Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Городские стоки стекают в ливневую канализацию
Система открытого стока в Африке

Городской сток - это поверхностный сток дождевой воды, создаваемый урбанизацией . Этот сток является основным источником наводнений и загрязнения воды в городских сообществах по всему миру.

Непроницаемые поверхности ( дороги , автостоянки и тротуары ) сооружаются при застройке земель . Во время дождя бурь и других осадков событий, эти поверхности (построенных из материалов , такие как асфальт и бетон ), а также крыши , несет загрязнен ливневый к ливневой канализации , вместо того , чтобы позволить воду , чтобы перколят через почву . [1] Это вызывает понижение уровня грунтовых вод (поскольку подпитка грунтовых водуменьшается) и наводнения, так как количество воды, которая остается на поверхности, больше. [2] [3] Большинство муниципальных систем ливневой канализации сбрасывают неочищенные ливневые воды в ручьи , реки и заливы . Эта лишняя вода также может проникать в собственность людей через подпорки подвала и просачиваться через стены и полы здания.

Городское наводнение [ править ]

Затопленные улицы Нового Орлеана
Связь между непроницаемыми поверхностями и поверхностным стоком

Городские стоки являются основной причиной наводнений в городах , затопления земель или собственности в застроенной среде, вызванного осадками, превышающими пропускную способность дренажных систем , таких как ливневые коллекторы . [4] Вызванные такими событиями, как внезапные наводнения , штормовые нагоны , наводнения на берегах берегов или таяние снегов , городские наводнения характеризуются повторяющимися, дорогостоящими и системными воздействиями на общины, независимо от того, находятся ли эти общины в официально обозначенных поймах или нет. возле любого водоема. [5]

Есть несколько способов попадания ливневой воды в недвижимость: резервное копирование через канализационные трубы, туалеты и слив в здания; просачивание через стены и полы зданий; скопление воды на территории собственности и в общественных местах; и разлив воды из водоемов, таких как реки и озера. Если недвижимость построена с подвалами , городское затопление является основной причиной затопления подвала.

Потоки наводнений в городской среде были исследованы относительно недавно, несмотря на многовековые наводнения. [6] Некоторые исследователи упоминали эффект накопления в городских районах. В нескольких исследованиях изучались модели потоков и их перераспределение на улицах во время штормов, а также их влияние на моделирование наводнений. [7] В некоторых недавних исследованиях рассматривались критерии безопасной эвакуации людей из затопленных территорий. [8] Но некоторые недавние полевые измерения во время наводнения в Квинсленде 2010–2011 годов показали, что любой критерий, основанный исключительно на скорости потока, глубине воды или удельном импульсе, не может учитывать опасности, вызванные колебаниями скорости и глубины воды. [6]Эти соображения далее игнорируют риски, связанные с большим мусором, увлекаемым движением потока. [8]

Загрязняющие вещества [ править ]

Ручей, залитый городскими стоками после шторма

Вода, стекающая с этих непроницаемых поверхностей, имеет тенденцию собирать бензин , моторное масло , тяжелые металлы , мусор и другие загрязнители с дорог и парковок, а также удобрения и пестициды с газонов. Дороги и автостоянки являются основными источниками полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые образуются как побочные продукты сгорания бензина и других ископаемых видов топлива , а также тяжелых металлов - никеля , меди , цинка , кадмия и свинца . Сток с крыши способствует высокому уровнюсинтетические органические соединения и цинк (из оцинкованных водостоков). Использование удобрений на газонах жилых домов, в парках и на полях для гольфа является измеримым источником нитратов и фосфора в городских стоках при неправильном внесении удобрений или чрезмерном удобрении дерна. [2] [9]

