В природных ландшафтах, таких как леса, почва поглощает большую часть ливневых вод. Растения также уменьшают количество ливневых стоков, улучшая инфильтрацию, перехватывая выпадающие осадки и поглощая воду через свои корни. В развитых средах, таких как города , неуправляемые ливневые воды могут создать две основные проблемы: одна связана с объемом и временем стока ( наводнение ), а другая связана с потенциальными загрязнителями, которые несет вода ( загрязнение воды ). Помимо загрязняющих веществ, переносимых с ливневыми стоками, городские стоки сами по себе признаются причиной загрязнения.
Ливневая вода также является важным ресурсом, поскольку численность населения и спрос на воду растут, особенно в засушливом и подверженном засухе климате. Методы сбора и очистки ливневых вод потенциально могут сделать некоторые городские среды самодостаточными с точки зрения воды.
Ливневые воды выносят уличные загрязняющие вещества в ливневую канализацию для прибрежного сброса.
Благодаря меньшему количеству растительности и более непроницаемым поверхностям ( стоянки , дороги , здания , уплотненная почва ) застроенные территории позволяют меньшему количеству дождя проникать в землю, и образуется больше стоков, чем в незастроенных условиях. Кроме того, такие каналы, как канавы и ливневая канализация, быстро переносят стоки из коммерческих и жилых районов в близлежащие водоемы. Это значительно увеличивает объем воды в водных путях и расход этих водных путей, что приводит к эрозии и наводнениям. Поскольку вода вымывается из водораздела во время ливня, она мало проникает в почву, пополняет грунтовые воды или обеспечивает основной сток ручья в сухую погоду. [1]
Первый прилив — это начальный сток ливня. На этом этапе загрязненная вода, попадающая в ливневые стоки в районах с высокой долей непроницаемых поверхностей, обычно более концентрирована по сравнению с остальной частью ливневой канализации. Следовательно, такие высокие концентрации городских стоков приводят к высокому уровню загрязняющих веществ, сбрасываемых из ливневой канализации в поверхностные воды . [2] [3] : 216
Ежедневная деятельность человека приводит к осаждению загрязняющих веществ на дорогах , газонах , крышах , сельскохозяйственных полях и других поверхностях земли. К таким загрязнителям относятся мусор, отложения, питательные вещества, бактерии, пестициды, металлы и побочные продукты нефти. [4] Когда идет дождь или происходит орошение , вода стекает и в конечном итоге попадает в реку , озеро или океан . Несмотря на то, что перед попаданием в принимающие воды происходит некоторое ослабление этих загрязняющих веществ, загрязненный сток приводит к образованию достаточно больших количеств загрязняющих веществ, которые ухудшают качество принимающих вод. [5]
Помимо загрязняющих веществ, переносимых ливневыми стоками , городские стоки сами по себе признаются причиной загрязнения.В естественных водосборах ( водоразделах ) поверхностный сток, попадающий в водные пути, является относительно редким явлением, происходящим всего несколько раз в год и обычно после более сильных штормов. До того, как началось развитие, большая часть осадков впитывалась в землю и способствовала пополнению запасов грунтовых вод или перерабатывалась в атмосферу растительностью посредством эвапотранспирации .
Современные дренажные системы, которые собирают стоки с непроницаемых поверхностей (например, крыш и дорог), обеспечивают эффективное перемещение воды в водные пути через сети трубопроводов, а это означает, что даже небольшие штормы приводят к увеличению стока водных путей.
Помимо поступления большего количества загрязняющих веществ из городского водосбора, увеличение стока ливневых вод может привести к эрозии ручьев , стимулировать зарастание сорняками и изменить естественный режим стока. Местные виды часто полагаются на такие режимы стока для нереста, развития молоди и миграции.Было замечено, что ливневые стоки с дорог содержат много металлов, включая цинк (Zn), кадмий (Cd), медь (Cu), никель (Ni), свинец (Pb), хром (Cr), марганец (Mn), железо (Fe). ), ванадий (V), кобальт (Co) и алюминий (Al) (Sansalone and Buchberger, 1997; Westerlund and Viklander, 2006). [ нужна полная цитата ] и другие составляющие.
