Ливневка
Ливневая вода, также заколдованная ливневая вода, - это вода, которая возникает из осадков, включая снег и таяние льда . Ливневая вода может впитываться в почву (просачиваться), храниться на поверхности земли в прудах и лужах, испаряться или стекать . Большинство стоков транспортируется непосредственно в близлежащие ручьи, реки или другие водные объекты ( поверхностные воды ) без обработки.
В естественных ландшафтах, таких как леса, почва поглощает большую часть ливневой воды. Растения также уменьшают ливневую воду, улучшая инфильтрацию, задерживая выпадающие осадки и забирая воду через свои корни. В развитых средах неуправляемая ливневая вода может создавать две основные проблемы: одна связана с объемом и сроками стока ( наводнения), а другая-с потенциальными загрязнителями, которые несет вода ( загрязнение воды ).
Ливневая вода также является важным ресурсом по мере роста численности населения и спроса на воду, особенно в засушливых и засухоустойчивых климатических зонах. Методы сбора и очистки ливневой воды потенциально могут сделать некоторые городские среды самодостаточными с точки зрения воды.
Ливневое загрязнение[править]
С меньшим количеством растительности и более непроницаемыми поверхностями ( автостоянки , дороги , здания , уплотненная почва ), развитые районы позволяют меньшему количеству дождя проникать в землю, и больше стока генерируется, чем в неразвитом состоянии. Кроме того, такие транспортные средства, как канавы и ливневые канализации, быстро транспортируют сток из коммерческих и жилых районов в близлежащие водные объекты. Это значительно увеличивает объем воды в водотоках и Сток этих водотоков, приводя к эрозии и затоплению. Потому что вода смывается из водораздела во время штормового события, мало проникает в почву, пополняет грунтовые воды , или поставляет поток baseflow в сухую погоду.
Первый приток - это начальный Сток ливня. В течение этой фазы загрязненная вода, поступающая в ливневые стоки в районах с высокими пропорциями непроницаемых поверхностей, как правило, более концентрирована по сравнению с остальной частью шторма. Следовательно, эти высокие концентрации городского стока приводят к высокому уровню загрязняющих веществ, сбрасываемых из ливневых канализаций в поверхностные воды .
Ежедневная деятельность человека приводит к осаждению загрязняющих веществ на дорогах , газонах , крышах, сельскохозяйственных полях и других поверхностях земли. К таким загрязнителям относятся осадки, питательные вещества, бактерии, пестициды, металлы и нефтепродукты.[4] Когда идет дождь или есть орошение , вода стекает и в конечном итоге делает свой путь к реке , озеру или океану . Несмотря на некоторое ослабление этих загрязняющих веществ перед поступлением в приемные воды, загрязненный Сток приводит к образованию достаточно большого количества загрязняющих веществ, ухудшающих приемные воды. Дополнительная информация: Городской Сток
Ливневый сток как источник загрязнения[править]
Помимо загрязняющих веществ , поступающих в ливневый сток, городской Сток признается самостоятельной причиной загрязнения. В естественных водосборах ( водосборных бассейнах ) поверхностный сток, поступающий в водные пути, является относительно редким явлением, происходящим лишь несколько раз в год и обычно после более крупных штормов. До начала развития большая часть осадков впитывалась в землю и вносила свой вклад в подпитку грунтовых вод или рециркулировалась в атмосферу растительностью через испарение .
Современные дренажные системы, которые собирают сток с непроницаемых поверхностей (например, крыш и дорог), обеспечивают эффективное поступление воды в водные пути через трубопроводные сети, что означает, что даже небольшие штормовые события приводят к увеличению потока воды по водным путям.
В дополнение к доставке более высоких загрязняющих веществ из городского водосбора, увеличение ливневого стока может привести к эрозии потока , стимулировать вторжение сорняков и изменять естественные режимы стока. Местные виды часто полагаются на такие режимы течения для нереста, развития молоди и миграции.