Эрозия почвы или плохое обслуживание строительных площадок часто могут привести к увеличению отложения осадков в стоке. Отложения часто оседают на дно водоемов и могут напрямую влиять на качество воды. Чрезмерный уровень наносов в водоемах может увеличить риск инфекций и болезней из-за высокого уровня содержания питательных веществ в почве. Эти высокие уровни питательных веществ могут уменьшить количество кислорода и ускорить рост водорослей, ограничивая рост местной растительности. Ограниченная естественная растительность и чрезмерное количество водорослей могут разрушить всю водную экосистему из-за ограниченного проникновения света, более низкого уровня кислорода и сокращения запасов пищи. Чрезмерный уровень отложений и взвешенных веществтакже могут нанести ущерб существующей инфраструктуре. Отложения могут увеличить сток за счет закупорки подземных систем нагнетания, тем самым увеличивая количество стока на поверхности. Повышенный уровень седиментации также может уменьшить объем хранения за резервуарами. Это сокращение емкости водохранилищ может привести к увеличению расходов государственных земельных агентств, а также повлиять на качество водных рекреационных зон. [10]

Сток также может вызвать отравление тяжелыми металлами в океане. Небольшие количества тяжелых металлов переносятся стоком в океаны. Эти металлы попадают в организм океана. Эти тяжелые металлы нельзя утилизировать, поэтому они накапливаются в организме животных. Со временем эти металлы достигают токсичного уровня, и животное умирает. Это отравление тяжелыми металлами также может повлиять на людей. Если мы съедим отравленное животное, у нас тоже есть шанс отравиться тяжелыми металлами. [11] [12]

По мере того, как ливневые воды направляются в ливневые стоки и поверхностные воды, количество естественных наносов, сбрасываемых в водоприемники, уменьшается, но поток и скорость воды увеличиваются. Фактически, водонепроницаемое покрытие в типичном городе создает в пять раз больше стока, чем в типичном лесу такого же размера. [13]

Эффекты [ править ]

В отчете Национального исследовательского совета США за 2008 год (текстовое поле ниже) городской сток определен как главный источник проблем с качеством воды .

... дальнейшее ухудшение качества воды остается вероятным, если не будут устранены изменения в землепользовании, которые характерны для более диффузных источников загрязнения ... К ним относятся нарушающие почву сельскохозяйственные, лесохозяйственные, городские, промышленные и строительные работы, от которых трудно отказаться. - контролировать выбросы загрязняющих веществ во время дождливой погоды. Загрязнение этих ландшафтов было почти повсеместно признано наиболее серьезной проблемой для восстановления водоемов и водных экосистем по всей стране.

  - Национальный исследовательский совет, Управление городскими ливневыми водами в США [14]

Уизел-Брук в Пассаике, штат Нью-Джерси , был отделен бетонными стенами, чтобы контролировать локальные наводнения.

Сток также увеличивает температуру в ручьях, нанося вред рыбе и другим организмам. (Внезапный выброс стока из-за ливня может вызвать смертельный удар горячей водой.) Кроме того, дорожная соль, используемая для таяния снега на тротуарах и дорогах, может загрязнять ручьи и водоносные горизонты грунтовых вод . [15]

Одно из наиболее выраженных последствий городского стока - это водотоки, которые исторически содержали мало или совсем не содержали воды в периоды засушливой погоды (часто называемые эфемерными потоками ). Когда территория вокруг такого ручья становится урбанизированной , возникающий в результате сток создает неестественный круглогодичный поток , наносящий вред растительности, животным и дикой природе и руслу водотока. Содержащий мало или совсем не осадок относительно исторического отношения осадка к воде, городской сток устремляется вниз по каналу ручья, разрушая природные объекты, такие как меандры и песчаные отмели , и создает серьезную эрозию, увеличивая наносы в устье, серьезно врезая русло ручья.вверх по течению. Например, на многих пляжах Южной Калифорнии в устье водного пути городской сток несет мусор, загрязняющие вещества, чрезмерный ил и другие отходы и может представлять умеренную или серьезную опасность для здоровья.

Из-за удобрений и органических отходов, которые часто переносятся городскими стоками, часто происходит эвтрофикация водоемов, подверженных этому типу стока. После проливных дождей содержание органических веществ в водном пути относительно высокое по сравнению с естественным уровнем, что способствует росту цветения водорослей, которые вскоре потребляют большую часть кислорода . Когда естественный кислород в воде истощается, водоросли умирают, а их разложение вызывает дальнейшее эвтрофикацию. Цветение водорослей в основном происходит в районах со стоячей водой, таких как бассейны с ручьями и бассейны за дамбами , плотинами и некоторыми сооружениями с каплями воды.. Эвтрофикация обычно имеет смертельные последствия для рыб и других водных организмов.