В некоторых районах, особенно вдоль побережья США, загрязненные стоки с дорог и автомагистралей могут быть крупнейшим источником загрязнения воды . Например, около 75 процентов токсичных химикатов, попадающих в Сиэтл и вашингтонский Пьюджет-Саунд, переносятся ливневыми водами, которые стекают с мощеных дорог и подъездных дорожек, крыш, дворов и других застроенных земель. [6]
Промышленные ливневые воды – это стоки осадков, которые попадают на промышленные объекты (например, производственные предприятия, шахты, аэропорты). Эти стоки часто загрязняются материалами, которые обрабатываются или хранятся на объектах, и на объекты распространяются правила контроля за сбросами. [7] [8]
Сооружения по управлению ливневыми водами (SWMF) обычно проектируются с использованием закона Стокса , чтобы обеспечить элементарную очистку за счет осаждения твердых частиц размером более 40 микрон и улавливать воду для уменьшения затопления ниже по течению. Однако регулирование сбросов отходов с КОТО становится более строгим. Воздействие питательных веществ, фосфора , растворенного в (удобрениях) или связанного с частицами отложений строительных или сельскохозяйственных стоков, вызывает цветение водорослей и токсичных цианобактерий (также известных как сине-зеленые водоросли ) в принимающих озерах. Цианотоксин вызывает особую озабоченность, поскольку многие станции очистки питьевой воды не могут эффективно устранить эту угрозу для здоровья. В недавнем муниципальном исследовании по очистке ливневых вод [9] Передовая технология седиментации пассивно использовалась в ливневых магистралях большого диаметра выше КОТО для удаления в среднем 90% взвешенных веществ и фосфора во время дождя, продолжавшегося почти 50 лет, превратив объект управления в пассивное очистное сооружение.
Гелевые флокулянты в пассивной системе очистки горных работ.
Химическая обработка ливневых вод для удаления загрязняющих веществ может быть осуществлена без масштабного улучшения инфраструктуры. Технологии пассивной очистки используют энергию воды, текущей под действием силы тяжести через канавы, каналы, водопропускные трубы, трубы или другие построенные транспортные средства для очистки. Самодозирующиеся продукты, такие как гелевые флокулянты , помещаются в проточную воду, где частицы осадка, коллоиды и энергия потока объединяются, чтобы высвободить необходимую дозу, тем самым создавая тяжелые хлопья, которые затем можно легко отфильтровать или осесть. Натуральные тканые волокна, такие как джут, часто используются на дне канав в качестве фильтрующего материала. Также можно разместить на месте илоудерживающие маты для улавливания хлопьев. Отложения в передней части залива часто используются в качестве зоны осаждения для осветления воды и концентрации материала. Горнодобывающая промышленность, тяжелое строительство и другие отрасли промышленности используют пассивные системы уже более двадцати лет. Эти типы систем являются низкоуглеродистыми, поскольку не требуется внешний источник энергии, они не требуют особых навыков для работы, минимального обслуживания и эффективны для снижения выбросов. Общее количество взвешенных веществ , некоторые тяжелые металлы и питательный фосфор .
Ливневые воды являются основной причиной городских наводнений . Городское наводнение — это затопление земель или собственности в застроенной среде, вызванное ливневыми водами, превышающими пропускную способность дренажных систем , таких как ливневая канализация . Хотя городские наводнения вызваны единичными событиями, такими как внезапные наводнения или таяние снега , они представляют собой состояние, характеризующееся повторяющимися, дорогостоящими и системными воздействиями на сообщества. В районах, подверженных городским наводнениям, для уменьшения потерь могут быть установлены обратные клапаны и другая инфраструктура.
Если недвижимость построена с подвалами , городские наводнения являются основной причиной образования подвалов и канализационных труб. Хотя число жертв от наводнений в городах обычно ограничено, экономические, социальные и экологические последствия могут быть значительными: помимо прямого ущерба имуществу и инфраструктуре ( автомагистрали , коммунальные услуги и услуги), хронически мокрые дома связаны с увеличением респираторных заболеваний. проблемы и другие болезни. [10] Резервная канализация часто происходит из бытовой канализационной системы, которая принимает некоторое количество ливневых вод в результате инфильтрации/притока .
