Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Trvale udržitelný přístup v hospodaření s dešťovou vodou

Trvalo udržateľný prístup v hospodárení so zrážkovou vodou

Cílem managementu srážkových vod z povrchového odtoku je dosáhnout udržitelnosti v oblasti hospodaření s dešťovou vodou a zároveň věnovat pozornost předcházení záplavám. Predikce pro jednotlivé oblasti v Evropě jsou rozdílné, někde hrozí sucho, jinde záplavy, některé oblasti budou muset čelit obojímu.

Úvod

Paradigma trvalo udržateľného rozvoja sa od roku 1992 a Agendy 21 prejavuje vo všetkých oblastiach spoločenského života a "vodný manažment" nie je žiadnou výnimkou. Predkladaný príspevok sa venuje manažmentu zrážkových vôd z povrchového odtoku (SWM - "stromwater management"), aké boli prístupy v minulosti a akým výzvam čelíme v súčasnosti v nadväznosti na celosvetové trendy. Taktiež zohľadnenie potrieb integrovaného SWM a trvalo udržateľných prístupov k SWM v urbanizovaných oblastiach. Dôležité pojmy používané vo svete v súvislosti s touto problematikou sú SUDS - "sustainable urban drainage systems" - "trvaloudržateľný systém mestskej kanalizácie", BMPs - "best management practices" - "najlepšie manažérske praktiky", a LID - "low impact developement" - "rozvoj s nízkym dopadom". Všetky tieto pojmy majú za cieľ jediné, a to dosiahnutie trvalej udržateľnosti v oblasti hospodárenia so zrážkovými vodami z povrchového odtoku. Vo svete sa venuje značná pozornosť problematike SWM, a to aj z dôvodov stále častejších záplav práve v urbanizovaných oblastiach, ako sme tomu boli svedkami aj na Slovensku v priebehu leta 2010. Záplavy majú pôvod v extrémnych zrážkových udalostiach, ktoré podľa správy IPCC ("International platform for climate changes" - "Medzinárodná platforma pre klimatické zmeny") z roku 2008 majú stúpať. Frekvencia záplav je najviac pravdepodobná v regiónoch východnej Európy, potom severnej Európy centrálnej Európy a Atlantického pobrežia. Predpovede pre južnú a juhovýchodnú Európu poukazujú na značný nárast suchých období. Niektoré oblasti budú dokonca simultánne čeliť aj suchám aj záplavám podľa IPCC 2008. Filozofia trvalo udržateľného SWM znamená prechod od tradičnej "potrubnej infraštruktúry" odvádzania zrážkových vôd z povrchového odtoku ku "zelenšej infraštruktúre" a hlavne spracovanie tejto vody už v mieste jej vzniku tiež nazývané "source control" - "kontrola zdroja", ktorému sa bude tento príspevok bližšie venovať.

Zmena povrchového odtoku

Urbanizácia viedla a vedie k zmene odtokových podmienok zrážkovej vody z povrchového odtoku. Nová výstavba, a taktiež budúca výstavba v rámci urbanizovaných celkov zvyšuje množstvo spevnených plôch, čo vedie k zvýšeniu objemu a rýchlosti odtoku zrážkovej vody do jednotnej kanalizačnej siete. Stále menej a menej vody má možnosť sa prirodzene infiltrovať čo narúša prirodzený vodný cyklus (dochádza k lokálnym poklesom hladiny podzemnej vody) na jednej strane, na strane druhej dochádza k preťaženiu kanalizácie a čistiarní odpadových vôd, a taktiež viac nečistenej vody sa dostane do povrchových vôd cez CSO ("combined sewerage overflow" - odľahčovacia komora).