В некоторых районах, особенно вдоль побережья США, загрязненный сток с автомобильных и шоссейных дорог может быть самым крупным источником загрязнения воды. Например, около 75 процентов токсичных химикатов, попадающих в Сиэтл, Вашингтон Puget Sound, переносятся ливневой водой, которая проходит по асфальтированным дорогам и подъездным дорогам, крышам, дворам и другим развитым землям.
Для V класса ливневых вод нагнетательных скважин в США Агентство по охране окружающей среды сообщает “загрязнений, которые были отмечены выше стандарты питьевой воды или медицинских консультативных ограничения в ливневок ну injectate алюминия, сурьмы, мышьяка, бериллия, кадмия, хлоридов, хрома, цвета, медь, цианиды, железо, свинец, марганец, ртуть, никель, нитраты, рН, селен, общая минерализация, мутность, цинк, бензол, бенз(а)пирен, бис(2-Этилгексил) phtlalate, хлордан, дихлорметан, фекальные колиформы, метил-третбутила - эфира, пентахлорфенол, тетрахлорэтилен и трихлорэтилен.”[8] Геологическая служба США (USGS) сообщает: “многие из загрязняющих веществ, обычно связанных со стоком с автомобильных дорог страны, имеют потенциал для биологического воздействия. ... Загрязнители дорожного стока, представляющие особый интерес на всей территории Соединенных Штатов, включают дейкеры, питательные вещества, металлы, промышленные / городские органические химикаты, осадки и сельскохозяйственные химикаты из промышленных, коммерческих, жилых, сельскохозяйственных и автомобильных источников." [9] : 3 в дополнение к проблеме химических загрязнений в ливневой воде, в настоящем докладе USGS также определены проблемы физического нарушения среды обитания, которые Лучшие методы управления (BMPs) не устраняют, “некоторые из наиболее существенных биологических изменений, вызванных развитием, прямо или косвенно связаны с измененной гидрологией. Несмотря на усилия по использованию BMPs для ослабления гидрологических последствий развития, увеличение пиковых стоков и более интенсивный Сток вызовут физические изменения формы канала, подстилающего слоя и берегов принимающих вод с соответствующим воздействием на водную среду обитания и биоту. Потеря лесного покрова, увеличение площади вымощенных участков, а также неглубокие и (или) мутные зоны задержания также могут вызывать проблемы с термическим загрязнением, которые могут усугублять химические стрессоры для водных организмов в приемных водах." Конгресс США запрещает разрешать бурение буровых скважин класса V по разрешению или правилу там, где они представляют опасность для источников питьевой воды.
Городское наводнение[править]
Ливневая вода является основной причиной затопления городов . Городское наводнение представляет собой затопление земли или имущества в застроенной среде , вызванное ливневой водой, подавляющей емкость дренажных систем, таких как ливневые канализации . Несмотря на то , что городские наводнения возникают в результате единичных событий, таких как внезапные наводнения или таяние снега, они представляют собой состояние, характеризующееся их повторяющимися, дорогостоящими и системными последствиями для общин. В районах, подверженных городским наводнениям, для уменьшения потерь могут быть установлены обратные клапаны и другая инфраструктура.
Там , где недвижимость строится с подвалами, городское наводнение является основной причиной резервного копирования подвала и канализации. Хотя число жертв городских наводнений обычно ограничено, экономические, социальные и экологические последствия могут быть значительными: помимо прямого ущерба имуществу и инфраструктуре ( магистралям , коммунальным службам и службам), хронически мокрые дома связаны с ростом респираторных проблем и других заболеваний. резервные копии канализационных систем часто поступают из системы санитарной канализации, которая принимает на себя часть ливневой воды в результате инфильтрации/притока .
Городское наводнение имеет значительные экономические последствия. В США, по оценкам экспертов отрасли, влажные подвалы могут снизить стоимость недвижимости на 10-25 процентов и являются одними из главных причин для отказа от покупки дома.[12] по данным Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям, почти 40 процентов малых предприятий никогда не открывают свои двери после наводнения бедствия.[13] в Великобритании, по оценкам, городское наводнение будет стоить £270 миллионов в год (по состоянию на 2007 год) в Англии и Уэльсе ; 80 000 домов находятся под угрозой.