Добровольцы очищают сточные канавы в Илорине, Нигерия, во время волонтерского санитарного дня. Даже при наличии адекватной инфраструктуры канализации может препятствовать стоку ливневых вод , пластиковое загрязнение создавая пространство для размножения комаров в воде и вызывая наводнения. Некоторые канализационные системы на Глобальном Юге часто переполняются отходами, как, например, в Бангкоке, Таиланд . [11]
Ливневые воды создают провал воронки, обрушивается
Примером того, как городские ливневые воды создали провал воронки, является обрушение Дишман-лейн 25 февраля 2002 года в Боулинг-Грин, штат Кентукки, когда провал внезапно провалил дорогу под четыре едущих автомобиля. Девятимесячный ремонт обрушившейся дороги на Дишман-лейн обошелся в миллион долларов, но вероятность будущих проблем остается. [12]
На ненарушенных участках с естественным подземным ( карстовым ) дренажем обломки почвы и горных пород забивают карстовые отверстия, тем самым ограничивая их рост. [13] : 189–190, 196 Ненарушенная карстовая дренажная система становится сбалансированной с климатом и может отводить воду, образующуюся в результате большинства ураганов. Однако проблемы возникают, когда ландшафт изменяется в результате городского развития. [14] : 28 В городских районах с естественным подземным ( карстовым ) дренажем нет поверхностных потоков, в которые может стекать ливневая вода с непроницаемых поверхностей, таких как крыши, парковки и улицы. Вместо этого ливневая вода попадает в систему подземного дренажа, спускаясь через землю. Когда поток подземных вод становится достаточно большим, чтобы переносить обломки почвы и горных пород, карстовые отверстия быстро растут. [13] : 190 Там, где карстовые отверстия покрыты поддерживающим ( компетентным ) известняком, на поверхности часто нет предупреждения о том, что отверстие стало настолько большим, что внезапно обрушится катастрофически. [13] : 198 Поэтому при планировании землепользования для новой застройки необходимо избегать карстовых зон. [14] : 37–38 В конечном итоге налогоплательщики платят за неправильные решения по землепользованию.
Управление количеством и качеством ливневых вод называется «Управление ливневыми водами». [15] Термин «Лучшая практика управления» (BMP) или «мера контроля ливневых вод» (SCM) часто используется для обозначения как структурных, так и инженерно-технических устройств и систем контроля (например, прудов-отстойников ) для очистки или хранения загрязненных ливневых вод, а также эксплуатационных или процедурных методов (например, подметание улиц). [16] Управление ливневыми водами включает как технические, так и институциональные аспекты. [17]
приобретение и защита естественных водных путей или восстановление;
Отстойник , расположенный в Айлипе, штат Нью-Йорк, построенный для сбора дождевой воды и предотвращения наводнений в близлежащих пригородах. создание природных решений, таких как пруды, болота , искусственные водно-болотные угодья или решения зеленой инфраструктуры для работы с существующими или «жесткими» дренажными конструкциями, такими как трубы и бетонные каналы (построенные водно-болотные угодья, построенные для очистки ливневых вод, также могут служить средой обитания для растений, амфибий и рыба)
разработка подходов к финансированию программ ливневой канализации, потенциально включая плату за пользование ливневыми водами и создание предприятия по очистке ливневых стоков;
разработка долгосрочных программ управления активами для ремонта и замены устаревшей инфраструктуры;
пересмотр действующих правил по ливневой воде для удовлетворения комплексных потребностей в ливневой воде;
совершенствование и обеспечение соблюдения существующих постановлений, чтобы владельцы недвижимости учитывали воздействие ливневых вод до, во время и после застройки своей земли;
просвещение сообщества о том, как его действия влияют на качество воды и о том, что оно может сделать для улучшения качества воды.
Дождевой сад предназначен для очистки ливневых вод с прилегающей парковки.
Комплексное управление водными ресурсами (IWM) ливневых вод потенциально может решить многие проблемы, влияющие на состояние водных путей и проблемы водоснабжения, с которыми сталкиваются современные городские города. IWM часто ассоциируется с «зеленой» инфраструктурой, если учитывать ее в процессе проектирования. Профессионалы в своих областях, такие как градостроители , архитекторы , ландшафтные архитекторы , дизайнеры интерьеров и инженеры , часто рассматривают интегрированное управление водными ресурсами как основу процесса проектирования.