Obr.1 Zvyšovanie množstva vôd z povrchového odtoku so zvyšujúcou sa urbanizáciou (Butler, 2004)

Paradigmy SWM

Ako všetky oblasti aj SWM má svoje paradigmy. Je úplne prirodzené, že so zvyšujúcimi sa poznatkami a skúsenosťami sa menia aj naše prístupy v riešení inžinierskych otázok vodného hospodárstva. Rees a Debo vo svojej publikácii z roku 2003 uvádzajú 5 paradigiem SWM minulosti. Paradigma je to čo si myslíme že je pravdivé a správne o konkrétnej veci. To, či sú naše paradigmy v skutočnosti správne a efektívne neriešime, veríme tomu, že sú. Paradigmy o zrážkovej vode z povrchového odtoku sú:

  • "Odvádzaj zrážkovú vodu v jarkoch",
  • "Odvádzaj zrážkovú vodu potrubiami",
  • "Odvádzaj zrážkovú vodu dažďovou kanalizáciou",
  • "Oddeľ zrážkovú vodu od dažďovej kanalizácie",
  • "Dobre, len nespôsob záplavy".

V súčasnosti sa vynárajú nové paradigmy a to práve preto, lebo tie minulé viac menej len riešili problémy tých predchádzajúcich. Teraz čelíme novým paradigmám, ktoré podľa Reesa a Deba sú:

  • "Neznečisťuj",
  • "Dbaj o ekológiu",
  • "Povodie je voda, voda je povodie",
  • "Ozeleňuj" a staraj sa.

Staršie paradigmy a zároveň poznanie nových nám dávajú priestor na zamyslenie, ako ďalej postupovať v otázkach manažmentu zrážkových vôd z povrchového odtoku v našich podmienkach.

Súčasný SWM môžeme zhrnúť do 10 základných princípov:

  1. Hospodárenie so zrážkovou vodou z povrchového odtoku ako so zdrojom
  2. Ochrana a využívanie existujúcich prírodných zariadení a systémov
  3. Hospodárenie so zrážkovou vodou čo najbližšie k miestu vzniku
  4. Udržanie hydrologickej rovnováhy medzi povrchovou a podzemnou vodou
  5. Oddelenie, decentralizácia a distribúcia zdroja a odtoku
  6. Spomalenie odtoku a nedovoliť jeho opätovné zrýchlenie
  7. Prevencia, v otázkach kvality a kvantity vody
  8. Minimalizácia problémov, ktorým nevieme predísť
  9. Integrácia SWM do počiatočných procesov návrhu
  10. Kontrola a údržba všetkých BMPs

(Pennsylvaia Stormwater BMPs, 2006)

Trvalo udržateľný prístup k SWM

Ako už bolo spomenuté v úvode trvalo udržateľný prístup zahrnuje niektorý z prístupov (BMPs, LID, SUDS atď.). Charakteristickým znakom udržateľného SWM je, že kvalitatívne a kvantitatívne otázky sú riešené spoločne s ohľadom na spoločenské a environmentálne dopady. Stahre 2006 hovorí o udržateľnom nakladaní so zrážkovou vodou z povrchového odtoku, ako o otvorených systémoch odvádzania zrážkových vôd z povrchového odtoku. Jedná sa o spoločný názov pre rozličné prostriedky nakladania so zrážkovými vodami otvorenými alebo polo otvorenými systémami. Tieto systémy používajú úplne jednoduché princípy známe z prírody ako infiltrácia, priesak, povrchový odtok, pomalé odvádzanie a taktiež retencia a detencia. Na obrázku 2 je znázornené základné rozdelenie týchto systémov podľa toho, v akej fáze sa nakladanie so zrážkovou vodou realizuje.