Исследование округа Кук, штат Иллинойс, выявило 177 000 страховых случаев имущественного ущерба, произведенных по 96 процентам почтовых индексов округа за пятилетний период с 2007 по 2011 год. Это эквивалентно одному из шести объектов недвижимости в округе, подающих заявку. Средняя сумма выплат по каждой претензии составила 3733 долл.США по всем видам претензий, а общая сумма претензий за рассматриваемые пять лет составила 660 млн. долл. США.
Примером проекта по борьбе с наводнениями в городах является проект Brays Bayou Greenway Framework в Хьюстоне, штат Техас . Брейс-Байю и его притоки сливают водосбор примерно на 88 000 акров к югу от центра Хьюстона. Проект благоустройства, финансируемый из федерального бюджета, создал краткосрочное решение путем улучшения дренажной способности протоки и определил широкий набор потенциальных возможностей для отдыха и открытых пространств вдоль 35 миль протоки и притоков.
Ливневое создание провалов[править]
Примером городской ливневой воды, создающей обвал воронки, является обвал 25 февраля 2002 года Dishman Lane в боулинг-Грине, штат Кентукки, где воронка внезапно упала на дорогу под четырьмя движущимися транспортными средствами. Девятимесячный ремонт обрушения на Дишман-Лейн обошелся в миллион долларов, но остается потенциал для будущих проблем.[17]
В ненарушенных районах с естественным подземным (карстовым ) дренажем фрагменты грунта и горных пород задавливают карстовые отверстия, тем самым являясь самоограничением для роста отверстий.189-190, 196 ненарушенная карстовая дренажная система становится сбалансированной с климатом, поэтому она может осушать воду, произведенную большинством штормов. Однако проблемы возникают тогда, когда ландшафт изменяется в результате развития городов. в городских районах с естественной подповерхностной (карстовой) дренаж там нет поверхностных потоков для увеличенной ливневой воды от непроницаемых поверхностей, таких как крыши, автостоянки и улицы для стекания. Вместо этого ливневая вода поступает в подземную дренажную систему, перемещаясь вниз через землю. Когда поток подземных вод становится достаточно большим, чтобы транспортировать почву и фрагменты горных пород, карстовые отверстия быстро растут. там, где карстовые отверстия перекрыты поддерживающим ( компетентным ) известняком, часто нет никакого поверхностного предупреждения о том, что отверстие выросло настолько большим, что оно внезапно катастрофически разрушится. Таким образом, планирование землепользования для нового развития должно избегать карстовых зон. в конечном итоге налогоплательщики в конечном итоге оплачивают расходы за плохие решения о землепользовании.
Управление ливневыми водами[править]
Управление количеством и качеством ливневой воды называется " Управление ливневой водой." термин "наилучшая управленческая практика" (BMP) или "мера регулирования ливневой воды" (SCM) часто используется для обозначения как конструктивных, так и инженерных устройств и систем управления (например, удерживающие пруды ) для обработки или хранения загрязненной ливневой воды, а также оперативных или процедурных методов (например, подметание улиц). управление ливневыми водами включает как технические, так и институциональные аспекты.
Технические аспекты[править]
- борьба с наводнениями и эрозией;
- контроль за опасными материалами для предотвращения выброса загрязняющих веществ в окружающую среду (система управления источниками);
- планирование и строительство ливневых систем таким образом, загрязнители удаляются до того, как они загрязняют поверхностные воды или подземные ресурсы;
- приобретение и охрана природных водных путей или их восстановление;
- строительство природных решений, таких как пруды , болота, построенные водно-болотные угодья или зеленые инфраструктурные решения для работы с существующими или "жесткими" дренажными структурами, такими как трубы и бетонные каналы (построенные водно-болотные угодья, построенные для обработки ливневых вод, также могут служить средой обитания для растений, амфибий и рыб)
Институциональные и политические аспекты
- разработка подходов финансирования ливневых программ, потенциально включающих плату за пользование ливневыми водами и создание ливневой канализации;
- разработка долгосрочных программ управления активами для ремонта и замены устаревающей инфраструктуры;
- пересмотр действующих правил ливневой канализации для удовлетворения комплексных потребностей ливневой канализации;
- совершенствование и обеспечение выполнения существующих постановлений для обеспечения того, чтобы владельцы недвижимости учитывали последствия ливневой воды до, во время и после освоения их земли;
- просвещение сообщества о том , как его действия влияют на качество воды, и о том, что оно может сделать для улучшения качества воды.
