Wody opadowe i roztopowe kierunki zagospodarowania (podejście techniczne i organizacyjno - prawne) wraz z analizą przypadków

Transkrypt

1 Wody opadowe i roztopowe kierunki zagospodarowania (podejście techniczne i organizacyjno - prawne) wraz z analizą przypadków Katowice, dn. 18 styczeń 2013 r. dr inż. Dariusz Zdebik Główny Instytut Górnictwa Sfinansowano ze środków Narodowego Sfinansowano Funduszu ze środków Ochrony Narodowego Środowiska Funduszu Ochrony i Gospodarki Środowiska Wodnej i Gospodarki Wodnej

2 PREZENTACJA TEMATU Prawodawstwo, Taryfa, Jakość wód deszczowych, Aktualna gospodarka wodami deszczowymi, Zarządzanie wodami deszczowymi, Założenia dla zrównoważonej gospodarki wodami, Metody retencji terenowej, Działania techniczne i infrastrukturalne, Rozwiązania bioinżynieryjne, Urządzenia do zagospodarowania wody, Rozwiązania indywidualne, Rozwiązania dla przestrzeni komunalnej, Podsumowanie.

3 WODY DESZCZOWE PRAWODAWSTWO Ustawy: Prawo wodne (Dz.U nr 115 poz z późn. zm.), Prawo budowlane (Dz.U nr 89 poz. 414 z późn. zm.), Prawo ochrony środowiska (Dz.U nr 62 poz. 627 z późn. zm.), Ustawa o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz.U nr 72 poz. 747 z późn. zm.). Rozporządzenia: w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzeniu ścieków do wód lub do ziemi (Dz.U nr 137 poz. 984 z późn. zm.), w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych (Dz.U nr 136 poz. 964), w sprawie opłat za korzystanie ze środowiska (Dz.U nr 196 poz. 1217) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U r. Nr 75 poz. 690 z późn. zm.),

4 DEFINICJA ŚCIEKÓW DESZCZOWYCH W definicji ścieków podanej w ustawie Prawo Wodne z 18 lipca 2001 r. (Dz.U. nr 115 poz z późn. zmianami), wody deszczowe i opadowe są traktowane w całości jako ścieki, przy czym zaliczenie ich do ścieków uzależnia się od miejsca ich powstawania Art. 9 ust. 14c.

5 TARYFA W przypadku odprowadzania wód deszczowych do kanalizacji mamy do czynienia z: wodami deszczowymi i opadowymi pochodzącymi z nawierzchni trwale uszczelnionych, które zgodnie z Prawem Wodnym są ściekami, wodami deszczowymi i opadowymi pochodzącymi z dachów, które w Prawie Wodnym nie są wymieniane jako ścieki. Można stwierdzić, że: Deszczówka z dachu nie jest ściekiem niezależnie od rodzaju pokrycia dachu (dachówka, blacha, papa ) i niezależnie od rodzaju budynku (jednorodzinny, wielorodzinny, usługowy, przemysłowy ), gdyż powierzchnia dachu nie jest nawierzchnią, o której jest mowa w definicji ścieków tzw. deszczowych (art. 9 ust. 1 pkt 14 lit. c PW; art. 3 pkt 38 lit. c POŚ).

6 TARYFA Sposób kalkulacji cen i stawek opłat za odprowadzanie ścieków opadowych i roztopowych ustalony został w rozporządzeniu Ministra Budownictwa z dnia 28 czerwca 2006 r. w sprawie określania taryf, wzoru wniosku o zatwierdzenie taryf oraz warunków rozliczeń za zbiorowe zaopatrzenie w wodę i zbiorowe odprowadzanie ścieków. Zgodnie z par. 2 pkt 10 ww. rozporządzenia: cena za odprowadzone ścieki - wielkość wyrażona w jednostkach pieniężnych, którą odbiorca usług jest obowiązany zapłacić przedsiębiorstwu wodociągowo-kanalizacyjnemu za 1 m 3 odprowadzonych ścieków lub za jednostkę miary powierzchni zanieczyszczonej o trwałej nawierzchni, z której odprowadzane są ścieki opadowe i roztopowe kanalizacją deszczową. W zależności od sposobu odprowadzania ścieków można wykorzystać dwa sposoby ustalania cen: 1. zł/m 3, 2. zł/m 2.