Чрезмерная эрозия берегов ручья может вызвать наводнение и материальный ущерб. В течение многих лет правительства часто реагировали на проблемы эрозии городских водотоков путем изменения водотоков путем строительства укрепленных насыпей и аналогичных регулирующих сооружений с использованием бетонных и каменных материалов. Использование этих твердых материалов разрушает среду обитания для рыб и других животных. [16] Такой проект может стабилизировать непосредственную зону, где произошло повреждение от наводнения, но часто он просто переносит проблему на участок вверх или вниз по течению. [17] См. Речное машиностроение .

Городское наводнение имеет серьезные экономические последствия. В США отраслевые эксперты считают, что влажные подвалы могут снизить стоимость недвижимости на 10-25%, и их называют одной из главных причин отказа от покупки дома. [18] По данным Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям США (FEMA) , почти 40% малых предприятий никогда не открывают свои двери после наводнения. [19] В Великобритании городское наводнение оценивается в 270 миллионов фунтов стерлингов в год в Англии и Уэльсе ; 80 000 домов находятся под угрозой. [20]

Исследование округа Кук, штат Иллинойс , выявило 177 000 заявлений о страховании имущественного ущерба, поданных в 96% почтовых индексов округа за пятилетний период с 2007 по 2011 год. Это эквивалентно заявлению одного из шести объектов собственности в округе. Средние выплаты по каждому иску составили 3 733 доллара США по всем типам требований, при этом общая сумма выплат за пять лет рассмотрения претензий составила 660 миллионов долларов. [18]

Несмотря на согласованные усилия, многим общинам не хватает средств для полного решения этих проблем, и они часто ищут средства в других местах. Многочисленные водосборы в округе Лос-Анджелес, Калифорния , не соответствуют государственным стандартам качества воды, несмотря на то, что ежегодно тратится 100 миллионов долларов на программы чистой воды для борьбы с такими проблемами, как городской сток. Чтобы бороться с этой проблемой, официальные лица ввели меру, которая установит размер платы для домовладельцев и местных предприятий в попытке собрать 290 миллионов долларов для эффективного управления городскими стоками. [21]

Предотвращение и смягчение последствий [ править ]

Перколяции траншею инфильтраты ливневой через проницаемые почвы в подземных водоносных горизонтов .

Маслоотделитель зернистости предназначен для захвата декантирующихся веществ, масла и смазок, мусора и floatables в стоке от дорог и парковок
Основная статья: Поверхностный сток: смягчение и обработка
Смотрите также: Сбор дождевой воды

Эффективный контроль городских стоков предполагает снижение скорости и потока ливневых вод, а также сокращение выбросов загрязняющих веществ. Для уменьшения воздействия городских стоков могут использоваться различные методы и системы управления ливневыми водами. Некоторые из этих методов (называемые в США передовой практикой управления (BMP)) ориентированы на контроль количества воды, другие - на улучшение качества воды, а некоторые выполняют обе функции. [22]

Практика предотвращения загрязнения включает в себя методы развития с низким уровнем воздействия (LID) или зеленой инфраструктуры , известные как устойчивые дренажные системы (SuDS) в Великобритании и водочувствительный городской дизайн (WSUD) в Австралии и на Ближнем Востоке, такие как установка зеленых крыш. и улучшенное обращение с химическими веществами (например, управление моторным топливом и маслом, удобрениями и пестицидами). [13] [23] Системы уменьшения стока включают инфильтрационные бассейны , системы биологического удержания , построенные водно-болотные угодья , водосборные бассейны и аналогичные устройства. [24] [25]

Для обеспечения эффективных городских сточных вод часто требуются надлежащие городские программы, учитывающие потребности и различия сообщества. Такие факторы, как средняя температура в городе, уровни осадков, географическое положение и уровни переносимых по воздуху загрязнителей, могут влиять на уровень загрязнения городских сточных вод и создавать уникальные проблемы для управления. Человеческие факторы, такие как темпы урбанизации, тенденции землепользования и выбранные строительные материалы для непроницаемых поверхностей, часто усугубляют эти проблемы.