Комплексное управление водными ресурсами[править]
Комплексное управление водными ресурсами (ИВМ) ливневых вод имеет потенциал для решения многих проблем, влияющих на здоровье водных путей и проблемы водоснабжения, с которыми сталкивается современный городской город. IWM часто ассоциируется с зеленой инфраструктурой, когда рассматривается в процессе проектирования. Профессионалы в своих соответствующих областях , таких как градостроители , архитекторы , ландшафтные архитекторы , дизайнеры интерьеров и инженеры , часто рассматривают комплексное управление водными ресурсами в качестве основы процесса проектирования.
Также известный как низкоэффективное развитие (LID) в Соединенных Штатах или чувствительное к воде городское проектирование (WSUD) в Австралии , IWM имеет потенциал для улучшения качества стока , снижения риска и воздействия наводнений и предоставления дополнительного водного ресурса для увеличения снабжения питьевой водой.
Развитие современного города часто приводит к увеличению спроса на водоснабжение из-за роста численности населения, в то же время измененный Сток, прогнозируемый изменением климата, имеет потенциал для увеличения объема ливневой воды, что может способствовать проблемам дренажа и наводнения. IWM предлагает несколько методов, включая сбор ливневой воды (чтобы уменьшить количество воды, которое может вызвать наводнение), инфильтрацию (чтобы восстановить естественную подпитку грунтовых вод), биофильтрацию или биореконцентрацию (например, дождевые сады), хранить и обрабатывать сток и выпускать его с контролируемой скоростью для уменьшения воздействия на потоки и обработки водно-болотных угодий (хранить и контролировать скорости стока и обеспечивать среду обитания в городских районах).
Существует много способов достижения LID. Наиболее популярным является использование наземных решений для уменьшения ливневого стока за счет использования удерживающих прудов, биополей , инфильтрационных траншей, устойчивых тротуаров (таких как проницаемое покрытие) и других отмеченных выше объектов. Крышка может также быть достигана путем использовать проектированные, изготовленные продукты для того чтобы достигнуть подобных, или потенциально более лучших, результатов как наземные системы (подземные баки для хранения, системы обработки ливневой воды, биофильтры, прием.). Правильное решение LID-это такое решение, которое уравновешивает желаемые результаты (контроль стока и загрязнения) с сопутствующими затратами (потеря полезной земли для наземных систем в сравнении с капитальными затратами на производимое решение). Зеленые (вегетированные) крыши также являются еще одним недорогим решением.
IWM как движение можно рассматривать как находящееся в зачаточном состоянии и объединяющее элементы дренажной науки, экологии и осознания того, что традиционные дренажные решения переносят проблемы дальше вниз по течению в ущерб окружающей среде и водным ресурсам.
Правила[править]
Соединенные Штаты[править]
Основная статья: Соединенные Штаты Америки регулирование загрязнения воды из точечных источников
Федеральные требования[править]
В Соединенных Штатах Америки Агентству по охране окружающей среды (АООС) поручено регулировать ливневые стоки в соответствии с Законом о чистой воде (CWA).[25] цель CWA состоит в том, чтобы восстановить все "воды Соединенных Штатов" до их "рыбных" и "плавательных" условий. Сброс точечных источников, происходящий в основном из городских сточных вод ( сточные воды ) и промышленных сточных вод, регулируется с момента введения в действие Ква в 1972 году. Нагрузки загрязняющих веществ из этих источников жестко контролируются посредством введения в действие национальной системы ликвидации выбросов загрязняющих веществ ( НПДО) соответствующие разрешения. Однако, несмотря на эти меры контроля, тысячи водных объектов в США по-прежнему классифицируются как "нарушенные", что означает, что они содержат загрязнители на уровнях выше, чем это считается безопасным по мнению АООС для предполагаемого полезного использования воды. Значительная часть этих нарушений обусловлена загрязненным стоком, как правило, в урбанизированных водосборных бассейнах (в других водосборных бассейнах США сельскохозяйственное загрязнение является одним из основных источников).
