Wody opadowe. Jak zagospodarować wody opadowe w miastach?

Wody opadowe w miastach są marnotrawione. Spowolnienie spływu lub całkowite zagospodarowanie wód opadowych staje się obecnie koniecznym wyzwaniem. Wymuszają to nieuniknione zmiany klimatu. Skuteczne sposoby zagospodarowania wody opadowej w miastach mogą zapewnić odpowiednie nawodnienie gruntu i przy okazji zapobiec podtopieniom budynków.

Spis treści

1. Wody opadowe – dlaczego trzeba je magazynować w miastach?
2. Wody opadowe zbierane z powierzchni gruntu
3. Sposoby na gromadzenie wody opadowej pod ziemią
4. Wody opadowe w zbiornikach otwartych
5. Wody opadowe zbierane z dachów
6. Przykłady zagospodarowania wód opadowych
7. O autorze artykułu

Wody opadowe – dlaczego trzeba je magazynować w miastach?

Wraz z powiększaniem się miast coraz mniej wody opadowej odprowadzane jest do gruntu, zmniejsza się parowanie jej do atmosfery, wzrasta za to odpływ powierzchniowy do kanalizacji oraz do cieków wodnych. Tym samym poziom wód gruntowych opada i zwiększa się zagrożenie podtopień.

Eskalują zjawiska atmosferyczne, czyli susze przeplatane z ulewnymi deszczami i powodziami, brak śniegu skutkujący mniejszą ilością wody w gruncie. Coraz wyraźniej widać także niekorzystne zmiany klimatyczne i przyrodnicze, w tym stepowienie krajobrazu. Na terenach rolniczych tylko 20% wód opadowych trafia bezpośrednio do rzek i potoków, podczas gdy w wybetonowanych pustyniach miejskich jest to prawie 100%.

Na terenach niezabudowanych woda opadowa infliltruje do gleby, tak że stan wód gruntowych zależny jest jedynie od czynników naturalnych, czyli od pory roku oraz pogody. Zabudowa oraz związana z nią kanalizacja doprowadza do obniżania się poziomu wód gruntowych. Po zastosowaniu systemów infiltracyjnych woda opadowa z terenów zabudowanych zasila wody gruntowe przeciwdziałając opadaniu ich lustra.

Pilne staje się więc ograniczenie spływu wody z terenów zurbanizowanych oraz opracowanie skutecznych sposobów jej zagospodarowania. Zamiast odprowadzać deszczówkę zaraz po opadach do cieków wodnych, można ją magazynować, np. w podziemnych cysternach i zużywać potem do prania, spłukiwania toalet czy podlewania roślin, a nadmiar wody (który doprowadza do przeciążania instalacji odprowadzającej podczas intensywnych opadów) rozsączać w kontrolowany sposób do gruntu.

Instalacje do infiltracji (rozsączania) wód opadowych mogą być:

• powierzchniowe
• podziemne
• jako zbiorniki otwarte
• usytuowane na dachach

Wody opadowe zbierane z powierzchni gruntu

Do metod rozsączania powierzchniowego wód opadowych należą:

• odpowiednio ukształtowane nawierzchnie (z przesiąkliwych kostek brukowych, szutrowe, szutrowo-trawiaste, trawniki)
• niecki filtracyjne z podpiętrzaniem.

Warunkiem skuteczności tych metod jest jednak odpowiednio przepuszczalny grunt. Nie mogą to być gleby gliniaste. Również warstwa nośna nawierzchni, występująca zwykle pod jej powierzchnią, musi być przepuszczalna. Poniżej przykłady nawierzchni przepuszczalnych.

Zaletą niecek filtracyjnych jest to, że można w nich gromadzić znacznie więcej wody (i to na stosunkowo małej powierzchni). Niecki łatwo zintegrować z otaczającymi budynki terenami zieleni. Do ich obsadzania służą specjalnie do tego produkowane mieszanki roślin wilgociolubnych. W ich skład wchodzą tzw. rośliny repozycyjne, które ukorzeniając się poprawiają zdolności infiltracyjne gruntu, niektóre z nich nawet na głębokość 1 m. Zapewniają one wysoką sprawność hydrauliczną gruntu.

Powierzchniowe systemy infiltracyjne wyróżniają się prostotą konstrukcji, niskim kosztami budowy a potem niewymagającą nakładów i niekłopotliwą obsługą.