Реализация общегородских стратегий технического обслуживания, таких как программы подметания улиц, также может быть эффективным методом повышения качества городских стоков. Пылесосы для подметания улиц собирают частицы пыли и взвешенные твердые частицы, которые часто встречаются на общественных парковках и дорогах, которые часто попадают в сток. [26]

Синий символ водостока и желтой рыбы используется Агентством по окружающей среде Великобритании для повышения осведомленности об экологических последствиях загрязнения поверхностного стока.

Образовательные программы также могут быть эффективным инструментом управления городским стоком. Местные предприятия и частные лица могут сыграть неотъемлемую роль в сокращении загрязнения городских сточных вод просто своими действиями, но часто не знают о правилах. Проведение продуктивного обсуждения городских стоков и важности эффективной утилизации предметов домашнего обихода может способствовать поощрению экологически безопасных методов работы с меньшими затратами для города и местной экономики. [27]

См. Также [ править ]

  • Очистка сельскохозяйственных сточных вод - стоки питательных веществ
  • Первый поток (начальный сток после ливня)
  • Список экологических проблем
  • Национальная программа городского стока , исследовательский проект, проведенный Агентством по охране окружающей среды США.
  • Загрязнение из неточечных источников
  • Поверхностный сток - вопросы сельского хозяйства