Obr. 2: Kategorizácia systémov nakladanie so zrážkovou vodou (Stahre, 2006)

Kategória Príklad
Kontrola zdroja (súkromný pozemok)
  • Zelené strechy
  • Infiltrácia cez zatrávnené plochy
  • Priepustné chodníky
  • Perkolácia cez kamennú výplň
  • Rybník
  • Využívanie zrážkovej vody na rôzne účely
Lokálna kontrola (verejný pozemok)
  • Priepustné chodníky
  • Infiltračné pásy
  • Dočasne zaplaviť vopred pripravené plochy
  • Rybníky
Pomalý transport (verejný pozemok)
  • Jarky
  • Potôčiky
  • Otvorené kanály
Konečná kontrola (verejný pozemok)
  • Veľké rybníky a nádrže
  • Mokriny
  • Jazerá

Tabuľka 1: Príklady nakladania so zrážkovou vodou v rámci jednotlivých kategórií (Stahre, 2006)

Trvalo udržateľný prístup k nakladaniu so zrážkovou vodou z povrchového odtoku má oproti konvenčným prístupom viacero pridaných hodnôt ako napríklad: rekreačnú, ekonomickú, estetickú, vzdelávaciu, biologickú, ekologickú a environmentálnu. Kľúčom k úspechu a fungovaniu nového prístupu k nakladaniu so zrážkovou vodou je integrované plánovanie a spolupráca na všetkých úrovniach.

Kontrola zdroja na súkromnom pozemku

Ako bolo spomenuté v úvode, tento príspevok sa bude podrobnejšie venovať práve kontrole zdroja alebo "source control". Pojem kontrola zdroja sme úmyselne zredukovali na kontrolu zdroja len na súkromnom pozemku, aby bola jasná zodpovednosť za nakladanie so zrážkovou vodou.

Kontrolu zdroja môžeme uskutočňovať na rôznych úrovniach. Najjednoduchšie je to individuálne pri rodinných domoch, kde sa to vo svete už bežne realizuje a ľudia dažďovou vodou minimálne polievajú svoje záhrady, a tým aj keď v malej miere prispievajú k udržateľnejšiemu SWM. Môžeme pokračovať väčšími rezidenčnými oblasťami, hlavne v novo vznikajúcich, kde by už kontrola zdroja mala byť zakomponovaná. Ďalším podstatným článkom by malo byť "mesto". Je nutné presadiť kontrolu zdroja aj do plánov ďalšieho rozvoja mesta a začleniť tieto prvky v rámci urbanistickej koncepcie, s ohľadom na krajinno-ekologické plánovanie a navrátenie zelene a vody, tzv. "blue-green structures", do urbanizovaných oblastí, čo bude mať v konečnom dôsledku viacero pridaných hodnôt. Komerčná sféra tvorí podstatnú časť celého cyklu. Stále sa stavia viac a viac multifunkčných, obchodných, administratívnych priestorov a priemyselných budov, nehľadiac momentálne na krízu, predpokladáme, že nastúpený trend bude pokračovať. Práve táto sféra by mala pri výstavbe brať ohľad na SWM a zakomponovať ho do návrhu budov a priľahlého okolia.

V roku 2004 bola Európskou komisiou zriadená platforma WssTP (Water supply and sanitation Technology Platform), ktorá je zameraná na koordináciu a kolaboráciu medzi výskumnou a technologickou sférou "vodného hospodárstva". Za týmto účelom bola vypracovaná aj Strategická výskumna agenda (SRA - Strategic Research Agenda), ktorá stanovila 6 pilotných oblastí. V našej práci sa nás priamo dotýkajú dve z týchto oblastí a to číslo 2 a 4.

Pilotný program č. 2 sa venuje udržateľnému vodnému manažmentu urbanizovaných oblastí a ich okolia. Tento program bol podrobnejšie popísaný v našom predchádzajúcom príspevku.

