Повышение устойчивости: Руководство по управлению ливневыми водами в меняющемся мире

Ливневые воды, то есть сток, образующийся в результате дождей и таяния снега, представляют собой серьезную проблему для сообществ по всему миру. По мере роста урбанизации и усиления изменения климата объем и интенсивность ливневых стоков возрастают, что приводит к увеличению рисков наводнений, эрозии, загрязнению воды и повреждению инфраструктуры. Поэтому эффективное управление ливневыми водами имеет решающее значение для создания устойчивых и жизнеспособных сообществ. В этом руководстве представлен всесторонний обзор принципов, стратегий и передовых практик управления ливневыми водами, применимых в глобальном масштабе.

Понимание ливневых вод и их воздействия

Ливневый сток образуется, когда осадки выпадают на непроницаемые поверхности, такие как дороги, здания и парковки. Эти поверхности препятствуют инфильтрации воды в грунт, что приводит к увеличению поверхностного стока. Этот сток может собирать загрязняющие вещества, включая отложения, питательные вещества, тяжелые металлы и бактерии, прежде чем попасть в реки, озера и прибрежные воды.

Воздействие ливневых вод на окружающую среду

• Загрязнение воды: Ливневые стоки несут загрязняющие вещества, которые могут ухудшать качество воды, влияя на водные экосистемы и здоровье человека. Избыток питательных веществ, таких как азот и фосфор, может вызывать эвтрофикацию, приводящую к цветению водорослей и истощению кислорода в водоемах.
• Эрозия и седиментация: Увеличение стока может вызывать эрозию почвы, что приводит к заиливанию водных путей. Седиментация может подавлять водные среды обитания, снижать прозрачность воды и затруднять навигацию.
• Деградация среды обитания: Ливневые стоки могут изменять режим течения рек, что приводит к деградации среды обитания рыб и других водных организмов. Увеличение скорости потока может размывать русла рек, в то время как снижение базового стока может приводить к нехватке воды в засушливые периоды.

Социально-экономические последствия ливневых вод

• Наводнения: Неадекватное управление ливневыми водами может приводить к увеличению наводнений, нанося ущерб имуществу, инфраструктуре и приводя к гибели людей. Городские районы особенно уязвимы для наводнений из-за высокого процента непроницаемых поверхностей.
• Повреждение инфраструктуры: Ливневые стоки могут повреждать дороги, мосты и другую инфраструктуру, требуя дорогостоящего ремонта и замены.
• Риски для общественного здравоохранения: Загрязненные ливневые воды могут представлять риск для общественного здравоохранения, приводя к заболеваниям, передающимся через воду, и другим проблемам со здоровьем.
• Экономические потери: Наводнения и другие ущербы, связанные с ливневыми водами, могут приводить к значительным экономическим потерям, влияя на бизнес, туризм и стоимость недвижимости.

Принципы эффективного управления ливневыми водами

Эффективное управление ливневыми водами направлено на снижение объема и скорости ливневых стоков, улучшение качества воды и защиту водных экосистем. Ключевые принципы включают:

Контроль у источника

Меры по контролю у источника направлены на сокращение образования ливневых стоков в месте их возникновения. Эти меры включают:

• Минимизация непроницаемых поверхностей: Уменьшение количества непроницаемых поверхностей, таких как дороги и парковки, может значительно сократить ливневый сток. Этого можно достичь с помощью таких методов, как пористые покрытия, зеленые крыши и сокращение требований к парковкам.
• Сбор дождевой воды: Сбор дождевой воды для непитьевых нужд, таких как полив и смыв в туалетах, может снизить потребность в питьевой воде и уменьшить ливневый сток. Бочки для дождевой воды и цистерны являются распространенными системами сбора дождевой воды.
• Уборка улиц: Регулярная уборка улиц может удалять загрязняющие вещества с улиц и предотвращать их попадание в ливневые стоки.
• Просвещение общественности: Информирование общественности о практиках управления ливневыми водами, таких как правильная утилизация отходов и экскрементов домашних животных, может помочь снизить загрязнение. Многие города по всему миру проводят кампании по повышению осведомленности общественности.

