Zrównoważone systemy drenażu

W ostatnich latach nasilone a wręcz ekstremalne zjawiska meteorologiczne, intensywne lub długotrwałe deszcze, uwydatniły wiele problemów związanych z odprowadzaniem wód deszczowych. Systemy kanalizacji deszczowej i ogólnospławnej nie są przystosowane do przepuszczania pojawiających się nagle ogromnych ilości wód w bardzo krótkim czasie, co jest częstym zjawiskiem w obliczu zmian, jakie nastąpiły w klimacie w ostatnich latach. Ramowa dyrektywa wodna (2000/60/EC) kładzie bardzo duży nacisk na oddziaływanie systemów kanalizacji na jakość wód powierzchniowych. Wiadomo jest, że źle funkcjonujące systemy niekorzystnie oddziałują na te właśnie wody. Zwiększenie przepustowości systemów kanalizacji wiąże się z ogromnymi nakładami finansowymi i nie wydaje się być racjonalne ze względu na okresowość występowania ekstremalnych opadów. Aby osiągnąć bardziej zrównoważoną gospodarkę wodami powierzchniowymi (SWM – ang. surface water management), należy dokonać przekształcenia dotychczas stosowanych metod gospodarowania wodami opadowymi, tak aby odpowiadały procesom naturalnym. Przekształcenie to ma za zadanie przede wszystkim wykorzystanie alternatywnych sposobów zagospodarowania wód deszczowych, określane w literaturze polskiej jako zrównoważone systemy drenażu – ZSD (SuDS – Sustainable Drainage Systems) [1, 2]. CIRIA (Construction Industry Research and Information Association) – stowarzyszenie istniejące w Wielkiej Brytanii od 1960 r. – rozpoznało tę potrzebę na terenie własnego kraju.

Charakterystyka ZSD

Pojęcie zrównoważonych systemów drenażu zostało wprowadzone do polskiej nomenklatury przez architekt Ewę Kozłowską [9]. Zdefiniowała ona te systemy jako różne techniki i urządzenia gospodarowania wodą stosowane dla wyrównywania deficytów wody w ramach gospodarowania i zarządzania zasobami wód opadowych. Podkreśliła ich znaczenie w kształtowaniu małej retencji [14]. Stosowane rozwiązania spełniają funkcje estetyczne, pozwalają na odpoczynek wśród zieleni lub nad wodą, dzięki czemu możemy nazwać je oazami w przestrzeni miejskiej [11].

Zrównoważone systemy drenażu wykorzystują przestrzeń miejską do zatrzymania wody  w miejscu, w którym spadnie ona w postaci deszczu, a tym samym do redukowania odpływu z powierzchni uszczelnionych, takich jak dachy, ulice, chodniki. Zrównoważone systemy drenażu zwiększają zdolności retencyjne zlewni niemalże do poziomu charakterystycznego dla zlewni naturalnych, wykorzystują bowiem wszystkie rodzaje retencji zlewni: w obrębie obszarów nieprzepuszczalnych, przypowierzchniowej warstwy gleby, zagłębień terenowych i wód otwartych [8]. Renaturyzują małe obiegi wodne, zaburzone w wyniku utwardzania powierzchni i odprowadzania wód deszczowych za pomocą kanalizacji. Dla przykładu z posesji, na której zadaszenie domku rodzinnego wynosi 200 m², a utwardzenie podwórka 100 m², średnio rocznie odprowadzanych jest bezproduktywnie ok. 150 m³ wody deszczowej. Tyle wody w skali roku traci mały obieg wody [10].

Podstawowym warunkiem stosowania alternatywnych sposobów zagospodarowania wód deszczowych jest zmiana podejścia do wód deszczowych [7]. Przestają one być traktowane jako ściek, a zaczynają być postrzegane jako zasób i wtórne źródło wody. Jednocześnie konwencjonalne metody oparte przede wszystkim na urządzeniach z betonu i tworzyw sztucznych (szara infrastruktura) wypierane są w miarę możliwości przez elementy zielonej infrastruktury, wykorzystującej roślinność i elementy naturalne. Dzięki temu uzyskuje się nie tylko efekt hydrologiczny, ale także ładniejszy krajobraz i większą biologiczną różnorodność na terenie miasta lub osiedla.