Pilotný program č. 4 sa venuje práve udržateľnému vodnému manažmentu pre priemysel. Cieľom tohto pilotného programu je udržateľný vodný manažment pre všetky druhy priemyslu, je to veľmi dôležité, pretože náklady v súvislosti s vodou môžu dosiahnuť až 25% ceny celkovej výroby. Hlavnou výzvou je predstaviť udržateľné využívanie vody v priemyselných procesoch s ohľadom na efektívnosť a možnosť obnovy ostatných zdrojov potrebných pri výrobe ako sú primárne suroviny a energia. (SRA, WssTP, 2010)

V predkladanom príspevku sa venujeme kontrole zdroja a konkrétne jednej časti a to využívaniu zrážkovej vody. Predpokladáme, že potenciál využívania zrážkovej vody bude stúpať podľa nasledujúceho obrázka.


Obr. 3: Potenciál využívania zrážkovej vody (Karelová 2010)

V súčasnosti väčšina nových priemyselných objektov musí infiltrovať časť zrážkovej vody, nakoľko povoľovacie orgány nedovolia odvádzať tak veľké objemy jednotnou kanalizáciou. V našej práci by sme sa chceli zamerať na využívanie tejto vody a nasledovné vrátenie prebytočnej vody do vodného cyklu, čím by bolo zabezpečené nakladanie s dažďovou vodou priamo na pozemku v plnej miere, v zmysle zásad "source control".

V súvislosti s touto problematikou je nevyhnutné spomenúť aj 7 rámcový program nazvaný "Aquafit4use" zameraný práve na udržateľné využívanie vody pre priemysel a používanie kvalitatívne primeranej vody pre jednotlivé procesy. Aj napriek tomu, že projekt je zameraný na 4 odvetvia priemyslu (papierenský, textilný, chemický a potravinársky) myšlienky tohto projektu by mali byť prevzaté aj do ostatných sfér, a uisťujú nás, že sa v našej práci uberáme správnym smerom.

Nasledujúca schéma by mala priblížiť náš koncept a zámer zvýšenia trvalej udržateľnosti SWM a celkovo vodného manažmentu práve pre novo vznikajúce priemyselné objekty a parky v podmienkach Slovenska.


Obr. 4: Prístupy zohľadnené pri návrhu trvalo udržateľného SWM pre priemyselné objekty

Práca bude pozostávať z 3 hlavných častí (analýza, model, zhodnotenie) zobrazených v nasledujúcom diagrame s ohľadom na 5 základných princípov, ktoré sme sa rozhodli zohľadniť v našom návrhu.


Obr.5: Schéma práce na projekte podpory SUDS

Záver

Nové prístupy k hospodáreniu so zrážkovou vodou by sa mali premietnuť aj do nášho vodného manažmentu. Vo svete sa tejto problematike v súčasnosti venuje veľká pozornosť, na jednej strane kvôli rastúcim záplavám urbanizovaných oblastí (v súvislosti s klimatickými zmenami), na strane druhej tu je spotreba vody. Spotreba pitnej vody na nepitné účely je obrovská, a aj napriek tomu, že v našich podmienkach je vody dostatok mali by sme k našim prírodným zdrojom pristupovať zodpovednejšie. Tieto a ďalšie aspekty nás primäli venovať sa práve problematike manažmentu zrážkovej vody z povrchového odtoku v urbanizovaných oblastiach, konkrétnejšie pre priemyselné objekty. Výsledkom by mal byť návrh udržateľného systému hospodárenia so zrážkovou vodou pre priemyselné objekty zameraný plne na "source control". Táto téma je natoľko široká, že prináša stále nové otázky a problémy ktorým sa bude potrebné venovať, od vplyvu na zdravie ľudí cez sociálne a spoločenské aspekty až po množstvo environmentálnych dopadov a otázok. Prístupy zo sveta, projekty Európskej únie a technologických inštitúcií zameraných práve na výskum v oblasti manažmentu zrážkovej vody, mestskej kanalizačnej siete a celkovo trvalo udržateľného vodného manažmentu dokazujú, aké potrebné je venovať sa tejto téme podrobnejšie už teraz s ohľadom na ďalšie generácie, čo je vlastne základná myšlienka trvalo udržateľného rozvoja.

