Retencja wód opadowych

W ostatnich latach znacząco wzrosła częstotliwość występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych. Praktycznie na całym obszarze naszego kraju wszyscy coraz częściej doświadczamy przykrych skutków występowania opadów nawalnych, wynika to zarówno ze zmian klimatycznych, jak i pogłębiającej się antropopresji.

Rys. 1. Możliwości wykorzystania Leca® KERAMZYTU na przykładzie wybranych rozwiązań obejmujących dachy zielone i użytkowe, tereny zielone, zbiorniki infiltracyjne i biofiltrację

Rys. 2. Schemat wykorzystania Leca® KERAMZYTU przy budowie ogrodów deszczowych, płytkich rowów i muld infiltracyjnych, zielonych dachów i terenów zielonych

Wszczególny sposób dotyczy to mieszkańców miast, gdzie gęsta zabudowa i związana z tym infrastruktura zastąpiły obszary naturalne powierzchniami nieprzepuszczalnymi. Gwałtowny spływ wody z dachów, asfaltowych ulic, betonowych chodników i placów oraz innych powierzchni o ograniczonej przepuszczalności prowadzi do przepełnienia systemów odwadniających i kanalizacyjnych, a w konsekwencji do powodzi błyskawicznych i lokalnych podtopień, tzw. powodzi miejskich. Powoduje to nie tylko straty materialne, ale również stanowi zagrożenie dla zdrowia mieszkańców, poprzez rozprzestrzenianie patogenów i zanieczyszczeń.

Z drugiej strony na skutek długich okresów bezdeszczowych coraz bardziej odczuwamy efekty występowania zjawiska suszy. Na domiar złego Polska należy do grupy państw narażonych na deficyt wody, który jak wskazują wyniki najnowszych badań będzie się pogłębiał.

Dlatego właśnie tak ważne jest właściwe zarządzanie wodą opadową, które nie powinno sprowadzać się tylko do jej odprowadzenia poprzez systemy kanalizacji i odwodnienia. Tym bardziej, że rozbudowa sieci kanalizacyjnej w warunkach ograniczeń terenowych i rozbudowanej infrastruktury na terenach zurbanizowanych jest nie tylko trudna technicznie, ale też bardzo kosztowna. Nie wspominając już o kosztach oczyszczania ścieków.

Najbardziej efektywne zarządzanie wodą opadową to takie, które odbywa się w miejscu lub blisko występowania opadu z wykorzystaniem zrównoważonych i ekologicznych metod o niewielkim wpływie na środowisko. Będą to rozwiązania symulujące obieg wody występujący w środowiskach naturalnych, takich jak łąki, lasy i tereny zielone. Wykorzystując mechanizmy retencji i infiltracji, można zatrzymać wodę w środowisku i spowolnić jej odpływ ze zlewni.

Współczynnik spływu i projektowanie

Retencja i infiltracja

Najogólniej rzecz ujmując, przez retencję wodną rozumiemy zdolność do magazynowania wody oraz jej przetrzymywania w środowisku przez określony czas. Obejmuje ona czasowe zatrzymywanie wody w postaci wody opadowej i roztopowej, śniegu, lodu, a także wody podziemnej. Skutkiem tego jest wydłużenie czasu oraz drogi obiegu wody w środowisku danej zlewni, co bezpośrednio przekłada się na poprawę jej bilansu wodnego. Zasoby wodne powiększają się przede wszystkim w wyniku zamiany szybkiego spływu powierzchniowego na powolny odpływ gruntowy (infiltracja).