Инфильтрация и задержание

Меры по инфильтрации и задержанию направлены на замедление и уменьшение объема ливневых стоков, позволяя им просачиваться в грунт или временно накапливаться и сбрасываться с контролируемой скоростью. Эти меры включают:

• Инфильтрационные бассейны и траншеи: Инфильтрационные бассейны и траншеи — это неглубокие углубления, которые позволяют ливневым стокам просачиваться в почву. Они эффективны для снижения объема стока и улучшения качества воды.
• Регулирующие пруды: Регулирующие пруды — это бассейны, которые временно накапливают ливневые стоки и сбрасывают их с контролируемой скоростью. Они помогают снизить пиковые расходы и предотвратить наводнения.
• Биоретенционные зоны: Биоретенционные зоны, также известные как дождевые сады, представляют собой засаженные растительностью углубления, которые фильтруют ливневые стоки. Они эффективны для удаления загрязняющих веществ и уменьшения объема стока. Такие города, как Куритиба в Бразилии, успешно интегрировали биоретенционные зоны в свои городские ландшафты.
• Проницаемые покрытия: Проницаемые покрытия позволяют ливневым водам просачиваться непосредственно в грунт, уменьшая сток и пополняя запасы грунтовых вод. Они подходят для парковок, тротуаров и подъездных путей.

Транспортировка и очистка

Меры по транспортировке и очистке направлены на перемещение ливневых стоков к очистным сооружениям или водоприемникам и удаление загрязняющих веществ по пути. Эти меры включают:

• Открытые каналы и ложбины: Открытые каналы и ложбины — это засаженные растительностью водотоки, которые транспортируют ливневые стоки и обеспечивают некоторую очистку за счет фильтрации и инфильтрации.
• Ливневая канализация: Ливневая канализация — это подземные трубы, которые транспортируют ливневые стоки к очистным сооружениям или водоприемникам.
• Искусственные водно-болотные угодья: Искусственные водно-болотные угодья — это созданные водно-болотные угодья, которые очищают ливневые стоки, удаляя загрязняющие вещества с помощью естественных процессов. Они эффективны для удаления питательных веществ, отложений и тяжелых металлов.
• Зеленая инфраструктура: Зеленая инфраструктура относится к сети природных и инженерных систем, которые предоставляют экологические услуги, такие как управление ливневыми водами, улучшение качества воздуха и создание среды обитания. Зеленые крыши, городские леса и зеленые улицы являются примерами зеленой инфраструктуры.

Техники управления ливневыми водами: Глобальная перспектива

Техники управления ливневыми водами варьируются в зависимости от местного климата, почвенных условий и землепользования. Вот несколько примеров успешных практик управления ливневыми водами со всего мира:

Европа

• Германия: Германия ввела строгие правила управления ливневыми водами, включая требования к инфильтрации и задержанию. Многие города внедрили децентрализованные системы управления ливневыми водами, используя зеленую инфраструктуру и другие меры контроля у источника.
• Нидерланды: Нидерланды, страна, известная своим опытом в управлении водными ресурсами, внедрила инновационные решения по управлению ливневыми водами, такие как водные площади и плавучие кварталы, чтобы адаптироваться к изменению климата и управлять рисками наводнений.
• Дания: Копенгаген активно инвестирует в зеленую инфраструктуру для управления ливневыми водами и повышения устойчивости города к изменению климата. Это включает создание парков, которые могут временно накапливать паводковые воды.

