wody gruntowe. Niewykorzystana woda opadowa trafia ostatecznie do odbiorników wód powierzchniowych.

Z kolei osiedle Augustenborg w Malmö jest przykładem inicjatywy mającej na celu m.in. odciążenie systemów kanalizacyjnych oraz poprawę bioróżnorodności terenu. W latach 1998–2002 na terenie osiedla powstało wiele zrównoważonych systemów drenażu, w tym rowy chłonne, stawy retencyjne, dachy zielone oraz obszary bioretencji. W wyniku tych realizacji współczynnik spływu został zmniejszony o połowę, a zazieleniona przestrzeń w połączeniu z wodą poprawiła jednocześnie wizerunek miasta (fot. 1).

W wielu krajach wdrażane są także projekty pilotażowe i inne mające na celu rozpowszechnienie stosowania systemów zrównoważonego drenażu i poprawianie przy tym gospodarki wodami opadowymi na terenach zurbanizowanych. Przykładem może być „Zrównoważone gospodarowanie wodą opadową” (Sustainable Stormwater Management) realizowane w Portland (Oregon, USA). W ramach tego projektu woda opadowa jest zbierana z dachów, parkingów i ulic, a następnie kierowana do systemów zapewniających infiltrację do gruntu lub do ponownego użycia.

Rozwiązania alternatywne zalecane w projekcie (przerywane krawężniki, beczki, cysterny oraz stawy infiltracyjne i obszary bioretencji) wykorzystują naturalne możliwości retencji i infiltracji wody do gruntu oraz zdolności oczyszczające roślin. Początkowo projekt ten był realizowany tylko w miejscach publicznych, ale dzięki wprowadzeniu systemu motywacyjnego (kredyty na preferencyjnych warunkach, dotacje) także prywatnych właścicieli zachęcono do zmniejszania spływu wód opadowych pochodzących z ich posesji. Władze miasta prowadzą równocześnie kampanię informacyjną promującą alternatywne zarządzanie wodą opadową [5].

Innym przykładem może być realizowany od 2006 r. w Chicago program „Zazielenianie alejek miejskich” (Chicago’s Green Alley Program). Dotyczy on przebudowy alej (o łącznej długości ponad 3000 km) wykonanych pierwotnie z powierzchni nieprzepuszczalnych (w większości betonowych) i pokrycie ich nawierzchnią perforowaną lub darnią umożliwiającą infiltrację wód opadowych do gruntu, filtrowanie zanieczyszczeń oraz zasilanie warstw wodonośnych. Głównym celem projektu jest zminimalizowanie wpływu miasta na naturalny obieg wody [9].

Warto również wspomnieć o realizowanym od 2005 r. programie „10 000 ogrodów deszczowych w Kansas” (10 000 Rain Gardens in Kansas City). W odróżnieniu od poprzedniego projektu nie jest to program rządowy, ale inicjatywa publiczno-prywatna z udziałem mieszkańców, korporacji, nauczycieli i organizacji non-profit. W jego ramach co roku wolontariusze wykonują ok. 100 ogrodów deszczowych w celu ochrony posesji prywatnych przed podtopieniami podczas intensywnych opadów oraz przeciwdziałania zanieczyszczeniu odbiorników spływów wód opadowych. W założeniach realizacja programu ma trwać aż do momentu, kiedy w mieście powstanie 10 tys. ogrodów deszczowych [1].

Kolejnym przykładem działań mobilizujących mieszkańców do zagospodarowywania wód opadowych na miejscu opadu jest program rządowy „Zbieranie wody opadowej” (Rain­water Harvesting Program) realizowany w Los Angeles. W jego ramach mieszkańcy zdobywają wiedzę na temat [2]:

• możliwości rozłączenia spływów deszczowych od kanalizacji w celu zmniejszenia obciążenia hydraulicznego istniejącej infrastruktury technicznej,
• sposobów montażu rur spustowych (z uwzględnieniem potrzeby ich wydłużenia) umożliwiających przedostawanie się spływów deszczowych na powierzchnie przepuszczalne,
• projektowania i budowy ogrodów deszczowych oraz innych prostych systemów infiltracyjnych, które pozwalają na zasilanie wód gruntowych wodą opadową,
• instalowania beczek pod rurami spustowymi umożliwiającego wykorzystanie wód opadowych do celów gospodarczych.

