Modernizacja systemu kanalizacji deszczowej w Bydgoszczy

Bydgoska koncepcja „rozproszonej retencji” zrywa z filozofią odprowadzania całości wód opadowych i roztopowych do rzek. Zamiast tego dążymy do maksymalnego wykorzystania deszczu na terenie miasta – opowiada mgr inż. Stanisław Drzewiecki, prezes zarządu Miejskich Wodociągów i Kanalizacji w Bydgoszczy z o.o.

Pierwsze przymiarki do modernizacji systemu kanalizacji deszczowej w Bydgoszczy podjęto ćwierć wieku temu. Jakie były tego przyczyny?

Miejskie systemy kanalizacji deszczowej są dziś z reguły skrajnie niewydolne. Po pierwsze dlatego, że projektowano je kilkadziesiąt lat temu w odniesieniu do zupełnie innych standardów uszczelnienia zlewni – współcześnie miasta są niemal w całości „zabetonowane”: pasy drogowe, chodniki, parkingi, place, gęsta zabudowa terenów mieszkaniowych i przemysłowo-usługowych… Kolejny czynnik to zmiana charakterystyki opadów w wyniku zmian klimatycznych – przeciętny czas trwania opadów wydłużył się w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat aż trzy-, czterokrotnie, zaś ich objętość wzrosła prawie trzykrotnie. Drastyczny wzrost uszczelnienia zlewni i zwiększenie poziomu opadów powodują, że w całym kraju miasta borykają się dziś z zalaniami i podtopieniami.

Bydgoszcz to ósme miasto w Polsce pod względem liczby ludności i jak każda duża aglomeracja ponosi szkody związane ze skutkami zagęszczenia zabudowy mieszkaniowej, przemysłowej i usługowej. Projekt był odpowiedzią na wieloletnie zaniedbania w utrzymaniu i rozwoju sieci kanalizacji deszczowej, a także wyzwania związane z adaptacją miasta do zmian klimatu. Pierwsze działania planistyczne i analizy inżynierskie w kierunku modernizacji kanalizacji deszczowej podjęliśmy w 2000 r. Wtedy to powstało studium programowo-przestrzenne systemu kanalizacji deszczowej w Bydgoszczy – dokument, w którym przedstawiono analizę systemu odwodnienia na obszarze całego miasta, uwzględniając stan istniejący, ówczesne uwarunkowania i niedobory, a także perspektywę rozwoju – w okresie 25 i 50 lat. Infrastruktura wodno-kanalizacyjna to infrastruktura, od której wymaga się długiego okresu trwałości użytkowania – co najmniej od 50 do 80 lat – chociażby z tego powodu, że inwestycje w tym zakresie są bardzo kapitałochłonne. Warto zauważyć, że w Bydgoszczy do tej pory używane są kanały wybudowane w 1900 r., a więc 124 lata temu, które po bieżących remontach i naprawach w dalszym ciągu są zdatne do użytku.

To pierwsze działanie pozwoliło nam zdiagnozować niedobory systemu odwodnienia miasta – wtedy po raz pierwszy wykonaliśmy analizy hydrauliczne pracy tego systemu z wykorzystaniem aplikacji komputerowych, co prawda mniej zaawansowanych niż te dzisiejsze, ale to i tak był ogromny skok technologiczny. Przedtem obliczenia inżynierskie sieci kanałów deszczowych wykonywano według bardzo uproszczonych metod, opracowanych jeszcze przed wojną na podstawie nieprecyzyjnych danych, co skutkowało tym, że były one obarczone ryzykiem błędu o rząd, a nawet dwa rzędy wielkości.

>>> Kolektor burzowy na Starym Mieście w Poznaniu w przebudowie

>>> Retencjonowanie wody z wykorzystaniem dachów zielonych

>>> Wody deszczowe w kontekście rozwoju terenów zurbanizowanych

Pierwszy projekt w zakresie kanalizacji deszczowej pn. „Bydgoski System Wodny i Kanalizacyjny II” realizowany był w latach 2004–2013. Na czym polegała ta inwestycja?