Для решения общенациональной проблемы загрязнения ливневых вод Конгресс в 1987 году расширил определение термина "точечный источник", включив в него промышленные ливневые стоки и муниципальные отдельные ливневые канализационные системы (МС4). Эти объекты необходимы для получения разрешений NPDES. в 2017 году около 855 крупных муниципальных систем (обслуживающих население от 100 000 человек и более) и 6 695 малых систем регулируются разрешительной системой.
Государственные и местные требования[править]
АООС разрешило 47 государствам выдавать разрешения НПДЭС.[29] помимо выполнения требований NPDES, многие штаты и местные органы власти приняли свои собственные законы и постановления по управлению ливневыми водами, а некоторые из них опубликовали руководства по проектированию очистки ливневых вод. некоторые из этих государственных и местных требований расширили охват за пределы федеральных требований. Например, штат Мэриленд требует контроля эрозии и отложений на строительных площадках площадью 5000 кв. футов (460 м2 ) или более. Нередко государственные учреждения пересматривают свои требования и вводят их в отношении округов и городов; например, ежедневные штрафы в размере до 25 000 долл.США могут быть наложены за отказ изменить свое местное разрешение на ливневую воду для строительных объектов. Управление загрязнением из неточечных источников Дополнительная информация: обработка сельскохозяйственных сточных вод и борьба с эрозией
Сельскохозяйственный сток (за исключением операций концентрированного кормления животных или "CAFO") классифицируется как загрязнение из неточечных источников в соответствии с CWA. Он не включен в определение CWA "точечный источник" и поэтому не подпадает под требования разрешения NPDES. Поправки CWA 1987 года создали в АООС нерегулируемую программу по управлению загрязнением из точечных источников, состоящую из исследовательских и демонстрационных проектов. соответствующие программы осуществляются службой охраны природных ресурсов (NRCS) Министерства сельского хозяйства США .
Общественные образовательные кампании[править]
Образование является ключевым компонентом управления ливневыми водами. Ряд учреждений и организаций развернули кампании по информированию общественности о загрязнении ливневых вод и о том, как они могут способствовать его решению. Тысячи местных органов власти в США разработали образовательные программы в соответствии с требованиями их разрешений NPDES stormwater.
Одним из примеров местной образовательной программы является Совет по охране окружающей среды Западного Мичигана (WMEAC), который ввел термин Гидрофильт для описания загрязнения ливневой воды в рамках своей кампании "15 на реку". (Во время ливня шторм, это может занять всего 15 минут для загрязненного стока в Гранд-Рапидс, штат Мичиган, чтобы достичь Гранд-Ривер .) его информационно-пропагандистская деятельность включает программу распределения дождевых бочек и материалы для домовладельцев по установке дождевых садов .[36]
Другие кампании по просвещению общественности подчеркивают важность зеленой инфраструктуры для замедления и очистки ливневого стока. DuPage County Stormwater Management запустил "Love Blue. Живая Зелень."информационно-пропагандистская кампания на сайтах социальных сетей для просвещения общественности о зеленой инфраструктуре и других передовых методах управления ливневым стоком.[37] статьи, веб-сайты, фотографии, видео и другие средства массовой информации распространяются среди общественности с помощью этой кампании.
История[править]
С тех пор как люди начали жить в концентрированных деревенских или городских условиях, ливневый сток был проблемой. В течение бронзового века жилища приняли более концентрированную форму, и непроницаемые поверхности появились в качестве фактора в дизайне ранних населенных пунктов . Некоторые из ранних инкорпорации ливневой техники свидетельствует в Древней Греции .[38]
Конкретный пример раннего проектирования системы ливневого стока можно найти в археологическом восстановлении минойского феста на Крите .
Смотрите также[править]
- Общенациональная программа Городского стока (исследовательская программа США)
- Переполнение санитарной канализации
- Модель Управления Ливневыми Водами