Развитие современного города часто приводит к увеличению потребностей в водоснабжении из-за роста населения, в то время как изменение стока, прогнозируемое изменением климата, может привести к увеличению объема ливневых вод, что может способствовать проблемам дренажа и наводнений. IWM предлагает несколько методов, включая сбор ливневых вод (чтобы уменьшить количество воды, которая может вызвать наводнение), инфильтрацию (для восстановления естественного пополнения грунтовых вод), биофильтрацию или биоудержание (например, дождевые сады ), для хранения и очистки сточных вод и их сброса. с контролируемой скоростью, чтобы уменьшить воздействие на ручьи и обработки водно-болотных угодий (для накопления и контроля скорости стока и обеспечения среды обитания в городских районах).
Существует много способов достижения LID. Наиболее популярным является внедрение наземных решений для уменьшения стока ливневых вод за счет использования прудов-отстойников, биоотстойников , инфильтрационных траншей, устойчивых тротуаров (например, проницаемого покрытия ) и других, упомянутых выше. LID также может быть достигнуто за счет использования спроектированных, произведенных продуктов для достижения аналогичных или потенциально лучших результатов, что и наземные системы (подземные резервуары для хранения, системы очистки ливневых вод, биофильтры и т. д.). Правильное решение LID – это решение, которое уравновешивает желаемые результаты (контроль стока и загрязнения) с соответствующими затратами (потеря пригодной для использования земли для наземных систем по сравнению с капитальными затратами на изготовленное решение). Зеленые (растительные) крыши также являются еще одним недорогим решением.
IWM как движение можно рассматривать как находящееся в зачаточном состоянии и объединяющее элементы дренажной науки, экологии и осознание того, что традиционные дренажные решения переносят проблемы дальше вниз по течению, нанося ущерб окружающей среде и водным ресурсам.
Карта муниципальных систем раздельной ливневой канализации
В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) отвечает за регулирование ливневых стоков в соответствии с Законом о чистой воде (CWA). [21] Цель CWA — восстановить все « воды Соединенных Штатов » до их «пригодных для рыбалки» и «купающихся» условий. Сбросы из точечных источников, которые происходят в основном из городских сточных вод ( канализации ) и сбросов промышленных сточных вод, регулируются с момента принятия CWA в 1972 году. Загрузка загрязняющих веществ из этих источников строго контролируется посредством выдачи разрешений Национальной системы ликвидации выбросов загрязняющих веществ ( NPDES ). . Однако, несмотря на этот контроль, тысячи водоемов в США по-прежнему классифицируются как «нарушенные», что означает, что они содержат загрязняющие вещества на уровнях выше, чем Агентство по охране окружающей среды считает безопасным для предполагаемого полезного использования воды. Большая часть этого ухудшения происходит из-за загрязненных стоков, как правило, в урбанизированных водосборах (в других водосборах США сельскохозяйственное загрязнение ). основным источником является [22] : 15
Чтобы решить общенациональную проблему загрязнения ливневых вод, Конгресс в 1987 году расширил определение CWA «точечного источника», включив в него промышленные сбросы ливневых вод и муниципальные отдельные ливневые канализационные системы («MS4»). Эти объекты необходимы для получения разрешений NPDES. [23] В 2017 году около 855 крупных муниципальных систем (обслуживающих население 100 000 и более человек) и 6695 небольших систем регулируются системой разрешений. [24]
Агентство по охране окружающей среды разрешило 47 штатам выдавать разрешения NPDES. [25] Помимо выполнения требований NPDES, многие штаты и местные органы власти приняли свои собственные законы и постановления об управлении ливневыми водами, а некоторые опубликовали руководства по проектированию очистки ливневых вод. [15] [26] Некоторые из этих требований штата и местных органов власти расширили сферу действия за пределы федеральных требований. Например, штат Мэриленд требует контроля эрозии и отложений на строительных площадках площадью 5000 кв. футов (460 м2). 2 ) или более. [27] Государственные органы нередко пересматривают свои требования и навязывают их округам и городам; Например, ежедневные штрафы в размере до 25 000 долларов могут быть наложены за невнесение изменений в местные разрешения на ливневые стоки для строительных площадок.