Przykłady realizacji w Polsce

W Polsce również znaleźć można kilka przykładów proekologicznego podejścia do gospodarowania wodami opadowymi w mieście. Jednym z nich jest osiedle Błękitne w Siechnicach pod Wrocławiem [3]. Wody opadowe z terenów zazielenionych i dachów odprowadzane są tu do systemu rowów otwartych połączonych ze studniami chłonnymi i głównym drenem zbiorczym, skąd nadmiar transportowany jest do pobliskiego rowu melioracyjnego. Teren osiedla jest tak ukształtowany, że odbiorniki wód położone są w najniższych punktach terenu, a budynki mieszkalne w najwyższych.

Kolejnym przykładem dobrej praktyki mogą być zakłady tytoniowe RJR Tobacco Poland w Piasecznie, gdzie w 1992 r. zaprojektowano system wykorzystujący w ponownym obiegu technologicznym ścieki szare i wody opadowe. System składa się z elementów odprowadzających, gromadzących i retencjonujących, w których ważną rolę odgrywa roślinność (aspekt krajobrazowy i oczyszczający). Odzyskane w ten sposób wody wykorzystywane są do nawadniania terenów zieleni i zmywania nawierzchni oraz do zasilania fontanny. Nadmiar wód odprowadzany jest do pobliskiego rowu melioracyjnego [13].

Wykorzystanie wody deszczowej jako dodatkowego źródła wody użytkowej zaplanowano także w warszawskim Eurocentrum Office Complex (piętnastokondygnacyjny biurowiec o całkowitej powierzchni najmu blisko 70 tys. m²). Budynek ten w czerwcu 2011 r. został nagrodzony precertyfikatem LEED dla najlepszego ekologicznego biurowca w Polsce. Dzięki wtórnemu wykorzystaniu wód deszczowych do podlewania zieleni i spłukiwania toalet oraz zastosowaniu specjalnej armatury uzyskano oszczędność wody wodociągowej na poziomie 60%.

Kolejnym przykładem mającym na celu zrównoważone wykorzystanie wód opadowych jest realizacja projektu Błękitno-Zielonej Sieci w Łodzi, którego idea powstała w 2008 r. w Europejskim Regionalnym Centrum Ekohydrologii pod auspicjami UNESCO [12]. Sieć to koncepcja urbanistyczna mająca na celu połączenie terenów zieleni, lasów, zbiorników wodnych, a także obiektów sportowych i wypoczynkowych w system przenikający miasto.

Pierwszym etapem realizacji jest renaturyzacja rzeki Sokołówki, która jest odbiornikiem kanalizacji deszczowej dla wód opadowych z ulic miasta. Dzięki wykorzystaniu sieci kanałów i zbiorników, filtrów biologicznych oraz procesów naturalnych woda z rzeki jest oczyszczana w stopniu, który umożliwia tworzenie w jej dolnym biegu kąpielisk miejskich (fot. 2).

Systemy zrównoważone uwzględniono już na etapie planowania realizacji kilku warszawskich osiedli: Wilanów Zachodni, Floryda, Wilga VII czy Marina Mokotów. Osiedle Marina Mokotów jest największym w Polsce zespołem budownictwa mieszkaniowego (22 ha), w którym zastosowano system retencji wód opadowych zintegrowany z przestrzenią społeczną. Wykonany na tym terenie zbiornik wodny ze szczelnym dnem zasilany jest przez spływy z dachów (17 budynków wielorodzinnych, 70 domów jednorodzinnych i bliźniaczych). Lokalizacja w pobliżu placów zabaw, ścieżek spacerowych i miejsc wypoczynku sprawiła, że wokół zbiornika koncentruje się życie społeczne mieszkańców [11].

Cenną inicjatywą ostatnich lat w dużych polskich miastach są akcje zazieleniania betonowych podwórek, głównie oficyn w starej śródmiejskiej zabudowie. Tworzone są w ten sposób nowe przepuszczalne powierzchnie, gdzie woda opadowa, zamiast spływać bezpowrotnie do kanalizacji, może infiltrować do gruntu i zasilać wody gruntowe. W inicjatywach tych przodują Poznań i Szczecin.