Pierwotny zakres projektu obejmował dwa priorytetowe działania, które stanowiły wykonanie zobowiązań związanych z akcesją Polski do Unii Europejskiej. Po pierwsze celem projektu była ochrona zasobów ujęć wody dla Bydgoszczy. Dwa istniejące ujęcia wody zlokalizowane są w granicach miasta, w sąsiedztwie terenów zurbanizowanych, i obejmują ogromne obszary sięgające tysięcy hektarów stref ochrony sanitarnej. Aby zagwarantować wysoką jakość wody w ujęciu – i tym samym w kranie – należało ochronić te obszary od zanieczyszczenia ściekami z kanalizacji deszczowej. W ujęciu technologicznym woda deszczowa jest bowiem ściekiem – spływając nawierzchnią ulic i chodników oraz po dachach przejmuje ona wszelkie miejskie zanieczyszczenia. Drugi cel to ochrona cieków wodnych: rzeki Wisły, rzeki Brdy i Kanału Bydgoskiego poprzez budowę urządzeń do oczyszczania wód deszczowych na wylotach do ich koryt. Obydwa działania wpisywały się w realizację wymogów określonych w Ramowej Dyrektywie Wodnej Unii Europejskiej i Krajowym programie oczyszczania ścieków komunalnych (związanym z wypełnianiem zobowiązań traktatowych) i uzyskały finansowanie w ramach Funduszu Spójności Unii Europejskiej na lata 2004–2006.

Rys. „Katalog zielono-niebieskiej infrastruktury”. Rys. Miejskie Wodociągi i Kanalizacja w Bydgoszczy sp. z o.o.

Następnie w latach 2013–2016 Bydgoszcz rozpoczęła prace nad kompleksową modernizacją i renowacją kanalizacji deszczowej w mieście. Jakie były cele i założenia tego projektu?

W 2013 r. Rada Miasta Bydgoszczy podjęła uchwałę, która stanowi, że zadania własne Miasta Bydgoszczy w zakresie utrzymania i eksploatacji urządzeń kanalizacji deszczowej, przeznaczonych do odprowadzania wód opadowych i roztopowych, wykonywane będą przez spółkę Miejskie Wodociągi i Kanalizacja w Bydgoszczy. W wyniku uchwały spółka przejęła na własność w drodze aportu m.in. ok. 250 km kanalizacji deszczowej. Chcę podkreślić, że rada miasta wykazała się wysoką świadomością zagrożeń w zakresie ryzyka występowania tzw. powodzi miejskich, związanych z czynnikami klimatycznymi i skutkujących często stratami materialnymi. Wtedy jeszcze wiele samorządów traktowało regularne zalania ulic i lokalne podtopienia jako „naturalną” konsekwencję deszczy nawalnych – stosunkowo krótkich, ale intensywnych, które występują coraz częściej. Tymczasem według obowiązującej europejskiej normy podtopienia spowodowane deszczem nawalnym powinny występować nie częściej niż raz na 20 lat w zabudowie mieszkaniowej – w praktyce występują średnio raz w roku, a nawet częściej. Z kolei w centrach miast, na terenach usługowych i przemysłowych, dopuszczalna częstość wylewów z kanalizacji deszczowej to raz na 30 lat. Natomiast np. przy dworcu PKS na ul. Jagiellońskiej było 11 zalań w ciągu 7 lat (2009–2015). Wyniki analiz hydraulicznych pokazały nam, że 3500 budynków w Bydgoszczy – czyli aż 18% wszystkich – jest zagrożonych podtopieniem lub zalaniem. Podobnie 75 km dróg jest zagrożonych zatopieniem. Szkody, jakie powstałyby z tego powodu, oszacowano w 2016 r. na 450 mln zł. Częste zalania powodują dużo wyższe straty niż koszty budowy i utrzymania nowego systemu, który będzie im zapobiegał. Dlatego miasto podjęło decyzję o konieczności kompleksowej modernizacji sieci kanalizacji deszczowej.

>>> Gromadzenie deszczówki

>>> Cyfrowe projektowanie systemów odwodnień

Jakie konkretnie działania podjęto w ramach tego projektu?

Pierwszym działaniem spółki Miejskie Wodociągi i Kanalizacja w Bydgoszczy sp. z o.o. była inwentaryzacja i ocena stanu technicznego istniejącej sieci kanalizacji deszczowej. Zidentyfikowano 76 zlewni deszczowych, wykonano szczegółowy przegląd studni, kanałów, wylotów do odbiorników, aż 7700 odcinków sieci, a także oceniono stan zbiorników otwartych. Okazało się, że stopień zapiaszczenia kanałów jest bardzo wysoki – 28,8% sieci było zapiaszczonych w 50–80%, a 36,5% sieci – w 30–50%. Inwentaryzacja realizowana była przez wiele miesięcy przez pracowników spółki. Była ona konieczna, ponieważ dane zawarte na mapach geodezyjnych zupełnie nie zgadzały się z rzeczywistością – blisko jedna trzecia wszystkich danych była błędna. Dość powiedzieć, że gdy przeprowadziliśmy pierwsze komputerowe obliczenia na podstawie danych z map geodezyjnych, okazało się, że prawa hydrauliki w naszym mieście nie obowiązują. Wyniki, jakie wtedy otrzymaliśmy, były po prostu absurdalne. Dopiero przeprowadzone przez nas pomiary inwentaryzacyjne istniejącej sieci i obiektów na niej usytuowanych dały nam właściwą podstawę do opracowania wirtualnego modelu odwzorowującego rzeczywistą sieć kanalizacji deszczowej.