Северная Америка

• США: Агентство по охране окружающей среды США (EPA) разработало ряд нормативных актов и руководств по управлению ливневыми водами. Многие города реализовали инициативы по созданию зеленой инфраструктуры для управления ливневыми водами и улучшения качества воды.
• Канада: Канадские города все чаще применяют методы малозатратного развития (LID) для управления ливневыми водами. Методы LID направлены на имитацию естественных гидрологических процессов и снижение воздействия урбанизации на водные ресурсы.

Азия

• Сингапур: Сингапур реализовал комплексную программу управления ливневыми водами, включая программу ABC Waters, которая объединяет активные, красивые и чистые (ABC) элементы в управлении водными ресурсами. Эта программа включает создание парков, водно-болотных угодий и других зеленых насаждений, которые обеспечивают преимущества в управлении ливневыми водами.
• Япония: Япония имеет долгую историю управления ливневыми водами с помощью традиционных методов, таких как сбор дождевой воды и инфильтрация. Современные практики управления ливневыми водами включают использование подземных резервуаров и зеленых крыш.
• Китай: Китайская инициатива "Город-губка" направлена на преобразование городских территорий в более устойчивые и жизнеспособные сообщества за счет улучшения управления ливневыми водами. Эта инициатива способствует использованию зеленой инфраструктуры и других методов LID для уменьшения наводнений и улучшения качества воды.

Южная Америка

• Бразилия: Куритиба, Бразилия, является пионером в области устойчивого городского планирования и управления ливневыми водами. Город внедрил ряд инновационных практик управления ливневыми водами, включая использование парков и озер для накопления паводковых вод и внедрение системы скоростного автобусного транспорта, которая снижает загруженность дорог и загрязнение воздуха.

Африка

• Южная Африка: Южная Африка сталкивается со значительными проблемами нехватки воды и внедрила стратегии сбора и повторного использования ливневых вод для пополнения запасов воды.

Проектирование эффективных систем управления ливневыми водами

Проектирование эффективных систем управления ливневыми водами требует междисциплинарного подхода с учетом таких факторов, как:

• Гидрология и гидравлика: Понимание гидрологических и гидравлических характеристик водосборного бассейна имеет решающее значение для проектирования эффективных систем управления ливневыми водами. Это включает анализ режима осадков, коэффициентов стока и расходов воды.
• Почвенные условия: Почвенные условия влияют на инфильтрационную способность грунта и пригодность различных практик управления ливневыми водами. Для определения проницаемости и устойчивости почвы необходимо ее тестирование.
• Землепользование: Характер землепользования влияет на образование ливневых стоков и типы загрязняющих веществ, которые могут в них присутствовать. Правила зонирования и практика застройки должны способствовать управлению ливневыми водами.
• Экологические соображения: Системы управления ливневыми водами должны быть спроектированы так, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду и защищать водные экосистемы. Это включает в себя отказ от строительства в уязвимых зонах и реализацию мер по борьбе с эрозией и заиливанием.
• Экономическая эффективность: Системы управления ливневыми водами должны быть экономически эффективными и обеспечивать долгосрочные выгоды. Анализ стоимости жизненного цикла может использоваться для сравнения затрат и выгод различных вариантов.
• Вовлечение сообщества: Вовлечение сообщества в процесс планирования и проектирования необходимо для того, чтобы системы управления ливневыми водами отвечали потребностям сообщества и поддерживались жителями.

Роль зеленой инфраструктуры

Зеленая инфраструктура играет решающую роль в устойчивом управлении ливневыми водами. Она предлагает множество преимуществ помимо контроля над ливневыми стоками, включая:

• Улучшение качества воды: Зеленая инфраструктура может удалять загрязняющие вещества из ливневых стоков, улучшая качество воды и защищая водные экосистемы.
• Снижение эффекта городского острова тепла: Зеленая инфраструктура может снизить эффект городского острова тепла, обеспечивая тень и охлаждение за счет эвапотранспирации.
• Повышение биоразнообразия: Зеленая инфраструктура может обеспечивать среду обитания для диких животных и повышать биоразнообразие в городских районах.
• Увеличение стоимости недвижимости: Зеленая инфраструктура может повысить стоимость недвижимости за счет создания привлекательных и желанных районов.
• Улучшение общественного здравоохранения: Зеленая инфраструктура может улучшить общественное здравоохранение, предоставляя возможности для отдыха и снижая загрязнение воздуха.