Образование является ключевым компонентом управления ливневыми водами. Ряд агентств и организаций начали кампании по информированию общественности о загрязнении ливневых вод и о том, как они могут способствовать решению этой проблемы. Тысячи местных органов власти в США разработали образовательные программы в соответствии с требованиями их разрешений NPDES на ливневые стоки. [30]
Одним из примеров местной образовательной программы является программа Совета действий по охране окружающей среды Западного Мичигана (WMEAC), который ввел термин «гидрофильт» для описания загрязнения ливневых вод. [31] в рамках кампании «15 до реки». (Во время ливня загрязненным стокам в Гранд-Рапидс, штат Мичиган, может потребоваться всего 15 минут , чтобы достичь Гранд-Ривер .) [32] Его информационно-просветительская деятельность включает программу раздачи дождевых бочек и материалы для домовладельцев по установке дождевых садов . [33]
Другие кампании по просвещению общественности подчеркивают важность зеленой инфраструктуры в замедлении и очистке ливневых стоков. Управление ливневыми водами округа Дюпейдж запустило программу «Love Blue. Live Green». информационно-пропагандистская кампания в социальных сетях с целью просвещения общественности о зеленой инфраструктуре и некоторых других передовых методах управления ливневыми стоками. [34] Благодаря этой кампании статьи, веб-сайты, фотографии, видео и другие средства массовой информации распространяются среди общественности.
Инфраструктура ливневой канализации — это дорогостоящая долгосрочная инвестиция, которую трудно заменить, когда основные обстоятельства меняются. В результате система со временем будет работать хуже или чаще давать сбои. Именно это происходит в регионе, окружающем Европу и Балтийское море, где системы испытывают стресс из-за ускоряющихся темпов изменения климата, развития урбанизации и ужесточения регулирования. Переосмысление методов управления ливневыми водами и увеличение инвестиций в инфраструктуру ливневых стоков имеют важное значение для адаптации к этим быстро меняющимся обстоятельствам. [35] [36]
С тех пор, как люди начали жить в концентрированных деревнях или городах, ливневые стоки стали проблемой. В эпоху бронзы жилье приняло более концентрированную форму, и непроницаемые поверхности стали фактором проектирования ранних человеческих поселений . Некоторые из ранних внедрений технологии ливневой канализации засвидетельствованы в Древней Греции . [37]
^ Камбезис, П., Р. Брукер, Т. Уолтем, Ф. Белл и М. Калшоу. «Обвал провала на Дишман-лейн, Кентукки». Воронки и оседание: карстовые и кавернозные породы в проектировании и строительстве. Шпрингер, Берлин (2005): 277–282.
^ Национальный исследовательский совет, Комитет по уменьшению вклада ливневых стоков в загрязнение воды (2009 г.). «5. Подходы к управлению ливневыми водами» . Управление городскими ливневыми водами в США . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. ISBN 978-0-309-12540-6 .
^ Дебо, Том; Риз, Эндрю (2003). «Глава 2. Программы управления ливневыми водами». Муниципальное управление ливневыми водами . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 1-56670-584-3 .
^ США. Поправки к Федеральному контролю за загрязнением воды 1972 года («Закон о чистой воде»). Паб. L. Tooltip Public Law (США) 92–500 , 18 октября 1972 г.
^ Ле, Дж. Т., Гонсалес, Дж. П., Карсон, RT, Амброуз, РФ, и Левин, Лос-Анджелес (2023). Интеграция нецелевых экосистемных услуг в оценку систем естественной очистки ливневых вод. Вода, 15 (8), 1460. https://doi.org/10.3390/w15081460
^ Тримбл, Стэнли В. (2007). Энциклопедия водных наук . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-0-8493-9627-4 .
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: 3b7a9086feef1ac0d11d1c5baea8632c__1718801640 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3b/2c/3b7a9086feef1ac0d11d1c5baea8632c.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Stormwater - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)
В эту статью включен текст из этого источника, написанного Иваром Аннусом, Нильсом Кендлером, Тобиасом Карлссоном, Антониусом Ван Марисом, Антти Касевой, Никой Котовича и Гунаратной Куттува Раджарао и доступный по лицензии CC BY 4.0 . 