Článok vznikol v rámci riešenia. SUSPP-0007-09. - Centrum výskumu zvýšenia efektívnosti zachytávania a využívania zrážkových vôd z povrchového odtoku za účelom minimalizácie energetickej náročnosti a počas výskumného pobytu na NTNU, Trondheim, podľa grantovej schémy: Research council of Norway - Yggdrasil - young guest and doctoral researchers' annual scholarships for investigation and learning (IS-MOBIL) 2010.

Literatúra

Aquafit4use, 7th Framework Programme, www
Bates, B.C., Z.W. Kundzewicz, S. Wu and J.P. Palutikof, Climate Change and Water Eds. IPCC Secretariat, Geneva, 210 pp. June 2008, www
Butler D., Davies J. W., Urban Drainage. E & FN SPON, 2000, ISBN 0-419-22340-1
Karelová Z., Hospodárenie so zrážkovými vodami z povrchového odtoku, In: Juniorstav 2010 : 12. odborná konference doktorského studia : sborník anotací : Brno, 24.2.2010. - Brno : VUT, 2010. - ISBN 978-80-214-4042-5. - P. 1-5.
Karelová Z., Rainwater harvesting as part of good water, In: Mladý vedec 2010 : Young scientist 2010 : 2. Medzinárodná doktorandská konferencia stavebníctva a architektúry : Tatranská Štrba 13.4.-15.4.2010. - Košice : TU, 2010. - ISBN 978-80-553-0391-8. - S. 1-6.
Pennsylvania Stormwater Best Management Practices Manual, www
Reese Andrew J., Debo Thomas N., Municipal Stormwater Management, Second Edition, CRC Press 2003, ISBN: 978-1-4200-3226-0
Stahre, Peter, Sustainability in urban storm drainage, Svenskt Vatten 2006, ISBN: 91-85159-20-4
Strategic research agenda, Executive summary, WssTP 2010, www
Vranayová Z., Karelová Z., Využívanie zrážkových vôd z povrchového odtoku v podmienkach Slovenska, In: Vodovody, kanalizácie, odpady - malé vodné diela - alternatívne zdroje energie : zborník z 8. ročníka odbornej konferencie s medzinárodnou účasťou: 30.11.-2.12.2009, Vysoké Tatry, Stará Lesná. - Košice: Elsewa, 2009. - ISBN 978-80-893-8506-5. - S. 1-5.


Recenzovala: doc. Ing. Danica Košičanová, PhD,
vedúca Katedry teórie a techniky prostredia budov Stavebnej fakulty, TU v Košiciach

Príspevok sa zaoberá využívaním zrážkových vôd v podmienkach Slovenska v nadväznosti na nedávne tragické udalosti spojené s povodňami, ktoré sa objavujú každoročne hlavne na Východnom Slovensku a v nedávnej dobe na celom území Slovenska. Riešenie tejto problematiky je akútne, hlavne pre zhoršujúce sa stavy vodných tokov a nedostatočný manažment. Článok pre svoju originalitu a dôležitosť odporúčam na zverejnenie.

English Synopsis
How to apply sustainable stormwater management techniques

Stormwater management is quite a new topic in Slovakia. There is no legal framework as well as standards or guidelines how to apply sustainable stormwater management techniques. As a consequence of repeated floods we are aware of a need for more effective stormwater handling. There are numerous techniques and approaches known around the world how to support sustainable stormwater management, especially in the urban areas, where the stormwater can cause significant damages. Nowadays we are more open to implement these new approaches especially in cases, where the effort is sustainability in stormwater management such as protection against floods and mitigation of pollution. The aim is to manage stormwater as close to source as possible which is also called source control covering number of measures. Rainwater harvesting as a part of the source control measures could contribute to the sustainability in stormwater management as well, by supporting potable water conservation and sustainability in water management in general. Submitted theoretical part of the thesis describes comprehensive stormwater management approaches as well as legislative framework.

 
 
Reklama