7 TARYFA Podejście takie budzi wątpliwości, ponieważ: 1. zł/m 3 stawka jest określana na podstawie urządzenia pomiarowego lub w przypadku jego braku, na podstawie ogólnie przyjętych wzorów do obliczenia ilości wód opadowych i roztopowych: Q = F H φ gdzie: Q ilość wód opadowych i roztopowych [m 3 ], F powierzchnia trwałej nawierzchni ujętej w systemy kanalizacyjne [m 2 ], H wielkość opadów atmosferycznych za okres rozliczeniowy [m 3 /m 2 ], φ współczynnik spływu. 2. zł/m 2 stawka jest określana jako cena roczna, przy czym powierzchnia w ciągu roku nie ulega zmianie. Jeżeli przedsiębiorstwo ustala częstsze okresy rozliczeniowe, np. miesięczne, w tym przypadku mamy do czynienia ze stałą opłatą abonamentową. Sposób naliczania stawek za wody opadowe i roztopowe zależy od metodyki przyjętej przez przedsiębiorstwo wodociągowo kanalizacyjne.

8 JAKOŚĆ WÓD DESZCZOWYCH Zawiesina, Związki biogenne (N & P), Substancje organiczne zwiększające BZT 5, Mikroorganizmy patogenne, Sole z posypywania ulic, Węglowodory ropopochodne, Metale ciężkie, Substancje toksyczne,

9 AKTUALNA GOSPODARKA WODAMI DESZCZOWYMI Stan obecny: Istniejące systemy odprowadzania ścieków to systemy ogólnospławne. W projektowaniu dominuje podejście oczyszczenia i odprowadzenia. Cechy charakterystyczne istniejących systemów kanalizacyjnych: Duże średnice rurociągów, Napływ dużych ilości wód do oczyszczalni (napływy pikowe), Lokalne podtopienia, Przelewy burzowe ze zrzutem bezpośrednio do rzeki powodujące zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Czym to skutkuje: Zubożenie zasobów wodnych na skutek odprowadzania wód opadowych systemami rurowymi. Przeciążenia hydrauliczne systemów kanalizacyjnych oraz oczyszczalni ścieków.

10 AKTUALNA GOSPODARKA WODAMI DESZCZOWYMI W projektowaniu systemów odprowadzania wód deszczowych zasadniczą trudność stanowi ustalenie bilansu ilościowego odprowadzanych wód. W praktyce kolektory deszczowe są liczone w odniesieniu do średniorocznego opadu, który zostanie odprowadzony z tzw. zlewni zredukowanej. Jednocześnie brak jest zorganizowanych działań zwiększających retencję terenową, a tym samym minimalizujących dopływ wód do odbiornika. Stąd kanalizacja deszczowa jest z założenia przewymiarowana, co podnosi w konsekwencji koszty jej budowy i utrzymania.

11 ZARZĄDZANIE WODAMI DESZCZOWYMI PODEJŚCIE TRADYCYJNE Systemy odwadniania Rozwiązywanie problemów Dominująca rola inżynierów Ochrona własności Rury i kanały Decyzje administracyjne Własność samorządu lokalnego Koncentracja na zjawiskach ekstremalnych Działanie na przepływy pikowe! na ZINTEGROWANE Ekosystemy Prewencja (Zapobieganie problemom) Multidyscyplinarne zespoły Ochrona własności i środowiska Naśladowanie naturalnych procesów Decyzje oparte o konsensus Szerokie partnerstwo Gospodarowanie deszczówką zintegrowane z użytkowaniem terenu Działanie na pojemność zlewni!