Примеры зеленой инфраструктуры

• Зеленые крыши: Зеленые крыши — это крыши с растительным покровом, которые могут уменьшать ливневый сток, изолировать здания и обеспечивать среду обитания для диких животных.
• Городские леса: Городские леса — это сети деревьев и другой растительности, которые обеспечивают тень, снижают эффект городского острова тепла и улучшают качество воздуха.
• Зеленые улицы: Зеленые улицы — это улицы, спроектированные для управления ливневыми стоками с использованием биоретенционных зон, проницаемых покрытий и других элементов зеленой инфраструктуры.
• Парки и открытые пространства: Парки и открытые пространства могут обеспечивать преимущества в управлении ливневыми водами за счет инфильтрации стоков, уменьшения эрозии и предоставления среды обитания для диких животных.

Изменение климата и управление ливневыми водами

Изменение климата усугубляет проблемы управления ливневыми водами. Увеличение интенсивности осадков, повышение уровня моря и более частые экстремальные погодные явления увеличивают риск наводнений и других ущербов, связанных с ливневыми водами. Поэтому стратегии адаптации к изменению климата необходимы для создания устойчивых сообществ.

Стратегии адаптации

• Обновление стандартов управления ливневыми водами: Стандарты управления ливневыми водами должны быть обновлены, чтобы отражать воздействие изменения климата. Это включает увеличение расчетной глубины осадков и учет повышения уровня моря в прибрежных районах.
• Улучшение дренажной инфраструктуры: Дренажная инфраструктура должна быть модернизирована для обработки возросших объемов стока и расходов. Это может включать увеличение размеров ливневых коллекторов, строительство сооружений для защиты от наводнений и улучшение пропускной способности каналов.
• Внедрение зеленой инфраструктуры: Зеленая инфраструктура может играть ключевую роль в адаптации к изменению климата, уменьшая сток, смягчая эффект городского острова тепла и предоставляя среду обитания для диких животных.
• Разработка планов управления поймами: Планы управления поймами должны быть разработаны для выявления зон, подверженных риску наводнений, и реализации мер по снижению ущерба от наводнений.
• Содействие устойчивости сообщества: Устойчивость сообщества должна поощряться через образование, информационно-просветительскую деятельность и планирование готовности к чрезвычайным ситуациям. Это включает информирование жителей о рисках наводнений и предоставление ресурсов для подготовки и реагирования на наводнения.

Нормы и политика

Эффективное управление ливневыми водами требует надежной нормативно-правовой базы и поддерживающей политики. Нормы должны устанавливать четкие стандарты для практик управления ливневыми водами и обеспечивать соответствие проектов застройки этим стандартам. Политика должна предоставлять стимулы для внедрения зеленой инфраструктуры и других устойчивых практик управления ливневыми водами.

Ключевые элементы нормативно-правовой базы

• Разрешения на сброс ливневых вод: Разрешения на сброс ливневых вод должны требоваться для проектов застройки, которые нарушают земельный покров или сбрасывают ливневые стоки в водоемы. В разрешениях должны быть указаны требования по борьбе с эрозией и заиливанием, управлению ливневыми водами и мониторингу качества воды.
• Контроль эрозии и седиментации: Должны быть внедрены правила по контролю эрозии и седиментации для предотвращения эрозии почвы и заиливания во время строительства. Эти правила должны включать требования к использованию наилучших управленческих практик (BMP) для минимизации нарушения почвенного покрова и предотвращения выноса осадков со строительных площадок.
• Стандарты качества воды: Должны быть установлены стандарты качества воды для защиты полезного использования водных путей. Сбросы ливневых вод должны регулироваться, чтобы они не нарушали эти стандарты.
• Правоприменение: Соблюдение правил должно обеспечиваться посредством инспекций, мониторинга и штрафов за несоблюдение.