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Сток (поверхностный сток)» . Школа водных наук USGS . Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США (USGS). 2016-12-02.
  2. ^ a b Федерация водной среды , Александрия, Вирджиния; и Американское общество инженеров-строителей , Рестон, штат Вирджиния. «Управление качеством городского стока». Практическое руководство ВЭФ № 23; Руководство ASCE и отчет по инженерной практике № 87. 1998. ISBN 1-57278-039-8 . Глава 1. 
  3. ^ Шулер, Томас Р. (2000) [начальная опубл. 1995]. «Важность непроницаемости» (pdf) . У Шулера; Холланд, Хизер К. (ред.). Практика охраны водоразделов . Элликотт Сити, Мэриленд: Центр защиты водоразделов. С. 1–12 . Проверено 24 декабря 2014 .
  4. ^ «Поверхностный сток - круговорот воды» . Школа водных наук USGS . USGS. 2016-12-15.
  5. ^ Центр технологий соседства, Чикаго, штат Иллинойс, «Распространенность и стоимость наводнений в городах». Май 2013
  6. ^ а б Браун, Ричард; Шансон, Хуберт ; Макинтош, Дэйв; Мадхани, Джей (2011). «Измерения турбулентной скорости и концентрации взвешенных наносов в городской среде поймы реки Брисбен в Гарденс-Пойнт 12–13 января 2011 года» . Отчет о гидравлической модели № CH83 / 11 . Брисбен, Австралия: Квинслендский университет, Школа гражданского строительства (CH83 / 11): 120 стр. ISBN 978-1-74272-027-2.
  7. ^ Вернер, MGF; Хантер, Нью-Мексико; Бейтс, PD (2006). «Выявление распределенных значений шероховатости поймы при оценке степени наводнения». Журнал гидрологии . 314 (1–4): 139–157. DOI : 10.1016 / j.jhydrol.2005.03.012 .
  8. ^ a b Шансон, Х .; Brown, R .; Макинтош, Д. (2014). «Стабильность человеческого тела в паводковых водах: наводнение 2011 года в центральном деловом районе Брисбена». У Х. шансона; Л. Тумбес (ред.). Материалы 5-го Международного симпозиума IAHR по гидротехническим сооружениям (ISHS2014), 25–27 июня 2014 г., Брисбен, Австралия . DOI : 10.14264 / uql.2014.48 . ISBN 978-1-74272-115-6.
  9. ^ Г. Аллен Бертон младший, Роберт Питт (2001). Справочник по воздействию ливневых вод: набор инструментов для менеджеров, ученых и инженеров водоразделов . Нью-Йорк: CRC / Lewis Publishers. ISBN 0-87371-924-7.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) Глава 2.
  10. ^ Совет по окружающей среде Орегона. Глава 1: Воздействие городских ливневых стоков. Получено с веб-сайта: http://www.oeconline.org/our-work/rivers/stormwater/stormwater report / impacts
  11. ^ Бортманом, Марси (2011). "Загрязнение морской среды". Экологическая энциклопедия . 3 : 21–34.
  12. ^ Вайс, Кеннет Р. (2009). Вымирающие океаны . Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Glenhaven Press. С. 39–45.
  13. ^ a b Защита качества воды от городских стоков (Отчет). EPA. Февраль 2003 г. EPA 841-F-03-003.
  14. ^ Национальный исследовательский совет (США) (2009). Управление городскими ливневыми водами в США (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Пресса национальных академий. п. 24. DOI : 10,17226 / 12465 . ISBN 978-0-309-12539-0.
  15. ^ Геологическая служба США. Атланта, Джорджия. «Влияние урбанизации на качество воды: городской сток». Проверено 30 декабря 2009 г.
  16. ^ Законы, Эдвард А .; Рот, Лорен (2004). «Влияние затвердевания ручьев на качество воды и метаболические характеристики ручьев Вайманало и Канеохе, Оаху, Гавайские острова». Тихоокеанская наука . Гавайский университет Press. 58 (2): 261–280. DOI : 10.1353 / psc.2004.0019 . hdl : 10125/2725 . ISSN 0030-8870 . S2CID 19417682 .  
  17. ^ «Глава 3. Создание каналов и модификация каналов» . Национальные меры управления по контролю загрязнения из неточечных источников в результате гидромодификации (отчет). EPA. 2007. EPA 841-B-07-002.
  18. ^ a b «Распространенность и стоимость наводнения в городах». Май 2013 г., Центр технологий соседства, Чикаго, штат Иллинойс.
  19. ^ Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (США). «Защита вашего бизнеса», последнее обновление - март 2013 г., http://www.fema.gov/protecting-yourbusshops. Архивировано 17сентября 2013 г.на Archive.today.
  20. ^ Парламентское управление науки и технологий, Лондон, Великобритания. «Городское наводнение». Примечание 289, июль 2007 г.
  21. ^ Сьюэлл, Эбби (2013-01-03). «Округ требует платы за земельный участок для оплаты проектов по борьбе с городским стоком» . Лос-Анджелес Таймс .
  22. ^ «Глава 5: Описание и эффективность лучших практик управления ливневыми водами» . Предварительные сводные данные о передовых методах управления ливневыми водами в городах (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Август 1999 г. EPA-821-R-99-012.
  23. ^ Уменьшите сток: замедлите, разложите, впитайте (видео). EPA. 2009 г.
  24. ^ Калифорнийская ассоциация качества ливневых вод. Менло-Парк, Калифорния. «Справочники по лучшей практике управления ливневыми водами». 2003 г.
  25. ^ НьюДжерси Департамент охраны окружающей среды. Трентон, штат Нью-Джерси. «Руководство по передовой практике управления ливневыми водами в Нью-Джерси». Апрель 2004 г.
  26. ^ "Парковка и уборка улиц" . Национальное меню лучших практик управления ливневыми водами . EPA. Архивировано из оригинала на 2015-08-28 . Проверено 24 декабря 2014 .
  27. ^ Балло, Сиака; Лю, Мин; Хоу, Лицзюнь; Чанг, Цзин (10.07.2009). «Загрязняющие вещества в ливневых стоках в Шанхае (Китай): последствия для управления загрязнением городских стоков» . Прогресс естествознания . 19 (7): 873–880. DOI : 10.1016 / j.pnsc.2008.07.021 .
  • Макгинн, Энн Платт (2004). Человеческая деятельность, которая угрожает мировым океанам . Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Glennhaven Press. С. 144–157.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гарри К. Торно; Иржи Марсалек; Мишель Десборд, ред. (1986). Загрязнение городских стоков . Берлин: Springer-Verlag. ISBN 3-540-16090-6.