12 ZAŁOŻENIA DLA ZRÓWNOWAŻONEJ GOSPODARKI WODAMI Projektowanie systemów oczyszczenia i zagospodarowania powinno być realizowane z uwzględnieniem: zmniejszenia spływu (zmniejszenie opłat), retencjonowania (np. deszczowanie zieleńców), wykorzystanie na potrzeby technologiczne przemysłu, odbudowę zasobu wód gruntowych, inne cele. obsiew powierzchni dachowej

13 ZAŁOŻENIA DLA ZRÓWNOWAŻONEJ GOSPODARKI WODAMI Zagospodarowanie wód deszczowych powinno koncentrować się na trzech obszarach: wyeliminowaniu bądź ograniczeniu spływu powierzchniowego oraz związanych z tym zjawisk erozyjnych (eliminowanie tzw. stresu hydraulicznego). możliwie szerokim wykorzystaniu wód deszczowych w gospodarce komunalnej, przemyśle, gospodarstwach indywidualnych, podczyszczaniu wód deszczowych u źródła oraz na wylotach do odbiorników, zwiększaniu retencji terenowej zarówno w rozwiązaniach indywidualnych jak i w odniesieniu do przestrzeni publicznej.

14 METODY RETENCJI TERENOWEJ Woda deszczowa Teren otwarty Infiltracja Nawierzchnia brukowa Odprowadzanie Retencjonowanie Odprowadzanie Infiltracja Drogi i chodniki Chodnik Drogi główne Nieprzepuszczalna nawierzchnia Przepuszczalna nawierzchnia Koryta ściekowe Infiltracja Studnia chłonna Perkolacja (przesączanie) Park Zbiornik retencyjny Nawadnianie zieleni Infiltracja Dach Zbiornik retencyjny Nawadnianie zieleni Infiltracja Woda gruntowa

15 ROZWIĄZANIA BIOINŻYNIERYJNE - RETROFITY W zrównoważonym gospodarowaniu wodami deszczowymi coraz większą rolę zaczynają odgrywać rozwiązania bioinżynieryjne, quasinaturalne połączone z procesem renaturyzacji koryt rzecznych. W Polsce rozwiązania te ze względu na relatywnie niskie koszty eksploatacyjne, wysoką skuteczność oczyszczania ścieków, mogą stanowić alternatywę dla systemów rurowych. Retrofity można umownie podzielić na 3 grupy: urządzenia retencjonujące wody z obszaru zlewni, retrofity przechwytujące / podczyszczające on site z terenów publicznych, retrofity przechwytujące / podczyszczające z zabudowy indywidualnej.

16 NAJLEPSZE PRAKTYKI ZAGOSPODAROWANIA Wśród systemów, które służą do czasowego gromadzenia lub oczyszczania wód deszczowych można wyróżnić: systemy detencyjne, systemy retencyjne, systemy mokradłowe, systemy infiltracji, systemy filtracji, bioretencja.

17 SYSTEMY DETENCYJNE Przechwytują deszcz i czasowo magazynują go w celu późniejszego upustu do odbiornika objętość mokra pomiędzy deszczami jest minimalna. Cechy charakterystyczne: Usuwanie zawiesiny, Retencja do 24 h, Mokra obj. znikoma,

18 SYSTEMY DETENCYJNE

19 SYSTEMY RETENCYJNE Przechwytują deszcz i magazynują go do czasu następnego deszczu który spowoduje przemieszczenie magazynowanej objętości i upustu do odbiornika objętość mokra pomiędzy deszczami jest więc znaczna. Cechy charakterystyczne: Usuwanie zawiesiny, substancji organicznych, biogenów, Retencja nieograniczona, Mokra objętość duża, Konieczność zasilania wodą.