Sposoby na gromadzenie wody opadowej pod ziemią

Podziemny system infiltracji składa się zazwyczaj z rowów wypełnionych tłuczniem lub żwirem, a ostatnio – specjalnie prefabrykowanymi do tego celu elementami infiltracyjnymi o dużych pojemnościach. Warstwy żwiru lub elementy prefabrykowane okrywa się geowłókniną filtracyjną, która zapobiega przemieszczaniu się cząstek wypłukiwanych z gleby. Aby uniknąć zamulania rur drenarskich, układanych na dnie rowów w celu lepszego rozprowadzania wody, stosuje się filtry zatrzymujące zanieczyszczenia.

Zaletą tego rozwiązania jest znaczna zdolność retencji przy niewielkim zapotrzebowaniu na teren. Minusem – możliwość zastosowania tylko na glebach przepuszczalnych i przy niskich stanach wód gruntowych, a także utrudniony dostęp, a więc i mała możliwość kontroli oraz wysoki koszt budowy i ryzyko przedostawania się do gruntu wód nieoczyszczonych.

Wody opadowe w zbiornikach otwartych

Zbiorniki retencyjne, w tym stawy retencyjne, mogą być nieuszczelniane, uszczelniane częściowo lub całkowicie. Zbiorniki otwarte lokalizowane w miastach mogą być efektownym elementem urbanistycznym.

Budując takie zbiorniki należy właściwie zaprojektować systemy uzdatniania wody w nich retencjonowanej. Muszą one uwzględniać nie tylko obciążenia poprzez zanieczyszczenia mechaniczne, ropopochodne i inne kontaminacje, ale istotną rolę odgrywają stężenia tzw. nutrientów. Mając dane o ilości i rzeczywistym lub prognozowanym składzie chemicznym wód i stosując odpowiednie wzory lub programy, jesteśmy w stanie obliczyć poziom trofii, czyli produktywność zbiornika. Możemy wykonać prognozę jego rozwoju oraz dobrać optymalny sposób uzdatniania wody.

Stosowane w tym celu są zwykle roślinne filtry bagienne, filtry mineralne lub tzw. strefy hydrobotaniczne. Odpowiednio zwymiarowane i konfigurowane zapewniają zadowalającą jakość wód. Istotny jest przy tym nie tylko dobór roślinności oraz parametrów hydraulicznych, ale przede wszystkim skład mediów filtracyjnych odpowiednio do jakości uzdatnianej wody.

Często stosowanym systemem jest oczyszczanie wód za pomocą retencyjnych filtrów gruntowych (RFG). Te uszczelnione zbiorniki, obsadzone roślinami repozycyjnymi, pozwalają na zakumulowanie znacznych ilości wody, która przesiąkając przez warstwę filtracyjną zbiornika oczyszcza się, a jej odpływ ulega spowolnieniu.

Wody opadowe zbierane z dachów

Budowanie dachów pokrytych roślinnością umożliwia znaczne zmniejszenie odpływu wód z terenów zurbanizowanych lub nawet całkowite ich zatrzymanie (przez wchłonięcie a potem odparowanie). Zwiększenie powierzchni terenów zieleni w miastach jest zawsze korzystne:

• wyraźnie poprawia mikroklimat – obniża temperaturę i zwiększa wilgotność powietrza,
• sprzyja zatrzymywaniu kurzu, pyłów i szkodliwych dla zdrowia mikrocząstek.

W zależności od szaty roślinnej i wielkości obciążenia wyróżnia się zazielenienia dachowe:

• intensywne,
• ekstensywne,
• dachy z ogrodami bagiennymi.

Tradycyjny podział prac projektowych polegający na tym, że architekt planuje budynki, inżynier sanitarny zajmuje się kwestiami kanalizacji a architekt krajobrazu jest odpowiedzialny za zieleń, jest już przestarzały. Rozwiązaniem problemów związanych z zagospodarowaniem wód opadowych powinny się zajmować od początku zespoły interdyscyplinarne z udziałem architekta krajobrazu. Tylko wtedy można bowiem kompleksowo rozwiązywać skomplikowane problemy związane z zagospodarowaniem wody w obiekcie, dzielnicy i na poziomie całego miasta.

Przykłady zagospodarowania wód opadowych

Zagospodarowanie wód opadowych w firmie spedycyjnej w Essen

Ze względu na położenie na zboczu i mało przepuszczalne grunty (współczynnik filtracji gruntu Kf = 10^-7), a także stosunkowo niewielkie powierzchnie do dyspozycji, wybrano metodę retencji w połączonych ze sobą, częściowo uszczelnionych stawach (wraz z odpowiednio zwymiarowanymi nieckami infiltracyjnymi). Posadzone wokół stawów rośliny repozycyjne zapewniają odpowiednią jakość zgromadzonej w nich wody oraz poprawę właściwości hydraulicznych gleby w otaczających je nieckach infiltracyjnych.