Infiltracja zaś to proces wchłaniania wody przez grunt, w którym woda doprowadzana jest grawitacyjnie poprzez grunt do poziomu warstwy wodonośnej. Infiltracja mierzona jest wskaźnikiem infiltracji zdefiniowanym jako procentowa ilość wody infiltrującej w głąb profilu gruntowego w stosunku do opadów atmosferycznych. Zależy ona od czynników atmosferycznych, właściwości gruntu oraz charakterystyki terenu. Są to m.in. wielkość i ilość opadów w czasie, temperatura i wilgotność powietrza, przepuszczalność gruntu i jego nasycenie wodą, przemarzanie, nachylenie terenu, występująca roślinność, zabudowania oraz działalność człowieka. Współczynnik spływu to stosunek ilości wody, która spłynie z danego obszaru, do ilości wody, która spadła na ten obszar, i przyjmuje wartości od 0 do 1, zależnie od rodzaju i charakteru zlewni. Obszary o małym stopniu infiltracji (np. chodniki) i szybkim odpływie (np. obszary o dużym pochyleniu) mają współczynnik zbliżony do 1, a dla powierzchni przepuszczalnych (np. takich jak grunty uprawne) jest on bliższy zeru.

Współczynnik spływu to podstawowy parametr obliczeniowy do określenia ilości wody spływającej z obszaru rozpatrywanej zlewni, niezbędny do prawidłowego zaprojektowania urządzeń retencyjnych, kanalizacji czy odwodnienia. Jak wcześniej wspomniano, jego wartość zależy od rodzaju pokrycia terenu, jego spadku i budowy geologicznej, ale również od natężenia i czasu trwania deszczu. Dlatego kolejnym potrzebnym parametrem obliczeniowym jest tzw. miarodajny opad deszczu w odniesieniu do czasu jego trwania oraz prawdopodobieństwa jego wystąpienia. Aktualnie wartości natężenia deszczu miarodajnego przyjmowane są na podstawie róż

nych modeli opadów, począwszy od modelu Błaszczyka z 1954 r. poprzez model Bogdanowicz i Stachy z 1998 r., aż po Polski Atlas Natężeń Deszczów PANDa oparty na lokalnych modelach opadów maksymalnych. Wykorzystanie nowej generacji narzędzi takich jak PANDa w połączeniu np. z GIS (system informacji geograficznej) pozwala na tworzenie zawansowanych i wiarygodnych symulacji, analiz oraz optymalizację rozwiązań.

Przykłady rozwiązań

Posiadając charakterystyką zlewni opartą o powyżej opisane dane, można dokonać techniczno-ekonomicznej analizy możliwych sposobów zarządzania wodą opadową, a następnie wybrać i zwymiarować najbardziej uzasadnione rozwiązania.

Leca® KERAMZYT to lekkie kruszywo ceramiczne o bardzo porowatej strukturze wewnętrznej i dużej ilości wolnych przestrzeni między ziarnami, które tworzą miejsce do tymczasowego zatrzymywania wody. Korzystając z Leca® KERAMZYTU, można prostym sposobem przekształcić wiele obszarów w funkcjonalne zbiorniki i miejsca tymczasowego zatrzymywania wody ze

zlewni (rys. 1).

Im więcej deszczu, tym wyższy będzie współczynnik spływu, ponieważ podczas opadów powierzchnie nasycają się wodą. Leca® KERAMZYT działa w synergii z komponentami powierzchni i redukuje odpływ z całej konstrukcji jako warstwa podpowierzchniowa. Efekt zwiększa się wraz z grubością zastosowanej warstwy Leca®. Zastosowanie Leca® KERAMZYTU zwiększy elastyczność działania powierzchni przepuszczalnych i półprzepuszczalnych, a jego właściwości termoizolacyjne zmniejszą głębokość przemarzania.