20 SYSTEMY RETENCYJNE

21 SYSTEMY MOKRADŁOWE Podobne do systemów detencyjnych i retencyjnych, lecz dodatkowo posiadają stałą szatę roślinności (>50% pow.) objętość mokra pomiędzy deszczami jest więc duża. Cechy charakterystyczne: Usuwanie przez sedymentację, filtrację, ulatnianie do atmosfery, adsorpcję, absorpcję, degradację biologiczną Wskazany wysoki poziom wód gruntowych (zasilanie) Zachodzi konieczność wstępnego podczyszczania dopływających wód. (osadnik)

22 SYSTEMY MOKRADŁOWE Melbourne, Australia

23 SYSTEMY INFILTRACJI Przechwytują objętość deszczu i pozwalają na infiltrację do gruntu. Umieszczane przy ciągach deszczowych; przechwytują tylko część spływu (najbardziej zanieczyszczoną). Zabezpieczenie przed zatykaniem się: osadniki (poj. = 25% obj. spływu, koryta doprowadzające (trawiaste, kamienne). Cechy charakterystyczne: Usuwanie zanieczyszczeń przez filtrację, adsorpcję, biologiczną degradację Retencja do 72 h Brak mokrej objętości Nie zalecana kiedy wody gruntowe są czerpane do celów pitnych

24 SYSTEMY INFILTRACJI

25 SYSTEMY FILTRACJI Używa się kombinacji mediów takich jak piasek, gleba, materiały organiczne, węgiel aktywny, membrany w celu usunięcia zanieczyszczeń. Umieszczane przy ciągach deszczowych; przechwytują tylko część spływu (najbardziej zanieczyszczoną). Cechy charakterystyczne: Filtr piaskowy Usuwanie zanieczyszczeń przez fizyczną separację, filtrację i adsorpcję

26 SYSTEMY FILTRACJI Filtr przydrożny

27 BIORETENCJA Wykorzystanie ukształtowania terenu i gleby do oczyszczania wód poprzez ich magazynowanie w płytkich zagłębieniach przed filtracją przez prefabrykowane filtry ziemne. Biofiltracja osiągana przy użyciu: pasów trawiastych (przepływ płytki ) pasów filtracyjnych (przepływ powierzchniowy)

28 BIORETENCJA

29 EFEKTYWNOŚĆ URZĄDZEŃ Rodzaj urządzenia % usunięcia s.m. N P Me Patogeny Zbiorniki retencyjne i mokradłowe <30 Zbiorniki detencyjne <30 Rowy wsiąkaniowe Niecki wsiąkaniowe Filtry piaskowe < <30 Pas trawiasty <30 Bioretencja Pasy filtracyjne <30

30 KOSZTY URZĄDZEŃ Rodzaj urządzenia Koszt jednostkowy 1) [zł] zbiornik retencyjny zbiornik mokradłowy rów wsiąkaniowy niecka wsiąkaniowa filtr piaskowy 2,3) bioretencja pas trawiasty pas filtracyjny 3) ) nie obejmuje kosztu pozyskania terenu 2) całkowity koszt jest zwykle większy o 30%; 3) podany zakres w zależności od szczegółów projektowych Przykład zastosowania 20 ha os. zabudowy niskiej (pow. uszcz. 35%) 20 ha os. zabudowy niskiej (pow. uszcz. 35%) 2 ha tereny usługowe (pow. uszcz. 65%) 2 ha tereny usługowe (pow. uszcz. 65%) 2 ha tereny usługowe (pow. uszcz. 65%) 2 ha tereny usługowe (pow. uszcz. 65%) 2 ha ter. usług. zab. niskiej (pow. uszcz. 35%) 2 ha ter. usług. zab. niskiej (pow. uszcz. 35%)

31 KOSZTY UTRZYMANIA Rodzaj urządzenia Roczny koszt utrzymania (% kosztu budowy) Zbiorniki retencyjne i mokradłowe 3%-6% Zbiorniki detencyjne <1% Rowy wsiąkaniowe 5-20% Niecki wsiąkaniowe 1-10% Filtry piaskowe 11-13% Pas trawiasty 5-7% Bioretencja 5-7% Pasy filtracyjne zł/ha