W Polsce wykonywane są także dachy zielone. Przykładem inwestycji wielkopowierzchniowej wykonanej w tej technologii jest dach przykrywający gmach Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego (pow. ponad 1 ha) zrealizowany w 2002 r. oraz dach Centrum Naukowego „Kopernik” w Warszawie (pow. ok. 8,5 tys. m²) oddany do użytkowania w 2010 r. Spośród realizacji na mniejszą skalę wymienić można dachy zielone na budynkach Platinium Business Park w Warszawie, Europejskiego Centrum Solidarności w Gdańsku, Opery Podlaskiej w Białymstoku, Centrum Handlowego „Złote Tarasy” w Warszawie czy Biblioteki Uniwersytetu Lubelskiego.

Podsumowanie

Obecny dostęp do technologii i materiałów pozwala projektantom na opracowanie takich koncepcji odprowadzania wód deszczowych, które umożliwiają zmniejszenie ilości odprowadzanych wód do kanałów i spowalniają szybkość odpływu. Coraz większa liczba realizacji systemów zrównoważonego drenażu świadczy o stopniowym dojrzewaniu do podejmowania odważnych, ale i potrzebnych działań zmierzających do proekologicznego zagospodarowywania wód opadowych na terenach zurbanizowanych. Pozostaje mieć nadzieję, że funkcjonowanie już istniejących inwestycji zachęci do realizowania nowych projektów nie tylko za granicą, ale też w Polsce.

Literatura

1. Cahail S., Rain Gardens: Public Involvement for Water Quality, www.epa.gov.
2. City of Los Angeles Rainwater Harvesting Program. A Homeowner’s „How-To” Guide, I edycja, 2009, www.larainwaterharvesting.org.
3. Drapella-Hermansdorfer A., Ogielski P., Majewicz R., Zintegrowany system retencjonowania wód opadowych w osiedlu „Błękitne” w Siechnicach koło Wrocławia, w: Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, seria „Inżynieria Środowiska” XIII nr 502, Wrocław 2004.
4. Gąsiorowski M., Zagospodarowanie wód opadowych z wykorzystaniem systemów bagiennych, w: Łomotowski J., Wody opadowe a zjawiska ekstremalne, Wyd. Seidel-Przywecki, 2011.
5. Hauth E., A Sustainable Approach to Stormwater Management, www.portlandonline.com.
6. Januchta-Szostak A., Woda w miejskiej przestrzeni publicznej. Modelowe formy zagospodarowania wód opadowych i powierzchniowych, seria „Rozprawy” nr 454, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2011.
7. Kaźmierczak A., Carter J., Adaptation to climate change using green and blue infrastructure: A database of case studies. Raport 2010, www.grabs-eu.org/members­Area/files/malmo.pdf.
8. Kozłowska E., Proekologiczne gospodarowanie wodą opadową w aspekcie architektury krajobrazu, monografia LXVII nr II, w: Współczesne problemy architektury krajobrazu, Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, 2008.
9. Richard M., Green Alley. An Action Guide to Create a Greener, Environmentally Sustainable Chicago, The Chicago Handbook, 2010, www.cityofchicago.org.
10. Rogers R., The Greenwich Millennium Village, Greenwich Peninsula, south-east London, 2003, www.architecture.uwaterloo.ca.
11. Saloni-Sadowska M., Zespół zabudowy mieszkaniowej Marina Mokotów. Pomiędzy miastem a osiedlem – w poszukiwaniu tożsamości, „Czasopismo Techniczne” z. 2-A/2007.
12. Błękitno-Zielona Sieć – zagospodarowanie przestrzeni miejskiej dla poprawy jakości życia i zrównoważonego rozwoju Łodzi, sprawozdanie ze spotkania 28 maja 2009 r., switchlodz.wordpress.com.
13. Walter E., Polskie gospodarowanie wodą opadową, „Zieleń Miejska” nr 1/2010.
14. www.marinamokotow.pl