Celem obniżenia ilości wody dopływającej do zbiorników oraz rozłożenia jej dopływu w czasie, w obiekcie zastosowano dachy multifunkcjonalne retencjonujące wodę miejscowo poprzez podpiętrzanie, obsadzone roślinnością bagienną na obszarach podpiętrzeń.

Zagospodarowanie wody opadowej w centrum handlowym w Hamburgu

Pozwolenie na budowę tego centrum handlowego zobowiązywało inwestora do ograniczenia odpływu wody do 4 l/sek. Aby to osiągnąć, zastosowano układ wodny, w skład którego wchodzą wody opadowe, filtrujące dachy multifunkcjonalne o pow. 25 000 m², z których woda zbierana jest w zbiorniku retencyjno-ozdobnym o pow. około 5000 m². Zbiornik ten został tak ukształtowany, aby buforować wahania lustra wody (do prawie 1 m).

W zbiorniku umieszczone zostały filtry bagienne, których zadaniem jest utrzymywanie odpowiedniej jakości gromadzonej wody. Spore fragmenty zbiornika porastają lilie wodne w różnych kolorach. Całości dopełniają podwodne oświetlenie oraz kilkunastometrowe fontanny. Nadmiar wody odprowadzany jest z głębokich dennych niecek osadowych poprzez reduktory przepływu do rezerwuaru przejmującego ewentualne nadmiary wód z „chłonnych” nawierzchni parkingów oraz dróg.

Dodatkową zaletą odpowiednio zaprojektowanych alternatywnych systemów oczyszczania oraz retencji wody jest ich aspekt urbanistyczny oraz przyrodniczo-krajobrazowy. Zbiorniki wodne uatrakcyjniają przestrzeń miejską, poprawiają funkcje habitatów dla flory i fauny, są też elementem sieci aktywnych przyrodniczo powiązań.

O autorze artykułu

Marcin Gąsiorowski studiował na Wydziale Architektury Krajobrazu Akademii Rolniczej w Warszawie. W latach 1981-85 ukończył studia na Uniwersytecie GHS Essen RFN (Wydział Architektury Krajobrazu oraz studia podyplomowe Ekologii ze specjalizacją w zakresie projektowania środowiskowego, ingerencji i kompensacji, ekologii wód oraz ich sanacji). Należy do Izby Architektów Nadrenii-Westfalii, Związku Architektów Krajobrazu Niemiec (BDLA), Międzynarodowej Organizacji Naturalnych Wód Kąpielowych (IOB) oraz Niemieckiego Związku Naturalnych Wód Kąpielowych (DBfnBG). Jest autorem wielu opracowań i projektów.

Dorobek autora:

• inwentaryzacja fitosocjologiczna tarasu zalewowego Renu ze szczególnym uwzględnieniem antropopresji,
• koncepcja renaturyzacji wyrobisk żwiru w Angermund,
• inwentaryzacja (współpraca z Fundacją Oławy i Nysy) zbiorników wodnych Wrocławia z oceną krajobrazowo-przyrodniczą (metodą Adam – Nohl – Valentina);
• koncepcje sanacji: stawów miejskiej oczyszczalni w Homberg i układu wodnego w firmie KPMG Düsseldorf (z Z&P), osiedla Wersten, stawu (3500 m²) w Rösrath i Werne,
• inwentaryzacje strukturalne cieków wodnych w okolicach Düsseldorfu (w tym badania makrozoobentosu) wraz z wytycznymi do renaturyzacji;
• projekt szereregu oczyszczalni hydrobotanicznych ścieków m. in. Ecola de Basto, Kletno, Selm, Gotzenberg, Hubbelrath,
• projekty ogrodów na dachach, np. kompleks handlowo-uslugowy Charlottencenter w Halle o pow. 2500 m²  i zazielenień ekstensywnych dachów (obiekty publiczne oraz firmy Ratingen – 1600 m² – w Warszawie), również dachy multifunkcjonalne oraz systemy infiltracyjne wód opadowych (Firma Hegler in Essen, Osiedle w Mühlheim, centrum handlowe w Hamburgu ze zbiornikiem 4500m², dachy 25 000 m² );
• projekty założeń zieleni w osiedlach mieszkaniowych (Warszawa, Mühlheim, Düsseldorf ), Park Pesch,
• pustynne oazy w Thumamah Park (Arabia Saudyjska z BW&P) Vadi Hanifah – koncepcja uzdatniania wód pościekowych oczyszczalni miejskiej w Riyadh celem zasilenia projektowanego zbiornika rekreacyjnego (70 ha) z BW&P oraz Fridrichem Wissingiem),
• projekty ok. 130 ogrodów prywatnych i ok. 200 układów wodnych, w tym ponad połowa to stawy kąpielowe.