Kolejnym celem ZSD jest przeciwdziałanie lub minimalizowanie skutków zaburzeń cyklu hydrologicznego wywołanych przez czynniki antropogeniczne (czyli wiązane z każdą formą wpływu człowieka na środowisko naturalne). Systemy te mają za zadanie odtworzenie naturalnych procesów zachodzących w środowisku, takich jak:

– infiltracja – przez zwiększenie udziału powierzchni przepuszczalnych i chłonnych, zasilanie wód podziemnych;

– retencja – przez zwiększenie udziału wód otwartych, naziemne i podziemne zbiorniki retencyjne, a także zastosowanie odpowiednich rozwiązań opartych na bioretencji;

– transpiracja i oczyszczanie – przez wykorzystanie odpowiednich gatunków roślin.

W rozwiązaniach wykorzystujących roślinność obowiązują te same prawa ekologii co w ekosystemach naturalnych [6]. Sprzyja to oczyszczaniu wód opadowych jak najbliżej miejsca ich powstawania, pozwala na dalsze ich wykorzystanie przy jednoczesnym ograniczeniu ilości i poprawie jakości wód spływających do niższych części zlewni i bezpośrednio do cieków.

Przykładowe rozwiązania retencjonujące wodę

Pojęcie ZSD zawiera bardzo wiele rozwiązań, niejednokrotnie znacznie różniących się od siebie. Jednak ich wspólną cechą jest harmonijne wpasowanie się w otoczenie i integralność z krajobrazem. Znajdują się wśród nich urządzenia: odprowadzające i drenujące (np. rury, rynny, rzygacze, rynsztoki, drenaże), chłonne (np. rowy, doły, studnie chłonne, zielone dachy), gromadzące i retencjonujące (wymienione w dalszej części pracy) oraz oczyszczające (np. pasaże roślinne, stawy sedymentacyjne, sztuczne ekosystemy bagienne). Niektóre pełnią jednocześnie kilka funkcji. Rozwiązania o charakterze małej retencji podzielić można na:

elementy krajobrazowe:

– stawy, muldy, niecki retencyjne,

– baseny adsorpcyjne,

– sztuczne ekosystemy bagienne,

– ogrody deszczowe;

elementy architektoniczne:

– specjalnie uformowane elementy dróg i placów miejskich, małe pojemniki, beczki, cysterny, zbiorniki naziemne i kwietniki gromadzące wodę;

– podziemne zbiorniki retencyjno-infiltracyjne;

– zielone dachy.

Grupa rozwiązań retencjonujących wodę, które zostały sklasyfikowane jako krajobrazowe, ze względu na swój charakter wymaga dość dużych powierzchni. Wśród nich wymieniane są stawy retencyjne, baseny adsorpcyjne oraz wszelkiego rodzaju sztuczne ekosystemy bagienne, które retencjonują wody deszczowe, często umożliwiając także ich infiltrację. Pojemność retencyjna tych obiektów zależy przede wszystkim od indywidualnych potrzeb i wielkości terenu, na którym mogą być zlokalizowane Przy odpowiednim wkomponowaniu ich w tereny zielone odgrywają one bardzo ważną rolę we wdrażaniu małej retencji na terenach miejskich. Warto odróżnić stawy retencyjne (fot. 1) od basenów adsorpcyjnych. Te pierwsze przeznaczone są do stałego retencjonowania wody, stanowią odbiorniki wód opadowych spływających z terenu lub urządzeń odwadniających. Drugie natomiast służą jedynie do okresowego zalewania i umożliwiają infiltrację i parowanie wód deszczowych. Zaleca się zalewanie basenów na okres nie dłuższy niż 72 godziny w celu uniknięcia problemu namnażania komarów w ich obrębie [10]. Muldy i niecki retencyjne to niewielkich rozmiarów zagłębienia terenowe porośnięte trawą lub niską roślinnością. Pełnią funkcję przelewów dla stawów lub występują jako samodzielne urządzenia gromadzące wody opadowe [9].

Fot. 1 Stawy retencyjne do gromadzenia wód deszczowych przy kompleksie biurowym Platinium Business Park w Warszawie (projekt: JEMS architekci/Grupa 5, realizacja: GCL sp. z o.o.) (fot. K. Krężałek)

Oprócz spowalniania i ograniczania spływu wód opadowych niezwykle istotna jest ich retencja i oczyszczanie [6]. Takie funkcje spełniają sztuczne ekosystemy bagienne, będące terenami podmokłymi obsadzonymi roślinnością znoszącą stałe lub okresowe zalewanie, powstałymi w wyniku celowej działalności człowieka. Najczęściej spotykane są w zabudowie podmiejskiej, gdzie stanowią ogniwo między krajobrazem naturalnym a zurbanizowanym.