Fot. 3. Zielona ściana w Bydgoszczy. Fot. Miejskie Wodociągi i Kanalizacja w Bydgoszczy sp. z o.o.

Zagadnienia związane z przepływem wód opadowych po terenie i w kanałach są bardzo złożone, wymagają wielu skomplikowanych symulacji z wykorzystaniem narzędzi matematycznych z obszaru matematyki statystycznej. Nie ma dwóch takich samych deszczów, każdy deszcz jest inny. Dlatego w dalszej kolejności należało opracować model opadu matematyczne formuły, które opisują opad: czas jego trwania, zmiany intensywności, jego wysokość itd. Model opadowy można sporządzić wyłącznie na podstawie rzeczywistych pomiarów opadów w danym punkcie. Mieliśmy wielkie szczęście, bo w Bydgoszczy takie dane były rejestrowane w sposób ciągły przez bardzo precyzyjne urządzenia mechaniczne – pluwiografy, a także deszczomierze elektroniczne przez 54 lata (minimalny okres obserwacji ciągłych dla stworzenia modelu opadowego wynosi 30 lat). Z tej obszernej bazy danych prowadzonych przez wyspecjalizowaną jednostkę wybrano ok. 240 nawalnych opadów jako najbardziej charakterystycznych (co do czasu trwania, wysokości itd.). Stały się one podstawą do stworzenia aktualnego i prognozowanego (na lata 2016–2050) modelu opadowego dla Bydgoszczy, który opracował wybitny specjalista z dziedziny hydrologii miejskiej – prof. dr hab. inż. Paweł Licznar z Politechniki Wrocławskiej. Trzecim źródłem danych był numeryczny model terenu stworzony na podstawie lotniczego skaningu laserowego, charakteryzujący się dużą gęstością i wysoką dokładnością zarejestrowanych punktów.

W oparciu o wspomniane źródła danych powstał kolejny model zintegrowany, na którym można symulować różne stany, np. analizować, jak zmieniają się przepływy, wypływy, podtopienia, powierzchnia obszarów zalanych w zależności od rozmaitych czynników związanych z prawdopodobieństwem występowania deszczu. Po wprowadzeniu do aplikacji danych odnośnie do prawdopodobieństwa deszczu system oblicza, jaki będzie strumień opadu, jakie objętości zostaną odprowadzone przez kanał do rzeki, a jakie wypłyną, w jakich punktach, jaki zatopią obszar. W ten sposób zdiagnozowano skalę zagrożeń w konkretnych zlewniach na terenie miasta. Po zdiagnozowaniu słabych punktów istniejącej sieci kanalizacyjnej rozpoczęły się symulacje polegające na wprowadzaniu rozmaitych wariantów modyfikacji tej sieci i badaniu ich efektów w celu znalezienia optymalnego rozwiązania – sprawdzaliśmy, czy podtopienia w miejscach, gdzie system jest przeciążony, można wyeliminować poprzez zbiornik retencyjny, połączenie kanałów, regulator przepływu. Niestety, w przypadku tak niepowtarzalnego zjawiska, jakim jest deszcz, mamy więcej niewiadomych niż twardych danych – możliwych wariantów jest tak wiele, że nasi inżynierowie musieli pracować metodą prób i błędów. Żeby zobrazować skalę problemu w Bydgoszczy mamy 76 zlewni. Dla każdej zlewni trzeba było wykonać ok. 60 symulacji. W trakcie projektu przeprowadziliśmy precyzyjne analizy dla 24 zlewni, w których problem niewydolności sieci kanalizacji deszczowej był najpoważniejszy. Bez nowoczesnych technik komputerowych takie zadanie byłoby praktycznie niewykonalne. Wyniki przeprowadzonych symulacji stały się następnie podstawą opracowania koncepcji inżynierskiej zakresu planowanej inwestycji modernizacji bydgoskiego systemu deszczowego i jej wstępnego kosztorysu. W październiku 2016 r. spółka złożyła wniosek o dofinansowanie projektu ze środków Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko na lata 2014–2020 w ramach osi priorytetowej „Ochrona środowiska, w tym adaptacja do zmian klimatu”. Projekt „Budowa i przebudowa kanalizacji deszczowej i dostosowanie sieci kanalizacji deszczowej do zmian klimatycznych na terenie miasta Bydgoszczy” został podzielony na dwa zadania.