32 PRZYKŁADY EKSPLOATACJI I UTRZYMANIA

33 PRZYKŁADY UMOCNIENIA SKARP

34 URZĄDZENIA DO ZAGOSPODAROWANIA WÓD OPADOWYCH W praktyce można wyróżnić następujące grupy urządzeń, służących zatrzymaniu i zagospodarowaniu wód deszczowych: studnie chłonne infiltracja wody przez dno, skrzynki rozsączające infiltracja przez ściany, komory rozsączające infiltracja przez otwarte dno, ewentualnie otwory boczne Studnia chłonna wg. REWATEC Skrzynki rozsączające wg. Wavin Komory rozsączające wg. EKOBUDEX

35 ROZWIĄZANIA INDYWIDUALNE Schemat instalacji do indywidualnego wykorzystywania wody deszczowej wraz z układem rozsączającym. układ rynien i rur spustowych (1), zbiornik (3), układ filtrów (2), układy syfonowe i przelewowe (6), zespół sterująco pompowy (4) instalacja rozprowadzająca (5) np. skrzynki rozsączające Azura firmy Wavin

36 OGRÓDKI DESZCZOWE

37 ROZWIĄZANIA DLA PRZESTRZENI KOMUNALNEJ Maty przepuszczalne Urządzenie gruntowe infiltracyjne Urządzenia bioretencyjne dla filtracji wód deszczowych przed odprowadzeniem z parkingów

38 PODSUMOWANIE Wody deszczowe należy zatrzymywać w miejscu opadu i doprowadzać do powolnego wsiąkania, gdy: następuje przeciążenie hydrauliczne istniejących sieci kanalizacyjnych, oczyszczalnie ścieków deszczowych są przeciążone hydraulicznie podczas trwania deszczu, następuje zagospodarowanie nowych terenów budowlanych, istnieją możliwości terenowe do budowy systemów opóźniających spływ powierzchniowy, zidentyfikowano obniżenie poziomu zwierciadła wód gruntowych, istnieją możliwości wtórnego wykorzystania wód opadowych (np. podlewanie, produkcja wody przemysłowej), w odbiorniku stosunek średniego niskiego przepływu (SNQ) do średniego wysokiego przepływu (SWQ) przekracza wartości 1 : 20.

39 PODSUMOWANIE W aktualnym stanie prawnym kwestia opłat za wody deszczowe wymusza zmiany w podejściu do gospodarowania wodami deszczowymi. Implementacja dostępnych rozwiązań technicznych (koniec rury, u źródła ) wiąże się z koniecznością wydatkowania środków finansowych analiza opcji wymagana w projektach proekologicznych z udziałem funduszy UE. Wiedza o funkcjonujących systemach kanalizacyjnych, zwłaszcza kanalizacji deszczowej, jest niekompletna przez co wymaga inwentaryzacji. Budowa systemów retencyjnych wymaga przeprowadzenia konsultacji społecznych. Rozwój zrównoważony powinien być realizowany poprzez łączenie funkcji retencjonowania z funkcją podczyszczania i krajobrazem.

40 PODSUMOWANIE Zrównoważone gospodarowanie wodami opadowymi i roztopowymi powinno być wynikiem: Opracowanego programu gospodarowania wodami deszczowymi i opadowymi z uwzględnieniem ograniczania przyrostu powierzchni nieprzepuszczalnych, zawierających: elementy kreowania krajobrazu miasta, elementy zachowania wartości przyrodniczych, ekonomiczne uzasadnienie przyjętych rozwiązań (analiza wykonalności). Wprowadzania do planów zagospodarowania przestrzennego elementów uwzględniających racjonalne gospodarowanie wodami opadowymi i deszczowymi. Zarządzania obiegiem wody w zlewni.

41 Dziękuję za uwagę Sfinansowano ze środków Narodowego Sfinansowano Funduszu ze środków Ochrony Narodowego Środowiska Funduszu Ochrony i Gospodarki Środowiska Wodnej i Gospodarki Wodnej

42 Warsztaty Tematy sesji warsztatowej: 1. Możliwości zastosowania prezentowanych rozwiązań na etapie przygotowywania planów zagospodarowania przestrzennego (dyskusja), 2. Podejście do obliczania ilości wód opadowych i roztopowych powstających w przykładowej zlewni zbiornika wodnego (metodyka), 3. Rozwiązania zagospodarowania na przykładzie zlewni zbiornika wodnego (przykład).