Alternatywne metody zagospodarowania wód deszczowych mogą być także stosowane w niedużej skali na poziomie prywatnych posesji (miejskich i wiejskich). Jest to istotny element do uwzględnienia podczas obecnej dyskusji na temat wprowadzenia opłat za odprowadzanie wody deszczowej. Powierzchnie, z których wody opadowe są zagospodarowywane na terenie nieruchomości, nie podlegają opłacie. Przykładem prawidłowego zagospodarowania tych wód są przydomowe ogrody wykonane w technologii ogrodów deszczowych. Technologia polega na gromadzeniu wody z dachu (z rynien), utwardzonych chodników lub podjazdów w specjalnie zaprojektowanej części ogrodu, w obniżeniu terenowym obsadzanym roślinami odpornymi na okresowe zalewanie (bioretencja). Często ogrodom deszczowym towarzyszą systemy oczek wodnych. Jedynie nadmiar wody po intensywnych opadach odprowadzany jest do kanalizacji. Powierzchnia ogrodów deszczowych jest proporcjonalna do powierzchni uszczelnionych i wynosi najczęściej 10–30 m² dla zabudowy jednorodzinnej i 90–100 m² przy odwadnianiu powierzchni komunikacyjnych. Proporcja między długością a szerokością takiego ogrodu wynosi jak 1:1,5, przez co najczęściej ogrody mają kształt regularnej elipsy lub fasoli [12], jednak przy odwodnieniach komunikacyjnych często spotykane jest odstępstwo od tej zasady. Na szerszą skalę ogrody deszczowe mogą wchodzić w skład skomplikowanych instalacji drenarskich w przestrzeniach zurbanizowanych.

 Z braku możliwości wykonania ogrodu deszczowego na terenie posesji możliwe jest retencjonowanie wody w szczelnych zbiornikach, np. beczkach, cysternach. Zgromadzone wody deszczowe mogą być następnie wykorzystywane do podlewania roślin lub innych celów gospodarczych, gdy nie wymagana jest najlepsza jakość wody. Istnieją także specjalne systemy kwietników (fot. 2), które podłączone są bezpośrednio do rynien, dzięki czemu rośliny korzystają z zapasu wody deszczowej spływającej z powierzchni dachów.

Fot. 2 Naziemny zbiornik Madison do gromadzenia wody deszczowej spływającej z dachu, połączony z kwietnikiem (fot. Mayne Inc.)

Tam, gdzie mamy do czynienia z małą powierzchnią terenu umożliwiającego retencjonowanie wody, często stosowane są mniejsze i większe podziemne zbiorniki retencyjno-infiltracyjne. Dotyczy to zwłaszcza centrów miast o dosyć gęstej zabudowie. Wody retencjonowane w takich zbiornikach mogą być wtórnie wykorzystane, np. do podlewania klombów lub drzew rosnących wzdłuż ulicy.

W Polsce coraz częściej spotyka się zielone dachy. To rozwiązanie coraz częściej znajduje zastosowanie w nowoczesnych projektach. Doświadczenia zagraniczne wykazały, że pojemność retencyjna dachów zielonych dochodzi nawet do 110 dm³/m² (o zielonych dachach pisaliśmy w „IB” nr 6/2012 i 8/2010 – red.).

Korzyści wynikające ze stosowania ZSD

Wykorzystanie zrównoważonych systemów drenażu ma liczne zalety. Najważniejsza z nich to zmniejszenie negatywnych skutków przekształceń antropologicznych w środowisku, takich jak obniżenie zwierciadła wód gruntowych, zaburzenia cyklu hydrologicznego, zwiększone ryzyko powodzi i podtapiania przez przeciążoną kanalizację deszczową. Równorzędnie należy wymienić wiele korzyści dla środowiska przyrodniczego, np. lepszą kondycję roślin, zwiększenie bioróżnorodności i zapobieganie zmianom mikroklimatu – w pewnym stopniu ograniczają zjawisko „miejskiej wyspy ciepła”. W sensie społecznym i ekonomicznym istotna jest możliwość wtórnego wykorzystania wód deszczowych dla celów bytowych, oszczędność wody pitnej niejednokrotnie używanej do podlewania zieleni miejskiej, a także obniżenie temperatury w mieście i niższe koszty klimatyzacji budynków. Ponadto rozwiązania te pozwalają na poprawę jakości powietrza przez zapobieganie jego osuszaniu i ograniczenie stężenia alergenów i pyłów zawieszonych, a w dalszej kolejności prowadzą do redukcji zachorowalności na choroby układu oddechowego. W szerszym sensie te wszystkie korzyści związane są z działaniami w kierunku przywrócenia równowagi w bilansie wodnym i uczynienia środowiska zurbanizowanego nieco bardziej naturalnym [3, 4, 9].