Pierwsze zadanie obejmowało wyczyszczenie i bezwykopową renowację istniejących kanałów deszczowych o długości ok. 90 km poprzez zastosowanie innowacyjnej technologii rękawa utwardzanego na miejscu (CIPP), bez potrzeby kopania rowów i niszczenia istniejącej infrastruktury drogowej. Zły stan techniczny niektórych odcinków kanałów niestety uniemożliwił zastosowanie tej metody i spowodował konieczność ich standardowej naprawy lub przebudowy.

Drugie zadanie, realizowane w formule „projektuj i wybuduj”, obejmowało budowę nowych kanałów deszczowych, zbiorników retencyjnych przepływowych, zbiorników ze skrzynek rozsączających, oczyszczalni ścieków deszczowych oraz wylotów do odbiorników, urządzeń umożliwiających oczyszczenie i zagospodarowanie wody deszczowej na terenach zielonych, a także przebudowę istniejących kanałów deszczowych w celu regulacji pracy całego układu (np. zamontowanie dławień). Na tym etapie niestety musieliśmy zmierzyć się jako inwestor z licznymi trudnościami, m.in. brakiem doświadczonych projektantów z branży sanitarnej po stronie wykonawców, co doprowadziło do tego, że część projektów musieli dokończyć projektanci zatrudnieni w naszej spółce. Podjęte przez spółkę skuteczne działania naprawcze i wyłonienie nowych wykonawców umożliwiły nam ukończenie realizacji inwestycji w terminie.

Warto zwrócić uwagę na proporcje pomiędzy poszczególnymi elementami całości przedsięwzięcia – w ramach inwestycji wybudowano jedynie 9 km nowych kanałów, które stanowią przede wszystkim brakujące połączenia między zlewniami, zaś przebudowano ok. 90 km. Realizacja projektu w przeważającym stopniu polegała na budowie i przebudowie obiektów oraz urządzeń do gospodarowania wodami opadowymi: zbiorników retencyjnych, oczyszczalni, systemów wykorzystania wody opadowej do podlewania terenów zielonych, upustów do wysychających miejskich stawów itp., a więc skupiona była na maksymalnym zatrzymaniu wody opadowej na obszarze miasta i jej skutecznym wykorzystaniu. Po wprowadzeniu retencji i renowacji istniejących kanałów ich przepustowość okazała się w zupełności wystarczająca.

Realizacja inwestycji została bardzo wysoko oceniona przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. To jedyny w skali kraju projekt, który w 100% wypełnia założenia strategii Unii Europejskiej oraz polityki rządu w zakresie przeciwdziałania zmianom klimatycznym i uczynienia miast odpornymi na zmiany klimatyczne. Od 2016 r., gdy powstała nasza autorska koncepcja, żadne inne miasto w Polsce nie zdołało zrealizować podobnego przedsięwzięcia w zbliżonej skali.

Fot. 2. Modernizacja kanalizacji deszczowej. Budowa zbiornika w ciągu ul. Mickiewicza. Fot. Miejskie Wodociągi i Kanalizacja w Bydgoszczy sp. z o.o.

Na czym polega nowatorstwo tej koncepcji?

Celem projektu jest maksymalne wykorzystanie deszczówki i jednocześnie ograniczenie ilości odprowadzanych wód deszczowych. Ideą jest, aby miasto funkcjonowało jak gąbka, akumulując wodę deszczową i umożliwiając jej wykorzystanie w okresach suszy. W wyniku zmian klimatycznych nasila się częstotliwość występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych – krótkotrwałych, ale intensywnych deszczów, których nie jest w stanie odebrać istniejąca sieć kanalizacyjna. Z drugiej strony zmiany klimatyczne powodują długie okresy suszy. Raz wody jest za dużo, a za chwilę – za mało.