43 Warsztaty 1. Możliwości zastosowania prezentowanych rozwiązań na etapie przygotowywania planów zagospodarowania przestrzennego (dyskusja),

44 Warsztaty Podejście do obliczania ilości wód opadowych i roztopowych powstających w przykładowej zlewni zbiornika wodnego (metodyka), 1. Określenie ilości wód opadowych na podstawie: a) Współczynnika spływu powierzchniowego: ψ = Q sp Q op < 1 gdzie: ψ współczynnik spływu [-] Qsp wielkość spływu z danej powierzchni, dm 3 /s Qop wielkość opadu na daną powierzchnię, dm 3 /s b) Zastępczego współczynnika spływu powierzchniowego dla całej zlewni: ψ z = ψ 1F 1 + ψ 2 F ψ i F i F 1 + F F i gdzie: ψz zastępczy współczynnik spływu ψi współczynnik spływu i-tej powierzchni składowej Fi wartości i tej powierzchni składowej

45 Warsztaty 2. Natężenie deszczu: q = A(h, p) t 0,667 gdzie: q natężenie deszczu, A parametr zależny od średniej rocznej wysokości opadu h [mm] i prawdopodobieństwa wystąpienia deszczu [%], t czas trwania deszczu [min], 3. Prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu p c = 100 p gdzie: c częstotliwość wystąpienia deszczu w ciągu stulecia p prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu Wartość częstotliwości wystąpienia deszczu, przyjmowana do obliczeń urządzeń hydraulicznych, określa bezpieczeństwo bezawaryjnego działania urządzeń odwadniających.

46 Warsztaty 4. Obliczenie ilości wód opadowych: Q = φ ψ q F gdzie: gdzie: Q ilość wód opadowych, l/s φ współczynnik opóźnienia odpływu (mniejszy od 1), równy ψ współczynnik spływu (mniejszy od 1), tab. 9.2 q natężenie deszczu na jednostkę powierzchni, F powierzchnia podzlewni cząstkowej, ha n współczynnik opóźnienia zależny od nachylenia i kształtu zlewni, przyjmowany: n = 4 (małe spadki, zlewnie wydłużone), n = 6 (warunki przeciętne długość zlewni ok. 2 razy większa od szerokości), n = 8 (duże spadki, zlewnie zwarte). φ = 1 F n

47 Warsztaty 3. Rozwiązania zagospodarowania na przykładzie zlewni zbiornika wodnego (przykład). a) Oznaczenie zlewni bilansowych użyte na mapach Zlewnia bilansowa Zlewnia miejska Zlewnia leśna Zlewnia ogródków działkowych nr 1 Zlewnia ogródków działkowych nr 2 Zlewnia hałdy Zlewnia węzła obwodnicy Zlewnia bezpośrednia Zbiornik wodny Oznaczenia ZKD ZL1; ZL2; ZL3 ZLOG1 ZLOG2 ZLH ZLOB ZLB1; ZLB2; ZLB3; ZLB4 W

48 Warsztaty b) mapa z zlewniami bilansowymi

49 Warsztaty c) Odpływ wód powierzchniowych ze zlewni bilansowych Zlewnia Odpływ wody ze zlewni [l/s] prognoza Zlewnia miejska 766,52 999, ,93 Zlewnia leśna 327,33 265,39 318,98 Zlewnia ogródków działkowych nr 1 267,96 233,18 238,64 Zlewnia ogródków działkowych nr 2 156,89 164,37 215,72 Zlewnia hałdy 224,19 128,19 62,82 Zlewnia węzła obwodnicy 0 322,57 342,55 Zlewnia bezpośrednia 562,66 378, ,51 Powierzchnia zbiornika 816, , ,93 SUMA 3 122, , ,08

50 Warsztaty d) obszary pozwalające na zmniejszenie spływu powierzchniowego propozycja spowolnienia spływu powierzchniowego Indywidualne systemy retencji zbiornik retencyjny