W zależności od ukształtowania terenu, warunków gruntowych oraz rodzaju nawierzchni warstwa Leca® KERAMZYTU może działać na kilka sposobów: » do retencji – duża dostępna przestrzeń międzyziarnowa powoduje sprawne przejmowanie napływającej wody, opóźniając czas i zmniejszając szczytową intensywność

spływu (1 m3 keramzytu może zatrzymać 420 litrów wody). Działa to niezależnie od infiltracji gruntu. Dzięki temu można zmaksymalizować sprawność retencyjną powierzchni roślinnych lub przepuszczalnych, » do infiltracji – zastosowanie keramzytu jako warstwy wspomagającej infiltrację wód powierzchniowych w słabo przepuszczalnych gruntach pozwala zredukować wielkość całkowitego odpływu, dzięki czemu łatwiej jest kontrolować pozostałą część spływającej wody, » do drenażu – Leca® KERAMZYT doskonale nadaje się do zastosowań drenażowych.

Między ziarnami kruszywa swobodnie przepływa woda (współczynnik filtracji 2 m/min), którą można skierować do odbiorników, zarówno przy budowie rowów otwartych, jak i zamkniętych systemów odwadniających.

Przykładowa konstrukcja 1 Rys. 2 pokazuje, w jaki sposób wykorzystać Leca® KERAMZYT przy budowie ogrodów deszczowych, płytkich rowów i muld infiltracyjnych, zielonych dachów i terenów zielonych. Zalecane jest minimum 10 cm kruszywa, jednak jego grubsza warstwa zwiększy skuteczność rozwiązania. Warstwa Leca® KERAMZYTU osusza wierzchnią warstwę nasyconego wodą gruntu, aż do osiągnięcia swej maksymalnej pojemności. Następnie po odprowadzeniu nagromadzonej wody szybko się regeneruje, powracając do swej pierwotnej pojemności. W przypadku wszystkich rozwiązań kruszywo Leca® zapobiega zalaniom i podtopieniom, zapewnia tymczasowe zatrzymywanie i przechowywanie wody. Takie konstrukcje są często nazywane rozwiązaniami niebiesko-zielonymi.

Przykładowa konstrukcja 2 Przepuszczalna powierzchnia z kostki brukowej to dobry sposób na wykorzystanie do celów retencyjnych przestrzeni przeznaczonej dla ruchu pieszego (rys. 3). W takim przypadku najlepiej sprawdzą się drobne frakcje Leca® KERAMZYTU. Takie rozwiązania nazywane są często niebiesko-szarymi. Są idealne do tworzenia różnorodnych przestrzeni, na dachach płaskich, nad podziemnymi garażami i na patiach.

Przykładowa konstrukcja 3 Funkcje zarządzania wodą można również nadać strukturom nośnym. Rys. 4 pokazuje przykładową konstrukcję dla ruchu kołowego z dodatkową przestrzenią do zatrzymania i infiltracji. Na wypełnieniu z kruszywa Leca® przykrytym geowłókniną znajduje się przepuszczalna warstwa nośna z kruszywa łamanego. Leca® KERAMZYT od dziesięcioleci jest stosowany w geotechnice jako lekki materiał wypełniający. W związku z tym doświadczenia i zasady znane z geotechnicznych zastosowań Leca® KERAMZYTU można wykorzystać i połączyć z funkcją zarządzania wodą.

Rys. 3. Schemat wykorzystania Leca® KERAMZYTU do celów retencyjnych przestrzeni przeznaczonej dla ruchu pieszego Rys. 4. Schemat wykorzystania Leca® KERAMZYTU w konstrukcji dla ruchu kołowego

Filtrowanie i biofiltracja

Ze względu na bardzo porowatą strukturę i dużą powierzchnię właściwą ziaren, Leca® KERAMZYT nadaje się do biologicznego oczyszczania wody deszczowej. Może fizycznie lub chemicznie wiązać zarówno cząstki rozpuszczone, jak i stałe. Keramzyt od dawna jest używany do uzdatniania wody i wykazuje dużą odporność na zatykanie. Lokalne środowisko może być chronione przez zatrzymanie i usunięcie zanieczyszczeń.

Leca Polska sp. z o.o. ul. Krasickiego 9, 83-140 Gniew tel. 58 772 24 00 e-mail: leca@leca.pl, www.leca.pl