W Bydgoszczy, jak w większości dużych miast w Polsce, główny powód zalań i podtopień to nadmierne uszczelnianie powierzchni biologicznie czynnych – zwłaszcza poprzez ich betonowanie i asfaltowanie. Woda, zamiast wsiąkać w grunt, spływa strumieniami po ulicach. Zamiast wykorzystywać wody opadowe, do tej pory stawialiśmy na to, by jak najszybciej pozbyć się ich z miasta. To myślenie dominuje nadal w większości samorządów – w skali kraju retencjonowane jest tylko 7% wody deszczowej, chociaż w miastach jest ogromny deficyt wody przypowierzchniowej, co powoduje, że roślinność przedwcześnie więdnie. Bydgoszcz postanowiła „powrócić do natury” poprzez budowę sztucznych zbiorników, które będą gromadziły wodę w mieście, kiedy jest jej za dużo, by wykorzystać ją w okresach niedoborów. W sumie powstało kilkadziesiąt zbiorników o różnej pojemności – od 50 do 2500 m³. Te zbiorniki pełnią różne funkcje. Niektóre z nich mają tylko przetrzymać nadmiarową wodę, której nie jest w stanie przyjąć na bieżąco sieć kanalizacyjna, a po ustaniu opadów uwolnić ją do kanału. Inne zatrzymują wodę z perspektywą jej wykorzystania w późniejszym okresie. Po oczyszczeniu zretencjonowana woda będzie zasilać miejską zieleń: parki, wyschnięte oczka wodne itd. W efekcie projektu 30% wód opadowych zostanie zretencjonowanych. System będzie stale monitorowany z użyciem bardzo gęstej, precyzyjnej sieci pomiarowej i rozwiązań opartych na sztucznej inteligencji, co umożliwi wprowadzanie bieżących korekt w celu maksymalnego zagospodarowania wody deszczowej na terenie miasta.

Fot. 1. Spotkanie w siedzibie MWiK w Bydgoszczy: prof. dr hab. inż. Adam Podhorecki, zastępca przewodniczącej Okręgowej Rady KUP OIIB, mgr inż. Stanisław Drzewiecki, prezes MWiK w Bydgoszczy sp. z o.o., mgr inż. Renata Staszak, przewodnicząca Okręgowej Rady KUP OIIB. Fot. archiwum KUP OIIB

Ta nowa filozofia działania – kształtowania miejskiej przestrzeni w symbiozie z wodą – wykorzystywana będzie przez miasto w planowaniu przestrzennym. Bez odpowiedniego podejścia do planowania przestrzeni miejskiej koszty związane z rozbudową i renowacją kanalizacji deszczowej będą stale rosły. MWiK opracował katalog zielono-niebieskich rozwiązań, które zatrzymując wodę deszczową, mogą przeciwdziałać podtopieniom, zwiększyć bioróżnorodność, poprawić mikroklimat. Podzielono je na kilka obszarów, w których mogą być zastosowane: domy jednorodzinne, drogi i ciągi komunikacyjne, osiedla, parki, zabudowa zwarta, parkingi, place, obiekty handlowe. To m.in. rowy chłonne, ogrody deszczowe, fontanny z retencją, place wodne (które wypełniają się wodą tylko na czas gwałtownych opadów, a w okresach bezdeszczowych pełnią inne funkcje), utwardzone nawierzchnie przepuszczalne, a także rozwiązania do zastosowań indywidualnych, takie jak zbiorniki na deszczówkę przy domu czy zielone dachy. Katalog adresowany jest zarówno do pracowników urzędu miasta, architektów, urbanistów, zarządców osiedli, wspólnot mieszkaniowych czy inwestorów, jak i do wszystkich mieszkańców Bydgoszczy, którzy z powodzeniem mogą wdrażać niektóre rozwiązania np. w przydomowych ogródkach. „Katalog zielono-niebieskiej infrastruktury” jest dostępny bezpłatnie na stronie internetowej www.mwik.bydgoszcz.pl. Dzięki temu każdy mieszkaniec Bydgoszczy może wdrożyć rozwiązanie, które przyczyni się do odciążenia kanalizacji deszczowej i poprawi warunki środowiskowe w miejscu zamieszkania, co w przyszłości przełoży się także bezpośrednio na indywidualne korzyści ekonomiczne dzięki zmniejszeniu opłat za odprowadzanie wód opadowych. Na bazie naszych doświadczeń opracowaliśmy także „Bydgoskie Standardy Wód Opadowych” – zbiór wytycznych dotyczących projektowania, modelowania, wykonawstwa, eksploatacji sieci kanalizacji deszczowej i innych aspektów zagospodarowania wód deszczowych, które mogą być zastosowane w innych miastach. Stanowi to nasz wkład w rozwój branży wodociągowo-kanalizacyjnej.

Rozmawiał Piotr Gajdowski

Wywiad ukazał się w „Naszych Aktualnościach” – Informatorze Kujawsko-Pomorskiej OIIB nr 7/2024.