Политические стимулы

• Гранты и займы: Гранты и займы могут предоставляться для поддержки внедрения зеленой инфраструктуры и других устойчивых практик управления ливневыми водами.
• Налоговые кредиты: Налоговые кредиты могут предлагаться владельцам недвижимости, которые устанавливают зеленые крыши, системы сбора дождевой воды или другие сооружения для управления ливневыми водами.
• Бонусы по плотности застройки: Бонусы по плотности застройки могут предлагаться застройщикам, которые включают зеленую инфраструктуру в свои проекты.
• Упрощенное получение разрешений: Процессы получения разрешений могут быть упрощены для проектов, которые включают зеленую инфраструктуру и другие устойчивые практики управления ливневыми водами.

Мониторинг и оценка

Мониторинг и оценка необходимы для обеспечения эффективности программ управления ливневыми водами. Мониторинг включает сбор данных о ливневых стоках, качестве воды и других соответствующих параметрах. Оценка включает анализ данных для оценки производительности систем управления ливневыми водами и выявления областей для улучшения.

Ключевые элементы программы мониторинга

• Мониторинг осадков: Мониторинг осадков необходим для понимания взаимосвязи между осадками и стоком. Данные об осадках могут использоваться для калибровки гидрологических моделей и оценки эффективности систем управления ливневыми водами.
• Мониторинг стока: Мониторинг стока включает измерение объема и расхода ливневых стоков. Данные о стоке могут использоваться для оценки эффективности практик управления ливневыми водами в снижении объема стока и пиковых расходов.
• Мониторинг качества воды: Мониторинг качества воды включает сбор и анализ проб ливневых стоков для оценки концентрации загрязняющих веществ. Данные о качестве воды могут использоваться для оценки эффективности практик управления ливневыми водами в удалении загрязняющих веществ.
• Биологический мониторинг: Биологический мониторинг включает оценку состояния водных экосистем. Биологические данные могут использоваться для оценки общей эффективности программ управления ливневыми водами.

Будущее управления ливневыми водами

Будущее управления ливневыми водами будет определяться несколькими ключевыми тенденциями, включая:

• Усиленное внимание к зеленой инфраструктуре: Зеленая инфраструктура будет продолжать играть все более важную роль в управлении ливневыми водами, поскольку сообщества стремятся достичь множества преимуществ, таких как улучшение качества воды, снижение эффекта городского острова тепла и повышение биоразнообразия.
• Более широкое использование технологий: Технологии будут использоваться для повышения эффективности и результативности управления ливневыми водами. Это включает использование датчиков, систем удаленного мониторинга и анализа данных для оптимизации практик управления ливневыми водами.
• Расширение сотрудничества: Сотрудничество между государственными учреждениями, компаниями частного сектора и общественными организациями будет иметь важное значение для решения проблем управления ливневыми водами.
• Акцент на устойчивости: Управление ливневыми водами будет все больше ориентироваться на создание устойчивых сообществ, способных противостоять последствиям изменения климата.

Заключение

Управление ливневыми водами — это критическая проблема, стоящая перед сообществами по всему миру. Эффективное управление ливневыми водами необходимо для защиты качества воды, снижения рисков наводнений и создания устойчивых и жизнеспособных сообществ. Внедряя принципы и стратегии, изложенные в этом руководстве, сообщества могут создавать эффективные системы управления ливневыми водами, которые защищают окружающую среду и улучшают качество жизни жителей. По мере усиления изменения климата потребность в инновационных и устойчивых решениях по управлению ливневыми водами будет только расти, что делает необходимым для сообществ уделять первоочередное внимание этому важнейшему аспекту развития инфраструктуры и охраны окружающей среды.