Podsumowanie

Gromadzenie i wykorzystywanie wód opadowych jest jednym ze sposobów adaptacji do zachodzących zmian klimatycznych. Zastosowanie odpowiednich rozwiązań projektowych pozwala zniwelować skutki nadmiarów i deficytów wody. Warto o tym pamiętać przy planowaniu lub rewitalizacji obszarów zabudowanych. C.J. Digman [4] twierdzi, że „nie ma powierzchni bezużytecznych” dla tego typu rozwiązań i mogą one być stosowane w bardzo różnych miejscach. Mała retencja może znaleźć zastosowanie na terenach podlegających urbanizacji. Odpowiednio wprowadzana w środowisko miejskie jest rozwiązaniem łączącym interesy rozwoju infrastruktury i środowiska przyrodniczego.

mgr inż. Katarzyna Krężałek

 Zakład Zasobów Wodnych

Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Falenty

Uwaga: Tekst jest oparty na artykule K. Krężałek Mała retencja na terenach zurbanizowanych, który ukazał się w nr 4/2012 „Wiadomości Melioracyjnych i Łąkarskich” (kwartalnika Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Wodnych i Melioracyjnych).

Literatura

1. CIRIA, Sustainable Urban Drainage Systems: Best Practice Manual, Report C523, Construction Industry Research & Information Association, London 2001.

2. CIRIA, Guidance on retrofitting surface water management measures, Report RP922, Construction Industry Research & Information Association, London 2009.

3. C.J. Digman i in., The challenge of delivering integrated urban drainage, WaPUG Autumn Conference, 2006.

4. C.J. Digman, No space is useless,  „World Water” Vol. 33/Issue 6, 2010.

5. C.J. Digman, D.J. Balmforth, R.M. Ashley, V. Stovin, J. Glerum, P. Shaffer, Retrofitting Surface Water Management Measures, WaPUG Spring Conference, 2010.

6. M. Gąsiorowski, Zagospodarowanie wód opadowych z wykorzystaniem systemów bagiennych [w:] J. Łomotowski, „Wody opadowe a zjawiska ekstremalne”, Wyd. Seidel-Przywecki, Warszawa 2011.

7. W. Geiger, H. Dreiseitl, Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych. Poradnik, Oficyna Wydawnicza Projprzem–Eko, Bydgoszcz 1999.

8. M. Gutry-Korycka, Podstawy teoretyczne kształtowania różnych form retencji [w:] „Rola retencji zlewni w kształtowaniu wezbrań opadowych”, pod red. M. Gutry-Koryckiej, B. Nowickiej, U. Soczyńskiej, Uniwersytet Warszawski, Warszawa 2003.

9. E. Kozłowska, Proekologiczne gospodarowanie wodą opadową w aspekcie architektury krajobrazu, Monografia LXVII, nr II [w:] „Współczesne problemy architektury krajobrazu”, Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2008.

10. M. Kravčík, P. Varga, J. Hronský, J. Pajtinková, D. Kravčíková, „Zyskaj, chroniąc środowisko”, cz. I: Zatrzymaj wodę tam, gdzie żyjesz, Wyd. Żywiecka Fundacja Rozwoju, 2010.

11. K. Krężałek, Oazy w krajobrazie zurbanizowanym – piękno i funkcjonalność, „Architektura krajobrazu” nr 4/2011, Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2011.

12. J. Królikowska, A. Królikowski, Wody opadowe. Odprowadzanie, zagospodarowanie, podczyszczanie i wykorzystanie, Wyd. Seidel-Przywecki, Warszawa 2012.

13. W. Mioduszewski, Funkcje małej retencji w krajobrazie rolniczym, „Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie” nr 2/2010.

14. E. Walter, Zrównoważone systemy drenażu a mała retencja, „Wodociągi  Kanalizacja” nr 4/2010.